选矿常识


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矿物常识
日期:2017-7-18     来源:威尔国际矿业装备    点击:
     什么是矿物

矿物是地壳内外各种岩石和矿石的组成部分,是具有一定的化学成分和物理性质的自然均一体。大部分矿物是固体,也有的是液体(如自然汞、石油)或气体(如CO2、H2S等)。

     矿物学家把所有矿物分为有机矿物和无机矿物两种:前者种类比较少,主要是碳氢化合物,如:日常烧饭用的煤炭,妇女用的妆饰品琥珀等。有机化合物矿物还有石油和地沥青等,这些矿物原来都是有生命的动植物,由于长期地质作用的结果,使它们失去原形,变成了无生活机能的产物,所以被称为有机矿物。后者在地球上数量众多,由于每年都有几十至几百种新矿物被发现,据统计,目前已有三、四千种。许多种矿物是我们日常生活离不开的,例如:中小学生几乎天天都用的铅笔,制造笔芯的石墨就是矿物的一种。我们每餐都用的食盐也是天然石盐矿物的一种,可以说人类时时刻刻都离不开矿物。

     有机矿物的化学成分是碳氢化合物,无机矿物的化学成分比较复杂,门捷列夫周期表中的一百多个化学元素,都可以组成无机矿物。既可以是一个元素独立存在,也可以是多个元素的组合。一个元素独立存在的矿物较普遍,如:Fe元素可以形成自然铁矿物,Ag元素可以形成自然银矿物,Au元素可以形成自然金矿物等。两个以上的元素组合可以形成几千种矿物,最简单的如两个元素Si和O,可以组成SiO2,由这两个元素组成的矿物可以是石英、柯石英和鳞石英等。Fe和O两个元素可以组成赤磁铁矿、赤铁矿以及磁铁矿等,赤铁矿和磁铁矿都是炼铁的主要原料。三个元素组成的矿物就更多了,例如:Cu5FeS4 是斑铜矿、CuFeS2是黄铜矿、CoAsS是辉砷钴矿等。我们每天都用的陶瓷器皿,其原材料是我们日常所说的粘土,它的化学成分比上述矿物的成分更为复杂,是由Al2Si2O5(OH)4组成。这种化学成分是四个矿物的名字(高岭石、迪开石、埃洛石和珍珠石),但它们的物理性质不同,所以是四个独立的矿物。

矿物是如何形成的

     矿物的形成必须具备以下几个条件:有矿物的物质来源,有一定的空间,有一定的时间。有的矿物的形成还需要具备一定的温度和压力,例如水晶晶簇,首先有二氧化硅的溶液,并在岩石中占有一定的空间,在一定的时间内,二氧化硅溶液的浓度逐渐变浓,由于在岩石空洞中具备一定的温度和压力,晶萤剔透的水晶晶簇就这样形成了。

     矿物通常分为原生的、次生的和表生的三类。原生矿物,是指与内生条件下的造岩作用和成矿作用过程中,同时形成的矿物。如岩浆结晶过程中所形成的橄榄岩中的橄榄石,花岗岩中的石英、长石,热液成矿过程中所形成的方铅矿等。次生矿物是指在岩石和矿石形成之后,其中的矿物遭受化学变化而改造成的新矿物。如橄榄石经热液蚀变而形成蛇纹石,正长石经风化分解而形成的高岭石,方铅矿与含碳酸的水溶液反应而形成的白铅矿等。次生矿物与原生矿生在化学成分上有一定的继承关系。表生矿物是在地表和地表附近范围内,由于水、大气和生物的作用而形成的矿物。主要包括湖泊海洋中的沉积矿物,如石盐、硅藻土等,以及原生矿物在地表条件下遭受破坏而转变形成的部分次生矿物,如江西离子型稀土矿床中的高岭石、多水高岭石,铁矿床中的褐铁矿、针铁矿,铅锌矿床中的铅矾等矿物。

