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矿物特性知识
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1.铁矿石的分类

铁矿石是以化合物的状态存在于自然界中,尤其是以氧化铁的状态存在的量特别多。现在将几种比较重要的铁矿石提出来说明:(1)磁铁矿(MagnetITe)是一种氧化铁的矿石,主要成份为Fe3O4,是Fe2O3和FeO的复合物,呈黑灰色,比重大约5.15左右,含Fe72.4%,O 27.6%,具有磁性。在选矿(Beneficiation)时可利用磁选法,处理非常方便;但是由于其结构细密,故被还原性较差。经过长期风化作用后即变成赤铁矿。(2)赤铁矿(Hematite)也是一种氧化铁的矿石,主要成份为Fe2O3,呈暗红色,比重大约为5.26,含Fe70%,O 30%,是主要的铁矿石。由其本身结构状况的不同又可分成很多类别,如赤色赤铁矿(Red hematite)、镜铁矿(SPEcularhematite)、云母铁矿(Micaceous hematite)、粘土质赤铁(Red Ocher)等。(3)褐铁矿(Limonite)这是含有氢氧化铁的矿石。它是针铁矿(Goethite)HFeO2和鳞铁矿(LepidoCRocite)FeO(OH)两种不同结构矿石的统称,也有人把它主要成份的化学式写成mFe2O3.nH2O,呈现土黄或棕色,含有Fe约62%,O 27%,H2O 11%,比重约为3.6~4.0,多半是附存在其它铁矿石之中。(4)菱铁矿(Siderite)是含有碳酸铁的矿石,主要成份为FeCO3,呈现青灰色,比重在3.8左右。这种矿石多半含有相当多数量的钙盐和镁盐。由于碳酸根在高温约800~900℃时会吸收大量的热而放出二氧化碳,所以我们多半先把这一类矿石加以焙烧之后再加入鼓风炉。(5)铁的硅酸盐矿(Silicate Iron)此类矿石是一种复合盐,没有一定的化学式,成份的变化很大,一般呈现深绿色,比重为3.8左右,含铁成份很低,是一种较差的铁矿石。   (6)硫化铁矿(Sulphide iron)这种矿石含有FeS2,含Fe只有46.6%而S的含量达到53.4%。呈现灰黄色,比重大约为4.95~5.10。由于这种矿石常常含有许多其它较贵重的金属如铜(CoPPer)、镍(Nickel)、锌(Zinc)、金(Gold)、银(Silver)等,所以常被用做他种金属冶炼工业的原料;又由于它含有大量的硫,所以常被用来提制硫磺,铁反而变成了副产品,所以事实上已不能称为铁矿石矣。

2.常见矿石的主要化学成分

云母简介(Mica)

云母族矿物分为两个亚族,共有九种矿物。白云母亚族,有钠云母、白云母、钒云母、海绿石;金云母-黑云母亚族,有金云母-黑云母、锌三层云母、铁锂云母、锰锂云母、铜铀云母和锂云母。云母是含锂、钠、钾、镁、铝、锌、铁、钒等金属元素并具有层状结构的含水铝硅酸盐族矿物的总称。主要包括白云母、黑云母、金云母、锂云母等。工业上应用的云母矿物原料是白云母和金云母中的片云母和碎云母及绢云母,使用较多的是白云母,其次为金云母。由于云母具有较高的电绝缘性、较好的透明度、极好的可剥分性、较高的化学稳定性、较好的还原性以及在高温状态下能保持上述优良的物理化学性能,因而它主要作为一种非常重要的绝缘材料广泛用于电子、电机、电讯、电器、航空、交通、仪表、冶金、建材、轻工等工业部门,以及国防和工业领域。 70 年代以来,由于在电容器、电动机的绝缘支撑材料及电介质材料中,使用的片云母已被由碎云母为原料制成的云母纸所代替,通讯电子管的绝大部分已被半导体集成电路所取代,引起消费结构发生根本变化,因此使片云母的需求量大幅度下降,而碎云母的需求量日渐增长。随着科学技术的发展,近年来云母矿物在建材、地质勘探、润滑、油漆、食品、化妆品等方面的应用不断扩展,碎云母和绢云母矿物原料将具有广阔的应用前景。

