第二章(物化性质)ppt课件.ppt

1,资源加工学,第二章 物料的基本物理化学特性,2.2,2.3,物料的鉴别,物料的物理性质,表面化学性质,国内外重要的资源加工学术研究机构,影响物料粉碎的其它性质,2.4,2,资源加工学,第二章 物料的基本物理化学特性,2.1 物料的鉴别 物料的鉴别可为物料加工提供理论依据和有效的工艺措施，是物料加工的前提。正确地鉴别物料中有用组份，查明其在物料中的数量、分布等情况，是探讨物料经济利用和环保利用的一个十分重要环节。 2.1.1 矿物矿物的概念 矿物是指：由地质作用所形成的结晶态的天然化合物或单质，他们具有均匀且相对固定的化学成分和确定的晶体结构；它们在一定的物理化学条件范围内稳定，是组成岩石和矿石的基本单元。 在实验室和生产工艺过程中研制和生产而形成的结晶态的化合物或单质，称为工艺矿物。,物料的鉴别,物料的物理性质,表面化学性质,国内外重要的资源加工学术研究机构,3,资源加工学,第二章 物料的基本物理化学特性,矿物的分类 矿物分类的基本单位是种。矿物种（Species）是指具有一定的化学组成和一定的晶体结构的一种矿物。 矿物的分类方法很多，主要有以矿物化学成分为依据的化学成分分类，以元素的地球化学特征为依据的地球化学分类，以矿物成因为依据的成因分类，以矿物的晶体化学为依据的晶体化学分类等。 矿物的命名 矿物命名有各种不同的依据，一般是根据该矿物的化学成分、物理性质、形态特点等而命名的，此外还有一些是以该矿物的首先发现地或人名而命名的。,物料的鉴别,物料的物理性质,表面化学性质,国内外重要的资源加工学术研究机构,4,资源加工学,第二章 物料的基本物理化学特性,矿物的鉴定 通过矿物鉴定，有助于了解矿物的成因规律、采用合理的选冶工艺和材料制备工艺，以使矿物资源得到最充分的利用。 常规的鉴定方法为：手标本的描述，物理性质测试，光学显微镜鉴定，电子显微镜分析，化学成分分析，化学物相分析，X射线衍射物相分析等。 2.1.2 岩石岩石及工艺岩石 岩石（Rock）是天然产生得由一种或多种矿物（包括火山玻璃、生物遗骸、胶体）组成的固体集合体。 在实验室和生产工艺过程中形成的非“天然产出”的矿物集合体，称为工艺岩石（Process Rocks），如人造富矿、烧结矿、冶金炉渣、耐火材料、铸石、玻璃、陶瓷、水泥及混凝土等。,物料的鉴别,物料的物理性质,表面化学性质,国内外重要的资源加工学术研究机构,5,资源加工学,第二章 物料的基本物理化学特性,岩石的特征 （1）岩浆岩（2）沉积岩（3）变质岩2.1.3 矿石 矿产是指能被利用的矿物资源，目前按矿产的性质及其主要工业用途可分为以下三类：金属矿产、非金属矿产和可燃性有机岩矿产。 矿石（Ore）一般由矿石矿物和脉石矿物两部分组成。矿石矿物是指可以利用的金属或非金属矿物，也称有用矿物。脉石矿物是指矿石中目前还不能被利用的矿物，也称无用矿物。 矿石矿物和脉石矿物的划分只是相对的，随着人类对矿物原料的要求不断增长以及工艺技术条件的不断改进，目前某些不能利用的脉石矿物也将逐步变为可利用的矿石矿物。,物料的鉴别,物料的物理性质,表面化学性质,国内外重要的资源加工学术研究机构,6,资源加工学,第二章 物料的基本物理化学特性,2.1.4 二次资源及其他固体物料 二次资源 二次资源是指人类社会活动（生产和生活）产生的含有有价成份并有回收再利用的经济或环保价值的废弃物料，或称可再生资源。主要包括废旧电器；废旧金属制品；废旧机器、废旧汽车；工厂“三废”；生活废物。 非传统矿物资源 非传统矿物固体物料是指主要由工艺矿物和矿物组成的固体废弃物，以及不属于传统矿产资源范畴的矿物资源，主要包括工业固体废弃物、海洋矿产、盐湖与湖泊中的金属盐和重金属污泥等。 