【采矿课件】第2章物料的基本物理化学特性

1、.：.；第2章物料的根本物理化学特性习 题 解 答1什么是矿石、矿物、岩石？三者关系如何？ 【解】矿物Mineral是指：由地质作用所构成的结晶态的天然化合物或单质，他们具有均匀且相对固定的化学成分和确定的晶体构造；它们在一定的物理化学条件范围内稳定，是组成岩石和矿石的根本单元。 岩石Rock是天然产出的由一种或多种矿物包括火山玻璃、生物遗骸、胶体组成的固体集合体。 矿石Ore指天然产出的由一种或多种能被利用的矿物组成的固体集合体。普通由矿石矿物和脉石矿物两部分组成。 2二次资源包含哪些物料？ 【解】二次资源是指人类社会活动消费和生活产生的含有有价成份并有回收再利用的经济或环保价值的废弃物料，

2、或称可再生资源。主要包括废旧电器如电视机、电冰箱、音响等；废旧金属制品如电缆、电线、易拉罐和电池等；废旧机器、废旧汽车；工厂“三废废渣、废液、废气；生活废物如渣滓、废纸等。 3工艺矿物学研讨的内容是什么？ 【解】1物料的物相组成；2物料中元素赋存形状； 3物料中物相嵌布特征； 4工艺产品的研讨。 4物料的几何特性包括那三项？ 【解】颗粒的几何特征主要包括颗粒的大小、外形、外表积等。 5物质的磁性可以分为那几类，其磁性强弱如何？ 【解】固体物质的磁性可分为五类：逆磁性、顺磁性、反铁磁性、铁磁性和亚铁磁性。 6简述铁磁质物质的磁化过程。 【解】在磁化磁场的作用下，铁磁质的磁化包括两个过程：畴壁的挪

3、动和磁畴的转动。畴壁挪动时，与外磁场方向相近的磁畴的体积扩展，其他方向磁畴的体积减少，以致消逝 这一过程，本质上，是畴壁附近的原子磁矩在外磁场的影响下逐渐转向，由体积减少的磁畴方向转到体积扩展的磁畴方向的结果，壁移所需的外加磁场强度较小，所以在低磁场中，磁化以壁移为主，磁化曲线的OA段为畴壁的可逆位移，即磁场强度减到零时，磁化强度可沿OA曲线回降到零。AB段畴壁的位移是不延续的、腾跃式的、不可逆的。畴壁位移的不可逆性，是由于磁晶中的杂质和晶格缺陷妨碍畴壁的挪动，这种阻力相当于一种摩擦力，当畴壁越过这些妨碍后，退磁时，它又妨碍畴壁回到原来的位置，因此产生磁滞景象。磁畴转动是磁畴逐渐转到与外磁场方

4、向一致。畴转所需的外磁场强度较高，因此，在较高磁场中，磁化以畴转为主。当一切磁畴都转到外磁场方向时，磁化即到达饱和形状。磁化曲线的BC段是以畴转为主的磁化过程。 7简述矿物磁性的分类，及其分选特点。 【解】根据磁性，按比磁化率大小把一切矿物分成强磁性矿物、弱磁性矿物和非磁性矿物。 强磁性矿物：这类矿物的物质比磁化率X3.810-5m3/kg或CGSM制中X310-3m3/g，在磁场强度H0达120kA/m1500奥的弱磁场磁选机中可以回收。属于这类矿物的主要有磁铁矿、磁赤铁矿-赤铁矿、钛磁铁矿、磁黄铁矿和锌铁尖晶石等。这类矿物大都属于亚铁磁性物质。 弱磁性矿物：这类矿物的物质比磁化率X7.51

5、0-6 m3/kg 1.2610-7m3/kg或CGSM制中X=610-4 cm3/g1010-6cm3/g，在磁场强度H0800 kA/m 1600kA/m10000奥20000奥的强磁场磁选机中可以回收。属于这类矿物的最多，如大多数铁锰矿物赤铁矿、镜铁矿、褐铁矿、菱铁矿、水锰矿、硬锰矿、软锰矿等；一些含钛、铬、钨矿物钛铁矿、金红石、铬铁矿、黑钨矿等；部分造岩矿物黑云母、角闪石、绿泥石、绿帘石、蛇纹石、橄榄石、柘榴石、电气石、辉石等。这类矿物大都属于顺磁性物质，也有属于反铁磁性物质。 非磁性矿物：这类矿物的物质比磁化率X=1.2610-7m3/kg或CGSM制中X1010-6cm3/g，在目

