第2章　工艺矿物学

一、基本概念

1.什么是矿物？

矿物是在地壳中由于自然的物理化学作用与生物作用，所形成的具有固定化学组成和物理化学性质的自然元素或天然化合物。如金、石墨、硫黄为自然元素矿物，而磁铁矿、黄铜矿和石英为天然化合物，也都是矿物。

2.矿物是如何分类的？

矿物的分类方法有很多种，目前常用的分类法有工业分类、成因分类和晶体化学分类三种。根据矿物的不同性质和用途，对矿物进行工业分类，分为金属矿物类和非金属矿物类。根据矿物的成因，将矿物分为内生成因矿物、外生成因矿物和变质成因矿物三类。根据矿物的化学成分和晶体结构，将矿物分为五大类，即自然元素大类、硫化物及其类似物大类、氧化物和氢氧化物大类、含氧盐大类、卤化物大类。根据阴离子或配阴离子还可把大类再分为若干类，如含氧盐大类可以分为硅酸盐矿物、碳酸盐矿物、硫酸盐矿物、钨酸盐矿物、磷酸盐矿物以及钼酸盐矿物、砷酸盐矿物、硼酸盐矿物、硝酸盐矿物等类。

3.矿物是如何命名的？

矿物的命名有各种不同的依据，但归纳起来主要有：①以化学成分命名的，如自然金；②以物理性质命名的，如孔雀石；③以晶体形态命名的，如石榴石；④以成分及物理性质命名的，如铜矿；⑤以晶体形态及物理性质命名的，如绿柱石；⑥以地名命名的，如高岭石；⑦以人名命名的，如章氏硼镁石。

4.常见的自然元素矿物有哪些？

常见的自然元素矿物有自然铜、自然金、自然铂、自然铋、自然硫、金刚石、石墨等，其鉴定特征见表2-1。

5.常见的硫化物及其类似化合物矿物有哪些？

常见的硫化物及其类似化合物矿物有辉铜矿、方铅矿、闪锌矿、辰砂、黄铜矿、斑铜矿、黄铁矿、磁黄铁矿、辉锑矿、辉铋矿、铜蓝、雌黄、雄黄、辉钼矿、毒砂、黝锡矿、黝铜矿等，其鉴定特征见表2-2。

6.常见的氧化物和氢氧化物矿物有哪些？

常见的氧化物和氢氧化物矿物有刚玉、赤铁矿、钛铁矿、尖晶石、磁铁矿、铬铁矿、金红石、锡石、软锰矿、硬锰矿、锐钛矿、板钛矿、石英等，其鉴定特征见表2-3。

7.常见的含氧盐矿物有哪些？

含氧盐大类矿物可以分为硅酸盐矿物、碳酸盐矿物、硫酸盐矿物、钨酸盐矿物、磷酸盐矿物、硼酸盐矿物等，其矿物及其鉴定特征见表2-4～表2-6。

（1）硅酸盐矿物

（2）碳酸盐矿物

（3）硼酸盐、磷酸盐、钨酸盐、硫酸盐矿物

8.常见的卤化物矿物有哪些？

常见的卤化物矿物有萤石、石盐、钾盐等。其鉴定特征见表2-7。

9.什么是矿石？矿石由什么组成的？

矿石是指含有一种以上的有用矿物，在目前的技术条件下可供开采和冶炼，从而能获得一定的产品和利润的矿物集合体。

矿石由矿物集合体组成。矿石中矿物一般分为两大类。

一类为造矿矿物。指那些有用的金属矿物和非金属矿物。黑色金属矿石如铁矿石、锰矿石、铬矿石中的赤铁矿、磁铁矿、软锰矿、硬锰矿、铬铁矿等就是造矿矿物；有色金属矿石如黄铜矿、斑铜矿、蓝辉铜矿、闪锌矿、方铅矿、辉锑矿、辉钼矿、锡石等就是造矿矿物；贵金属矿石如自然金、自然银、自然铂、钯、铑等就是造矿矿物。

