选 矿 概 论Mineral processing,二、工艺矿物学概论,工艺矿物学 process mineralogy 服务于现代工业生产，以工业固体原料与其产物的矿物学特征和加工过程中的矿物性状为研究目标的边缘性科学。 矿产资源评价 选冶加工 产品质量分析,2,目 录,1 工艺矿物学概况 2 工艺矿物学的研究内容-10项 3 工艺矿物学的研究方法 4 工艺矿物学的研究阶段,3,1、工艺矿物学概况,1.1工艺矿物学的出现 （1）20世纪初叶，近代大工业的建立，使人类工业的需求与矿产资源的利用率发生严重矛盾； （2） “贫细杂”矿产资源的综合回收利用，在工业生产和技术进步的有力推动下，应运而生工艺矿物学； （3） 20世纪40年代后，基础学科与测试技术的进步加快了工艺矿物学的发展，如：概率论、数理统计的引进，光学显微镜、X射线衍射、电子显微镜、电子探针的应用等； （4）1974年，工艺矿物学-新的矿物学分支一文的发表，标志着工艺矿物学成为一门独立的技术科学。,4,1、工艺矿物学概况,测试范围： (1)矿物组成及含量； (2)矿物的粒度分布； (3)目标矿物解离度； (4)目标矿物与其它矿物连生程度及分布； (5)元素赋存状态。,MLA （Mineral Liberation Analyser） 矿物解离度测定仪 工艺矿物学参数自动测试系统,5,1、工艺矿物学概况,物质组成研究所 应用现代测试、鉴定手段，研究确定原矿及其选冶产物的矿物组成及其分布，研究考察影响或制约生产工艺运行质量的矿物性状（包括几何、物理、化学等方面的表现与特征），为原矿及其选冶产物的最优化综合利用提供基础依据。,6,1、工艺矿物学概况,1.2工艺矿物学的地位与作用 工艺矿物学是地质、选矿、冶炼等部门技术进步的重要依托。（1）为选矿试验提供相应的矿石特征资料，积极走向资源综合利用的全过程； （2）有效参与到地质勘探、矿床评价、储量计算等基础地质过程中； （3）注意对矿石性质的地质成因分析和微观机理分析； （4）有效发挥学科在国民经济中的作用，积极开展服务于本学科的专用测试仪器、方法和手段的研究。,7,2、工艺矿物学的研究内容,2.1原料与产物中的矿物组成 查清原料与产物里的所有矿物种属； 判明各主要矿物成分的变化规律； 考查伴生物质特征； 确定各组分的含量。,8,2、工艺矿物学的研究内容,2.1原料与产物中的矿物组成 例如：铂，早在200多年前就被发现。 1735年，西班牙政府颁布法令，明文规定铂为有害杂质，责令除去砂金矿中的铂。 直到19世纪，发明干式冶炼制取铂的方法，并探明铂的可贵性质后，铂才成为工业上的贵重金属。 含有一定数量铂的矿物集合体，称为铂矿石。,9,2、工艺矿物学的研究内容,2.2原料与产物中的矿物粒度分析 矿石分选时，矿物的粒度大小，既是确定破碎方法和磨矿细度的关键因素，又影响着选矿工艺的选择。 例如：从金矿石中提取含金矿物， 粒度为0.25-5.0mm的粗粒含金矿物，宜采用重选方法； 粒度为10-74m的细粒，多采用浮选法回收； 粒度小于10m的，氰化浸出是最有效的方式。,10,2、工艺矿物学的研究内容,2.2原料与产物中的矿物粒度分析 粒度，是对颗粒几何形态大小的度量。 单晶粒度-由相同晶胞平行无间隙紧密堆垛而成的矿物单体所占有的空间尺寸，如立方体的黄铁矿、板状黑钨矿等。 集合体粒度：矿石中若干个矿物单晶聚合而成的集合体占有的空间尺寸，如黄铜矿、磁黄铁矿等。 标准粒度：颗粒是填充于自身组织系统中的几何实体，每个颗粒所占有的空间大小。 工艺粒度：进入破碎、磨矿作业的矿石受力粉碎时，组成矿物分离成为单一成分的最大颗粒尺寸，又称为嵌布粒度。,11,2、工艺矿物学的研究内容,2.3原料与产物中的元素赋存状态 赋存状态，是指元素在原料或产物中的存在形式及其在各组成物相中的分配比例。 