化学成分 : 白云母化学式为 KAl2(AlSi3O10)(OH)2 ;镁硅白云母化学式为 (Fe2+ 、 M g)(Fe3+,Al3+)(AlSi7O20)(OH)4 ;绢云母化学式为 KAl2(Si,Al)4O10(OH,F) 2 ;金云母化学式为KMg3(AlSi3O10)(F,OH)2 云母这种铝硅酸盐矿物,具有连续层状硅氧四面体构造,具极完全之解理,可剥离为具弹性之薄片,质柔可弯曲,透明无色,厚块半透明带有灰、棕、淡绿、玫瑰红色,具玻璃至绢丝或珍珠光泽,硬度 2.5~3 ,比重 2.75~3.0 ,耐酸性。

白云母(Muscovite)

白云母化学组成: KAl2[Si3AlO10](OH,F)2,理想的组份是八面体片含 Al ,也可少量地被 Fe 3+ 、 Mg 、 Fe 2+ 甚至 Mn 、 Cr 、 V 等所置换。白云母具有高度完全的底解理、颜色淡白。薄片富弹性的特点。

白云母是分有很广的造岩矿物之一,在三大岩类中均有产出。泥质岩石在低级区域变质过程中可以形成绢云母,变质程度稍高时,成为白云母。 酸性岩浆结晶晚期以及伟晶作用阶段,均有大量白云母生成。由高温至中低温的蚀变作用过程中,也能生成。所谓云英岩化是高温蚀变作用之一,能形成大量白云母。所谓绢云母化作用是中低温蚀变作用之一,能形成大量绢云母。白云母风化破碎成极细的鳞片,既可以成为碎屑沉积物中的碎屑,也可以是泥质岩的矿物成分之一。

白云母斜方柱晶类,通常呈板状或片状,外形成假六方形或菱形。柱面有明显的横条纹。双晶常见,多依云母律生成接触双晶或穿插三连晶。

金云母(Phlogopite)

金云母的化学式为KMg3[AlSi3O10][F,OH]2 。因为和白云母物理化学性能有所不同,故有很多特殊功能,应用于很多重要领域。 工业上主要利用其很高的电绝缘性和耐热性,以及强抗酸、抗碱、抗压和剥分性能,用作电气设备和电工器材的绝缘材料。金云母通常呈黄色、暗棕色或黑色,玻璃光泽,解理面呈珍珠或半金属光泽,金云母能被浓硫酸所腐蚀,可在浓硫酸中分解,同时产生一种乳状的溶液,化学成份中替代钾的有钠、钙、钡;替代镁的有钛、Fe、锰、铬;氟替代OH,金云母的变种有锰云母、钛云母、铬金云母、氟金云母等。特色的性能产生了特色的用途。

 

黑云母 Biotite

黑云母化学组成: K(Mg,Fe2+)3(Al,Fe3+)Si3O10(OH,F)2,类质同象代替广泛,所以不同岩石中产出的黑云母,其化学组成成分差距很大。一般酸性和碱性岩浆岩中的黑云母,FeO高, MgO低;基性和超基性岩中的黑云母,MgO高,FeO低;在碱性伟晶岩中的黑云母,MgO低,而Fe2O3相对要高一些。

黑云母的晶体形态与金云母相同。颜色为黑色、深褐色,有时带浅红、浅绿或其它色调。含钛高的呈浅红褐色,富含高价铁则呈绿色。透明至不透明。玻璃光泽,黑色则呈半金属光泽。硬度2-3,比重3.02-3.12。黑云母受热水溶液的作用可以蚀变为绿泥石、白云母和绢云母等其他矿物。黑云母因为含铁高,绝缘性能差,远不如白云母。黑云母细片常用作建筑材料填充物。粒径较大的黑云母,极容易根据其片状形态,较深的颜色以及弹性,具有云母的完全解理,和受热以后,可略带磁性的特点等加以鉴别 在深成岩和浅成岩钟,特别是酸性或偏碱性的岩石中,大都含有黑云母。