另一类为脉石矿物，所有金属矿石中的非金属矿物均称为脉石矿物，所有非金属矿石中除造矿矿物以外的非金属矿物称为脉石矿物。矿石的矿物组合有简单也有复杂的。简单的只有几种，复杂的可以有十多种到几十种。一般说来，矿石中矿物成分简单，选冶工艺流程也会相对简单，矿石中矿物成分复杂，其工艺流程相对就会复杂一些。

10.什么是岩石？它与矿石的区别是什么？

岩石就是人们通常所说的石头，是天然产出的具有一定结构构造，含有有机质、流体的矿物集合体，是构成地壳和上地幔的物质基础。矿石是指达到一定数量、含有可被利用且开采后能冶炼出具有金属价值的固体物质，叫做矿石。两者区别在于矿石具有一定的经济开采利用价值，岩石中含有矿石。

11.什么是矿物的晶形？

晶体的天然几何多面体外形称为晶形。一般在镜下根据晶面的发育程度，可确定晶体的结晶程度。大致可分为自形晶、半自形晶和他形晶三类。

（1）自形晶　自形晶的晶形完整，晶体由发育完整的晶面包围。薄片中的自形晶呈规律的多边形，晶体与薄片的交线全为直线。自形晶代表结晶早或结晶能力强的矿物晶体，如角闪石。

（2）半自形晶　半自形晶的晶形较完整。晶体由部分发育完整的晶面和发育不完整的晶面包围，在薄片中呈不规则的多边形。晶体与薄片的交线部分为直线，部分为不规则曲线，半自形晶的结晶时间往往比自形晶晚，如黑云母。

（3）他形晶　他形晶的晶形不完整，晶体全由发育不完整的晶面组成。在薄片中呈不规则圆粒状。晶体与薄片的交线全为不规则的曲线，如石英晶体。他形晶的结晶时间较晚，受空间限制不可能发育成完整晶形。

12.什么是矿物的解理？

矿物解理原称“劈开”，是指晶体在外力（压力或打击力）作用下，沿一定的结晶方向裂成平面的固有性质。所裂成的平面称为解理面。解理面的方向平行于晶体结构中面网与面网之间连接力最弱的平面，并且它们在晶体上的分布符合于晶体的对称特点，亦即解理必定沿着同一个单形中的所有晶面方向同时发生。

根据晶体在外力的作用下裂成光滑的解理面的难易程度，可以把解理分成下列五级。

（1）极完全解理　矿物在外力作用下极易裂成薄片。解理面光滑、平整，很难发生断口。例如云母、石墨、石膏等。

（2）完全解理　在外力作用下，很易沿解理方向列成平面（不成薄片）。解理面平滑，较难发生断口。如方解石、方铅矿、萤石等。

（3）中等解理　在外力作用下，可以沿着解理方向裂成平面。解理面不太平滑，断口易出现。如白钨矿、普通辉石等。

（4）不完全解理　矿物在外力作用下，不容易裂出解理面。解理面不平整，容易成为断口。如磷灰石等。

（5）极不完全解理（即无解理）　矿物受外力的作用后，极难出现解理面。在碎块上常为断口。如石英、石榴子石等。

13.什么是矿物的反射率？

物光面对垂直入射光线的反射能力，称为矿物的反射力，即矿物光面在反光显微镜下的明亮程度。表示反射力大小的数值叫做反射率（R），它是反光显微镜下垂直入射光经矿物光面反射后的反射光强度（Ir）与原入射光强度（Ii）的比率，用百分数表示，即：

反射率是矿物本身固有的属性，不同的矿物具有不同的反射率值。如白光下自然银的反射率为95％，而萤石的反射率仅为3％，反射率是鉴定矿物的重要特征。

属于高级晶族的等轴晶系矿物只有1个反射率值，其他晶系的矿物反射率随晶体方向而变化，当旋转物台时，表现为矿物亮度的改变，这种反射率随方向而变化的现象称为矿物的双反射。属于中级晶族的四方晶系、三方晶系和六方晶系的矿物有2个主反射率，而属于低级晶族的三斜晶系、单斜晶系和斜方晶系的矿物有3个主反射率。

