矿物、矿石和岩石

矿物、矿石和岩石的基本概念,回顾,烧结的定义： 广义的烧结是一定温度下靠固体联结力将散状粉料固结成块状的过程。 炼铁领域内的烧结是指把铁矿粉和其他含铁物料通过熔化物固结成具有良好冶金性能的人造块矿的过程，它的产物就是烧结矿。,烧结的意义,一、富矿粉和贫矿富选后得到的精矿粉都不能直接入炉冶炼，必须将其重新造块，烧结是最重要最基本的造块方法之一。 由于有了这种造块方法，自然界中大量存在的贫矿便可通过选矿和烧结成为满足高炉冶炼要求的优质人造富矿，从而使自然资源得到充分利用，有力地推动了钢铁工业的发展。,烧结的意义,二、通过烧结得到的烧结矿具有许多优于天然富矿的冶炼性能，如粒度合适，高温强度高，还原性好，含有一定的CaO、MgO，具有足够的碱度，而且已事先造渣，高炉可不加或少加石灰石。通过烧结可除去矿石中的S、Zn、Pb、As、K、Na等有害杂质，减少其对高炉的危害。高炉使用冶炼性能优越的烧结矿后，基本上解除了天然矿冶炼中常出现的结瘤故障；同时极大地改善了高炉冶炼效果。,烧结的意义,三、烧结中可广泛利用各种含铁粉尘和废料（富矿粉、高炉炉尘、转炉炉尘、轧钢皮、铁屑、硫酸渣等），扩大了矿石资源，又改善了环境。,烧结生产技术经济指标,1)烧结机利用系数：烧结机每平方米烧结面积上每小时内生产的成品烧结矿量叫做烧结机利用系数。 =Q/F 式中一烧结机利用系数，t/m2h； Q烧结机台时产量，t/台h； F一烧结机有效烧结面积，m2。,2)烧结矿成品率：烧结矿经机尾筛分后，筛上为成品烧结矿，筛下为返矿，成品烧结矿与混合料总量之比为成品率。,3）烧结机台时产量：一台烧结机一小时的产量 4）烧结机产量q（t/h）：q=60KCBL=60KBHV 5)烧结机作业率=（运转台时/日历台时）100% 6）生产成本：生产1t烧结矿所需的费用,一、矿物的概念(图片1) 图片(2) 矿物（mineral）： 是由地质作用 或宇宙作用所形成的、具有一定的 化学成分和内部结构、在一定的 物理化学条件下相对稳定的天然 结晶态的单质或化合物，它们是 岩石和矿石的基本组成单位。,下一页,自然金,下一页,金刚石晶体,说明： 1）矿物系地球、月球及其他天体中 天然形成的产物。 人造矿物或合成矿物： 在实验室或工厂里用人工方法 制造出来的、与相应的天然矿物 具有相同或相似的成分、结构及 性质的产物。,2） 矿物具有一定的成分、结构、 形态和性质，藉此可鉴别矿物种。 但是，由于形成环境的复杂性，矿物的 这些特征可在一定范围内变化，故 这些特征常可作为反映矿物成因的 标志。,3） 任何一种矿物均只是在一定的物理化学条件下相对稳定，得以保存。 当外界条件改变至超出矿物的稳定范围时，矿物即会变成在新的条件下稳定的其他矿物。,4）矿物的集合体即组成岩石或矿石。,注： 以提取有用成分为目的矿物主要 是金属矿物；而作为材料直接应用 或用作制造其他产品的原料的矿物， 则以非金属矿物为主。,在矿石中用来提取金属或金属化合物的矿物成为有用矿物，而那些不含有用矿物或含量过少，不宜工业规模进行加工提炼的矿物称为脉石矿物，通常在矿石处理过程中被废弃掉。,矿物的形态,矿物的形态是指矿物单体、 矿物规则连生体及同种矿物 集合体的外貌特征。,影响因素： 内因：矿物的化学成分和内部结构 外因：矿物形成时的环境条件,矿物集合体：同种矿物的多个单体 聚集在一起的整体。 矿物集合体的形态取决于其单体 的形态及集合方式，也即决定于 矿物的内部结构和生成环境。,矿物集合体的形态,结核： 由隐晶质或胶凝物质围绕某一中心（如砂粒、生物碎片或气泡等）， 自内向外逐渐 生长而成。,特征： 形状有球状、瘤状、透镜状和 不规则状等，直径一般1cm。 