1、.：.；第2章物料的根本物理化學(xué)特性習(xí) 題 解 答1什么是礦石、礦物、巖石？三者關(guān)系如何？ 【解】礦物Mineral是指：由地質(zhì)作用所構(gòu)成的結(jié)晶態(tài)的天然化合物或單質(zhì)，他們具有均勻且相對固定的化學(xué)成分和確定的晶體構(gòu)造；它們在一定的物理化學(xué)條件范圍內(nèi)穩(wěn)定，是組成巖石和礦石的根本單元。 巖石Rock是天然產(chǎn)出的由一種或多種礦物包括火山玻璃、生物遺骸、膠體組成的固體集合體。 礦石Ore指天然產(chǎn)出的由一種或多種能被利用的礦物組成的固體集合體。普通由礦石礦物和脈石礦物兩部分組成。 2二次資源包含哪些物料？ 【解】二次資源是指人類社會活動消費(fèi)和生活產(chǎn)生的含有有價成份并有回收再利用的經(jīng)濟(jì)或環(huán)保價值的廢棄物料，

2、或稱可再生資源。主要包括廢舊電器如電視機(jī)、電冰箱、音響等；廢舊金屬制品如電纜、電線、易拉罐和電池等；廢舊機(jī)器、廢舊汽車；工廠“三廢廢渣、廢液、廢氣；生活廢物如渣滓、廢紙等。 3工藝礦物學(xué)研討的內(nèi)容是什么？ 【解】1物料的物相組成；2物料中元素賦存形狀； 3物料中物相嵌布特征； 4工藝產(chǎn)品的研討。 4物料的幾何特性包括那三項(xiàng)？ 【解】顆粒的幾何特征主要包括顆粒的大小、外形、外表積等。 5物質(zhì)的磁性可以分為那幾類，其磁性強(qiáng)弱如何？ 【解】固體物質(zhì)的磁性可分為五類：逆磁性、順磁性、反鐵磁性、鐵磁性和亞鐵磁性。 6簡述鐵磁質(zhì)物質(zhì)的磁化過程。 【解】在磁化磁場的作用下，鐵磁質(zhì)的磁化包括兩個過程：疇壁的挪

3、動和磁疇的轉(zhuǎn)動。疇壁挪動時，與外磁場方向相近的磁疇的體積擴(kuò)展，其他方向磁疇的體積減少，以致消逝 這一過程，本質(zhì)上，是疇壁附近的原子磁矩在外磁場的影響下逐漸轉(zhuǎn)向，由體積減少的磁疇方向轉(zhuǎn)到體積擴(kuò)展的磁疇方向的結(jié)果，壁移所需的外加磁場強(qiáng)度較小，所以在低磁場中，磁化以壁移為主，磁化曲線的OA段為疇壁的可逆位移，即磁場強(qiáng)度減到零時，磁化強(qiáng)度可沿OA曲線回降到零。AB段疇壁的位移是不延續(xù)的、騰躍式的、不可逆的。疇壁位移的不可逆性，是由于磁晶中的雜質(zhì)和晶格缺陷妨礙疇壁的挪動，這種阻力相當(dāng)于一種摩擦力，當(dāng)疇壁越過這些妨礙后，退磁時，它又妨礙疇壁回到原來的位置，因此產(chǎn)生磁滯景象。磁疇轉(zhuǎn)動是磁疇逐漸轉(zhuǎn)到與外磁場方

4、向一致。疇轉(zhuǎn)所需的外磁場強(qiáng)度較高，因此，在較高磁場中，磁化以疇轉(zhuǎn)為主。當(dāng)一切磁疇都轉(zhuǎn)到外磁場方向時，磁化即到達(dá)飽和形狀。磁化曲線的BC段是以疇轉(zhuǎn)為主的磁化過程。 7簡述礦物磁性的分類，及其分選特點(diǎn)。 【解】根據(jù)磁性，按比磁化率大小把一切礦物分成強(qiáng)磁性礦物、弱磁性礦物和非磁性礦物。 強(qiáng)磁性礦物：這類礦物的物質(zhì)比磁化率X3.810-5m3/kg或CGSM制中X310-3m3/g，在磁場強(qiáng)度H0達(dá)120kA/m1500奧的弱磁場磁選機(jī)中可以回收。屬于這類礦物的主要有磁鐵礦、磁赤鐵礦-赤鐵礦、鈦磁鐵礦、磁黃鐵礦和鋅鐵尖晶石等。這類礦物大都屬于亞鐵磁性物質(zhì)。 弱磁性礦物：這類礦物的物質(zhì)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，在磁場強(qiáng)度H0800 kA/m 1600kA/m10000奧20000奧的強(qiáng)磁場磁選機(jī)中可以回收。屬于這類礦物的最多，如大多數(shù)鐵錳礦物赤鐵礦、鏡鐵礦、褐鐵礦、菱鐵礦、水錳礦、硬錳礦、軟錳礦等；一些含鈦、鉻、鎢礦物鈦鐵礦、金紅石、鉻鐵礦、黑鎢礦等；部分造巖礦物黑云母、角閃石、綠泥石、綠簾石、蛇紋石、橄欖石、柘榴石、電氣石、輝石等。這類礦物大都屬于順磁性物質(zhì)，也有屬于反鐵磁性物質(zhì)。 非磁性礦物：這類礦物的物質(zhì)比磁化率X=1.2610-7m3/kg或CGSM制中X1010-6cm3/g，在目