绢云母(Sericite)

绢云母(Sericite)是一种天然细粒白云母,属白云母的亚种,是层状结构的硅酸盐,结构由两层硅氧四面体夹着一层铝氧八面体构成的复式硅氧层。{001}解理完全,可劈成极薄的片状,片厚可达1u以下(理论上可削成0.001u),径厚比大;与白云母相比:具有天然粒径小,易加工超细的特点。绢云母晶体化学式为: K 0.5-1 ( Al,Fe,Mg ) 2 ( SiAl ) 4 O 10 (OH) 2 ? nH 2 O ,一般化学成分: SiO 2 43.13~49.04%,Al 2 O 3 27.93~37.44%,K 2 O+Na 2 O9~11%,H 2 O 4.13~6.12%。]

绢云母属于单斜晶体,晶体为鳞片状,具丝绢光泽(白云母呈玻璃光泽),纯块呈灰色、紫玫瑰色、白色等,径厚比>80,比重2.6~2.7,硬度2~3,富弹性,可弯曲,抗磨性和耐磨性好;耐热绝缘,难溶于酸碱溶液,化学性质稳定。测试数据:弹性模量为1505~2134MPa,耐热度500~600oC,导热率0.419~0.670W.(m.K)-1,电绝缘性200kv/mm,抗放射性5×1014热中子/cm2对照度。

另外绢云母的化学组成、结构、构造与高岭土相近,又具有粘土矿物的某些特性,即在水介质及有机溶剂中分散悬浮性好,色白粒细,有粘性等。因此,绢云母兼具云母类矿物和粘土类矿物的多种特点。

钠云母(Paragonite)

钠云母是一种含水的钠铝硅酸盐,是一种云母,常和白云母共生,并与它可以其物理性质相区别,两种云母的区别在于它们的化学成份。在钠云母中钠离子占据着白云母中钾的构造位置。

锂云母(鳞云母)( 淡紫色晶体 ) Lepidolite,Lilac, crystalline

锂云母化学组成K(Li,Al) 2.5-3 [Si 3.5-3 Al 0.5-1 O 10 ](OH,F) 2 , 鳞云母是 Al — Li 和 Fe - Li 两个类质同象系列中富 Li 一端的成员,其 Al — Li 系列为不完全类质同象,而 Fe - Li 系列则为完全类质同象。分析资料证明,凡是含 Li 的云母,均含一定数量的 F - 。含 Li 越高, F 的含量办越高。

锂云母具有云母一般的解理和紫到粉红的颜色。熔化时,可以发泡,并产生深红色的锂焰。不溶于酸,但在熔化之后,亦可受酸类的作用。

锂云母又称鳞云母,一般是片状或鳞片状集合体。我国河南芦氏县产有球状的锂云母,是一种特殊形态。它呈玫瑰色,浅紫色,有时为白色,风化后成暗褐色。透明。玻璃光泽,解理面显珍珠光泽。硬度2-3。比重2.8-2.9。薄片具弹性。它是提取稀有金属锂的主要原料之一。锂云母中常含有铷和铯,也是提取这些稀有金属的重要原料。

云母族矿物能在各种地质条件下形成。黑云母是火成岩的主要造岩矿物之一,在大多深成和浅成岩中都有分布。白云母也是分布很广的一种造岩矿物,在火成岩、沉积岩、变质岩中都有产出。金云母则主要产于超基性岩和镁质大理岩中。许多有工业价值的云母主要产于伟晶岩和变质岩中。变质岩中大片金云母是由富含挥发组分的岩浆岩对围岩交代作用的产物。细粒白云母、钠云母又称绢云母,一般与热液蚀变作用有关。锂云母几乎只产于花岗伟晶岩和与花岗岩有关的高温气成热液矿床中。变质成因的云母种类与原岩成分及变质程度有关,富镁碳酸盐岩变质易成金云母;富铝岩石变质易成白云母和黑云母。