     此外,还有一类独特的矿物––重砂矿物,当岩石和矿石遭受风化、破坏形成了大量的碎屑物质后,这些物质以及那些经搬运、分选沉积下的松散机械沉积)砂粒当中比重较大(一般在2.9以上),机械性质和化学性质比较稳定的矿物即为重砂矿物。重砂矿物大都具有经济价值。如自然金中的砂金,因为它是一种重砂矿物,所以在采集时可以用水淘出。自然铂、金刚石等都可以重砂矿物的形式出现。我国山东常林钻石的发现特别偶然,它裹携在经风化、破碎、搬运、分选而沉积的松散砂粒中,被一位女青年在农田中拾到了。

     铁矿石重砂有磁铁石、钛铁矿、络铁矿。宝石级的重砂矿物有尖晶石、刚玉、锆石等。工业重砂矿物有金红石、锡石、白钨矿、黑钨矿。稀土重砂矿有盛产于台湾的独居石等。重砂矿物组合与原生岩石的种类有关。如自然铂、铬铁矿、橄榄石、磁铁矿的组合与超基性岩有关。反过来可以用其中某一种矿物的存在寻找其他重砂矿物。

    矿物的用途

对矿物的利用可以说无时无处不存在于我们的生活中。除了利用矿物的成分外,另一方面就是利用矿物的各种物理特性。

利用矿物的成分

     冶金工业 :从矿物中提取有用元素,冶炼成各种工业需要的金属。最重要的是从磁铁矿、赤铁矿中提取铁;从方铅矿中提取铅;从黄铜矿、斑铜矿中提取铜;从铬铁矿中提取铬等。我国产量最高的矿物为黑钨矿,从中提取的钨占世界第一位;我国湖南是世界著名的辉锑矿产地,从中提取大量的锑;内蒙古白云鄂博的稀土矿床中用于提取铈族稀土元素的氟碳铈矿在世界上也属最富。国防工业中所需的金属如铍是从石中提取的,铌、钽是从铌铁矿、钽铁矿中提取的,原子能工业中的钠是从晶质钠矿中提取的。

     矿物中除了主要元素外还会混入些微量元素,如闪钠矿中常有镉、锢、锗混入,这些元素称为分散元素,而这些金属在电子工业上有重要的用途。我们也在提取主要元素时提取这些分散元素炼成金属。

     化工原料 :萤石可提取制成氢氟酸,黄铁矿可制成硫酸等。
农业:作为农业增产的肥料,除了一些合成肥料外,钾盐作为钾肥,磷灰石作为磷肥的来源。

利用矿物的物理特性

     光学性质 :最早是利用方解石、石英、萤石作为光学仪器上的棱镜,随后又发现许多矿物有特性的光学特性。
1960年发现宝石(刚玉)可作为激光发射材料产生激光的关键材料。硫镉矿单晶具有特殊的光弹性可用于雷达上。彩钼铅矿具有声光效应在声波作用下可以产生光的衍射。白钨、全绿宝石有光色作用,百钨在日光下呈白色,在紫外线下呈紫色,全绿宝石在日光下呈绿色在灯光下呈红色,可用于激光全息记录和存储。闪锌矿的单晶体用作紫外半导体激光材料。
电子性质:最常见的是用铜做电线中的导电材料。金刚石2型是重要的半导体仪器。方铅石可作为近红外线的主要光电变换材料,主要用于卫星探测、军事侦察、医用热图象仪器等领域。石英具有压电性,多用于雷达、通讯、微处理机等方面。云母、滑石则可作为绝缘材料。

     力学性质 :主要用作研磨及切割材料,凡是矿物硬度大于摩氏7度的矿物都可利用,硬度最大的是金刚石,其次有刚玉、黄玉、石英等。

     其他性质 :由于石棉导热系数低,可用作保温材料,如石棉板等制品均可做隔热材料。熔点高的矿物如莫来石等可作耐火材料原料。沸石、凹凸棒石、蒙脱石、坡楼石、海泡石等许多矿物有吸附性和阳离子等交换作用的矿物可以清除废水中的有毒元素和重金属元素,是一种过滤材料可吸附气体、液体中的杂质,如制造啤酒时可用于除去杂质,是用于处理水污染的重要原料。

