礦物加工概論

1、礦物加工工程導論之礦物學篇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單體產出的金剛石瑪瑙 15礦物概念 地殼中各種地質作用的產物，是地殼中自然元素組成的單質和化合物，是巖石和礦石的基本組成單位，可以獨立分離和加以研究的自然物質。 人造礦物： 在實驗室條件下，由人工合成的與自然礦物性質相似或相同的單質或化合物。（人造金剛石、人造水晶等） 宇宙礦物： 來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成分和內部構造（結晶質礦物），具有一定的物理和化學性質。礦物概念的完整

2、描述 是在各種地質作用中發(fā)生和發(fā)展著的，在一定的地質和物化條件下處于相對穩(wěn)定的自然元素的單質和化合物，是巖石和礦石的基本組成單元，是成分結構比較均勻從而具有一定的形態(tài)、物理性質和化學性質，并呈各種物態(tài)出現的自然物體。17概述：19世紀中葉，偏光顯微鏡(1858)應用于礦物的鑒定和研究，對礦物學的發(fā)展起了極大的推動作用，帶來了礦物學的第一次變革。 從20世紀10年代初開始，X射線衍射儀在礦物晶體結構分析中的應用，使人們認識到礦物的化學成分與晶體結構之間的統(tǒng)一關系，使礦物學發(fā)生了第二次變革。礦物學的發(fā)展概況（一）國外發(fā)展情況（四次變革）18從20世紀30年代以來，人們對礦物形成的物理化學條件及相平

3、衡進行研究，引起了礦物學發(fā)展史上的第三次變革。 20世紀最后30年，物理學、化學中的一些近代理論如晶體場理論、配位場理論、能帶理論等被應用于礦物學研究； 一系列電子光學和激光測試技術的引入，特別是高溫、超高壓等實驗條件的實現；電子計算機技術的配合使用，使礦物學發(fā)生了全面深刻的變化，導致了礦物學的第四次變革，使礦物學進入了近代礦物學階段。19上海米厘特精密儀器有限公司生產的XP4 透反射偏光顯微鏡20X射線衍射儀（XRD） 型號：DX-2600 產地：遼寧丹東 21具體發(fā)展情況：早期人們對礦物的認識 根據考古學家研究結果，史前人類很早就已開始利用紅色的赤鐵礦和黑色的氧化錳，來作為繪畫洞穴壁畫。

4、22法國拉斯科洞穴馬 1940年，幾個法國小孩在拉斯科洞穴玩耍時偶爾發(fā)現其中的壁畫。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。23 在石器時代, 人類利用燧石、石英、玉、銅、金來制作工具和從事交易。 石器時代以后，人類除了利用自然金屬，還學會開采礦石，冶煉金屬，過渡到青銅器和鐵器時代。 不過當時幾乎沒有文字，僅是口頭傳授累積的知識和經驗，沒有出現礦物的科學概念。 24隨著人類對礦物的利用，逐漸對礦物的分類有了一些認識。 在西方，最早用文字記載礦物并分類的是希臘學者亞里斯多德和其學生提奧弗拉斯特

5、。 提奧弗拉斯特寫了一篇礦物學專著石頭論，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。由于中世紀陷于宗教統(tǒng)治，和自然現象有關的科學思想幾乎完全停滯。25十五世紀到十七世紀的發(fā)展十五世紀 十五世紀后半期歐洲文藝復興時代開始，自然科學逐漸擺脫宗教的束縛而進入革命的發(fā)展階段。 到1556年，礦物學作為一獨立的研究領域出現是以阿格里哥拉的著作論冶金為標志的。小資料： 阿格里哥拉是一位居住于德國約翰斯坦礦區(qū)的醫(yī)生，在其所著的論冶金中，詳細記敘了當時的采礦及冶金技術，全部記載了當時發(fā)現的礦物，并首次提出礦物的性質，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、被譽為礦物學始祖。2617世紀 17世紀，礦物學中的結晶學，在這一時期開始萌芽。 丹麥學者斯丹諾根據其在動植物生長方面的知識和對石英、赤鐵礦這兩種天然晶體礦物形貌的研究，于1669年提出了一個普遍的關系： 即無論晶面的大小和形狀如何，同種晶體的兩個相同位置的晶面之間夾角總是恒等的，這一關系后來成為著名的Steno定律（面角守恒定律）。 27面角守恒定律圖解1780年，法國學者克蘭喬發(fā)明了接觸測角儀。他的老師，法國學者羅美德利爾（Rom De LIsle）利用這種測角儀進行了20多年的晶體測角工作，測量了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世紀礦物學的發(fā)展 隨著18世

7、紀工業(yè)化的興起，對礦物資源的需求量越來越大，迫切需要對礦物鑒定和對礦物進行系統(tǒng)分類的方法。 1768年，瑞典植物學家和結晶學家林奈（Carolus Linnaeus）提出一種最初的礦物分類體系。 根據晶體外形，林奈將礦物體系劃分為類（Orders）、族（classes）、種（species） 1779年至1848年期間，瑞典化學家貝采利烏斯研究了礦物的化學成分，并提出現在應用的礦物化學分類原則。29 1784年法國學者赫羽依（Ren Just Hay）發(fā)表了他對于晶體內部構造的新見解。 根據對方解石晶體沿解理破裂現象的觀察，提出晶體是由無數具有多面體形狀的分子平行堆砌而成。 1801年，赫羽依