钒云母(产在砂岩中) Roscoelite in Sandstone

钒云母化学组成: K(V,Al,Mg)2AlSi3O10(OH)2 ,Y组离子以钒和铝为主,类质同象混入物有镁,Fe3+,Fe2+、铬等。化学分析资料; SiO2 48.05%, Al2O3 15.00%, V2O3 14.62%, P2O5 0.13%, MgO 4.32%,CaO 0.34%,Fe2O3 0.56%,TiO2 0.38%,K2O 6.19%,BaO 1.28%,Na2O 0.13%,Cr2O3 1.56%,F 0.05%,H2O+ 5.44%,H2O- 0.28%,总计98.33(中国湖北产)。

钒云母其颜色、形态和透射光下为绿色,有多色性为鉴定特征。钒云母赋存于含有机炭质较高的炭质板岩中,与铬钒水云母、铬钒白云母、钡钒水云母等共生。钒云母大部分晶体呈亮绿色细纤维状,少数成片状。

铬云母(白云母变种、单斜晶系)(Muscovite var. Fuchsite Monoclinic)

铬云母化学组成:KAl2[Si3AlO10](OH,F)2,理想的组份是八面体片含 Al ,也可少量地被 Fe 3+ 、Mg 、Fe 2+ 甚至 Mn、Cr、V等所置换。铬云母具有高度完全的底解理、颜色淡白。薄片富弹性的特点。

3.金的矿物及其标型特征

(1)、金[1]的矿物与分类   

根据矿物中金的结构状态和含金量,可将金矿床矿物分为金矿物、含金矿物和载金矿物三大类。所谓金的独立矿物,系指以金矿物和含金矿物形式产出的金,它是自然界中金重要的赋存形式,也是工业开发利用的主要对象。到目前为止,世界上已发现98种金矿物和含金矿物,但常见的只有47种,而工业直接利用的矿物仅10多种。按晶体化学原则可将金矿物和含金矿物分为:①.自然元素类矿物 自然金(Au),含Au>80%,Ag<20%;银金矿(Au;Ag),含Au80%~50%,Ag20%~50%;金银矿(Au;Ag),含Au50%~20%,Ag50%~80%;含铂钯自然金(Au;Pt;Pd),含Au84.6%~95.55%,Pt0~11.5%,Pd0~12.3%;银铜金矿(Au,Cu,Ag),含Au67.7%,Ag12.8%,Cu9.2%,Pd4.2%,Rh4.3%。②.金属互化物类金矿物 系指两种或两种以上的金属元素在天然熔融状态下相互溶解,相互形成的天然合金矿物。主要有:围山矿(Au,Ag)3Hg2;四方铜金矿CuAu。③.金-银碲化物类矿物有碲金矿AuTe2;碲金银矿Ag3AuTe2;针碲金矿,又称针碲金银矿AuAgTe4。④.金银硒化物类矿物 硒金银矿Ag3AuSe2。   ⑤.金银铋化物类矿物 黑铋金矿Au2Bi。⑥.金银锑化物类矿物。⑦.金银硫化物类矿物 硫金银矿(Ag3Au)4S2。上述金矿物中以自然金及其变种(银金矿、金银矿)分布广,而且也是金的主要工业矿物。  

(2)、自然金的粒度   

自然金(银金矿等)按其粒度可分为明金,显微金、次显微金、次电子衍射金。  根据加拿大采矿公司资料,岩金矿中85%的金粒度小于0.01mm,一半以上为1~5μm。砂金矿中绝大部分金的粒度变化范围为0.25~10mm,其中粒径1~4mm者常见。

