第二章(物化性质)

1资源加工学第二章物料的基本物理化学特性2.12.22.3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2.42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1.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2.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。3.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4.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1.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（ProcessRocks），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2.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1.二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。2.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。3.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：1.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。2.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3.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。4.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ρ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。1.颗粒的形状①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2dSs3dVv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名称直径（d）或边长（a）G名称直径（d）或边长（a）G圆球da1.0正四面体a0.672正八面体a0.846平板a，a，0.5a0.762立方体a0.806平板a，a，0.2a0.414长方体a，a，2a0.767平板a，a，0.1a0.261长方体a，a，3a0.718平板a，a，0.05a0.164长方体a，a，6a0.613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1.颗粒的形状②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。①球形度广为应用的球形度的定义式为：②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：φ＝φG×p其中p—粗糙度系数；φG—几何形状系数。一些简单的几何形状的φG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粒球颗粒的实际表面积面积与颗粒等体积的圆球表SS用渗透法测得的表面积积用吸附法测得的比表面粗糙度P14资源加工学第二章物料的基本物理化学特性2.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。①单颗粒的粒径规则颗粒的粒径：可以用1～3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2.粒度和粒径②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niiidrd1算niiidrd1算niriidd1几何niriidd1几何niiidrd1/1调和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1.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。2.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：①BET吸附法②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32mmVSSvgmkgmWSSw22或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。1.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（A·m2），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VmM18资源加工学第二章物料的基本物理化学特性2.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2.物质磁性的类型①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。②