14.什么是矿物的硬度？

矿物的硬度是指矿物抵抗外来机械作用力的能力。根据机械作用力的类型，矿物的硬度可分为3种情况，即刻划硬度、抗磨硬度和抗压硬度。

（1）刻划硬度　矿物抵抗刻划作用力的能力称为刻划硬度。显微镜下测定矿物刻划硬度方法简便，用钢针（缝纫针）和铜针（用纯铜电线磨制）作工具，刻划矿物的表面，其结果分为3级。

①高硬度矿物　用钢针刻不动的矿物，如黄铁矿、赤铁矿等。

②中硬度矿物　用钢针能刻动，但铜针刻不动的矿物，如黄铜矿、闪锌矿等。

③低硬度矿物　用铜针刻得动的矿物，如方铅矿、辉钼矿等。

（2）抗磨硬度　矿物抵抗研磨作用力的能力称为抗磨硬度。镜下观测抗磨硬度仅是比较相邻矿物硬度的相对高低，而不能对矿物硬度进行定量或分级。

（3）抗压硬度　矿物抵抗压入作用力的能力称为抗压硬度。抗压硬度用显微硬度仪测定，硬度仪上安有用硬质合金或金刚石制成的“压头”。外加一定负荷时，可使压头在矿物表面压出压痕。根据负荷和压痕的大小，即可计算出矿物的抗压硬度。当前，最常用的抗压硬度是维氏（Vicker）硬度，其次是努普（Knoop）硬度。

15.什么是矿石的构造和结构？两者有何差异？

矿石构造是指组成矿石的矿物集合体的特点，即矿物集合体的形态、大小及其空间相互的结合关系等所反映的形态特征。

矿石结构是指矿石中矿物颗粒的特点，即矿物颗粒的形态、大小及其空间相互的结合关系，或矿物颗粒与矿物集合体的结合关系等所反映的形态特征。

矿物集合体和矿物颗粒可由一种或多种矿物组成，矿物集合体是组成矿石构造的基本单位，矿物颗粒是组成矿石结构的基本单位。矿石构造主要是在肉眼下观察，也有显微构造。矿石结构主要是在显微镜下观察，也有由粗大颗粒构成的大型结构。矿石构造主要是从宏观方面描述矿物的分布关系，而矿石结构是在微观方面研究矿物颗粒的基本特征。矿石的构造和结构可统称为矿石的组构。

16.常见的矿石构造有哪些？

常见的矿石构造主要有以下几种。

（1）块状构造　矿石矿物含量占80％以上，矿物集合体为不规则的或呈不定形形状，分布无方向性，致密且无空洞。呈块状构造的多为富矿石。

（2）浸染状和稠密混染状构造　矿石矿物含量多在30％以下，矿物集合体的形状不定，一般小于0.5cm，多呈稀疏星散状较均匀地分布于矿石中，即为浸染状构造。当矿石矿物含量大于30％时，则称为稠密浸染状构造。

（3）斑点状和斑杂状构造　矿石矿物集合体呈近等轴状的斑点，斑点大小比较均匀，多数可达0.5cm，分布较均匀且无方向性即为斑点状构造。矿石矿物集合体的形状不规则，大小不一，且分布不均匀，如某些部位较稠密，某些部位则稀疏即称为斑杂状构造。

（4）豆状构造　矿石矿物集合体为浑圆的，其大小一般近于1cm，豆粒可相互连接，分布无固定规律，有时亦可呈定向排列。外生条件下形成的豆粒内多具同心环带。

（5）条带状构造　矿物集合体呈单一方向延长状，且彼此相间分布。

（6）脉状、交错脉状和网脉状构造　脉状构造是指矿物集合体呈单一方向延长的脉状分布于矿石或围岩中，脉体由一种或多种矿物组成。两组脉相互交切称交错脉状构造。几组不规则的脉交切成网，则称网脉状构造。