研究内容： 查明有益、有害元素的存在形式，即独立矿物、显微包裹体、类质同象、吸附状态等； 元素赋存状态类型、特征和变化与矿石结构、构造、蚀变类型、矿物共生组合的关系； 查明元素在矿物中的分布与配比； 根据元素赋存状态的分析，拟定合理的分选流程，预测合理的回收指标。,12,2、工艺矿物学的研究内容,2.4矿物在工艺加工进程中的性状 单体解离-选矿工艺中，矿石受到破碎、磨矿作用，原来相互紧密聚集的各种矿物，由于矿石分裂成小体积的碎粒，使得部分矿物解离为单体，即一个独立的破碎颗粒中仅含有一种矿物； 形态改变-烧结矿中的硅酸二钙自高温冷却时，由型转变为型，体积膨胀10%； 价态转变-含有沥青铀矿的铁精矿，进入高炉冶炼时，铀由+6价转变为+4价。,13,2、工艺矿物学的研究内容,2.5矿物工艺性质改变的可能性和机理 例如： 浮选工艺中，加入药剂改变矿物表面的疏水性质； 超声处理清除矿粒表面污垢，改变晶体内部结构缺陷； 加热和放射性辐射改变矿物工艺性质。,14,2、工艺矿物学的研究内容,2.6判明尾矿和废渣综合利用的可能性 例如： （1）某尾矿回收硫铁实验报告 （2）废渣综合利用-生产水泥 生产无熟料水泥，废渣组成应以钙铝方柱石为主； 若废渣中硅灰石、硅酸二钙含量高，适宜将其加工为矿渣硅酸盐水泥。,15,2、工艺矿物学的研究内容,2.7矿物的工艺性质与元素组成和结构的关系 例如： 沉积变质含铁石英岩中的磁铁矿，其比磁化系数为（7.5-10）10-5 m3/kg； 接触交代和岩浆矿床中的磁铁矿，由于含有较多的Mg、Ti、V、Mn、Al等元素，比磁化系数降到（5.0-7.7） 10-5 m3/kg。,16,2、工艺矿物学的研究内容,2.8查明矿石的工艺类型空间分布规律，编制矿物工艺图 同一矿床由于成矿阶段的多期性，成矿深度与温度的不同以及后期改造程度的不同，在空间分布上会出现不同程度的差异。 按照矿石的经济价值、利用难易程度及分选工艺流程的不同，将其划分为不同的工艺类型，并编制矿物工艺图，不仅有助于矿床精确的地质评价、指导矿石的采掘，而且有益于合理配矿、及时调整选矿流程保障稳定生产、提高选矿指标。 例如：本溪南芬露天铁矿，由“矿石性质单一”到分为四个工艺类型-条带状磁铁矿石、透闪石磁铁矿石、块状磁铁矿石和赤铁磁铁矿石，铁精矿品位由64%提高到68%，回收率由80%提高到82%。,17,2、工艺矿物学的研究内容,2.9研究工艺固体原料加工前的表生变化 出露地表和构造断裂带附近的矿床，由于氧气、地下水、碳酸及风化等作用，矿石常有一系列物理、化学的改变。 工艺矿物学必须在查明表生变化性质的基础上，准确圈定表生产物边界，对其经济技术价值、储量和处理工艺进行单独评价和研究。,18,2、工艺矿物学的研究内容,2.10分析矿物工艺性质的生成条件 矿物具有的工艺性质与其自身的成矿作用相关。 例如：伟晶岩型绿柱石碱金属含量高，晶格缺陷多，密度大，可浮性差；热液型绿柱石晶格缺陷少，可浮性强。 根据成矿作用与工艺性质之间的联系，可从成因矿物学的角度，论述和预测矿石的工艺性质。,19,3、工艺矿物学的研究方法,3.1显微镜下矿物鉴定方法 透明矿物的偏光显微镜鉴定 偏光显微镜法，以偏振光为光源，通过观察偏振光透过矿物薄片所产生的光学性质来鉴定透明矿物及部分半透明矿物。 偏振光，自然光经过反射、折射、双折射等作用，转换为只在某个确定方向上振动的光波。,偏光显微镜,20,3.1显微镜下矿物鉴定方法,透明矿物的偏光显微镜鉴定 单偏光镜下观察、测定的矿物特征包括： 1、矿物的外表特征，如晶形、解理及解理夹角等； 2、与矿物对光波吸收有关的光学性质，如颜色、多色性及吸收性等； 3、与矿物折射率有关的光学性质，如突起、糙面、边缘、贝克线及色散效应等。,21,3.1显微镜下矿物鉴定方法,透明矿物的偏光显微镜鉴定 正交偏光显微镜下，主要观测非均质矿物不同切面的干涉色级序、双折射值、消光类型、消光角、延性符号及双晶类型等方面的性质。 