8、發(fā)表了著名的整數定律（赫羽依定律）：晶體上任何晶面在各晶軸上的截距系數比恒為簡單整數比。從而較好地解釋了晶體外形與其內部結構間的聯系。評價：赫羽依的晶體結構理論對現代晶體結構理論的形成起了重大的啟示作用，是礦物學發(fā)展中的一個里程碑。30十九世紀以后礦物學的發(fā)展情況 自十九世紀后，化學開始對礦物學做出更多貢獻，礦物領域里出現了兩個發(fā)展方向，一是著重研究礦物晶體的幾何形狀（晶體結構），二是研究礦物的化學成分。 1828年，蘇格蘭學者尼科爾（William Nicol）成功研制偏光鏡，稱為尼科爾棱鏡；英國地質學家索爾貝 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性質，該發(fā)明促進了礦物學和巖石學的發(fā)展。 3132礦物學家小資料：索爾貝 Henry Clifton Sorby (18261908)英國地質學家，1826年5月 10日生于英格蘭伍德伯恩。曾任英國學士會委員、英國顯微鏡學會主席、英國礦物學會首任主席、倫敦地質學會主席、費爾斯學院院長。 索爾貝是微觀巖石學的開拓者，首先運用偏光顯微鏡研究巖石、礦物的結構。 1849年開始制備巖石薄片（厚約0.03毫米）進行顯微鏡下研究。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，開辟了顯微巖石學研究的新領域。 一生主要著作：板狀節(jié)理的成因（1853）、顯微鏡下晶體結構(1858)、機械力和化學力的直接對比(1863)、顯微鏡在地質學中之應用(1877)、石灰?guī)r的結構和成因(1879)和研究巖石結構和歷史的定量分析法之應用(1908)。34在礦物的化學成分方面，瑞典化學家和礦物學家密契爾利赫（Eilhard Mitscherlich）首先在KH2PO4和KH2AsO4晶體中發(fā)現了類質同象的現象； 于1822年，又發(fā)現了S和CaCO3的同質多象現象，并提出了現代“同質多象”的概念。 由于首次發(fā)現并提出類質同象和同質多象概念，密契爾利赫被譽為結晶化學

11、的始祖。 35十九世紀末，礦物學的發(fā)展即已達到成熟，但其理論基礎一直未能獲得實驗證實。 德國物理學家W.K.倫琴于1895年發(fā)現倫琴射線， 在 1912年，德國慕尼黑大學的物理學教授勞厄和他的助手第一次成功地完成了X射線通過晶體而發(fā)生衍射的實驗（布拉格方程），證實了晶體結構的真實性。 由于勞厄這一成功的發(fā)現，因而興起了一門嶄新的學科-X射線結晶學。 36當原子在晶體結構中的精確位置和原子間距得到測定后，隨后又產生了對原子的實際大小和原子間化學健的類型和強度所進行的推斷。 挪威學者戈爾德施密特（Victor Mortiz Goldschmidt）參與了測定首批元素離子半徑值的工作，并綜合研究了決

12、定晶體結構的因素。37近代礦物學發(fā)展的趨勢 近二三十年來，由于近代物理學、化學和一系列現代分析測試技術的引入到礦物學領域，加之高科技迅猛的發(fā)展，使礦物學發(fā)生一場全新的變革。 高精度、高速度、微區(qū)、微量分析測試技術和計算機的應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，測定直徑小于微米單晶的化學成分現在已成為常規(guī)分析。38掃描電子顯微鏡（SEM）打開了一個全新的觀察領域，它所提供的放大和分辨能力遠遠超過普通光學顯微鏡。透射電子顯微鏡（TEM，分辨率為0.10.2nm，放大倍數為幾萬百萬倍）。 可將晶體中的原子及其排列直接成像，使晶體的缺陷、精細結構得以進一步揭示, 這些

13、都標志著礦物學研究進入一個新的時代。 39分析掃描電子顯微鏡SSX-550觀察分析一體化型 型號：SSX-550型 產地：日本 用途：對各種礦物材料的形貌觀察和化學成分的分析，該型號在很多大學、研究院所及制造業(yè)被廣泛使用。 40200kV場發(fā)射透射電子顯微鏡 型號：JEM-2100F 參考價格：USD 1500000 產地：日本電子株式會社(JEOL)用途：利用200kV場發(fā)射透射電鏡不僅可實現超高分辨率圖像的觀察，同時，還可以得到納米尺度的結構、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 我國是世界上文化歷史最悠久的國家之一，古代祖先很早就開始利用礦物，從事

14、采礦事業(yè)，并在實踐中積累了大量礦物學方面的知識。 在北京周口店所挖掘出的北京猿人時期的石器中，就已經發(fā)現利用石英、水晶、燧石等所制成的石器工具。在我國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，說明當時已經具備很高的采煉水平。史料記載，我國戰(zhàn)國時代已知用鐵，到西漢末年（約公元前100年）就有了完善的煉鐵爐。漢朝以后，開始利用煤、石油、石鹽、石膏等礦物，宋末以后則已經普遍用煤。 （二）我國的礦物學發(fā)展情況43我國有礦物記載的最古老的書籍是山海經。 在該書中記載有單質金屬礦物：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，并列舉了它們的產地，該書的時間比

15、希臘學者提奧弗拉斯特的石頭論早。山海經是世界上載有礦物的最早著作。 春秋后期至戰(zhàn)國期間，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?！吧嫌械ぶ煺撸掠悬S金” ，這和現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。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地、產狀和治病效用。從礦物學角度來看，這是我國古代記錄礦物比較完整的書籍，因而李時珍不僅是我國古代偉大的藥物學家，同時也是一位杰出的礦物學者。45明末宋應星所著天工開物，記述了當時各種礦產的開采、冶煉和鑄造等工藝方法，也記述了一些礦物，且對金屬的比重已有研究。 在本書中有“凡金質至重；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”。這與現代礦物學中金、銀、銅比重之間的關系，非常接近。（19.210.58.92）新中國成立