工艺矿物学概述

1工艺矿物学概述一、几个有关概念：1、矿物2、矿物学3、矿石4、矿石学5、工艺矿物学二、矿物的某些性质在选矿中的应用1、利用矿物的不同比重来分选矿物—重力分选。2、利用矿物磁性来分离矿物—磁选和电磁选。3、利用矿物不同介电常数分离矿物—介电分离。4、利用矿物表面性质分离矿物—浮选法。5、利用矿物导电率不同分离矿物—电导分离仪。6、利用矿物发光性来分离矿物—萤光分离法。7利用矿物可溶性来选冶矿物—酸溶法或碱溶法。三、选矿矿物工艺学所研究的基本内容1、研究矿石的结构、构造2、研究矿石中矿物种类3、测定矿物百分含量4、测定矿物的粒度及粒度分布状况5、目的元素的赋存状态，有害组份，有益组份一、几个有关概念1、矿物：由地质作用所形成的天然单质和化合物，具有相对固定的化学组成，固态者还具有确定的内部结构，它们在一定的物理化学条件下能隐定存在，也具有确定的物理性质和化学性质。它是岩石和矿石组成的基本单元。到目前为止全世界正发现将近3500种矿物。它们绝大多数都是固体矿物，固态矿物中绝大多数为晶体，只有极少数为非晶质，如松脂岩、蛋白石、水铝英石等。2液态矿物：自然界很少，但很主要，如：水、还有汞、石油等等。气态矿物：则更少如：氦、天然气等。有机矿物：如：琥珀、煤、石油、天然气等。随着科学技术迅猛发展和科学技术应用的实际需要，随着对天然矿物深入研究和研究方法的不断突破，不断发现许多天然矿物的内部缺限，人们在电子工业特别是微电子工业超导技术的发展，对超纯矿物需求越来越迫切。另外某些矿物自然界很少，但需要量又很大的矿物如金刚石。科学家又进行了人工合成矿物的研究。所以就有了人工合成矿物这个概念，目前能进行工厂化生产的矿物有金刚石（C）、水晶（SiO3）、方解石（CaCO3）、电气石（(Na、Ca)Ral6[Si6O18][BO3]3(O、CH、F)4其中R=Mg、Fe、Li、Mn）、合成绿柱石（绿宝石Be3Al2[Si6O18]）、刚玉（红宝石、蓝宝石Al2O3）以及合成的氧化钡（BaO）、氧化镓（GaO2）等。随着人们对陨石矿物的研究，随着人们登月的成功，采回来的月岩和月埌的研究又出现了宇宙矿物概念。但所有矿物方面的概念扩充都必须在这些矿物基本名称前加上“冠词”来限定。固体矿物液体矿物矿物：气体矿物有机矿物金属矿物（选矿矿物）非金属矿物（脉石矿物）…………合成矿物：合成金刚石，合成红宝石，合成水晶，合成祖母绿等，是在一定的物理、化学条件下由人工控制合成。宇宙矿物：来自地球以外的天体中的矿物如月岩、陨石中的矿物…………2、矿物学：有了矿物这个概念，那么矿物学这个概念就形成了。3i)定义：矿物学就是研究矿物的化学成份、内部结构、形态、物理性质、化学性质、成因、产出条件、变化、共生组合、标型特征及用途等的一门科学。实际上矿物学：研究矿物归根到底有四大目的：（1）为了利用矿物（矿物直接应用，矿物选冶变为应用材料）。（2）为了找矿。（3）为了发现新矿物，新材料。（4）为了阐述地球及宇宙的物质组成、形成及发育历史提供科学依据。ii)由于上面研究矿物的四大目的，矿物学出现了许多分支。如：a)物理矿物学：应用现代物理学新理论和新技术、新设备对矿物的物理性质进行研究的科学。b)化学矿物学：研究矿物化学成份及与其有关的所有化学特性。c)结构矿物学：研究矿物的内部结构，从而对矿物进行结构分类。d)成因矿物学：是研究矿物成因理论及其实际应用于找矿、人工合成，加工利用等的一门科学。e)实验矿物学：从事人工合成矿物及模拟矿物在各种物化条件下形成过程，从而达到揭示矿物岩石，矿石的成因目的。f)应用矿物学：研究矿物各种特性，并把这些特性直接应用于到国民经济各个领域或为选冶提供可靠参数的科学。工艺矿物学就是应用矿物学的一种。g)系统矿物学：对至今所发现的各种矿物进行系统分类、归纳和综合，使之成为一种工具书。3、矿石1）定义：含有一种以上的有用矿物，在目前的技术条件下可供开采和冶炼，从而能获得一定的产品和利润的矿物集合体。