非矿物资源固体物料 非矿物资源固体物料是指与有机化学物质组成有关的固体物料，主要包括沥青、城市垃圾、农业固体废弃物、废纸、废塑料、废橡胶、油污土壤等。,物料的鉴别,物料的物理性质,表面化学性质,国内外重要的资源加工学术研究机构,7,资源加工学,2.1.5 非固体物料（烟尘、气、液） 非固体物料主要是指与烟尘、气、液等有关的物料，如石油、天然气、石油开采中的油污水等。水是有限的宝贵自然资源，是人类赖以生存和社会发展的物质基础，因此，合理开发和综合利用水资源，综合治理水污染和处理回收废水，就具有重要的意义。 2.1.6 决定物料加工工艺的基本参数 研究物料和工艺产品中化学组成、物相组成、晶粒大小、结构构造、工艺性质等及其与各工艺过程中产品之间的相互关系，可为物料中各有用组分的分选分离、产品的合理利用或综合利用提供理论依据和有效的工艺措施。,第二章 物料的基本物理化学特性,8,资源加工学,以矿物物料为例，阐述决定物料加工工艺的基本参数： 物料的物相组成 查明物料中的物相（如有用矿物和脉石矿物）组成和含量，是决定物料加工工艺的基本参数之一。常规的研究方法通常为化学物相法、显微镜鉴定法和X射线衍射物相分析法。 物料中元素赋存状态 物料中除主要有用组份以外，在加工过程中可以回收或对产品质量有益的成分称为伴生有益组份。查明物料中元素赋存状态，对加工工艺流程方案的确定和综合利用提供依据，具有重要的意义。一般采用光学显微镜和电子显微镜（扫描电镜、电子探针和透射电镜）等研究手段。,第二章 物料的基本物理化学特性,9,资源加工学,物料中物相嵌布特征 物料中物相嵌布特征既影响工艺流程方案的选择，又是确定破碎方法和磨碎细度的关键因素。显微镜（体式显微镜、偏光显微镜、矿相显微镜及荧光显微镜等）下的观察研究，是解决这一问题的常规而又基本的手段。 工艺产品的研究 物理选矿、化学选矿、生物湿法冶金及与冶金工艺有关的工艺产品中化学组成、物相组成及其与各工艺过程中产品质量之间的相互关系研究；物料的细度和粒度分布特征对工艺流程的影响；物料的粒度和堆积的方式对生物湿法冶金的影响；工艺产品的结构构造、工艺性质等对后续中间工艺和产品质量的影响等。,第二章 物料的基本物理化学特性,10,资源加工学,第二章 物料的基本物理化学特性,2.2 物料的物理性质 2.2.1密度 物质密度：单位体积的物质的质量叫做密度，用表示，其单位按国际单位制为kg/m3，按厘米克秒制为g/cm3。 矿石真密度：矿石是矿物加工的主要对象，矿石是多种有用矿物和脉石矿物的混合体，其单位体积矿石的质量叫做矿石的真密度，单位kg/m3。 矿石堆密度：堆积的矿石存在孔隙，一定粒度组成的矿石自然堆积时，其单位体积的质量称为矿石的堆密度，单位kg/m3。 矿物间的密度差异是其能否重选分离的主要因素。,物料的鉴别,物料的物理性质,表面化学性质,国内外重要的资源加工学术研究机构,11,资源加工学,第二章 物料的基本物理化学特性,2.2.2 物料颗粒的几何特征 颗粒的几何特征主要包括颗粒的大小、形状、表面积等，单个颗粒的几何特征及颗粒群的粒度组成和分布是分选和加工过程中应充分考虑的关键性因素之一。颗粒的形状形状系数 对规则形状的颗粒而言，其表面积、体积分别和线性尺寸成平方或三次方的关系，其比例关系被定义为形状系数 。 设颗粒的直径为d、体积为V、面积为S，按上述定义得：表面形状系数： （2-1）体积形状系数： （2-2） 随着颗粒尺寸的减小，颗粒的形状趋于规则化，因此，形状系数值亦随之减小。