6、前的技术条件下，不能用磁选法回收。属于这类矿物的很多，如部分金属矿物方铅矿、闪锌矿、辉铜矿、辉锑矿、红砷镍矿、白钨矿、锡石、金等；大部分非金属矿物自然硫、石墨、金刚石、石膏、萤石、刚玉、高岭土、煤等；大部分造岩矿物石英、长石、方解石等。这类矿物有些属于顺磁性物质，也有些属于逆磁性物质方铅矿、金、辉锑矿和自然硫等。 8.物质磁化率和物体磁化率两者之间的关系如何？ 物质体积磁化率为物质磁化时单位体积和单位磁场强度具有的磁矩 退磁因子不为零的磁化试样的磁化率叫做物体磁化率 物体体积磁化率小于物质体积磁化率，即 ， 物体比磁化率小于物质比磁化率，即 。 9矿物的电性质有那些？ 【解】矿物的电性质是指矿

7、物的电阻、介电常数、比导电度以及电整流性等，它们是判别能否采用电选的根据。 电导率是长1cm, 截面积为1cm2的直柱形物体沿轴线方向的导电才干 矿物的电阻是指矿物的粒度d=1mm时所测定出的欧姆数值石墨是良导体，所需电压最低，仅为2800V，以它作为规范，将各种矿物所需最低电压与它相比较，此比值即定义为比导电度 矿物表现出的这种与高压电极极性相关的电性质称作整流性。 10简述矿物的价键类型及解理面规律。 【解】矿物内部构造按键能可分为四大类： 1离子键或离子晶格。 2共价键或共价晶格。 3分子键或分子晶格。 4金属键或金属晶格。破碎时，矿物沿脆弱面裂痕、解理面、晶格间含杂质区等处裂开，也会沿

8、应力集中地域断裂。单纯离子晶格断裂时，常沿着离子界面断裂。其解理面的规律是 1不会使基团断裂，如不会使方解石中的 拆开； 2往往沿阴离子交界面断裂，只需当没有阴离子交界层时，才能够沿阳离子交界层断裂； 3当晶格中有不同的阴离子交界层或者各层间的间隔 不同时，常沿较脆弱的交界层或间隔 较大的层面延续裂。共价晶格的能够断裂面，常是相邻原子间隔 较远的层面，或键能弱的层面。 11简述非极性矿物与极性矿物的矿物内部构造与价键特性 【解】普通来说，矿物内部构造与外表键性有如下关系： 1由分子键构成分子键晶体的矿物，沿较弱的分子键层面断裂，其外表是弱的分子键。这类外表对水分子引力弱。接触角都在60 90之

9、间，划分为非极性矿物如石墨、辉钼矿、煤、滑石等。 (2) 凡内部构造属于共价键晶格和离子晶格的矿物，其破碎断面往往呈现原子键或离子键，这类外表有较强的偶极作用或静电力。因此亲水，天然可浮性小。具有强共价键或离子键合的外表的矿物称为极性矿物。 12矿物外表自在能的数值取决于晶体断裂面的几何外形及外表原子所处的位置在矿物颗粒外表不同的位置：晶面上，棱面上和尖角上的外表张力的关系如何？ 【解】外表自在能的数值取决于晶体断裂面的几何外形及外表原子所处的位置。棱边及尖角处的原子的配位数K小于外表平台处的原子配位数，故拥有较大的外表自在能，表现出较强的活性。例如，立方晶格外表上不同位置处的离子结合能9分别

10、为：晶面上 0.0662e2/a 棱边上 0.0903e2/a 尖角上 0.249e2/a 可以预料，不平整的破裂面上，棱边及尖角较多，比平整的破裂面具有更大的活性；再者，晶体破碎得愈细小，它的棱边能、尖角能在外表能中所占的比例亦逐渐增大。 13硫化矿物外表氧化的几种方式及规律是什么？ 【解】硫化矿物的外表氧化反响有如下几种方式式2-55 2-58，氧化产物有两类，一是硫氧化合物，如 、 、 和 等，二是金属离子的羟基化合物，如 、 。 1 2 3 4研讨阐明，氧与硫化物相互作用过程分阶段进展。第一阶段，氧的适量物理吸附，硫化物外表坚持疏水；第二阶段氧在吸收硫化物晶格的电子之间发生离子化；第三

11、阶段离子化的氧化学吸附并进而使硫化物发生氧化生成各种硫氧化基。 14矿物外表电荷是由哪几种要素引起的？ 【解】矿物外表电荷的来源，归纳起来，主要有以下四种类型： 1优先解离或溶解 离子型矿物在水中由于外表正、负离子的外表结合能及受水偶极的作用力水化不同而产生非等当量向水中转移的结果，使矿物外表荷电。外表离子的水化自在能 可由离子的外表结合能 和气态离子的水化自在能 计算。即对于阳离子M+， 1 对于阴离子X，那么 2根据 何者负值较大，相应离子的水化程度就较高，该离子将优先进入水溶液。于是外表就会残留另一种离子，从而使外表获得电荷。 对于外表上阳离子和阴离子呈相等分布的1-1价离子型矿物来说，