4.铁矿的分类

铁矿石

生铁(含碳量一般在2%以上)和钢(含碳量一般在2%以下)。生铁通常按用途不同分为炼钢生铁、铸造生铁、合金生铁。钢按组成元素不同分为碳素钢、合金钢。合金钢是在碳素钢的基础上,为改善或获得某些性能而有意加入适量的一种或多种元素的钢,加入钢中的元素种类很多,主要有铬、锰、钒、钛、镍、钼、硅。此外,铁矿石还用于作合成氨的催化剂(纯磁铁矿),天然矿物颜料(赤铁矿、镜铁矿、褐铁矿)、饲料添加剂(磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿)和名贵药石(磁石)等,但用量很少。钢铁制品广泛用于国民经济各部门和人民生活各个方面,是社会生产和公众生活所必需的基本材料。自从19世纪中期发明转炉炼钢法逐步形成钢铁工业大生产以来,钢铁一直是重要的结构材料,在国民经济中占有极重要的地位,是社会发展的重要支柱产业,是现代化工业重要和应用多的金属材料。所以,人们常把钢、钢材的产量、品种、质量作为衡量一个国家工业、农业、国防和科学技术发展水平的重要标志。

5.锌铅矿的特性

铅锌在自然界里特别在原生矿床中共生极为密切。它们具有共同的成矿物质来源和十分相似的地球化学行为,有类似的外层电子结构,都具有强烈的亲硫性,并形成相同的易溶络合物。它们被铁锰质、粘土或有机质吸附的情况也很相近。铅在地壳中平均含量约为15×10-6,在有关岩石中平均含量:砂岩7×10-6、碳酸盐岩9×10-6、页岩20×10-6。锌在地壳中平均含量约为80×10-6,在有关岩石中平均含量:玄武岩105×10-6、花岗岩中60×10-6、砂岩16×10-6、碳酸盐岩20×10-6、页岩95×10-6。目前,在地壳上已发现的铅锌矿物约有250多种,大约1/3是硫化物和硫酸盐类。方铅矿、闪锌矿等是冶炼铅锌的主要工业矿物原料。

6.锡矿的特性

锡,原子序数50,原子量118.71,元素名来源于拉丁文。在约公元前2000年,人类就已开始使用锡。锡在地壳中的含量为0.004%,几乎都以锡石(氧化锡)的形式存在,此外还有极少量的锡的硫化物矿。锡有14种同位素,其中10种是稳定同位素,分别是:锡112、114、115、116、117、118、119、120、122、124。   金属锡柔软,易弯曲,熔点231.89°C,沸点2260°C。有三种同素异形体:白锡为四方晶系,密度7.28克/立方厘米;,硬度2,延展性好;灰锡为金刚石形立方晶系,密度5.75克/厘米³;脆锡为正交晶系,密度6.54克/厘米³。  在空气中锡的表面生成二氧化锡保护膜而稳定,加热下氧化反应加快;锡与卤素加热下反应生成四卤化锡;也能与硫反应;锡对水稳定,能缓慢溶于稀酸,较快溶于浓酸中;锡能溶于强碱性溶液;在氯化铁、氯化锌等盐类的酸性溶液中会被腐蚀。

锡是银白色的软金属,比重为7.3,熔点低,只有232℃,你把它放进煤球炉中,它便会熔成水银般的液体。锡很柔软,用小刀能切开它。锡的化学性质很稳定,在常温下不易被氧气氧化,所以它经常保持银闪闪的光泽。锡无毒,人们常把它镀在铜锅内壁,以防铜温水生成有毒的铜绿。牙膏壳也常用锡做(牙膏壳是两层锡中央着一层铅做成的。近年来,我国已逐渐用铝代替锡制造牙膏壳)。焊锡,也含有锡,一般含锡61%,有的是铅锡各半,也有的是由90%铅、6%锡和4%锑组成。   

锡在常温下富有展性。特别是在100℃时,它的展性非常好,可以展成极薄的锡箔。平常,人们便用锡箔包装香烟、糖果,以防受潮(近年来,我国已逐渐用铝箔代替锡箔。铝箔与锡箔很易分辨——锡箔比铝箔光亮得多)。不过,锡的延性却很差,一拉就断,不能拉成细丝。   