,物料的鉴别,物料的物理性质,表面化学性质,国内外重要的资源加工学术研究机构,12,资源加工学,第二章 物料的基本物理化学特性,物料的鉴别,物料的物理性质,表面化学性质,国内外重要的资源加工学术研究机构,表2-2 简单几何体的几何形状系数,13,资源加工学,第二章 物料的基本物理化学特性,颗粒的形状形状指数 与形状系数不同，它和具体的物理现象无关，只用数学表达式描述颗粒的外形。常见的形状指数有球形度和粗糙度等。 球形度 广为应用的球形度的定义式为： 粗糙度 为颗粒的实际表面积与把颗粒外观看成光滑时的表面积之比，实际应用时如下： 实验指出，实际上球形度应表达如下： Gp 其中 p粗糙度系数；G几何形状系数。一些简单的几何形状的G见表2-2。,物料的鉴别,物料的物理性质,表面化学性质,国内外重要的资源加工学术研究机构,14,资源加工学,第二章 物料的基本物理化学特性,粒度和粒径 粒径是单个颗粒大小的度量，而粒度是描述颗粒群大小的总体概念。单颗粒的粒径 规则颗粒的粒径：可以用13个特征长度准确地描述颗粒的形状及大小。例如，用一个特征长度直径d描述标准圆球体，用边长L定义标准的正方体，用长度L，宽度B及厚度H三个特征长度描述长方体等等。 非规则颗粒的粒径：往往采用一个长度量纲名义直径或标准直径表示。名义直径dn是根据颗粒的一种或两种易于测量的实际尺寸或性质计算出来的。通常采用的有四种名义直径：轴径，当量球径；当量圆径；统计直径。,物料的鉴别,物料的物理性质,表面化学性质,国内外重要的资源加工学术研究机构,15,资源加工学,第二章 物料的基本物理化学特性,粒度和粒径颗粒群的平均粒度和粒度分布 颗粒群是由不同粒级的颗粒组成，必须找出一个具有代表性的尺寸来表示它们的大小。通常，有以下几种表示方法： 加权的算术平均值： 加权的几何平均值： 加权的调和平均值： 通常，人们习惯使用加权算术平均值。 中位数：以混合料各粒级累计质量百分数对粒级作图，占混合料质量一半时所对应的颗粒尺寸。式中： ri为某一粒级质量百分数;di为某一粒级的平均粒径。,物料的鉴别,物料的物理性质,表面化学性质,国内外重要的资源加工学术研究机构,16,资源加工学,第二章 物料的基本物理化学特性,2.2.3 颗粒的表面积 表面积 颗粒的表面积包括内表面积和外表面积两部分。外表面积是指颗粒轮廓所包络的表面积，它由颗粒的尺寸、外部形貌等因素所决定。内表面积是指颗粒内部孔隙、裂纹等的表面积。 比表面积 单位体积（或单位质量）物体的表面积，称为该物体的比表面积或比表面。以V代表颗粒的总体积（或以W代表颗粒的总质量），以S代表其总表面积，以Sv（或Sw）代表比表面积，则有： 或 常用的比表面分析方法有： BET吸附法气体透过法,物料的鉴别,物料的物理性质,表面化学性质,国内外重要的资源加工学术研究机构,17,资源加工学,第二章 物料的基本物理化学特性,2.2.4 磁性 从电磁学原理可知，任何物质的磁性都是带电粒子运动的结果，原子是组成宏观物质的基本单元，原子由原子核和电子组成，电子运动使原子具有磁性，因此，原子磁性是物质磁性的基础。原子磁性由原子磁矩表示。原子的磁矩来源于原子核和电子的磁矩。 磁化现象和物质磁化率 磁化现象是指物质在磁场中显示出磁性。物质的磁化程度可用磁强度表示，磁化强度为单位体积物质的磁矩，可用下式表示：式中m为磁化物质的磁矩（Am2），是物质中所有原子磁矩的矢量和；V为物质体积（m3），M为磁化强度（A/m）。 磁化强度与外磁场强度成比例增加，故又可表示为 M=KH式中H为外磁场强度（A/m），K为物质体积磁化率，无量纲。,物料的鉴别,物料的物理性质,表面化学性质,国内外重要的资源加工学术研究机构,18,资源加工学,第二章 物料的基本物理化学特性,物质磁性的类型 固体物质的磁性可分为五类：逆磁性、顺磁性、反铁磁性、铁磁性和亚铁磁性。见表2-3。