6、前的技術(shù)條件下，不能用磁選法回收。屬于這類礦物的很多，如部分金屬礦物方鉛礦、閃鋅礦、輝銅礦、輝銻礦、紅砷鎳礦、白鎢礦、錫石、金等；大部分非金屬礦物自然硫、石墨、金剛石、石膏、螢石、剛玉、高嶺土、煤等；大部分造巖礦物石英、長石、方解石等。這類礦物有些屬于順磁性物質(zhì)，也有些屬于逆磁性物質(zhì)方鉛礦、金、輝銻礦和自然硫等。 8.物質(zhì)磁化率和物體磁化率兩者之間的關(guān)系如何？ 物質(zhì)體積磁化率為物質(zhì)磁化時單位體積和單位磁場強(qiáng)度具有的磁矩 退磁因子不為零的磁化試樣的磁化率叫做物體磁化率 物體體積磁化率小于物質(zhì)體積磁化率，即 ， 物體比磁化率小于物質(zhì)比磁化率，即 。 9礦物的電性質(zhì)有那些？ 【解】礦物的電性質(zhì)是指礦

7、物的電阻、介電常數(shù)、比導(dǎo)電度以及電整流性等，它們是判別能否采用電選的根據(jù)。 電導(dǎo)率是長1cm, 截面積為1cm2的直柱形物體沿軸線方向的導(dǎo)電才干 礦物的電阻是指礦物的粒度d=1mm時所測定出的歐姆數(shù)值石墨是良導(dǎo)體，所需電壓最低，僅為2800V，以它作為規(guī)范，將各種礦物所需最低電壓與它相比較，此比值即定義為比導(dǎo)電度 礦物表現(xiàn)出的這種與高壓電極極性相關(guān)的電性質(zhì)稱作整流性。 10簡述礦物的價鍵類型及解理面規(guī)律。 【解】礦物內(nèi)部構(gòu)造按鍵能可分為四大類： 1離子鍵或離子晶格。 2共價鍵或共價晶格。 3分子鍵或分子晶格。 4金屬鍵或金屬晶格。破碎時，礦物沿脆弱面裂痕、解理面、晶格間含雜質(zhì)區(qū)等處裂開，也會沿

8、應(yīng)力集中地域斷裂。單純離子晶格斷裂時，常沿著離子界面斷裂。其解理面的規(guī)律是 1不會使基團(tuán)斷裂，如不會使方解石中的 拆開； 2往往沿陰離子交界面斷裂，只需當(dāng)沒有陰離子交界層時，才能夠沿陽離子交界層斷裂； 3當(dāng)晶格中有不同的陰離子交界層或者各層間的間隔 不同時，常沿較脆弱的交界層或間隔 較大的層面延續(xù)裂。共價晶格的能夠斷裂面，常是相鄰原子間隔 較遠(yuǎn)的層面，或鍵能弱的層面。 11簡述非極性礦物與極性礦物的礦物內(nèi)部構(gòu)造與價鍵特性 【解】普通來說，礦物內(nèi)部構(gòu)造與外表鍵性有如下關(guān)系： 1由分子鍵構(gòu)成分子鍵晶體的礦物，沿較弱的分子鍵層面斷裂，其外表是弱的分子鍵。這類外表對水分子引力弱。接觸角都在60 90之