其实,锡也只有在常温下富有展性,如果温度下降到-13.2℃以下,它竟会逐渐变成煤灰般松散的粉末。特别是在-33℃或有红盐(SnCl4·2NH4Cl)的酒精溶液存在时,这种变化的速度大大加快。一把好端端的锡壶,会“自动”变成一堆粉末。这种锡的“疾病”还会传染给其他“健康”的锡器,被称为“锡疫”。造成锡疫的原因,是由于锡的晶格发生了变化:在常温下,锡是正方晶系的晶体结构,叫做白锡。当你把一根锡条弯曲时,常可以听到一阵嚓嚓声,这便是因为正方晶系的白锡晶体间在弯曲时相互摩擦,发出了声音。在-13.2℃以下,白锡转变成一种无定形的灰锡。于是,成块的锡便变成了一团粉末。  

锡不仅怕冷,而且怕热。在161℃以上,白锡又转变成具有斜方晶系的晶体结构的斜方锡。斜方锡很脆,一敲就碎,展性很差,叫做“脆锡”。白锡、灰锡、脆锡,是锡的三种同素异形体。   

由于锡怕冷,因此,在冬天要特别注意别使锡器受冻。有许多铁器常用锡焊接的,也不能受冻。1912年,国外的一支南极探险队去南极探险,所用的汽油桶都是用锡焊的,在南极的冰天雪地之中,焊锡变成粉末股的灰锡,汽油就都漏光了。

7.钨矿的特性

钨是一种分布较广泛的元素,几乎遍见于各类岩石中,但含量较低。通过有关地质作用加以富集才能形成矿床作为商品矿石开采。钨在地壳中的平均含量为1.3×10-6,在花岗岩中含量平均为1.5×10-6。钨在自然界主要呈六价阳离子,其离子半径为0.68×10-10m。由于W6+离子半径小,电价高,具有强极化能力,易形成络阴离子,因此钨主要以络阴离子形式[WO4]2-,与溶液中的Fe2+、Mn2+、Ca2+等阳离子结合形成黑钨矿或白钨矿沉淀。黑钨矿结晶温度为320~240℃,白钨矿的结晶温度为300~200℃。   在表生作用中,由于含钨矿物较稳定,常形成砂矿。但在酸性条件下,含钨矿物可被分解,并以WO3形式溶于地表水中,在一定条件下形成某些钨的次生矿物。有时以矿物微粒或离子形式被粘土或铁锰氧化物吸附而集聚于页岩、泥质细砂岩及铁锰矿层中。   近年来在古老的变质岩系中发现有层控钨矿床和钨的矿源层,说明在变质作用过程中,钨也能发生某种程度的富集。钨的重要矿物均为钨酸盐。在成矿作用过程中能与[WO4]2-络阴离子结合的阳离子仅有几个,主要有Ca2+、Fe2+、Mn2+、Pb2+,其次为Cu2+、Zn2+、Al3+、Fe3+、Y3+等,因而矿物种类有限,目前在地壳中仅发现有20余种钨矿物和含钨矿物,即黑钨矿族:钨锰矿、钨铁矿、黑钨矿;白钨矿族:白钨矿(钙钨矿)、钼白钨矿、铜白钨矿;钨华类矿物:钨华、水钨华、高铁钨华、钇钨华、铜钨华、水钨铝矿;不常见的钨矿物:钨铅矿、斜钨铅矿、钼钨铅矿、钨锌矿、钨铋矿、锑钨烧绿石、钛钇钍矿(含钨)、硫钨矿等。

尽管已发现的钨矿物和含钨矿物有20余种,但其中具有开采经济价值的只有黑钨矿和白钨矿。黑钨矿(Fe、Mn)WO4,含WO3 76%;白钨矿CaWO4,含WO3 80.6%。

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