内部常具同心层状、放射纤维状 或致密状构造。 一般多见于沉积岩中，常形成于 海洋、湖沼中。 常见Fe质、P质、Ca质、Mn质和 Si质等结核。,鲕状及豆状集合体： 由胶体物质围绕悬浮状态的细砂粒、 矿物碎片、有机质碎屑或气泡等 层层凝聚而成并沉积于水底。,鲕状集合体：,返回,豆状集合体：,返回,特征： 外形呈圆球形、卵圆形。 具同心层状内部构造。 鲕状集合体鲕状集合体： 50%球粒的 直径2mm，形状、大小如鱼卵。 豆状集合体豆状： 球粒大小似豌豆， 直径一般为几mm 。,4）钟乳状集合体： 在岩石的洞穴或裂隙中，由真溶液 蒸发或胶体凝聚，在同一基底上 向外逐层堆积而成。,钟乳状：,返回,特征： 外形呈圆锥形、圆柱形、圆丘形、 半球形和半椭球形等，通常具体地 分为钟乳状、葡萄状和肾状 钟乳状、 葡萄状和肾状等。 内部具同心层状、放射状、致密状 或结晶粒状构造。,葡萄状,肾状,返回,此外，描述矿物集合体时，尚常用 其他术语： 块状集合体：凭肉眼或放大镜不能辨别 颗粒界限的矿物致密块体。 土状集合体：矿物呈细粉末状较疏松地 聚集成块。 粉末状集合体：矿物呈粉末状分散附在 其他矿物或岩石的表面。 被膜状集合体： 矿物成薄膜状覆盖于 其他矿物或岩石的表面。,块状集合体：,返回,土状集合体：,返回,被膜状集合体：,返回,矿物的光学性质： 矿物对可见光的反射、折射、 吸收等所表现出来的各种性质。,矿物的光学性质,一、矿物的颜色 颜色： 矿物对入射的白色可见光（390770nm）中不同波长的光波吸收后，透射和反射的各种波长可见光的混合色。,电磁波谱,1）当矿物对各色光同等程度地均匀 吸收时，其所呈颜色取决于吸收程度： 若均匀地全部吸收，矿物呈黑色； 若基本上均不吸收，矿物呈无色或 白色； 若各色光皆被均匀地吸收了一部分， 则视吸收量的多少，而呈现不同浓度的 灰色。,2）当矿物选择性地吸收某种波长 的色光时，矿物呈现被吸收的色光 的补色。,根据产生的原因，矿物的颜色通常分为 自色、他色和假色。 1）自色： 由矿物本身固有的化学成分和内部结构 所决定的颜色,是由于组成矿物的原子或 离子在可见光的激发下，发生电子跃迁 或转移所造成的。 体色 表面色, 含过渡型离子的矿物，呈现出 被吸收色光的补色。 色素离子： 能使矿物呈色的过渡型 离子，主要有Ti、V、Cr、Mn、Fe、 Co、Ni离子；次有W、Mo、U、Cu 和稀土元素等的离子。 由惰性气体型离子所构成的矿物， 对可见光不吸收，故呈无色或白色。,2）他色： 矿物因含外来带色的杂质、 气液包裹体等所引起的颜色。 注意： 少数矿物因晶格缺陷（如色心） 而引起。大部分碱金属和碱土金属的 化合物的呈色主要与色心(最常见F心) 有关。如萤石的紫色等。,3）假色： 由物理光学效应所引起的颜色，是自然光照射在矿物表面或进入到矿物内部所产生的干涉、衍射、散射等而引起的颜色。, 锖色： 某些不透明矿物的表面氧化薄膜引起反射光的干涉作用而使矿物表面呈现斑驳陆离的彩色。, 晕色： 某些透明矿物内部一系列平行密集 的解理面或裂隙面对光连续反射， 引起光的干涉，从而使矿物表面常出现 如同水面上的油膜所形成的彩虹般 的色带。,变彩变彩： 某些透明矿物，因内部存在 许多厚度与可见光波长相当的 微细叶片状或层状结构，引起 光的衍射、干涉作用，导致其 不均匀分布的各种颜色会随 观察方向的不同而发生变换。,乳光乳光： 某些矿物中见到的一种类似于 蛋清般 略带柔和淡蓝色调的 乳白色浮光。 这是由于矿物内部含有许多 远比可见光波长为小的其他矿物 或胶体微粒，使入射光发生漫反射 所致。,二、矿物的条痕 条痕： 矿物粉末的颜色，通常是以矿物在白色 无釉瓷板上擦划所留下的粉末的颜色。 