     有些矿物还可用作中药,如石膏有清热作用,朱砂有安神镇静作用,硼砂有清热消炎、解毒防腐的作用。

     宝石、玉石等以其夺目的光彩、极高的价值成为人们珍爱的装饰品。

    地球矿物知多少

截止到1998年底,全世界已发现且命名的矿物有三千八百多种(不包括亚种),其中绝大多数是无机物。随着矿产的开采和研究的深入,矿物种类将会继续增加。目前人们所能直接观察到的矿物基本上都产自地球的岩石圈中。近来矿物学的研究由低壳扩大到地幔,推测将会发现一些地幔矿物。对陨石和月岩中矿物的研究,发现陨石、月岩中的矿物种类基本和地壳中的矿物一致。
1. 从矿物的分类及矿物成分来看,矿物分成单质和化合物两种。单质是由一种元素组成的矿物,如金刚石成分是碳,自然金成分是Au。化合物则是由阴阳离子组成的,根据阴离子成分不同分为若干类:


     以上各类化合物加上单质矿物共十八类。这些矿物中硅酸盐矿物种数最多,占整个矿物种类的24%,占地壳总重量75%,硫卤化物最少,只有一种。

     2.矿物的命名。矿物命名有以下几种方式:
以化学成分命名 自然金、硼砂。
以物理性质命名 电气石以其具有焦电性而得名,雄黄以其颜色呈橘黄色而得名。
以形态命名 石榴子石以其形态似石榴子的颗粒而得名。
结合两种特点命名 闪锌矿以其光泽闪闪发亮,而成分以锌为主而得名。
以地名命名 包头矿,是1960年在内蒙古包头发现的一种硅酸盐矿物。
以人名命名 章氏硼镁石是为纪念我国地质学家章鸿钊先生而命名。

    怎样去识别矿物

地球上的矿物有近4000种,而地球每年还得到陨落下的无数陨石,它们又带来了地球上没有的矿物。怎样去识别这几千种矿物呢?

     我们可以从宏观层面到微观层面,一步一步的通过矿物的物理性质和化学性质来识别它们。

     首先从外表观察识别矿物,通过矿物的光泽可以分出它们是金属矿物,还是非金属矿物。如果它们是金属矿物,再看它的颜色,是黄色、黑色、褐色还是红色。观察完颜色后再用于掂掂它的重量,试试它的硬度,最终确认它是什么矿物。以黄铁矿为例,因为黄铁矿容易与其它矿物伴生,人们很容易看到它。但它具有金灿烂的光泽,常常被人们误认为是黄金。我们通过宏观上的观察看到,黄铁矿虽然是黄铜色,但表面常因氧化而呈金黄或红黄色,硬度为3-4,比重4.1-4.3。断口呈参差状。性脆也无延展性,根据这些特性很容易把它与黄金区别开了。如果是非金属矿物。首先也要观察它的颜色,比重,断口、光泽等,来鉴别矿物的特征,这样能够初步确定它是属于那一大类。以石英(水晶)为例,它一般为无色或白色,具有玻璃光泽,硬度为7,比重为2.65,性脆,断口一般呈贝壳状,根据这些特征就很容易把那些鱼目混珠的假石英(水晶)剔除出来。其次可根据微化反应方法来识别矿物。有一些矿物的外观相似,特别容易混淆,我们除了考虑它们的物理性质之外,还要依据它们的化学成分等特点来识别。化学成分构成的获得可以通过简易的微化反应试验,如碳酸盐类矿物的白云石和方解石,有时不好区分它们,我们可以用稀盐酸滴到矿物表面,表面出现浓密的气泡是方解石,出现很少气泡或根本不起气泡的是白云石。

     微观识别矿物的方法很多,偏光显微镜下可观察矿物的光学性质,如干涉色,多色性、折光率大小,是那个晶系等光学特征。电子扫描显微镜是附有能谱的仪器,除了观看矿物表面特征的同时,还能知道它的化学成分,因此可以初步确定矿物种类和名称。使用电子探针能准确地确定矿物的化学成分。此外,通过X射线衍射仪也能准确测定矿物的结构特征。