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第二章物料的基本物理化学特性教学大纲要求内容学时熟练掌握正确理解一般了解2.1物料的鉴别12物料的基本物理性质、表面化学性质各种不同类型资源分类物料的鉴别2.2物料的物理性质2.3表面化学性质教学内容本章内容是资源加工学的基础知识，主要包括物料的鉴别、物料的物理性质以及表面化学性质。教学时间12学时教学重点物料的物理性质及表面化学性质。教学难点物料基本物理化学特性及其在分选过程中的应用。教学方法课堂教学为主，并通过实验教学加深对课堂知识的理解。注意结合前面所学知识表示的基础内容，将其与问题求解方法融为一体。及时提问、收集学生学习情况。教学要求熟练掌握物料的基本物理性质、表面化学性质，正确理解各种不同类型资源分类，一般了解物料的鉴别。教学参考书：潘兆橹主编.结晶学及矿物学（上、下册）.北京：地质出版社.1990.10.H.B.别洛夫，A.A.戈道维柯夫，B.B.巴卡金.齐进英等译.理论矿物学[M].北京：地质出版社.1988.6.邱家骧主编.岩浆岩岩石学.北京：地质出版社.1985.5.冯钟燕主编.矿床学原理.北京：地质出版社.1984.5.许时主编.矿石可选性研究.北京：冶金工业出版社.1995.10.周乐光主编.工艺矿物学.北京：冶金工业出版社.1990.5.顾惕人等，表面化学，北京：科学出版社，2001.2.1物料的鉴别教学内容本节讲述资源加工学主要加工对象的概念和鉴别方法。包括以下内容：（1）矿物，矿物、种、亚种、簇的基本概念；矿物的分类方法及其分类；矿物命名的依据；矿物鉴定的目的与常用方法。（2）岩石的概念，岩石的分类和特征。（3）矿产、矿石、有用矿物、脉石矿物的概念。（4）二次资源极其他固体物料的分类。（5）非固体物料的概念。（6）决定物料加工工艺的基本参数：物料的物相组成、物料中元素赋存状态、物料中物相嵌布特征、工艺产品的研究。教学时间3学时。本节重点矿物、矿石等基本概念以及决定物料加工工艺的基本参数。本节难点区分矿物、矿石、岩石的概念。教学方法课堂教学为主，结合举例让学生理解一些基本概念。教学要求熟练掌握矿物、矿石、岩石的概念，正确理解各种不同类型资源分类。2．1.1矿物1．矿物的概念矿物（Mineral）是指：由地质作用所形成的结晶态的天然化合物或单质，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。准矿物（Mineraloid）为由地质作用形成的非结晶态的天然化合物或单质。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。举例讲述。2．矿物的分类1）概念矿物种（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。人们给予每一种矿物的名称，就是矿物的种名。矿物亚种（Subspecies）是指同属于一个种的矿物，但在化学组成、物理性质等方面有一定程度的变异者。2）种的划分原则（1）在矿物学中划分矿物种时，对于同质多象变体而言，同一物质的不同变体虽然化学组成相同，但它们的晶体结构有明显的差别，因而应区别为不同的矿物种。（2）同一矿物的不同多型，尽管晶体内部的结构层的堆垛顺序有所不同，有时可能属于不同的晶系，但仍把它们联合为一个名称，看成是同一个矿物种。（3）根据国际及我国新矿物及矿物命名委员会的规定，在类质同象系列中只有端员矿物才能作为矿物种独立命名，而中间成员称为亚种，按其靠近的端员矿物种命名，再在前面加上形容词；若有些类质同象系列矿物，命名时尚未发现靠近它的端员矿物，以后找到了端员矿物也不能取新的种名，只能作为亚种看待。3）矿物分类方法结合矿石学简单讲述3．矿物的鉴定简单讲述。简单讲述。4．矿物的鉴定简单讲述。2．1．2岩石1．岩石及工艺岩石概念：岩石（Rock）是天然产出的由一种或多种矿物（包括火山玻璃、生物遗骸、胶体）组成的固体集合体。岩石根据其成因，可分为三类：岩浆岩（MagmaticRocks）、沉积岩（SedimentaryRocks）：变质岩（MetamorphicRocks）：岩石根据其主要矿物种类的多少，可分为两类：单矿岩、多矿岩。2．岩石的特征结合矿石学简单讲述。2．1．3矿石（1）矿产、矿石概念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）从矿体中开采出来的，从中可提取有用组份的矿物集合体。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。2．1．4二次资源及其他固体物料分为以下三类：二次资源产、非传统矿物资源、非矿物资源固体物料。2．1．5非固体物料（烟尘、气、液）2．1．6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。2．物料中元素赋存状态在矿石中有用元素主要有以下五种存在形式：（1）形成独立矿物、(2)呈类质同象混入物形式存在于其他矿物中、(3)呈固溶体分离状态、(4)呈包裹物形式存在、(5)呈吸附状态。3．物料中物相嵌布特征物料中物相的嵌布特征、磨碎或破碎时的单体解离度，是决定物料加工工艺的基本参数之一。4．工艺产品的研究2.2物料的物理性质教学内容本节讲述物料的物理性质以及在物料分选之间的应用。