2）矿石组成：矿石由矿物集合体组成。矿石中矿物一般分为两大类：4a)一类为造矿矿物：指那些有用的金属矿物和非金属矿物。黑色金属矿石如:铁矿石、锰矿石、铬矿石中的赤铁矿、磁铁矿、软锰矿、硬锰矿、铬铁矿等就是造矿矿物。有色金属矿石如:黄铜矿、斑铜矿、兰辉铜矿、闪锌矿、方铅矿、辉锑矿、辉钼矿、锡石等等就是造矿矿物。贵金属矿石如:自然金、自然银、自然铂、钯、铑等就是造矿矿物。石灰石矿石：方解石就是造矿矿物。高岭土矿石：高岭石就是造矿矿物。红柱石矿石：红柱石就是造矿矿物。b)另一类为脉石矿物：i)所有金属矿石中的非金属矿物均称为脉石矿物。ii)所有非金属矿石中除造矿矿物以外的非金属矿物称为脉石矿物。c)矿石的矿物组合有简单也有复杂的。简单的只有几种，复杂的可以有十多种到几十种。一般说来，矿石中矿物成份简单，选冶工艺流程也会相对简单，矿石中矿物成份复杂，其工艺流程相对就会复杂一些。4、矿石学1)定义：矿石学是一门研究矿石的成分、性质、结构、产状，矿石的成因及对矿石进行分类的一门学科。对于选矿来说，对于研究矿石成因，进而研究矿床的成因来说，查清矿石中矿物种类及其含量是研究矿石的首要任务。2)矿石学的分类：(1)描述矿石学：根据矿物物质成分和成因，划分矿石类型，并详细描述各类型矿石在化学成分上，、矿物成分上、结构、构造、矿化阶段、地质产状以及矿石类型间变化规律、伴生和叠加等内容。(2)实验矿石学：在室内高温高压条件下，对自然矿石中出现的各种矿物共生组合，进行模拟实验，以探索其生成机理，为阐述矿石成5因提供依据，进而指导找矿。(3)理论矿石学：从实际的矿石类型出发，根据地质产状、成因、以及实验室模拟实验的结果，阐述各种矿石类型的产生机理，物理化学条件及矿石形成过程中演化规律，提出重要的矿床成因模式，矿床成因理论，使找矿获得重大突破。5、工艺矿物学：它是应用矿物学的一个分支。(1)定义：为了设计一条正确的选矿工艺流程要求对矿石中的矿物组成、矿物含量、矿物粒度及粒度分布概率，矿物之间的嵌布关系，目的元素的赋存状态，有益组份和有害组份等所进行的研究。(2)工艺矿物学研究的手段：1)偏光显微镜：通过薄片研究和鉴定透明矿物种类、含量、粒度及相互之间关系等。2)反光偏光显微镜：通过光片研究和鉴定不透明矿（金属矿物）种类、含量、粒度及嵌布关系。3)单矿物分离：基本上与选矿所采用的方法相同，仅是规模不同。4)双目镜下单矿物鉴定和挑选，①进行单矿物化学分析；②进行同位素测定；③进行未知矿物X射线分析；④称重各种单矿物重量百分含量；⑤包裹体测温等等。5)X射线分析：①鉴定矿物；②测定矿物含量；③测定矿物的晶包参数。6)差热分析：鉴定含水矿物、碳酸盐、含水硼酸盐及硫酸盐矿物，如粘土矿物，方解石，白云石，菱镁矿等都可以通过差热分析而准确鉴定。7)电子探针：光片中偶然见的一颗微小矿物（＞0.002mm）矿相显微镜下不能确定其矿物名称时，用电子探针即可直接测定该矿物化学成份，达到鉴定矿物的目的。经验证明对鉴定铂族矿物很有效。8)电镜扫描：研究金等贵金属元素在黄铁矿中赋存状态是十分有效的。6二、矿物的某些性质在选矿中的应用（一）利用矿物不同比重来分选矿物——一般叫重选。1、矿物比重和密度i)矿物的比重（G）：通常是指物体在空气中的重量与同体积水在4℃时重量之比。某矿物在空气中重量为P，在4℃水中重量为P1，则与矿物同体积的水重理为P-P1，比重G=P/P-P1。显然这个数值是无量纲。ii)矿物的密度（D）：指矿物单位体积的质量，其量度单位为D=g/cm3（克/立方厘米）。显然矿物的密度是有量纲，比重和密度是两个不同的概念，表义不同。但其计算出来的数值是相同。2、不同矿物的比重和密度不同是由矿物中元素的组成，矿物不同结构、矿物不同生成条件所决定的。a)等结构矿物的密度与阳离子原子量有关。