礦物加工概論

1、礦物加工工程導(dǎo)論之礦物學(xué)篇1引言 五彩繽紛的礦物世界2345孔雀石6橄欖石78910赤鐵礦 11磁鐵礦 12祖母綠 玉 1314單體產(chǎn)出的金剛石瑪瑙 15礦物概念 地殼中各種地質(zhì)作用的產(chǎn)物，是地殼中自然元素組成的單質(zhì)和化合物，是巖石和礦石的基本組成單位，可以獨(dú)立分離和加以研究的自然物質(zhì)。 人造礦物： 在實(shí)驗(yàn)室條件下，由人工合成的與自然礦物性質(zhì)相似或相同的單質(zhì)或化合物。（人造金剛石、人造水晶等） 宇宙礦物： 來(lái)自宇宙其它天體中的礦物，也叫做隕石礦物或月巖礦物。16礦物的性質(zhì)礦物形態(tài)：固態(tài) 、液態(tài)、氣態(tài)、膠態(tài)。礦物具有一定的化學(xué)成分和內(nèi)部構(gòu)造（結(jié)晶質(zhì)礦物），具有一定的物理和化學(xué)性質(zhì)。礦物概念的完整

2、描述 是在各種地質(zhì)作用中發(fā)生和發(fā)展著的，在一定的地質(zhì)和物化條件下處于相對(duì)穩(wěn)定的自然元素的單質(zhì)和化合物，是巖石和礦石的基本組成單元，是成分結(jié)構(gòu)比較均勻從而具有一定的形態(tài)、物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，并呈各種物態(tài)出現(xiàn)的自然物體。17概述：19世紀(jì)中葉，偏光顯微鏡(1858)應(yīng)用于礦物的鑒定和研究，對(duì)礦物學(xué)的發(fā)展起了極大的推動(dòng)作用，帶來(lái)了礦物學(xué)的第一次變革。 從20世紀(jì)10年代初開(kāi)始，X射線衍射儀在礦物晶體結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用，使人們認(rèn)識(shí)到礦物的化學(xué)成分與晶體結(jié)構(gòu)之間的統(tǒng)一關(guān)系，使礦物學(xué)發(fā)生了第二次變革。礦物學(xué)的發(fā)展概況（一）國(guó)外發(fā)展情況（四次變革）18從20世紀(jì)30年代以來(lái)，人們對(duì)礦物形成的物理化學(xué)條件及相平

3、衡進(jìn)行研究，引起了礦物學(xué)發(fā)展史上的第三次變革。 20世紀(jì)最后30年，物理學(xué)、化學(xué)中的一些近代理論如晶體場(chǎng)理論、配位場(chǎng)理論、能帶理論等被應(yīng)用于礦物學(xué)研究； 一系列電子光學(xué)和激光測(cè)試技術(shù)的引入，特別是高溫、超高壓等實(shí)驗(yàn)條件的實(shí)現(xiàn)；電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的配合使用，使礦物學(xué)發(fā)生了全面深刻的變化，導(dǎo)致了礦物學(xué)的第四次變革，使礦物學(xué)進(jìn)入了近代礦物學(xué)階段。19上海米厘特精密儀器有限公司生產(chǎn)的XP4 透反射偏光顯微鏡20X射線衍射儀（XRD） 型號(hào)：DX-2600 產(chǎn)地：遼寧丹東 21具體發(fā)展情況：早期人們對(duì)礦物的認(rèn)識(shí) 根據(jù)考古學(xué)家研究結(jié)果，史前人類很早就已開(kāi)始利用紅色的赤鐵礦和黑色的氧化錳，來(lái)作為繪畫洞穴壁畫。

4、22法國(guó)拉斯科洞穴馬 1940年，幾個(gè)法國(guó)小孩在拉斯科洞穴玩耍時(shí)偶爾發(fā)現(xiàn)其中的壁畫。這匹在巨矢中奔跑的野馬，是拉斯科壁畫中塑造最出色的動(dòng)物形象之一，以黑色礦物顏料（氧化錳）勾出輪廓，用紅、棕色等礦物顏料（赤鐵礦）涂染，十分生動(dòng)。23 在石器時(shí)代, 人類利用燧石、石英、玉、銅、金來(lái)制作工具和從事交易。 石器時(shí)代以后，人類除了利用自然金屬，還學(xué)會(huì)開(kāi)采礦石，冶煉金屬，過(guò)渡到青銅器和鐵器時(shí)代。 不過(guò)當(dāng)時(shí)幾乎沒(méi)有文字，僅是口頭傳授累積的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，沒(méi)有出現(xiàn)礦物的科學(xué)概念。 24隨著人類對(duì)礦物的利用，逐漸對(duì)礦物的分類有了一些認(rèn)識(shí)。 在西方，最早用文字記載礦物并分類的是希臘學(xué)者亞里斯多德和其學(xué)生提奧弗拉斯特

