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來源: 發(fā)表時間:2015-05-19 09:04:52 點(diǎn)擊次數(shù):【】
根據(jù)質(zhì)點(diǎn)間化學(xué)鍵性質(zhì)可將礦物晶體大體歸屬如下四類:
(1)原子鍵或共價鍵是由兩個原子共同提供一定數(shù)量的電子形成的電子對,并賴以維持兩個原子的結(jié)合,這種電子對同時受到兩個原子核的作用而不能任念運(yùn)轉(zhuǎn),故原子鍵的結(jié)合力最強(qiáng),而且具有方向性及飽和性。因此,原子鍵型的礦物硬度大,物理性質(zhì)隱定,最難磨碎,以剪切力為主的磨剝作用效果最差,只有強(qiáng)烈沖擊才容易打斷牢固的原子鍵。金剛石是典型的原子鍵礦物,但自然界此類型的礦物不多。
(2)離子鍵是由一個或幾個電子從一個原子轉(zhuǎn)移另一個原子上形成的,并由此使中性原子成為兩個電荷相反的離子。這些電子云為球形對稱的離子,其電場在各個方面均相同。離子鍵的特點(diǎn)是無方向性,也無飽和性,致使質(zhì)量呈緊密堆積、且結(jié)合比較牢固,鍵力僅次于原子鍵。但當(dāng)質(zhì)點(diǎn)沿某些面作滑動以后會造成陽離子的鄰近點(diǎn)不再是陰離子而是其他陽離子,從而互相排斥,致使晶格內(nèi)質(zhì)點(diǎn)間在能量上最適宜的配位數(shù)受到破壞,晶格斷裂。因此,離子晶體在受力時表現(xiàn)出脆性。由于自然界大部分為離子鍵型礦物,故多數(shù)礦物在宏觀力學(xué)性質(zhì)方面表現(xiàn)硬而脆,磨碎礦石時應(yīng)引起注意。
(3)分子鍵為范德華氏力,由于鋌力弱,故礦物晶體的硬度低,磨碎時容易被粉碎。此類礦物在自然界不多,常見的主要有自然硫(S)、雄黃(AsS)、方銻礦(Sb203)以及少數(shù)層構(gòu)造礦物等。此類礦物容易被粉碎。
(4)金子鍵是金屬晶體特存的化學(xué)鍵,質(zhì)點(diǎn)間靠自由電子聯(lián)系,鍵力不具方向性,強(qiáng)度次于共價鍵及離子鍵。金屬型晶體具有塑性,且延展性好。具有金屬鍵型的礦物晶體也不多,只有金、銀、鉑、鉍、銅等元素以自然金屬礦物存在。此類礦物受破碎力作用時難于粉碎而容易打扁成薄片不易形成細(xì)粒。
需指出的是,由于實(shí)際礦物晶體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,一種礦物晶體往往不只是一種鍵力結(jié)合,且存在許多過渡鍵型。 此外,礦石一般又是多種礦物的聚合體,致使結(jié)合鍵力更為復(fù)雜。就一般而言,同種礦物晶體內(nèi)的聚合力往往比不同礦物晶體之間的結(jié)合力強(qiáng);在同種礦物晶體的聚合體中,晶格內(nèi)的結(jié)合力最強(qiáng),晶面上的結(jié)合力弱。據(jù)美國國家礦業(yè)局的測定,晶面上的結(jié)合力只冇晶體內(nèi)結(jié)合力的75%。由上可見,整個礦石的力學(xué)性質(zhì)是極不均勻的,如果再考慮到礦物晶體形成過程中其他離子的混入、離子錯位及空位等結(jié)晶缺陷,實(shí)際礦石的力學(xué)性質(zhì)就變得更不均勻更為復(fù)雜。
由于礦石力學(xué)性質(zhì)的不均勻性及復(fù)雜性,按化學(xué)鍵的性質(zhì)雖然可以說明晶體礦物的力學(xué)性質(zhì),但難以綜合礦石性質(zhì)對磨礦過程的髟響。然而按結(jié)晶化學(xué)的五種分類法,則能大概說明各類礦物的力學(xué)性質(zhì)對磨碎的影響。這五種分類法為:
(1)自然元素類礦物。此類礦物中的自然金屬礦物,離子結(jié)合力為金屬鍵,硬度不大但延展性好,無解理,礦物的密度很大。如自然銅硬度2.5~3 (莫氏硬度,以下同),密度8.5~ 8.9g/cm³,自然金硬度2.5~3,密度15.6~18.3g/cm³;自然銀硬度2.5~3,密度10.3~10.6g/cm³;自然鉍硬度2~2.5,密 度9.7~9.83g/cm³;自然鉑硬度4~4.5,密度14~19g/cm³。 自然金屬在自然界雖不多,但經(jīng)濟(jì)意義大。如前所述,此類礦物在磨礦中容易被打成薄片不易粉碎成細(xì)粒,它們常常沉積于磨機(jī) 及分級機(jī)底層,于是在磨礦分級循環(huán)中反復(fù)受到磨碎作用,不利對金的氰化回收,且對貴金屬的金屬平衡工作帶來很大困難。可見,當(dāng)?shù)V石中含自然金屬較多時,最好在磨礦分級循環(huán)中加入選別作業(yè)及早進(jìn)行回收。
自然元素類的非金屬礦物,以分子鍵結(jié)合的琉磺及石墨的硬度很低,而以共價鍵結(jié)合的金剮石則硬度最高。