,物料的鉴别,物料的物理性质,表面化学性质,国内外重要的资源加工学术研究机构,表2-3 磁性物质分类及其特点,19,资源加工学,第二章 物料的基本物理化学特性,物质磁性的类型逆磁性 这类物质的原子中的电子轨道磁矩和自旋磁矩互相抵消，即原子磁矩为零。当将这类物质放进磁场时，每个电子都产生一个附加磁矩，附加磁矩的方向与外磁场方向相反，因而显示逆磁性。 顺磁性 顺磁性物质具有原子磁矩或分子磁矩，即具有本征磁矩。无外磁场作用时，单个原子磁矩的取向与其余原子磁矩的取向无关，各个原子磁矩的取向无序，并处于剧烈的热振动状态，物质总磁矩为零，因而对外不显磁性。在外磁场作用下，原子磁矩有向外磁场取向的趋势，外磁场越强，向外磁场方向取向的概率越大，物质总磁矩增大。但由于磁场远不能克服热振动分子磁矩取向的破坏作用，所以这种物质磁化时，对外显顺磁性。,物料的鉴别,物料的物理性质,表面化学性质,国内外重要的资源加工学术研究机构,20,资源加工学,第二章 物料的基本物理化学特性,物质磁性的类型反铁磁性 如图2-3所示，铂、钯、锰、铬等反铁磁质的磁化率随温度的变化规律（图2-3 (d)），低于临界温度时，与顺磁质(a)和铁磁质(b)都不同，随温度的提高而增加；只是在临界温度以后，才与顺磁质相同，磁化率随温度的提高而减少；在临界温度，磁化率有最大值。临界温度称为尼尔（ ）点，用TN表示。换言之，当温度低于尼尔点时，呈反铁磁性，温度高于尼尔点时，呈顺磁性。,物料的鉴别,物料的物理性质,表面化学性质,国内外重要的资源加工学术研究机构,21,资源加工学,第二章 物料的基本物理化学特性,物质磁性的类型铁磁性 铁、钴、镍和某些稀土元素（如钇、镝、钬）等的磁性通称为铁性。这类物质称为铁磁性物质。 铁磁效应 铁磁质的磁性概括起来为：磁化时，磁感应强度（或磁化强度）随磁场强度的提高急剧增加，容易磁化到饱和状态；退磁时，有磁滞效应，撤消外磁场后有剩磁；外磁场按正弦波形变化时，磁感应强度按磁滞回线变化。,物料的鉴别,物料的物理性质,表面化学性质,国内外重要的资源加工学术研究机构,图2-4 磁滞回线,22,资源加工学,第二章 物料的基本物理化学特性,物质磁性的类型铁磁性磁畴结构 根据对铁磁质内部结构的理论和实验研究证明，铁磁质是由许多自发磁化的小区域组成的，这些自发磁化的小区域叫做磁畴（图2-5）。每个磁畴内，在无外磁场作用的情况下，原子磁矩排列在同一方向上，即自发磁化到饱和状态。磁畴之间的边界层叫做磁畴壁。相邻磁畴的方向不同。因此，无外磁场作用时，各个磁畴的磁矩互相抵消，对外不显磁性。,物料的鉴别,物料的物理性质,表面化学性质,国内外重要的资源加工学术研究机构,图2-5 磁畴结构示意图,图2-6 180畴壁示意图,23,资源加工学,第二章 物料的基本物理化学特性,铁磁性磁化过程 在磁化磁场的作用下，铁磁质的磁化包括两个过程：畴壁的移动和磁畴的转动。畴壁移动时，与外磁场方向相近的磁畴的体积扩大，其他方向磁畴的体积缩小，以致消失（图2-8）。这一过程，实质上，是畴壁附近的原子磁矩在外磁场的影响下逐渐转向，由体积缩小的磁畴方向转到体积扩大的磁畴方向的结果，壁移所需的外加磁场强度较小，所以在低磁场中，磁化以壁移为主，在较高磁场中，磁化以畴转为主。,物料的鉴别,物料的物理性质,表面化学性质,国内外重要的资源加工学术研究机构,图2-8 铁磁质的磁化过程,磁畴移动,磁畴转动,未磁化,24,资源加工学,第二章 物料的基本物理化学特性,物质磁性的类型亚铁磁质 亚铁磁质也有两种次晶格，但其领近原子（或离子）磁矩的排列方向相反，大小不等，具有未被抵消的磁矩和相当大的自发磁化强度，因而具有很强的磁性，且与铁磁质的磁性十分相似。这种磁性被称为亚铁磁性。