12、假设阴、阳离子的外表结合能相等，那么其外表电荷符号可由气态离子的水化自在能相对大小决议5。 例如碘银矿AgI，气态银离子Ag+的水化自在能为-441kJ/mol，气态碘离子I的水化自在能为-279kJ/mol，因此Ag+优先转入水中，故碘银矿在水中外表荷负电。 相反，钾盐矿KCl气态钾离子K+的水化自在能为-298kJ/mol，氯离子Cl的水化自在能为-347kJ/mol，Cl优先转入水中，故钾盐矿在水中外表荷正电。 对于组成和构造复杂的离子型矿物，那么外表电荷将决议于外表离子水化作用的全部能量，即1式和2式。 例如萤石CaF2。知： ， ； ； 。由2-59和2-60式得即外表氟离子F的水化

13、自在能比外表钙离子Ca2+的水化自在能正值小。故氟离子F优先水化并转入溶液，使萤石外表荷正电。转入溶液中的氟离子F受外表正电荷的吸引，集中于接近矿物外表的溶液中，构成配衡离子层 矿物外表矿物外表配衡离子层其他的例子有，重晶石BaSO4、铅矾PbSO4的负离子优先转入水中，外表阳离子过剩而荷正电；白钨矿CaWO4、方铅矿PbS的正离子优先转入水中，外表负离子过剩而荷负电。 2优先吸附 这是矿物外表对电解质阴、阳离子不等当量吸附而获得电荷的情况。 离子型矿物在水溶液中对组成矿物的晶格阴、阳离子吸附才干是不同的，结果引起外表荷电不同，因此矿物外表电性与溶液组成有关。 例如前述白钨矿在自然饱和溶液中，

14、外表钨酸根离子 较多而荷负电。如向溶液中添加钙离子Ca2+，因外表优先吸附钙离子Ca2+而荷正电。又如，在用碳酸钠与氯化钙合成碳酸钙时，假设氯化钙过量，那么碳酸钙外表荷正电+3.2mV。 3吸附和电离 对于难溶的氧化物矿物和硅酸盐矿物，外表因吸附H+或OH而构成酸类化合物，然后部分电离而使外表荷电，或构成羟基化外表，吸附或解离H+而荷电。以石英SiO2在水中为例，其过程可表示如下： 石英破裂： H+和OH吸附： 电离： 其他难溶氧化物，例如锡石SnO2也有类似情况。 因此，石英和锡石在水中外表荷负电。 4晶格取代 粘土、云母等硅酸盐矿物是由铝氧八面体和硅氧四面体的层状晶格构成。在铝氧八面体层片

15、中，当Al3+被低价的Mg2+或Ca2+取代，或在硅氧四面体层片中，Si4+被Al3+置换，结果会使晶格带负电。为维持电中性，矿物外表就吸附某些正离子例如碱金属离子Na+或K+。当矿物置于水中时，这些碱金属阳离子因水化而从外表进入溶液，故这些矿物外表荷负电。 15离子型矿物外表阴阳离子的溶解规律是什么？ 【解】离子型矿物在水中由于外表正、负离子的外表结合能及受水偶极的作用力水化不同而产生非等当量向水中转移的结果，使矿物外表荷电。 外表离子的水化自在能 可由离子的外表结合能 和气态离子的水化自在能 计算。即对于阳离子M+， 1 对于阴离子X，那么 2根据 何者负值较大，相应离子的水化程度就较高，

16、该离子将优先进入水溶液。于是外表就会残留另一种离子，从而使外表获得电荷。 16简述石英在水中的荷电过程及其机理。 【解】对于难溶的氧化物矿物和硅酸盐矿物，外表因吸附H+或OH而构成酸类化合物，然后部分电离而使外表荷电，或构成羟基化外表，吸附或解离H+而荷电。石英SiO2在水中荷电过程可表示如下： 石英破裂： H+和OH吸附： 电离： 因此，石英在水中外表荷负电。 17什么是接触角、三相润湿周边？ 【解】在一浸于水中的矿物外表上附着一个气泡，当达平衡时气泡在矿物外表构成一定的接触周边，称为三相润湿周边。在一浸于水中的矿物外表上附着一个气泡，当达平衡时气泡在矿物外表构成一定的接触周边，称为三相润湿

17、周边。经过三相平衡接触点,固水与水气两个界面所包之角包含水相称为接触角，以表示。 18如何经过接触角鉴别颗粒外表的润湿性？ 【解】在不同矿物外表接触角大小是不同的，接触角可以标志矿物外表的润湿性：假设矿物外表构成的角很小，那么称其为亲水性外表；反之，当角较大，那么称其疏水性外表。亲水性与疏水性的明确界限是不存在的，只是相对的。角越大阐明矿物外表疏水性越强；角越小，那么矿物外表亲水性越强。 19简述润湿方程及其物理意义。 【解】 或 上式阐明了平衡接触角与三个相界面之间外表张力的关系，平衡接触角是三个相界面张力的函数。接触角的大小不仅与矿物外表性质有关，而且与液相、气相的界面性质有关。凡能引起任何两相界面张力改动的要素都能够影响矿物外表的润湿性。但上式只需在