矿物名称分子式结构型阳离子原子量密度（g/cm3）方解石Ca[CO3]D36d-R3C40.082.17菱铁矿Fe[CO3]D36d-R3C55.853.88菱锌矿Zn[CO3]D36d-R3C65.374.45闪锌矿ZnSTd2-F4-3m65.383.9-4.2黑辰砂HgSTd2-F4-3m200.57.65b)上述情况也有例外。结构相同的矿物大多矿物密度与阳离子原子量有关，但同时还受原子间距，即原子排列紧密程度有关，也就是与单位晶胞装填率有关，典型的有：矿物名称分子式结构型阳离子原子量原子间距（A）装填率密度（g/cm3）钾石盐KClOh5-Fm3m39.13.140.561.99石盐NaClOh5-Fm3m23.02.820.642.17c)相同化学组成而具有不同晶体结构的矿物由于形成的温度压力不同具有不同密度。矿物名称分子式结构型形成条件密度（g/cm3）文石Ca[CO3]D126h-pmcn低温2.95方解石D36d-R3C中温2.237金刚石COh7-Fd3m高压3.50石墨D6h4-Pb3/mmc低压2.23利用矿物不同比重分离矿物通常采用a)淘洗法；b)摇床法；c)溜槽法；d)比重液方法。（二）利用矿物磁性来分离矿物——磁选和电磁选1、矿物的磁性：指矿物受外磁场感应的程度。1）强磁性矿物：能够被普通马蹄型磁铁吸引的称强磁性矿物（或铁磁性矿物），这些矿物可自发的形成自己的磁场。2）电磁性矿物：不能被普通马蹄型磁铁吸引，但能被普通电磁铁吸引的矿物叫电磁性矿物。（弱磁性矿物，顺磁性矿物）。3）不能被普通电磁铁吸引的矿物叫无磁性矿物。（或抗磁性矿物），常见金属矿物相对磁引力列表如下：矿物相对磁引力矿物相对磁引力一、强磁性矿物三、无磁性矿物铁100.00金红石0.37磁铁矿40.23白铅矿0.30钛铁矿24.7辉银矿0.27磁黄铁矿6.69黄铁矿0.23方黄铜矿闪锌矿0.23磁性铂辉钼矿0.23磁性金斑铜矿0.22二、磁性矿物黝铜矿0.21菱铁矿1.82毒砂0.15赤铁矿1.34黄铜矿0.14褐铁矿0.71辰砂0.10软锰矿0.71辉铜矿0.09铬铁矿0.70赤铜矿0.08铁闪锌矿0.70-0.60菱锌矿0.07钨锰铁矿0.60辉锑矿0.05水锰矿0.51硫砷铜矿0.05方铅矿0.04上面有关矿物磁性概念仅是为选矿服务的概念。关于矿物磁性概念在有关矿物学中阐述得比较详细。需要指出的是矿物磁性对等轴晶系，磁性强度是无方向性的如磁铁矿。一轴晶矿物有两个相互垂直的最大和最小磁引力向量（磁轴），8二轴晶则有三个互相垂直的磁轴与矿物光性分类有密切关系。上面表仅列出常见的金属矿物，对电磁性部份和无磁性还存在大量脉石矿物，并未列入，这基于选矿工艺考虑。矿物的磁性主要决定于矿物中铁的含量，特别是亚铁的含量。如磁铁矿是由FeO.Fe2O3组成为强磁性，但赤铁矿由于仅含Fe2O3就弱磁性。但是含有过渡金属元素特别是稀有元素的矿物在外磁场的作用下都会发生磁序化，所以稀土磁性材料的研究发展非常迅速。（三）利用矿物不同介电常数分离矿物（本法造用于不导电矿物）——介电分离仪1、对于某些不导电（即介电质）矿物或导电性极弱的矿物，在外加电场的作用下，矿物内的原子、离子中电子和原子核就会发生位移而产生极化的特性叫矿物介电性。矿物的介电性大小通常用介电常数表示。2、介电常数（电容率）及其应用在一个特定设计的两个平行电极的电容器中，真空时的电容有一值叫C0，当两个极板间加入不导电介质时，电容量增加到C，则C/C0=εε就是某一介电性物质的介电常数，对于同一种物质或同一种矿物其介电常数是一定值。这样我们就有可能利用矿物不同介电常数来分离矿物。当几种不导电矿物同时放入一种介电质物体中时，矿物的介电常数比介电质溶液介电常数大的就被电极所吸引。因此已知介电常数的溶液做电介质液体，就可以把不同介电常数的矿物分离出来。近年来我国许多单位研制不同频率的介电分离仪，一般分为高频和低频介电分离仪。介电分离仪主要适用于不导电的单矿物分离。目前大规模应用于工业生产不多，原因在于决定矿物介电常数的因素复杂。由C/C0=ε可知ε越大，其矿物绝缘性能越高，如白云母，锂云母