又称为未被抵消的铁磁性。磁铁矿（Fe3O4）是众所周知的亚铁磁质。以后又发现，Fe3O4中的二价铁离子Fe2+被Mn2+ 、Co2+ 、Ni2+ 、Cu2+ 、Sr2+ 、Ba2+ 、Zn2+ 、Cd2+等二价离子取代的物质也具有亚铁磁性，这些材料被称为铁淦氧磁体，简称铁氧体。例如，锶铁氧体，SrO6Fe2O3。,物料的鉴别,物料的物理性质,表面化学性质,国内外重要的资源加工学术研究机构,25,资源加工学,第二章 物料的基本物理化学特性,物体的磁性矿物的磁性矿物按磁性分类 根据磁性，按比磁化率大小把所有矿物分成强磁性矿物、弱磁性矿物和非磁性矿物。强磁性矿物：弱磁场磁选机中可以回收。属于这类矿物的主要有磁铁矿、磁赤铁矿（-赤铁矿）、钛磁铁矿、磁黄铁矿和锌铁尖晶石等。这类矿物大都属于亚铁磁性物质。弱磁性矿物：强磁场磁选机中可以回收。属于这类矿物的最多，如大多数铁锰矿物赤铁矿、镜铁矿、褐铁矿、菱铁矿、水锰矿、硬锰矿、软锰矿等；一些含钛、铬、钨矿物钛铁矿、金红石、铬铁矿、黑钨矿等；部分造岩矿物黑云母、角闪石、绿泥石、绿帘石、蛇纹石、橄榄石、柘榴石、电气石、辉石等。这类矿物大都属于顺磁性物质，也有属于反铁磁性物质。非磁性矿物：在目前的技术条件下，不能用磁选法回收。属于这类矿物的很多，如部分金属矿物方铅矿、闪锌矿、辉铜矿、辉锑矿、红砷镍矿、白钨矿、锡石、金等；大部分非金属矿物自然硫、石墨、金刚石、石膏、萤石、刚玉、高岭土、煤等；大部分造岩矿物石英、长石、方解石等。这类矿物有些属于顺磁性物质，也有些属于逆磁性物质（方铅矿、金、辉锑矿和自然硫等）。,物料的鉴别,物料的物理性质,表面化学性质,国内外重要的资源加工学术研究机构,26,资源加工学,第二章 物料的基本物理化学特性,应当指出的是，矿物的磁性受很多因素影响，不同产地不同矿床的矿物磁性往往不同，有时甚至有很大的差别。这是由于它们在生成过程的条件不同，杂质含量不同，结晶构造不同等所引起的。 强磁性矿物的磁性 磁铁矿、磁赤铁矿、钛磁铁矿、磁黄铁矿等都是强磁性矿物。磁铁矿是典型的强磁性矿物，又是磁选所处理的主要矿石。 磁铁矿属于亚铁磁性物质，是典型的铁氧体。铁氧体的晶体结构主要有三种：尖晶石型、磁铅石型和石榴石型。,物料的鉴别,物料的物理性质,表面化学性质,国内外重要的资源加工学术研究机构,27,资源加工学,第二章 物料的基本物理化学特性,2.2.5 物质的电性质 矿物的电性质是判断其能否采用电选的依据。主要包括：电导率 电导率是长1cm, 截面积为1cm2的直柱形物体沿轴线方向的导电能力。它是电阻率的倒数，是表示物体传导电流能力大小的物理量。 电阻 矿物的电阻是指矿物的粒度d=1mm时所测定出的欧姆数值。 介电常数 介电常数是指带有介电质的电容与不带介电质（指真空或空气）的电容之比，用表示。 比导电度整流性 矿物表现出的与高压电极极性相关的电性质称作整流性。,物料的鉴别,物料的物理性质,表面化学性质,国内外重要的资源加工学术研究机构,28,资源加工学,第二章 物料的基本物理化学特性,2.3 表面化学性质 矿物颗粒具有一些独特的表面化学性质，如表面能、表面电性、氧化与溶解性等，表面化学性质决定矿物颗粒表面的润湿性，而润湿 性是矿物浮选的基础。2.3.1 矿物的价键类型与晶体结构矿物的价键类型 矿物内部结构按键能可分为四大类： 离子键或离子晶格共价键或共价晶格分子键或分子晶格金属键或金属晶格,物料的鉴别,物料的物理性质,表面化学性质,国内外重要的资源加工学术研究机构,29,资源加工学,第二章 物料的基本物理化学特性,价键特性与解离 破碎时，矿物沿脆弱面裂缝、解理面、晶格间含杂质区等处裂开，也会沿应力集中地区断裂。