（7）角砾状和环状构造　一组矿物集合体（围岩或矿石）的形态不规则，呈破碎角砾，被另外一组矿物集合体胶结，胶结物可由矿石矿物或脉石矿物组成，称为角砾状构造。以角砾为核心，与某种或多种矿物集合体依次呈环状包围即为环状构造。

（8）晶洞状和晶簇状构造　在围岩和矿石的空洞内，生长着具有一定晶面的矿物集合体，保留有部分空洞即称为晶洞状构造。洞内的矿物晶体群即为晶簇状构造。

（9）多孔状和蜂窝状构造　矿石疏松具许多孔洞，孔洞形状和大小不一，分布多无一定规律即为多孔状构造。孔洞的孔壁由难溶的矿物质组成隔板，呈细小的矩形、方形或菱形等，形似蜂窝可称为蜂窝状构造。隔板宽大则可组成骨架状构造。

（10）土状或粉末状构造　矿物集合体为疏松粉末，多呈被膜状分布，或疏松聚集呈土状。

（11）胶状构造　矿物集合体形态复杂，表面具球状、椭球状凸起，断面虽弯曲环带、同心环带，具壳状或波浪状、环带间可为过渡的，亦可由孔隙或组分不同而分开，具星状孔隙或于裂纹、裂纹可平行或近于垂直环带，亦有呈网状裂纹的，矿物集合体主要为隐晶质或非晶质的。

（12）鲕状构造　矿石矿物集合体的形态为浑圆的，形似鲕粒，其直径一般约为0.2cm或更小些，鲕粒较密集、其间胶结物较少、鲕粒与胶结物的组分可以相同或各异，鲕粒内具有同心环带。

（13）肾状构造　矿石矿物集合体的形态呈半球或半椭球的凸面，形似肾状，一般约1cm或更大些，其内部呈半圆形同心环带。

（14）结核状构造　矿石矿物集合体呈大小不同的球状或椭球状的独立结核，结核可从不足一厘米到几十厘米，结核内具同心环带壳层。鲕状、肾状及结核状构造系胶状构造的变种，仅据其特殊形态而命名。

（15）纹层状构造　矿物集合体呈两向延长的微层状，层间可为渐变的或显示矿物组分或结构不同等，各层相互交替平行分布且与围岩层理一致。

（16）片状和片麻状构造　矿物集合体的形态为延长的，由柱状或片状矿物呈定向排列平行分布，显片理面的称片状构造。除片状和柱状矿物外，还夹有粒状矿物（可拉长变形）呈定向排列，但延续性不强，呈片麻理的即为片麻状构造。

（17）皱纹状构造　延长状的集合体，呈弯曲的波状或小褶皱等复杂花纹，称为皱纹状构造。

（18）叠层石构造　矿石矿物集合体沿不同类型叠层石的基本层分布，各层连续性强，层间近于平行。按叠层石的形态不同可有波纹状、球核状等叠层石构造。

（19）气孔状构造　矿石中有形态不规则的气孔，孔壁多为棱角状、椭球状等，可由矿物的晶面砌成，气孔大小不一，大者可达20～30cm，小者约为0.1cm，气孔常被其他矿物充填。

17.常见的矿石结构有哪些？

矿石结构是指矿石相对微观的特征，主要在显微镜下对薄片或光片进行观察，主要包括矿物的结晶形态（如自形晶、半自形晶、他形晶）、矿物的嵌布粒度大小、不同矿物之间的空间位置关系（如包含结构、脉状穿插结构、固溶体分离结构等）、矿物的蚀变而形成的假象结构等。

18.什么是矿石学？

矿石学是一门研究矿石的成分、性质、结构、产状、矿石的成因及对矿石进行分类的一门学科。对于选矿来说，研究矿石成因，进而研究矿床的成因，查清矿石中矿物种类及其含量是研究矿石的首要任务。