锥光镜下，主要研究透明非均质体矿物的轴性、光性符号、光轴角大小、光率体色散以及晶体切面的准确定向等晶体光学性质。,22,3.1显微镜下矿物鉴定方法,钾长石的卡氏双晶,23,3.1显微镜下矿物鉴定方法,微斜长石的格子状双晶,24,3.1显微镜下矿物鉴定方法,斜长石的聚片双晶和卡钠联晶,25,3.1显微镜下矿物鉴定方法,不透明矿物的反光显微镜鉴定 以偏振光为光源，通过观察抛光的矿物表面对偏振光所产生的反射现象来鉴定不透明矿物或半透明矿物的方法，称为反光显微镜或矿相显微镜鉴定法。 思考：反光显微镜与普通偏光显微镜的主要区别是什么？ 光源和垂直照明器,XPF-550透反射偏光显微镜,26,3.1显微镜下矿物鉴定方法,不透明矿物的反光显微镜鉴定 金属矿物的镜下特征包括： 反射率、双反射、反射色、反射多色性、内反射、均质性与非均质性、偏光图、硬度、结构特征（晶形、解理、双晶、环带等）、磁性、导电性、脆性与塑性、浸蚀鉴定特征等。 标准矿物：黄铁矿、方铅矿、黝铜矿、闪锌矿,27,3.1显微镜下矿物鉴定方法,不透明矿物的反光显微镜鉴定 根据矿物反射率与硬度差异，编制矿物鉴定索引表。 思考：矿物硬度的类型包括哪几种？ 刻划硬度 抗磨硬度 抗压硬度,28,3.2矿物研究的其他常用技术,X射线衍射 X-ray diffraction，XRD 测定矿石中的物相组成与晶体结构,浮选银精矿的XRD分析结果,来源于文献：Occurrence of lead and silver minerals and their interaction with xanthate in slurry of zinc electrolysis anode slime,29,3.2矿物研究的其他常用技术,透射电镜 Transmission electron microscope，TEM 微细矿物、隐晶质矿物和超细粉体的形貌和结构分析,来源于文献：浙江青田单斜晶系叶腊石微结构的高分辨透射电镜研究,30,3.2矿物研究的其他常用技术,扫描电镜 Scanning electron microscope，SEM 观察矿物表面形貌和显微结构 电子探针微区分析 Electron probe microanalysis, EPA 微区化学成分分析，矿物中元素的定性与定量分析,来源于文献：电子探针在冀东峪耳崖金矿载金矿物研究中的应用,银金矿Ag元素面扫描图,背散射BSE电子图像,31,3.2矿物研究的其他常用技术,俄歇电子能谱仪 Auger electron energy spectrascope，AES 样品表面微区成分、样品纵剖面的成分及元素结合状态分析,来源于文献：铀铌合金中夹杂物研究,U-Nb合金中杂质元素俄歇能谱分析,32,3.2矿物研究的其他常用技术,热分析方法 差热分析（Differential thermal analysis，DTA），依据不同矿物在不同温度下出现的不同热反应（放热或吸热）的原理对矿物进行鉴定的方法。（矿物重结晶、产生新矿物相、氧化反应、脱水、多晶转变、晶体结构破坏、分解作用等）,33,3.2矿物研究的其他常用技术,热分析方法 热重分析（Tthermal gravimetry，TG），通过测定矿物在加热过程中重量的变化来鉴定矿物的一种方法，主要适用于粘土矿物和硅酸盐矿物等。,高岭土TG-DTA曲线,来源于文献：热处理温度对偏高岭土活性的影响及其表征,34,3.3 矿物组成定量测定方法,通过重力分离、磁力分离、介电分离或选择性溶解等分离方法进行矿物组成的定量分析； 利用显微镜对矿石进行矿物定量测定； 利用矿物与某特征元素之间的独立相关性，求取矿石中的矿物含量。 例：某地由闪锌矿、黄铜矿、黄铁矿、磁黄铁矿组成的矿石中，经多元素化学分析，得知含铜0.997%，含锌39.164%，含铁23.652%，含硫33.508%，求矿石中各矿物含量。,35,3.4 元素赋存状态研究