矿物的条痕能消除假色、减弱他色、 突出自色，比矿物颗粒的颜色更为稳定、 更有鉴定意义。, 不透明矿物和鲜艳彩色的 透明半透明矿物，尤其是硫化物 或部分氧化物和自然元素矿物，具 重要鉴定意义；而浅色或白色、无色 透明矿物的条痕多为白色、浅灰色等 浅色，无鉴定意义。, 某些矿物由于类质同像混入物 的影响，条痕和颜色会有所变化。 根据条痕的微细变化，可大致了解矿物成分的变化，推测矿物的形成条件。,三、矿物的透明度 透明度： 矿物允许可见光透过的程度。 据矿物碎片刃边的透光程度，配合矿物的条痕，矿物的透明度分三级：,1）透明： 能透过绝大部分光，条痕为无色、白色或浅色。 2）半透明： 可允许部分光透过，条痕呈红、褐等各种彩色。 3）不透明： 基本不允许光透过，条痕呈黑色或金属色。,四、矿物的光泽 光泽： 矿物表面对可见光的反射能力。 矿物反光的强弱主要取决于矿物对光的折射和吸收的程度。,据矿物新鲜平滑的晶面、解理面或磨光面上反光的强弱，配合矿物的条痕和透明度，矿物的光泽分四个等级：,1）金属光泽金属光泽： 反光很强，似平滑金属磨光面 的反光。 矿物具金属色，条痕呈黑色 或金属色，不透明。,2）半金属光泽半金属光泽： 反光较强，似未经磨光的 金属表面的反光。 矿物呈金属色，条痕为棕色、 褐色等深彩色，不透明半透明。,3）金刚光泽金刚光泽： 反光较强，似金刚石般明亮耀眼的反光。 颜色和条痕均呈浅色（ 如浅黄、桔红、浅绿等）、白色或无色，半透明透明。,光线在金刚石晶体中传播示意,n1,n2,4）玻璃光泽玻璃光泽： 反光较弱，呈普通平板玻璃表面的反光。 矿物为无色、白色或浅色，条痕呈无色或白色，透明。,矿物不平坦的表面或矿物 集合体的表面上的特殊变异光泽： 1）油脂光泽油脂光泽： 某些解理不发育的浅色透明矿物 的不平坦断口上呈现的似油脂般的光泽。,2）树脂光泽： 某些具金刚光泽的黄、褐或棕色透明矿物的不平坦断口上的似松香般的光泽。,3）沥青光泽： 解理不发育的半透明或不透明黑色矿物的不平坦断口上乌亮沥青状光泽。,4）珍珠光泽： 浅色透明矿物的极完全解理面上的如珍珠表面或蚌壳内壁柔和而多彩的光泽。,5）丝绢光泽： 具玻璃光泽的无色或浅色透明矿物 的纤维状集合体表面常呈蚕丝或 丝织品状的光亮。,6）蜡状光泽： 某些透明矿物的隐晶质或 非晶质致密块体上的似蜡烛表面 的光泽。,7）土状光泽： 呈土状、粉末状或疏松多孔状集合体的矿物表面如土块般暗淡无光。,影响因素： 主要是矿物的化学键类型： 1）具金属键的矿物一般呈金属光泽 或半金属光泽； 2）具共价键的矿物一般呈金刚光泽 或玻璃光泽； 3）具离子键或分子键的矿物，对光 的吸收程度小，反光很弱，光泽即弱。,1）矿物光泽的等级一般是确定的， 但变异光泽因矿物产出的状态不同 而异。 2）光泽是矿物鉴定的依据之一， 也是评价宝石的重要标志。,五、特殊光学效应 由于宝石内部具有包裹体、双晶、 微细球状结构等特殊内在因素， 导致光的干涉、散射、衍射等现象， 使宝石显现出特殊的光学效应。 常见的有： 猫眼效应猫眼效应、星光效应星光效应、变色效应等。,六、矿物的发光性 发光性： 某些矿物在外加能量的激发下 能明显地发出可见光。 激发源主要有： 紫外光、阴极射线、x射线、 射线和高速质子流等各种高能辐射， 以及加热、摩擦、可见紫光等。,磷光：矿物在外加能量的激发下 发光，当撤除激发源后，发光的 持续时间10-8秒； 而持续发光时间10-8秒的发光 称荧光。,注意： 矿物的发光性与晶格中存在 微量杂质元素及因杂质而产生 的晶格缺陷有关。,矿物的力学性质： 矿物在外力（如敲打、挤压、 拉引、刻划等）作用下所表现出来 的性质。,矿物的力学性质,一、矿物的解理、裂开和断口 1解理 解理： 矿物晶体受应力作用而超过弹性 限度时，沿一定结晶学方向破裂成 一系列光滑平面。