5、。 提奧弗拉斯特寫了一篇礦物學(xué)專著石頭論，將礦物分為三類：金屬，石頭和土，并描述了16種礦物（主要是寶石）的形狀。由于中世紀(jì)陷于宗教統(tǒng)治，和自然現(xiàn)象有關(guān)的科學(xué)思想幾乎完全停滯。25十五世紀(jì)到十七世紀(jì)的發(fā)展十五世紀(jì) 十五世紀(jì)后半期歐洲文藝復(fù)興時(shí)代開(kāi)始，自然科學(xué)逐漸擺脫宗教的束縛而進(jìn)入革命的發(fā)展階段。 到1556年，礦物學(xué)作為一獨(dú)立的研究領(lǐng)域出現(xiàn)是以阿格里哥拉的著作論冶金為標(biāo)志的。小資料： 阿格里哥拉是一位居住于德國(guó)約翰斯坦礦區(qū)的醫(yī)生，在其所著的論冶金中，詳細(xì)記敘了當(dāng)時(shí)的采礦及冶金技術(shù)，全部記載了當(dāng)時(shí)發(fā)現(xiàn)的礦物，并首次提出礦物的性質(zhì)，如顏色、比重、透明度、光澤、硬度、撓性和解理。 阿格里哥拉也因此

6、被譽(yù)為礦物學(xué)始祖。2617世紀(jì) 17世紀(jì)，礦物學(xué)中的結(jié)晶學(xué)，在這一時(shí)期開(kāi)始萌芽。 丹麥學(xué)者斯丹諾根據(jù)其在動(dòng)植物生長(zhǎng)方面的知識(shí)和對(duì)石英、赤鐵礦這兩種天然晶體礦物形貌的研究，于1669年提出了一個(gè)普遍的關(guān)系： 即無(wú)論晶面的大小和形狀如何，同種晶體的兩個(gè)相同位置的晶面之間夾角總是恒等的，這一關(guān)系后來(lái)成為著名的Steno定律（面角守恒定律）。 27面角守恒定律圖解1780年，法國(guó)學(xué)者克蘭喬發(fā)明了接觸測(cè)角儀。他的老師，法國(guó)學(xué)者羅美德利爾（Rom De LIsle）利用這種測(cè)角儀進(jìn)行了20多年的晶體測(cè)角工作，測(cè)量了500多種礦物晶體的形狀，肯定了面角守恒定律的普遍意義。2818世紀(jì)礦物學(xué)的發(fā)展 隨著18世

7、紀(jì)工業(yè)化的興起，對(duì)礦物資源的需求量越來(lái)越大，迫切需要對(duì)礦物鑒定和對(duì)礦物進(jìn)行系統(tǒng)分類的方法。 1768年，瑞典植物學(xué)家和結(jié)晶學(xué)家林奈（Carolus Linnaeus）提出一種最初的礦物分類體系。 根據(jù)晶體外形，林奈將礦物體系劃分為類（Orders）、族（classes）、種（species） 1779年至1848年期間，瑞典化學(xué)家貝采利烏斯研究了礦物的化學(xué)成分，并提出現(xiàn)在應(yīng)用的礦物化學(xué)分類原則。29 1784年法國(guó)學(xué)者赫羽依（Ren Just Hay）發(fā)表了他對(duì)于晶體內(nèi)部構(gòu)造的新見(jiàn)解。 根據(jù)對(duì)方解石晶體沿解理破裂現(xiàn)象的觀察，提出晶體是由無(wú)數(shù)具有多面體形狀的分子平行堆砌而成。 1801年，赫羽依

8、發(fā)表了著名的整數(shù)定律（赫羽依定律）：晶體上任何晶面在各晶軸上的截距系數(shù)比恒為簡(jiǎn)單整數(shù)比。從而較好地解釋了晶體外形與其內(nèi)部結(jié)構(gòu)間的聯(lián)系。評(píng)價(jià)：赫羽依的晶體結(jié)構(gòu)理論對(duì)現(xiàn)代晶體結(jié)構(gòu)理論的形成起了重大的啟示作用，是礦物學(xué)發(fā)展中的一個(gè)里程碑。30十九世紀(jì)以后礦物學(xué)的發(fā)展情況 自十九世紀(jì)后，化學(xué)開(kāi)始對(duì)礦物學(xué)做出更多貢獻(xiàn)，礦物領(lǐng)域里出現(xiàn)了兩個(gè)發(fā)展方向，一是著重研究礦物晶體的幾何形狀（晶體結(jié)構(gòu)），二是研究礦物的化學(xué)成分。 1828年，蘇格蘭學(xué)者尼科爾（William Nicol）成功研制偏光鏡，稱為尼科爾棱鏡；英國(guó)地質(zhì)學(xué)家索爾貝 Henry Clifton Sorby (18261908) ，在1857年將偏