19.什么是矿物学？

矿物学就是研究矿物的化学成分、内部结构、形态、物理性质、化学性质、成因、产出条件、变化、共生组合、标型特征及用途等的一门科学。

实际上，研究矿物归根到底有四大目的：①为了利用矿物（矿物直接应用，矿物选冶变为矿物应用材料）；②为了找矿；③为了发现新矿物，新材料；④为阐述地球及宇宙的物质组成、形成及发育历史提供科学依据。

基于研究矿物的四大目的，矿物学出现了许多分支：①物理矿物学，应用现代物理学新理论和新技术、新设备对矿物的物理性质进行研究的科学；②化学矿物学，研究矿物化学成分及与其有关的所有化学特性；③结构矿物学，研究矿物的内部结构，从而对矿物进行结构分类；④成因矿物学，是研究矿物成因理论及其实际应用于找矿、人工合成，加工利用等的一门科学；⑤实验矿物学，从事人工合成矿物及模拟矿物在各种物化条件下形成过程，从而达到揭示矿物岩石、矿石的成因目的；⑥应用矿物学，研究矿物各种特性，并把这些特性直接应用于到国民经济各个领域或为选冶提供可靠参数的科学，工艺矿物学就是应用矿物学的一种；⑦系统矿物学，对至今所发现的各种矿物进行系统分类、归纳和综合，使之成为一种工具书。

20.什么是工艺矿物学？它与矿物学有哪些联系和区别？

工艺矿物学是指为了设计一条正确的选矿工艺流程要求对矿石中的矿物组成、矿物含量、矿物粒度及粒度分布概率，矿物之间的嵌布关系，目的元素的赋存状态，有益组分和有害组分等所进行的研究。

矿物学是研究矿物的化学成分，晶体结构，形态，性质，时间、空间上的分布规律，形成、演化的历史和用途的学科，它是地质学的一个分支学科。工艺矿物学以矿物学为基础，是矿物学在矿物加工方向的延伸，因而工艺矿物学更侧重于研究矿物基本性质对选别该矿石的矿物加工工艺方面的影响。

21.矿石的工艺矿物学性质有哪些？

矿石的工艺矿物学性质主要有：组成矿物的类别和含量、元素的赋存状态、矿物嵌布特征、流程产品的矿物单体解离度，矿物的密度、电性、磁性、硬度、弹性、塑性、湿润性、可浮性、吸附性、离子交换性、热特性、溶解性、辐射性以及细菌性等。这些影响工艺加工的全部矿石特征，统称为矿石的工艺矿物学性质。

22.工艺矿物学研究的手段有哪些？

（1）偏光显微镜　通过薄片研究和鉴定透明矿物种类、含量、粒度及相互之间关系等。

（2）反光偏光显微镜　通过光片研究和鉴定不透明矿（金属矿物）种类、含量、粒度及嵌布关系。

（3）单矿物分离　基本上与选矿所采用的方法相同，仅是规模不同。

（4）双目镜下单矿物鉴定和挑选　进行单矿物化学分析；进行同位素测定；进行未知矿物X射线分析；称重各种单矿物重量百分含量；包裹体测温等。

（5）X射线分析　鉴定矿物；测定矿物含量；测定矿物的晶胞参数。

（6）差热分析　鉴定含水矿物、碳酸盐、含水硼酸盐及硫酸盐矿物，如黏土矿物、方解石、白云石、菱镁矿等都可以通过差热分析而准确鉴定。

（7）电子探针　光片中偶然可见的一颗微小矿物（>0.002mm）矿相显微镜下不能确定其矿物名称时，用电子探针即可直接测定该矿物化学成分，达到鉴定矿物的目的。经验证明对鉴定铂族矿物很有效。

（8）扫描电镜　研究金等贵金属元素在黄铁矿中赋存状态是十分有效的。