见下图，图中虚线表示断裂面。,物料的鉴别,物料的物理性质,表面化学性质,国内外重要的资源加工学术研究机构,图2-13 典型矿物晶格及可能断裂面a岩盐NaCl；b萤石CaF2；c方解石CaCO3；d重晶石BaSO4；e石墨C；f辉钼矿MoS2,30,资源加工学,第二章 物料的基本物理化学特性,矿物表面价键特性 受到破碎作用时出现新的表面，矿物的解理面和表面键性、表面性质与矿物内部的价键性质、晶体结构互接相关。下页中表2-6为按表面性质分类的常见矿物。 一般来说，矿物内部结构与表面键性有如下关系：（1）由分子键构成分子键晶体的矿物，沿较弱的分子键层面断裂，其表面是弱的分子键。这类表面对水分子引力弱。接触角都在60 90之间，划分为非极性矿物（如石墨、辉钼矿、煤、滑石等）。（2）凡内部结构属于共价键晶格和离子晶格的矿物，其破碎断面往往呈现原子键或离子键，这类表面有较强的偶极作用或静电力。因而亲水，天然可浮性小。具有强共价键或离子键合的表面的矿物称为极性矿物（见表2-6）。,物料的鉴别,物料的物理性质,表面化学性质,国内外重要的资源加工学术研究机构,31,资源加工学,第二章 物料的基本物理化学特性,物料的鉴别,物料的物理性质,表面化学性质,国内外重要的资源加工学术研究机构,表2-6 常见矿物按表面性质分类,32,资源加工学,第二章 物料的基本物理化学特性,2.3.2 表面能 表面能与表面张力 矿物表面与内部的主要区别，就是矿物内部离子、原子或分子相互接合，键能得到平衡；而表面层的离子、原子或分子，朝向内部的一面，与内层有平衡饱和键能，而朝向外面的是空间，这方面的键能没有得到补偿，使表面质点比体内质点具有额外的势能，称为表面能，热力学上称为表面自由能。 表面能，热力学上称为表面自由能（As）也可定义为产生新鲜的单位固体表面所需的可逆功。如不考虑晶体破裂时可能产生的拉伸张力，可把固体表面自由能（As）与表面张力（）等同起来。 于是有 对于多数液体，表面张力随着温度降低而呈线性减少。固体晶体的表面能Es与表面自由能As（或表面张力）难以通过实验直接测得。,物料的鉴别,物料的物理性质,表面化学性质,国内外重要的资源加工学术研究机构,33,资源加工学,第二章 物料的基本物理化学特性,表面能的计算共价型晶体的表面能 共价晶体表面能的估算最为简单。因为共价键是靠两个互相接近的原子共享电子对，并且是电子对贡献电子形成的。其距离比离子键短得多。因此，不必考虑长程力的相互作用。 离子型晶体的表面能 离子键是荷正电和荷负电的离子间形成的键，其作用距离长，属长程力，而且不定向。离子晶体是离子主要通过库仑力结合在一起的。因此，计算其表面能时，也是按表面上净的互相作用能来计算的。 棱边能、棱角能 不平整的破裂面上，棱边及尖角较多，比平整的破裂面具有更大的活性；再者，晶体破碎得愈细小，它的棱边能、尖角能在表面能中所占的比例亦逐步增大。,物料的鉴别,物料的物理性质,表面化学性质,国内外重要的资源加工学术研究机构,34,资源加工学,第二章 物料的基本物理化学特性,2.3.3 表面氧化与溶解 硫化矿物表面氧化与溶解 硫化矿的溶解度相对较小（表2-9），但表面上的硫易发生氧化反应，从而改变硫化矿的表面性质，这是硫化矿物的重要特征之一。,物料的鉴别,表面化学性质,国内外重要的资源加工学术研究机构,表2-9 几种典型硫化矿及其硫酸盐的溶解度,35,资源加工学,第二章 物料的基本物理化学特性,硫化矿物表面氧化与溶解 硫化矿物的表面氧化反应有如下几种形式，氧化产物有两类，一是硫氧化合物，如 、 、 和 等，二是金属离子的羟基化合物，如 、 。 研究表明，氧与硫化物相互作用过程分阶段进行。