9、間，劃分為非極性礦物如石墨、輝鉬礦、煤、滑石等。 (2) 凡內(nèi)部構(gòu)造屬于共價鍵晶格和離子晶格的礦物，其破碎斷面往往呈現(xiàn)原子鍵或離子鍵，這類外表有較強(qiáng)的偶極作用或靜電力。因此親水，天然可浮性小。具有強(qiáng)共價鍵或離子鍵合的外表的礦物稱為極性礦物。 12礦物外表自在能的數(shù)值取決于晶體斷裂面的幾何外形及外表原子所處的位置在礦物顆粒外表不同的位置：晶面上，棱面上和尖角上的外表張力的關(guān)系如何？ 【解】外表自在能的數(shù)值取決于晶體斷裂面的幾何外形及外表原子所處的位置。棱邊及尖角處的原子的配位數(shù)K小于外表平臺處的原子配位數(shù)，故擁有較大的外表自在能，表現(xiàn)出較強(qiáng)的活性。例如，立方晶格外表上不同位置處的離子結(jié)合能9分別

10、為：晶面上 0.0662e2/a 棱邊上 0.0903e2/a 尖角上 0.249e2/a 可以預(yù)料，不平整的破裂面上，棱邊及尖角較多，比平整的破裂面具有更大的活性；再者，晶體破碎得愈細(xì)小，它的棱邊能、尖角能在外表能中所占的比例亦逐漸增大。 13硫化礦物外表氧化的幾種方式及規(guī)律是什么？ 【解】硫化礦物的外表氧化反響有如下幾種方式式2-55 2-58，氧化產(chǎn)物有兩類，一是硫氧化合物，如 、 、 和 等，二是金屬離子的羥基化合物，如 、 。 1 2 3 4研討闡明，氧與硫化物相互作用過程分階段進(jìn)展。第一階段，氧的適量物理吸附，硫化物外表堅持疏水；第二階段氧在吸收硫化物晶格的電子之間發(fā)生離子化；第三

11、階段離子化的氧化學(xué)吸附并進(jìn)而使硫化物發(fā)生氧化生成各種硫氧化基。 14礦物外表電荷是由哪幾種要素引起的？ 【解】礦物外表電荷的來源，歸納起來，主要有以下四種類型： 1優(yōu)先解離或溶解 離子型礦物在水中由于外表正、負(fù)離子的外表結(jié)合能及受水偶極的作用力水化不同而產(chǎn)生非等當(dāng)量向水中轉(zhuǎn)移的結(jié)果，使礦物外表荷電。外表離子的水化自在能 可由離子的外表結(jié)合能 和氣態(tài)離子的水化自在能 計算。即對于陽離子M+， 1 對于陰離子X，那么 2根據(jù) 何者負(fù)值較大，相應(yīng)離子的水化程度就較高，該離子將優(yōu)先進(jìn)入水溶液。于是外表就會殘留另一種離子，從而使外表獲得電荷。 對于外表上陽離子和陰離子呈相等分布的1-1價離子型礦物來說，

12、假設(shè)陰、陽離子的外表結(jié)合能相等，那么其外表電荷符號可由氣態(tài)離子的水化自在能相對大小決議5。 例如碘銀礦AgI，氣態(tài)銀離子Ag+的水化自在能為-441kJ/mol，氣態(tài)碘離子I的水化自在能為-279kJ/mol，因此Ag+優(yōu)先轉(zhuǎn)入水中，故碘銀礦在水中外表荷負(fù)電。 相反，鉀鹽礦KCl氣態(tài)鉀離子K+的水化自在能為-298kJ/mol，氯離子Cl的水化自在能為-347kJ/mol，Cl優(yōu)先轉(zhuǎn)入水中，故鉀鹽礦在水中外表荷正電。 對于組成和構(gòu)造復(fù)雜的離子型礦物，那么外表電荷將決議于外表離子水化作用的全部能量，即1式和2式。 例如螢石CaF2。知： ， ； ； 。由2-59和2-60式得即外表氟離子F的水化

13、自在能比外表鈣離子Ca2+的水化自在能正值小。故氟離子F優(yōu)先水化并轉(zhuǎn)入溶液，使螢石外表荷正電。轉(zhuǎn)入溶液中的氟離子F受外表正電荷的吸引，集中于接近礦物外表的溶液中，構(gòu)成配衡離子層 礦物外表礦物外表配衡離子層其他的例子有，重晶石BaSO4、鉛礬PbSO4的負(fù)離子優(yōu)先轉(zhuǎn)入水中，外表陽離子過剩而荷正電；白鎢礦CaWO4、方鉛礦PbS的正離子優(yōu)先轉(zhuǎn)入水中，外表負(fù)離子過剩而荷負(fù)電。 2優(yōu)先吸附 這是礦物外表對電解質(zhì)陰、陽離子不等當(dāng)量吸附而獲得電荷的情況。 離子型礦物在水溶液中對組成礦物的晶格陰、陽離子吸附才干是不同的，結(jié)果引起外表荷電不同，因此礦物外表電性與溶液組成有關(guān)。 例如前述白鎢礦在自然飽和溶液中，