主要内容包括：（1）物质密度、矿石真密度、矿石堆密度的概念；（2）颗粒形状系数、形状支书的描述，单颗粒粒径和粒群粒度的描述；（3）颗粒的表面积与比表面积的定义与测定方法；（4）磁性基本概念：磁化物质的磁矩、磁化强度、物质体积磁化率、物质比磁化率；物质磁性的分类以及各种磁性物质的特点，铁磁性物质的铁磁效应、铁磁质结构以及磁化过程。退磁场，退磁因子的定义，物体磁性和物质磁性的联系与差异。矿物磁性的分类。（5）电性基本概念：电导率、电阻介电常数、比导电度、整流性。教学时间5学时。本节重点讲述物料密度、颗粒的几何特征、表面积、磁性、电性质等物理性质。本节难点利用物理性质上的差异进行物料分选的基本原理。教学方法课堂教学为主，结合举例让学生理解一些基本概念及其在物料分选中应用的基本原理。教学要求熟练掌握物料的物理性质中所包括的内容，正确认识其在物料分选中应用的基本原理。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。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。1.颗粒的形状颗粒的轮廓边界或表面上各点的图像，称作颗粒的形状。颗粒形状的定量分析方法有以下几种：（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：体积形状系数：比表面形状系数：因单位体积颗粒的比表面积，所以有：（2）形状指数与形状系数不同，它和具体的物理现象无关，只用数学表达式来描述颗粒的外形。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：实际上球形度φ应表达如下：φ＝φG×p其中p—粗糙度系数；φG—几何形状系数。2.粒径与粒度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：如颗粒是理想的规则几何体，可以很方便地用1~3个特征长度准确地描述其形状及大小。非规则颗粒的粒径：不规则的矿物颗粒描述，采用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。①轴径是指颗粒的特征线段的算术或几何平均值二轴平均径：平面图形长径和短径的算术平均值db＝(l+b)/2三轴平均径：立体图形三维尺寸的算术平均值dc＝(l+b+h)/3②当量球径是指与颗粒同性质的球体直径体积直径：与颗粒具有相同体积的圆球直径dv＝（V为颗粒实际体积）面积直径：与颗粒具有相同表面积的圆球直径ds＝（S为颗粒的表面积）自由降落直径（df）：与颗粒同密度球体，在密度和粘度相同的流体中，与颗粒具有相同沉降速度球体的直径（该球称为标准粒子）式中ρl—液体的密度；ρs—颗粒密度；vo—颗粒沉降速度；η—介质粘度；g—重力加速度；φ—阻力系数③当量圆径是指与颗粒的投影轮廓同性质的圆的直径，投影面积直径：与颗粒在稳定位置投影面积相等的圆直径da＝（A为颗粒的投影面积）统计直径是指与某个固定方向平行测得的颗粒的长度尺寸。(2)颗粒群的平均粒度和粒度分布颗粒群的粒度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：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。2.2.3颗粒的表面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：(1)BET吸附法吸附法是在试样颗粒的表面上吸附截面积已知的吸附剂分子，根据吸附剂的单分子层吸附量计算出试样的比表面积，然后换算成颗粒的平均粒径。BET吸附等温式为式中p——吸附气体的压力，po——吸附气体的饱和蒸汽压，V——吸附量，Vm——单分子层吸附量，K——与吸附热有关的常数以p/V(p0-p)对p/p0作图为一直线，由该直线的斜率和截距可以求得Vm值，再由Vm值及吸附气体的分子截面积A，可计算出试样的比表面积Sw，即：式中v。——标准状态下吸附气体的摩尔体积（22410ml），N——阿佛加德罗常数（6.023×1023分子／mol）由于氮吸附的非选择性，低温氮吸附法通常是测定比表面积的标准方法，此时A=16.2à2，当测定温度为-195.8℃时，上式可简化为Sw＝4.36Vm(2)气体透过法气体透过法的理论根据是kozenyCarman关于层流状态下气体通过固定颗粒层时透过流动速度与颗粒层阻力的关系式式中ΔP－－粉体层的阻力，L一一粉体层的厚度，μ一一气体的粘度，u－－气体的透过流动速度，ε－－粉体层的空隙率气体透过法测定粉体比表面积应用最广泛的是Bline法（又称勃氏法）。Bline法是测定水泥比表面积的常用方法，也可用于测定其他干燥细粉。2.2.4磁性1.磁化现象与物质磁化率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，可用以表示物质磁性。合并公式2-22和2-23可得物质体积磁化率为物质磁化时单位体积和单位磁场强度具有的磁矩。物质的磁性又可用比磁化率表示，即式中ρ为物质密度（kg/m3）；ρ与V之积为物质质量（kg）；X为物质比磁化率（m3/kg），是物质磁化时，单位质量和单位磁场强度的磁矩，又称为质量磁化率。与比磁化率相对应的一个物理量是比磁化强度即式中j为比磁化强度（A·m2/kg）。磁感应强度与磁场强度的关系可用下式表示式中B为磁感应强度（T）；μ为物质磁导率（T·m/A）；μ0为真空磁导率，等于；为相对磁导率，无量纲，。不同物质的不同，例如水的，铁的。磁感应强度又