矿石性质研究

矿石性质研究要求：了解矿石可选性研究所涉及的矿石性质研究的内容、方法和程序；根据试验任务，提出对于矿石性质研究工作的要求；通过分析矿石性质的研究结果，据此选择选矿方案。矿石性质研究的内容矿石性质研究的内容取决于各具体矿石的性质和选矿研究工作的深度，一般大致包括以下几个方面：化学组成的研究是研究矿石中所含化学元素的种类、含量及相互结合情况；矿物组成的研究是研究矿石中所含的各种矿物的种类和含量，有用元素和有害元素的赋存形态；矿石结构构造，有用矿物的嵌布粒度及其共生关系的研究；选矿产物单体解离度及其连生体特性的研究；粒度组成和比表面的测定；矿石及其组成矿物的物理、化学、物理化学性质以及其它性质的研究。其内容较广泛，主要有比重、磁性、电性、形状、颜色、光泽、发光性、放射性、硬度、脆性、湿度、氧化程度、吸附能力、溶解度、酸碱度、泥化程度、摩擦角、堆积角、可磨度、润湿性、晶体构造等。矿石物质组成研究一般把研究矿石的化学组成和矿物组成的工作称为矿石物质组成研究。其研究方法通常分为元素分析方法和矿物分析方法两大类。一、元素分析元素分析的目的是为了研究矿石的化学组成，尽快查明矿石中所含元素的种类、含量。分清哪些是主要的？哪些是次要的？哪些是有益的？哪些是有害的？至于这些元素呈什么状态，通常需靠其它方法配合解决。元素分析通常采用光谱分析、化学分析等方法。1、光谱分析光谱分析能迅速而全面地查明矿石中所含元素的种类及其大致含最范围，不致于遗漏某些稀有、稀散和微量元素。因而选矿试验常用此法对原矿或产品进行普查，查明了含有哪一些元素之后，再去进行定量的化学分析。这对于选冶过程考虑综合回收及正确评价矿石质量是非常重要的。光谱分析原理：矿石中的各种元素经过某种能源的作用发射不同波长的光谱线，通过摄谱仪记录，然后与已知含量的谱线比较，即可得知矿石中含有哪些元素。光谱分析的特点是灵敏度高，测定迅速，所需用的试样量少（几毫克到几十毫克），但精确定量时操作比较复杂，一般只进行定性及半定量。有些元素，如卤素和S、Ra、Ac、Po等，光谱法不能测定；还有一些元素，如B、As、Hg、Sb、K、Na等，光谱操作较特殊，有时也不做光谱分析，而直接用化学分析办法测定。X射线衍射分析（XRD X-ray diffraction）通过对材料进行X射线衍射，分析其衍射图谱，获得材料的成分、材料内部原子或分子的结构或形态等信息的研究手段。利用晶体形成的X射线衍射，对物质进行内部原子在空间分布状况的结构分析方法。将具有一定波长的X射线照射到结晶性物质上时，X射线因在结晶内遇到规则排列的原子或离子而发生散射，散射的X射线在某些方向上相位得到加强，从而显示与结晶结构相对应的特有的衍射现象。X射线衍射方法具有不损伤样品、无污染、快捷、测量精度高、能得到有关晶体完整性的大量信息等优点。布拉格公式：2dhklsin=n应用：已知波长的X射线，来测角，从而计算出晶面间距dhkl ；已知dhkl的晶体，来测角，从而计算出特征X射线的波长。单晶体衍射：被分析试样是一粒单晶体。多晶体衍射：被分析试样是一堆细小的单晶体（粉末），或称粉末衍射。衍射：指波遇到障碍物时，偏离原来直线传播的物理现象。每一种结晶物质都有自己独特的衍射花样（特有的衍射现象）。电磁波谱：在电磁学里，电磁波谱包括电磁辐射所有可能的频率。一个物体的电磁波谱专指的是这物体所发射或吸收的电磁辐射（又称电磁波）的特征频率分布。电磁波谱频率从低到高（波长从高到低）分别列为无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和伽马射线。波谱的谱域与物质相互作用的机制无线电波在大块物质内，电荷载子的集体振荡。例如，由导体组成的天线，其导体内部的电子的振荡。微波至红外线等离子体振荡（plasma oscillation），分子转动（molecular rotation）近红外线分子振动（molecular vibration），等离子体振荡（只在金属里）可见光分子的电子激发（包括可以在人体视网膜里找到的色素分子），等离子体振荡（只在金属里）紫外线分子或原子的价电子的激发，包括电子的发射（光电效应）X射线原子的内层电子的激发与发射，低原子序数的原子的康普顿散射伽马射线重元素的内层电子的高能量发射，康普顿散射，原子核的激发（包括原子核的解离）超高能量伽马射线粒子和其反粒子的成对产生。在超高能量状况，单独光子与物质的相互作用，能够产生高能量的粒子与反粒子射丛。X射线衍射的主要应用：由于它简单易行，包含丰富的信息，除包含晶体结构本身的信息外，还包含晶体中各种缺陷及多晶聚集体的结构信息，如相结构、晶粒尺寸与分布、晶粒取向、应力分布等众多信息。晶体结构分析物相定性分析物相定量分析晶粒大小分析结晶度分析宏观应力和微观应力分析择优取向分析X射线荧光光谱分析（XRF X-ray Fluorescence）利用初级X射线光子或其他微观离子激发待测物质中的原子，使之产生荧光（次级X射线）而进行物质成分分析和化学态研究的方法。