第一阶段，氧的适量物理吸附，硫化物表面保持疏水；第二阶段氧在吸收硫化物晶格的电子之间发生离子化；第三阶段离子化的氧化学吸附并进而使硫化物发生氧化生成各种硫氧化基。,表面化学性质,国内外重要的资源加工学术研究机构,36,资源加工学,第二章 物料的基本物理化学特性,氧化矿物的溶解 与硫化矿物相比，在水溶液中氧化矿物的溶解度较大。 矿物溶解可以改变矿物的表面性质，如表面电性、表面导电性、润湿性等，同时，由于溶解而进入液相的离子，改变了液相的化学组成，从而影响溶解物与矿物的作用。2.3.4 矿物表面特性 矿物在水溶液中受水偶极及溶质的作用，表面会带一种电荷。矿物表面电荷的存在影响到溶液中离子的分布，带相反电荷的离子被吸引到表面附近，带相同电荷的离子则被排斥而远离表面。于是，矿物-水溶液界面产生电位差，但整个体系是电中性的。这种在界面两边分布的异号电荷的两层体系称为双电层。双电层模型见下页。,物料的鉴别,物料的物理性质,表面化学性质,国内外重要的资源加工学术研究机构,37,资源加工学,第二章 物料的基本物理化学特性,物料的鉴别,物料的物理性质,表面化学性质,图6-11 矿物表面双电层示意图,A-内层（定位离子层）；B-紧密层(Stern层)；C-滑移面；D-扩散层0表面总电位；斯特恩层的电位；动电位；紧密层的厚度,38,资源加工学,第二章 物料的基本物理化学特性,关于矿物表面电性起源，有以下四种类型：优先解离（或溶解） 离子型矿物在水中由于表面正、负离子的表面结合能及受水偶极的作用力（水化）不同而产生非等当量向水中转移的结果，使矿物表面荷电。 优先吸附 这是矿物表面对电解质阴、阳离子不等当量吸附而获得电荷的情况。 吸附和电离 对于难溶的氧化物矿物和硅酸盐矿物，表面因吸附H+或OH-而形成酸类化合物，然后部分电离而使表面荷电，或形成羟基化表面，吸附或解离H+而荷电。 晶格取代,物料的鉴别,物料的物理性质,表面化学性质,国内外重要的资源加工学术研究机构,39,资源加工学,第二章 物料的基本物理化学特性,2.3.5 矿物表面润湿性 润湿现象 润湿是自然界常见的现象。例如往干净的玻璃上滴一滴水，水会很快地沿玻璃表面展开，成为平面凸镜的形状。但若往石蜡表面滴一滴水，水则力图保持球形，但因重力的影响，水滴在石蜡上形成一椭圆球状而不展开。这两种不同现象表明，玻璃能被水润湿，是亲水物质；石蜡不能被水润湿，是疏水物质。 在一些矿物（如石英、长石、方解石等）表面上水滴很易铺开，或气泡较难于在其表面上扩展；而在另一些矿物（如石墨、辉钼矿等）表面则相反。 任意两种流体与固体接触后，所发生的附着、展开或浸没现象（广义地说）均可称为润湿过程。其结果是一种流体被另一种流体从固体表面部分或全部被排挤或取代，这是一种物理过程，且是可逆的。,物料的鉴别,物料的物理性质,表面化学性质,40,资源加工学,第二章 物料的基本物理化学特性,不同矿物的表面被水润湿的情况不同。图2-16所示的这些矿物表面的亲水性由右至左逐渐增强，而疏水性由左至右逐渐增强。,物料的鉴别,物料的物理性质,表面化学性质,图2-16 矿物表面润湿现象,41,资源加工学,第二章 物料的基本物理化学特性,接触角和Young氏方程 常用接触角来度量矿物表面的润湿性大小。 在一浸于水中的矿物表面上附着一个气泡，当达平衡时气泡在矿物表面形成一定的接触周边，称为三相润湿周边。在任意二相界面都存在着界面自由能，以 分别代表固水、水气、固气三个界面上的界面自由能。通过三相平衡接触点,固水与水气两个界面所包之角（包含水相）称为接触角，以表示。 见下页图2-17. 角越大说明矿物表面疏水性越强；角越小，则矿物表面亲水性越强。 （杨氏Young）方程 ： 或者,物料的鉴别,物料的物理性质,表面化学性质,国内外重要的资源加工学术研究机构,42,资源加工学,第二章 物料的基本物理化学特性,物料的鉴别,物料的物理性质,表面化学性质,图2-17 气泡在水中与矿物表面相接触的平衡关系,43,资源加工学,第二章 物料的基本物理化学特性,接触角的测定躺滴或气泡法 具体方法如下图，公式如下：式中 h是液滴高度，d是滴底的直径。若液滴体积小于104mL，此方法可用。,物料的鉴别,物料的物理性质,表面化学性质,44,资源加工学,第二章 物料的基本物理化学特性,接触角的测定吊片法 此方法的条件是要求吊片能为液体很好润湿，以保证=0，cos=1。如果接触角大于零，则可利用下式计算接触角数值 W=PLVcos-vg 式中 W为吊片所受之力，P为吊片周长，v为吊片伸入液面下的体积， 为液体的密度。式中vg为浮力校正项。,物料的鉴别,物料的物理性质,表面化学性质,45,资源加工学,第二章 物料的基本物理化学特性,接触角的测定水平液体表面法 斜板法是调节固体表面的倾斜角，使固液气三相相遇处液体呈水平面，如图2-20。固体表面相对液体水平面的倾斜角即为液体在固体表面上的接触角。 圆柱法是将水平圆柱部分浸入液体中，调节圆柱体浸入深度，使 固液气三相接触处液体表面无弯月面如图2-21。在此条件下接 触角可通过下式计算 式中d是圆柱体的直径，h是圆柱浸入液体的深度。,物料的鉴别,物料的物理性质,表面化学性质,46,资源加工学,第二章 物料的基本物理化学特性,物料的鉴别,物料的物理性质,表面化学性质,图2-20 斜板法,图2-21 圆柱法,47,资源加工学,2.4 影响物料粉碎的其它基本物性,1.强度,a.理想强度:材料完全均质不含缺陷时的强度。b.实测强度：约为理想强度的1/1001/1000。c.强度的尺寸效应：材料强度测定值随试验片大小而变化。尤其，试验片体积变小时，其强度测定值却增大，这一现象称为强度的尺寸效应。d.强度随加荷速度的变化：对材料的加荷速度增大时，材料的变形阻抗增大，其破坏应力（强度）增大。e.强度随氛围条件的变化:材料强度在真空中、或空气中或水中亦有不同。,第二章 物料的基本物理化学特性,48,资源加工学,2 硬度,材料对磨耗的抵抗性一般用硬度表示。严格地说，磨耗和硬度性质是不同的，其间未必有一定的关系。可是，硬度往往作为耐磨性的指标使用。硬度一般用莫氏(mohs)硬度表示，见下表：,第二章 物料的基本物理化学特性,49,资源加工学,3 易碎性,采用强度和硬度往往还难以表述材料粉碎的难易程度，这是因为粉碎过程除取决于材料物性之外，还受大量未知的影响因素所支配，例如粒度、粉碎方式(设备、工艺流程)等影响，从而使得判断粉碎过程相当困难。为此，引用易碎性这一概念来概括影响粉碎过程的大量变量。采用易碎性值即可判断材料在某一粉碎条件下的粉碎状态，用以评价粉碎设备的运行管理状况。,易碎性表征材料对粉碎的阻抗。它可定量地表示为将材料粉碎到某一粒度所需的比功。显然，易碎性是粉碎过程所耗能量的判据。由易碎性可确定将某一原始粒度的材料粉磨到某一指定的产品粒度所消耗的能量。不少学者提出了各种易碎性的表示方法如Hardgrove 指数和Bond 粉碎功指数。,第二章 物料的基本物理化学特性,50,资源加工学,第二章 物料的基本物理化学特性,重点2 什么是矿石、矿物、岩石？三者关系如何？二次资源包含哪些物料？工艺矿物学研究的内容是什么？物料的几何特性包括那三项？物质的磁性可以分为那几类，其磁性强弱如何？简述铁磁质物质的磁化过程。简述矿物磁性的分类，及其分选特点。物质磁化率和物体磁化率两者之间的关系如何？矿物的电性质有那些？简述矿物的价键类型及解理面规律。什么叫易碎性？,物料的鉴别,物料的物理性质,表面化学性质,