(2)硫化物及其類似化合物類礦物。此類礦物多為極性 共價鍵或混合鍵聯(lián)結(jié),這是工業(yè)上有很大實(shí)際意義的一大類礦物,共有350多種,常見的主要是Cu、Pb、Zn、Hg、 Ni、Co、 Mo、Cd、Bi等金屬與S、Se、Te、As形成化合物。此類礦物的硬度一般不高,大都欠2?4之間,少數(shù)為5?6,仍密度較大,多數(shù)在4以上。常見的硫化物及類似化合物如表25所列。此類礦物由于硬度低、密度大、在磨碎時常常優(yōu)先被粉碎。這正是選礦廠所得精礦的平均粒度一般均比尾礦細(xì)的基本原因。
(3)氧化物類礦物。這也是自然界存在較多的一類礦物, 主要為離子鍵(二價金屬氧化物),但隨著金屬離子價態(tài)的升髙也有向共價鍵過渡的特點(diǎn)(三價或四價金屬氧化物)。表26列出一些常見的氧化物類礦物。此類礦物的硬度一般較大,莫氏硬度在5,5以上,物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。
在氧化物中也有少數(shù)為分子鍵,硬度很低,如銻華(Sb2O3),硬度2.5~3,密度5.57g/cm³;鉍華(Bi2O3),硬度1~2,密度 6.4~5g/cm³;鉬華(MoO3),硬度1 ~2,密度4.5g/cm³; 砷華(As2O3),硬度 1.5,密度3.7g/cm³等。
就一般而言,氧化物類礦物較硬比較難磨,但常見的金屬氧化物如錫石、磁鐵礦、金紅石、鈮鉭鐵礦等,雖然硬度稍低于石英,但因脆性比石英大(石英韌性大),因此這些礦物均比礦石中的主要脈石成分--石英容易磨碎得多,充分注意這點(diǎn)是有意義的。
(4)鹵化物類礦物。此類礦物為F、Br、I的化合物,其中以鈉、鉀、鎂的氣化物較多,如碘銀礦(Agl),硬度3~4; 角銀礦(AgCl)硬度1~1.5;光鹵石(KMgCl3·6HO2)、硬 度1;螢石(CaF2);鉀鹽(KC1),硬度2;巖鹽(NaC1),硬度2.5;冰晶石(Na3AlF6),硬度2.95~3;甘汞(HgCl)等。此類礦物雖以離子鍵為主,但陽離子電價低,配合數(shù)低,故硬度不大,比重也小,而且有許多礦物易溶于水。
(5)含氧鹽類礦物。這是一類數(shù)量眾多的礦物,約占已知礦物數(shù)量的三分之二,其中包括硅酸鹽、碳酸鹽、琉酸鹽、磷酸鹽、鎢酸鹽等若干個亞類。此類礦物的陰離子對外部陽離子是離子鍵結(jié)合,但陰離子內(nèi)部(即"根")卻是共價鍵結(jié)合。值得注意的是硅酸鹽礦物,一是數(shù)量大,約占已知礦物的三分之一,按重量計(jì)則占地殼重量的75%; 二是它們?yōu)橹饕鞄r曠物,是選礦的主要脈石成分,也是磨碎的主要對象;三是基本構(gòu)造單位為硅氧四面體【SiO4】, Si+4與四個頂角氧形成共價結(jié)合,故硬度很大,難磨碎。表27中列出常見的主要硅酸鹽類曠物。
由上可見,在處理金屬礦時,如釆脈石主要是硬度大的硅酸鹽礦物,則應(yīng)該考慮到磨礦的能耗及材料消耗問題。
總之,通過以上分析可以沿出如下結(jié)論:
(1)自然界礦物的結(jié)構(gòu)具有多樣性,由于力學(xué)性質(zhì)不盡相經(jīng)受破碎力作用所表現(xiàn)的抵抗能力及自身的粉碎行為亦不相同,所以只有當(dāng)破碎力適應(yīng)于礦物及礦石性質(zhì)時才能得到較好的破碎效果。也就是說,如果不考慮破碎對象的力學(xué)性質(zhì),千篇一律地以不變應(yīng)萬變的破碎方法是不會得到好的破碎效果的,因?yàn)檫@種破碎作用缺乏針對性。
(2)盡管礦物種類繁多,性質(zhì)各異,但從破碎角度考慮仍可淸楚地看到可以加以利用的力學(xué)性質(zhì)差異:例如需要回收的金屬礦物,或者像自然金屬那樣硬度低宿延展性及密度大,或者像金屬硫化物那樣性脆易碎、硬度低、密度大,或者像有些金屬氧化物那樣雖然硬但性脆,它們均比主要的脈石礦物石英易磨碎,或者說選礦中要拋棄的脈石常常是硬度大而難磨碎的硅酸鹽礦物。由于需要回收的和需要拋棄的礦物在力學(xué)性質(zhì)上有較明顯的差別,因此,充分利用這種差異乃是提高礦石粉碎效率的有效途徑之一。
(3)組成礦石的礦物由于具有不同的力學(xué)性質(zhì),磨碎時必然表現(xiàn)出不同的磨碎行為,可見,當(dāng)有用礦物和脈石礦物在力學(xué)性質(zhì)以及磨碎行為方面差異較大時,采取適應(yīng)礦石性質(zhì)的磨碎措施將可得到好的磨碎效果。由于有用礦物與脈石礦物力學(xué)性質(zhì)差 異較大是金屬礦石磨礦中十分常見的現(xiàn)象,所以,研究這種現(xiàn)象無論在技術(shù)上或經(jīng)濟(jì)上均具有重大意義。
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