14、外表鎢酸根離子 較多而荷負(fù)電。如向溶液中添加鈣離子Ca2+，因外表優(yōu)先吸附鈣離子Ca2+而荷正電。又如，在用碳酸鈉與氯化鈣合成碳酸鈣時，假設(shè)氯化鈣過量，那么碳酸鈣外表荷正電+3.2mV。 3吸附和電離 對于難溶的氧化物礦物和硅酸鹽礦物，外表因吸附H+或OH而構(gòu)成酸類化合物，然后部分電離而使外表荷電，或構(gòu)成羥基化外表，吸附或解離H+而荷電。以石英SiO2在水中為例，其過程可表示如下： 石英破裂： H+和OH吸附： 電離： 其他難溶氧化物，例如錫石SnO2也有類似情況。 因此，石英和錫石在水中外表荷負(fù)電。 4晶格取代 粘土、云母等硅酸鹽礦物是由鋁氧八面體和硅氧四面體的層狀晶格構(gòu)成。在鋁氧八面體層片

15、中，當(dāng)Al3+被低價的Mg2+或Ca2+取代，或在硅氧四面體層片中，Si4+被Al3+置換，結(jié)果會使晶格帶負(fù)電。為維持電中性，礦物外表就吸附某些正離子例如堿金屬離子Na+或K+。當(dāng)?shù)V物置于水中時，這些堿金屬陽離子因水化而從外表進(jìn)入溶液，故這些礦物外表荷負(fù)電。 15離子型礦物外表陰陽離子的溶解規(guī)律是什么？ 【解】離子型礦物在水中由于外表正、負(fù)離子的外表結(jié)合能及受水偶極的作用力水化不同而產(chǎn)生非等當(dāng)量向水中轉(zhuǎn)移的結(jié)果，使礦物外表荷電。 外表離子的水化自在能 可由離子的外表結(jié)合能 和氣態(tài)離子的水化自在能 計算。即對于陽離子M+， 1 對于陰離子X，那么 2根據(jù) 何者負(fù)值較大，相應(yīng)離子的水化程度就較高，

16、該離子將優(yōu)先進(jìn)入水溶液。于是外表就會殘留另一種離子，從而使外表獲得電荷。 16簡述石英在水中的荷電過程及其機(jī)理。 【解】對于難溶的氧化物礦物和硅酸鹽礦物，外表因吸附H+或OH而構(gòu)成酸類化合物，然后部分電離而使外表荷電，或構(gòu)成羥基化外表，吸附或解離H+而荷電。石英SiO2在水中荷電過程可表示如下： 石英破裂： H+和OH吸附： 電離： 因此，石英在水中外表荷負(fù)電。 17什么是接觸角、三相潤濕周邊？ 【解】在一浸于水中的礦物外表上附著一個氣泡，當(dāng)達(dá)平衡時氣泡在礦物外表構(gòu)成一定的接觸周邊，稱為三相潤濕周邊。在一浸于水中的礦物外表上附著一個氣泡，當(dāng)達(dá)平衡時氣泡在礦物外表構(gòu)成一定的接觸周邊，稱為三相潤濕

17、周邊。經(jīng)過三相平衡接觸點(diǎn),固水與水氣兩個界面所包之角包含水相稱為接觸角，以表示。 18如何經(jīng)過接觸角鑒別顆粒外表的潤濕性？ 【解】在不同礦物外表接觸角大小是不同的，接觸角可以標(biāo)志礦物外表的潤濕性：假設(shè)礦物外表構(gòu)成的角很小，那么稱其為親水性外表；反之，當(dāng)角較大，那么稱其疏水性外表。親水性與疏水性的明確界限是不存在的，只是相對的。角越大闡明礦物外表疏水性越強(qiáng)；角越小，那么礦物外表親水性越強(qiáng)。 19簡述潤濕方程及其物理意義。 【解】 或 上式闡明了平衡接觸角與三個相界面之間外表張力的關(guān)系，平衡接觸角是三個相界面張力的函數(shù)。接觸角的大小不僅與礦物外表性質(zhì)有關(guān)，而且與液相、氣相的界面性質(zhì)有關(guān)。凡能引起任何兩相界面張力改動的要素都能夠影響礦物外表的潤濕性。但上式只需在