9、光鏡裝置于顯微鏡上，制成偏光顯微鏡。利用偏光顯微鏡研究透明礦物的光學(xué)性質(zhì)，該發(fā)明促進(jìn)了礦物學(xué)和巖石學(xué)的發(fā)展。 3132礦物學(xué)家小資料：索爾貝 Henry Clifton Sorby (18261908)英國(guó)地質(zhì)學(xué)家，1826年5月 10日生于英格蘭伍德伯恩。曾任英國(guó)學(xué)士會(huì)委員、英國(guó)顯微鏡學(xué)會(huì)主席、英國(guó)礦物學(xué)會(huì)首任主席、倫敦地質(zhì)學(xué)會(huì)主席、費(fèi)爾斯學(xué)院院長(zhǎng)。 索爾貝是微觀巖石學(xué)的開(kāi)拓者，首先運(yùn)用偏光顯微鏡研究巖石、礦物的結(jié)構(gòu)。 1849年開(kāi)始制備巖石薄片（厚約0.03毫米）進(jìn)行顯微鏡下研究。他的方法突破了在此之前只能用顯微鏡觀察晶體完好的礦物標(biāo)本的限制。33 1858年他首次指出在天然晶體和人工晶體

10、中液態(tài)包裹體的重要意義，開(kāi)辟了顯微巖石學(xué)研究的新領(lǐng)域。 一生主要著作：板狀節(jié)理的成因（1853）、顯微鏡下晶體結(jié)構(gòu)(1858)、機(jī)械力和化學(xué)力的直接對(duì)比(1863)、顯微鏡在地質(zhì)學(xué)中之應(yīng)用(1877)、石灰?guī)r的結(jié)構(gòu)和成因(1879)和研究巖石結(jié)構(gòu)和歷史的定量分析法之應(yīng)用(1908)。34在礦物的化學(xué)成分方面，瑞典化學(xué)家和礦物學(xué)家密契爾利赫（Eilhard Mitscherlich）首先在KH2PO4和KH2AsO4晶體中發(fā)現(xiàn)了類質(zhì)同象的現(xiàn)象； 于1822年，又發(fā)現(xiàn)了S和CaCO3的同質(zhì)多象現(xiàn)象，并提出了現(xiàn)代“同質(zhì)多象”的概念。 由于首次發(fā)現(xiàn)并提出類質(zhì)同象和同質(zhì)多象概念，密契爾利赫被譽(yù)為結(jié)晶化學(xué)

11、的始祖。 35十九世紀(jì)末，礦物學(xué)的發(fā)展即已達(dá)到成熟，但其理論基礎(chǔ)一直未能獲得實(shí)驗(yàn)證實(shí)。 德國(guó)物理學(xué)家W.K.倫琴于1895年發(fā)現(xiàn)倫琴射線， 在 1912年，德國(guó)慕尼黑大學(xué)的物理學(xué)教授勞厄和他的助手第一次成功地完成了X射線通過(guò)晶體而發(fā)生衍射的實(shí)驗(yàn)（布拉格方程），證實(shí)了晶體結(jié)構(gòu)的真實(shí)性。 由于勞厄這一成功的發(fā)現(xiàn)，因而興起了一門嶄新的學(xué)科-X射線結(jié)晶學(xué)。 36當(dāng)原子在晶體結(jié)構(gòu)中的精確位置和原子間距得到測(cè)定后，隨后又產(chǎn)生了對(duì)原子的實(shí)際大小和原子間化學(xué)健的類型和強(qiáng)度所進(jìn)行的推斷。 挪威學(xué)者戈?duì)柕率┟芴兀╒ictor Mortiz Goldschmidt）參與了測(cè)定首批元素離子半徑值的工作，并綜合研究了決