这些光滑的平面 称解理面。 注意：解理是晶质矿物才具有的特性。,解理产生的原因： 解理严格受晶体结构因素 晶格类型及化学键类型、强度和 分布的控制，解理面常沿面网间 化学键力最弱的面网产生。,解理的表示方法： 解理 解理反映出晶体的异向性和 对称性。 通常用相应的单形及其 符号以表示解理的方向、组数和 夹角。解理面上之解理纹可反映出 解理的组数和夹角。,解理的等级： 解理，据其产生的难易程度及完好性， 通常分为五级： 极完全解理极完全解理： 矿物受力后极易裂成薄片， 解理面平整而光滑。, 完全解理： 矿物受力后易裂成光滑的平面或规则的解理块，解理面显著而平滑，常见解理面的阶梯。, 中等解理： 矿物受力后常破裂成 较小的不很平滑的平面， 解理面不太连续，常呈 阶梯状，且闪闪发亮， 清晰可见。, 不完全解理： 矿物受力后不易裂出 解理面，仅断续可见 小而不平滑的解理面。, 极不完全解理：即无解理。 矿物受力后很难出现解理面， 仅在显微镜下偶尔可见零星的 解理缝。,注意： 晶体中可有一种或几种不同等级 的解理。,研究意义： 解理是鉴定矿物的重要依据之一。 对已知矿物，据 解理可确定 其结晶方位及晶体的对称性。 解理的特征，能反映出矿物 晶体结构的某些特点。,2裂开 裂开裂开： 某些矿物晶体在应力作用下， 有时可沿着晶格内一定的结晶方向 破裂成平面。裂开的平面称裂开面。 注意： 从现象上看，裂开酷似解理， 只能出现在晶体上。,（1）裂开只见于某些矿物的某些晶体上，也可能不遵循晶体的对称性。 （2）裂开只对少数矿物有鉴定意义； 可推测矿物的成分、成因及形成历史。,3断口 断口： 矿物内部若不存在由晶体结构所控制的弱结合面网，则受力后将沿任意方向破裂成不平整的断面。, 解理和断口产生的难易程度互为 消长。晶格内各方向的化学键强度近于 相等的矿物晶体，受力后形成一定形状 的断口，而很难产生解理。 断口既可见于矿物单晶体上，也可 出现在同种矿物的集合体中。 断口不具对称性，不反映矿物的 内部特征。只作为鉴定矿物的辅助依据。,断口的描述方法： 矿物的断口主要藉于其形状来描述， 常见的有： 贝壳状断口贝壳状断口： 呈圆形或椭圆形的光滑曲面，出现以受力点为中心的不很规则的同心圆波纹，形似贝壳。, 锯齿状断口： 呈尖锐锯齿状，见于强延展性的自然金属元素矿物。 平坦状断口： 断面较平坦，见于块状矿物。, 参差状断口： 呈参差不平状，见于大多数脆性 矿物及块状或粒状集合体。, 土状断口： 断面粗糙、呈细粉状，为土状 矿物特有。, 纤维状断口： 呈纤维丝状，见于纤维状矿物 集合体上。,二、矿物的硬度 硬度： 矿物抵抗外来机械作用 (如刻划、压入或研磨等)的能力。,三、矿物的弹性与挠性 弹性：某些层状或链状结构的矿物 在外力作用下发生弯曲形变，当外力撤除后，在弹性限度内能自行恢复原状的性质。 挠性： 某些层状结构的矿物在撤除使其发生弯曲形变的外力后，不能 恢复 原状的性质。 矿物的弹性和挠性取决于晶格内结构 层间或链间键力的强弱。,四、矿物的脆性与延展性 脆性：矿物受外力作用时易发生破碎的性质。见于绝大多数非金属晶格矿物。 延性：矿物受外力拉引时易成为细丝的性质。 展性： 矿物在锤击或碾压下易形成薄片的性质。,延展性是矿物受外力作用发生晶格滑移形变的表现，是金属键矿物的一种特性。 肉眼鉴定时，用小刀刻划矿物表面，若留下光亮的沟痕而不出现粉末或碎粒，则矿物具延展性。,晶格滑移示意图,矿物的密度 密度：矿物单位体积的质量(g/cm3)。 矿物的密度可据矿物的晶胞大小及其所含的分子数和分子量计算得出。,矿物的其他物理性质,研究意义： 对某些矿物的鉴定、分选