根据色散方式不同，X射线荧光分析仪相应分为X射线荧光光谱仪（波长色散）和X射线荧光能谱仪（能量色散）。X射线光电子能谱检测分析（XPS X-ray photoelectron spectroscopy ）（ESCA Electron Spectroscopy for Chemical Analysis）XPS的原理是用X射线去辐射样品，使原子或分子的内层电子或价电子受激发射出来。被光子激发出来的电子称为光电子。通过分析光电子的能量分布得到光电子能谱，从而获得试样有关信息。应用：元素的定性分析。可以根据能谱图中出现的特征谱线的位置鉴定除H、He以外的所有元素。元素的定量分析。根据能谱图中光电子谱线强度（光电子峰的面积）反应原子的含量或相对浓度。固体表面分析。包括表面的化学组成或元素组成，原子价态，表面能态分布，测定表面电子的电子云分布和能级结构等。化合物的结构。可以对内层电子结合能的化学位移精确测量，提供化学键和电荷分布方面的信息。分子生物学中的应用。Ex：利用XPS鉴定维生素B12中的少量的Co。2、化学分析化学分析方法能准确地定量分析矿石中各种元素的含量，据此决定哪几种元素在选矿工艺中必须考虑回收，哪几种元素为有害杂质需将其分离。因此化学分析是了解选别对象的一项很重要的工作。化学全分析是为了了解矿石中所含全部物质成分的含量，凡经光谱分析查出的元素，除痕迹外，其他所有元素都作为化学全分析的项，分析之总和应接近100。化学多元素分析是对矿石中所含多个重要和较重要的元素的定量化学分析，不仅包括有益和有害元素，还包括造渣元素。如单一铁矿石可分析全铁、可溶铁、氧化业铁、S、P、Mn、SiO2、Al2O3、Cao、MgO等。金、银等贵金属需要用类似火法冶金的方法进行分析，所以专门称之为试金分析，实际上也可看做是化学分析的一个内容，其结果一般合并列入原矿的化学全分析或多元素分析表内。化学全分析要花费大量的人力和物力，通常仅对性质不明的新矿床，才需要对原矿进行一次化学全分析。单元试验的产品，只对主要元素进行化学分析。试验最终产品（主要指精矿或需要进一步研究的中矿和尾矿），根据需要，一般要做多元素分析。二、矿物分析光谱分析和化学分析只能查明矿石中所含元素的种类和含量。矿物分析则可进一步查明矿石中各种元素呈何种矿物存在，以及各种矿物的含量、嵌布粒度特性和相互间的共生关系。其研究方法通常为物相分析和岩矿鉴定等。1、物相分析 物相分析的原理是，矿石中的各种矿物在各种溶剂中的溶解度和溶解速度不同，采用不同浓度的各种溶剂在不同条件下处理所分析的矿样，即可使矿石中各种矿物分离，从而可测出试样中某种元素呈何种矿物存在和含量多少。一般可对如下元素进行物相分析：铜、铅、锌、锰、铁、钨、锡、锑、钴、镍、钛、铝、砷、汞、硅、硫、磷、钼、锗、铟、铍、铀、镉等。 与岩矿鉴定相比较，物相分析操作较快，定量准确，但不能将所有矿物一一区分，更重要的是无法测定这些矿物在矿石中的空间分布以及嵌布、嵌镶关系，因而在矿石物质组成研究工作中只是一个辅助的方法，不可能代替岩矿鉴定。由于矿石性质复杂，有的元素物相分析方法还不够成熟或处在继续研究和发展中。因此，必须综合分析物相分析、岩矿鉴定或其它分析方法所得资料，才能得出正确的结论。例如某铁矿石中矿物组成比较复杂，除含有磁铁矿、赤铁矿外，还含有菱铁矿、褐铁矿、硅酸铁或硫化铁，由于各种铁矿物对各种溶剂的溶解度相近，分离很不理想，结果有时偏低或偏高（如菱铁矿往往偏高，硅酸铁有时偏低）。在这种情况下，就必须综合分析元素分析、物相分析、岩矿鉴定、磁性分析等资料，才能最终判定铁矿物的存在形态，并据此拟定正确合理的试验方案。2、岩矿鉴定 岩矿鉴定可以确切地知道有益和有害元素存在于什么矿物之中；查清矿石中矿物的种类、含量、嵌布粒度特性和嵌镶关系；测定选矿产品中有用矿物单体解离度。测定方法包括肉眼和显微镜鉴定等常用方法和其它特殊方法。常用的显微镜有实体显微镜（双目显微镜）、偏光显微镜和反光显微镜等。实体显微镜只有放大作用，是肉眼观察的简单延续，用于放大物体形象，观察物体的表而特征。观察时，先把矿石碎屑在玻璃板上摊为一个薄层，然后直接进行观察，并根据矿物的形态、颜色、光泽和解理等特征来鉴别矿物。这种显微镜的分辨能力较低，但观察范围大，能看到矿物的立体形象，可初步观察矿物的种类、粒度和矿物颗粒间的相互关系，估定矿物的含量。偏光显微镜除具有放大作用外，还在显微镜上装有两个偏光零件起偏镜（下偏光镜）和分析镜（上偏光镜），加上可以旋转的载物台，就可以用来观察矿物的偏光性质。达种显微镜只能用来观察透明矿物。反光显微镜的构造和偏光显微镜一样，都具有偏光零件，所不同的是在显微镜筒上装有垂直照明器。这种显微镜适用于观察不透明矿物，要求把矿石的观察表面磨制成光洁的平面，即把矿石制成适用于显微镜观察的光片。大部分有用矿物属于不透明矿物，主要运用这种显微镜进行鉴定。鉴定表上没有的矿物，或单凭显微镜还难于鉴定的矿物等，则要用其他一些特殊方法。在显