12、定晶體結(jié)構(gòu)的因素。37近代礦物學(xué)發(fā)展的趨勢(shì) 近二三十年來(lái)，由于近代物理學(xué)、化學(xué)和一系列現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù)的引入到礦物學(xué)領(lǐng)域，加之高科技迅猛的發(fā)展，使礦物學(xué)發(fā)生一場(chǎng)全新的變革。 高精度、高速度、微區(qū)、微量分析測(cè)試技術(shù)和計(jì)算機(jī)的應(yīng)用大大提高了分析的精度和速度。 隨著60年代電子探針顯微分析儀的發(fā)展，測(cè)定直徑小于微米單晶的化學(xué)成分現(xiàn)在已成為常規(guī)分析。38掃描電子顯微鏡（SEM）打開(kāi)了一個(gè)全新的觀察領(lǐng)域，它所提供的放大和分辨能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)普通光學(xué)顯微鏡。透射電子顯微鏡（TEM，分辨率為0.10.2nm，放大倍數(shù)為幾萬(wàn)百萬(wàn)倍）。 可將晶體中的原子及其排列直接成像，使晶體的缺陷、精細(xì)結(jié)構(gòu)得以進(jìn)一步揭示, 這些

13、都標(biāo)志著礦物學(xué)研究進(jìn)入一個(gè)新的時(shí)代。 39分析掃描電子顯微鏡SSX-550觀察分析一體化型 型號(hào)：SSX-550型 產(chǎn)地：日本 用途：對(duì)各種礦物材料的形貌觀察和化學(xué)成分的分析，該型號(hào)在很多大學(xué)、研究院所及制造業(yè)被廣泛使用。 40200kV場(chǎng)發(fā)射透射電子顯微鏡 型號(hào)：JEM-2100F 參考價(jià)格：USD 1500000 產(chǎn)地：日本電子株式會(huì)社(JEOL)用途：利用200kV場(chǎng)發(fā)射透射電鏡不僅可實(shí)現(xiàn)超高分辨率圖像的觀察，同時(shí)，還可以得到納米尺度的結(jié)構(gòu)、成分等信息。4110 microns附圖：蒙脫石晶片的掃描電子顯微鏡照片42 我國(guó)是世界上文化歷史最悠久的國(guó)家之一，古代祖先很早就開(kāi)始利用礦物，從事

14、采礦事業(yè)，并在實(shí)踐中積累了大量礦物學(xué)方面的知識(shí)。 在北京周口店所挖掘出的北京猿人時(shí)期的石器中，就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)利用石英、水晶、燧石等所制成的石器工具。在我國(guó)古代文化遺址中掘出大量的夏、商、周各代銅鑄的鐘、鼎、盤、彝及陶器等，說(shuō)明當(dāng)時(shí)已經(jīng)具備很高的采煉水平。史料記載，我國(guó)戰(zhàn)國(guó)時(shí)代已知用鐵，到西漢末年（約公元前100年）就有了完善的煉鐵爐。漢朝以后，開(kāi)始利用煤、石油、石鹽、石膏等礦物，宋末以后則已經(jīng)普遍用煤。 （二）我國(guó)的礦物學(xué)發(fā)展情況43我國(guó)有礦物記載的最古老的書籍是山海經(jīng)。 在該書中記載有單質(zhì)金屬礦物：金、銀、錫、銅和化合物類礦物：磁鐵礦、赤銅礦、文石、雄黃等十三種，并列舉了它們的產(chǎn)地，該書的時(shí)間比

15、希臘學(xué)者提奧弗拉斯特的石頭論早。山海經(jīng)是世界上載有礦物的最早著作。 春秋后期至戰(zhàn)國(guó)期間，在管仲的弟子所著的管子中，記錄了十余種礦物的名稱。 特別是書中提及了某些礦物在礦床中的分布規(guī)律。“上有丹朱者，下有黃金” ，這和現(xiàn)代硫化礦床中礦物分布的理論是極為吻合。 44至1596年，在明李時(shí)珍編著本草綱目中， 把藥用礦物分為金、玉、石、鹵四類，總稱為金石部，共有礦物名稱161個(gè)。其中不僅記述了某些礦物的特征及其鑒別方法，并且還記述了礦物產(chǎn)地、產(chǎn)狀和治病效用。從礦物學(xué)角度來(lái)看，這是我國(guó)古代記錄礦物比較完整的書籍，因而李時(shí)珍不僅是我國(guó)古代偉大的藥物學(xué)家，同時(shí)也是一位杰出的礦物學(xué)者。45明末宋應(yīng)星所著天工開(kāi)物，記述了當(dāng)時(shí)各種礦產(chǎn)的開(kāi)采、冶煉和鑄造等工藝方法，也記述了一些礦物，且對(duì)金屬的比重已有研究。 在本書中有“凡金質(zhì)至重；每銅方寸重一兩者，銀照依增重三錢；銀方寸重一兩者，金照依增重二錢”。這與現(xiàn)代礦物學(xué)中金、銀、銅比重之間的關(guān)系，非常接近。（19.210.58.92）新中國(guó)成立