元素赋存状态概念及赋存形式

实例1：

黑龙江省汤原县东风山金矿床产出于前寒武纪含铁建造中。二十世纪七十年代初，只作为铁矿床进行开采、选矿。由于当时只片而地注重了其量的属性，认为该矿床的全铁(TFe)平均品位己达32. 56%，可开采利用。因而投资很多，自日建设了铁矿选矿厂。但实际上铁矿石中60%以上的铁是以硅酸铁的形式存在，致使矿石选冶试验后铁的回收率很低，大部分铁不能为工业所利用，铁矿选矿厂未能开工既被废弃，给国家造成巨大的经济损失。

矿物加工专论

实例2：

矿床中的金在1976年既被发现，但由于对金在矿石中的赋存状态未搞清楚，直至1987年才开始开发利用。根据通‘常清况，开发者认为金也赋存于硫化物中，所以选矿试验设计为浮选工艺流程，结果两次矿石可选性试验效果均不理想，金的回收率均低于50%。后通过研究查明，该矿床的自然金主要与造岩矿物锰铝榴石和铁锰闪石密切相关，大部分自然金主要赋存在锰铝榴石和铁锰闪石中，其次才赋存于硫化物中，据此研究成果，开发者设计了氰化法为主、浮选法为辅的选矿工艺流程，经可选性试验，金的回收率达到93. 66%。

一、元素赋存状态概念

二、赋存形式

1.独立矿物

2.类质同象

3.吸附形式

元素赋存状态概念：

人类对矿石的利用，除个别情况外，多数是从矿石中获取某种有用元素，直接将矿物拿来使用的情况非常少。另一方面元素在矿石中多数都不以单质形式存在。最主要的存在方式是几种元素结合成某种矿物，或者是“寄生”在某种矿物之中。显然，为了使有用元素充分合理的利用，就必须掌握有用元素在矿石中的存在形式。所以查清有用元素在矿石中的存在形式，以及他们在各组成矿物中的分配比例，就成为工艺矿物学必须回答的基本问题之一。所有这些内容，即统称之为“有用元素赋存状态”考查。

一、独立矿物

能够用肉眼或仪器进行矿物学研究的颗粒( 粒径大

于0.001毫米)，是元素的集中状态。元素形成独立矿物的能力与其丰度有关。常量元素在地壳中主要以独立矿物形式存在。

当矿物以独立矿物形式出现时，一般应具备两个基本条件。首先是在一定的物理、化学条件下，具有相对的稳定性；其次是具有一定的元素含量。即某种元素在熔浆中达到一定的浓度时，在前一条件的基础上就能下形成独立矿物。以独立矿物形式存在的元素，按其结晶程度又可分为两种类型，一种是肉眼或双筒镜下可以挑选的矿物，另一种是以微细包裹体形式存在于其他矿物中。

例如：

在铁矿石中铁元素主要呈磁铁矿(Fe

04)的形式产出，

3

当铁元素以磁铁矿的形式产出时，则该原料中铁的赋存状态是独立矿物形式。当然铁还可以呈独立矿物的形式赋存于其他许多矿物中，如：赤铁矿、钛铁矿、纤铁矿、针铁矿、黄铁矿、磁黄铁矿等。

再例如，我国某地发现的含钴黄铁矿-雌黄铁矿型钴矿床，其中钴则是以微细包裹体状态存在。对钴进行的单矿物分析结果如表6-1所示。

表6-1 某地含钴矿床中单矿物分析结果

试样号矿物名称试样1试样2试样3 Co Co Co

结晶状黄铁矿0.980.870.99

胶状黄铁矿 1.06 1.2 1.26

磁黄铁矿0.8 1.110.52

磁铁矿0.620.180.4

白云石、方解石0.0040.0030.0015

辉钴矿29.82

由表可以知，除了辉钴矿外，主要含钴矿物为胶状黄铁矿，其次为结晶黄铁矿、磁黄铁矿（矿床中75.34%到

85.41%的钴存在于黄铁矿中）。将资料分析对比后可以看出，辉钴矿是以微细包裹体状态存在于胶状黄铁矿中。

二、类质同象

类质同象也是元素在矿物原料中的一种常见赋存形式，指在矿物晶格中类似质点间相互替代而不改变矿物晶体结构的现象。

呈类质同象状态产出的元素与独立矿物形式不同，这类元素通常不是矿物晶格中的主要和稳定的成分，而是由于其结晶化学性质与矿物中的某个主元素的结晶化学性质相似，在一定的条件下，以次要或微量元素的形式进入矿物晶格，这些矿物进入矿物晶格后不改变矿物的晶体结构。

磁铁矿：在磁铁矿的化学成分中常含有Co、Mg、Mn、Ni、V 等微量元素，其性质与二价铁相似，因此常以类质同相的形式出现在磁铁矿中。

闪锌矿：化学成分是ZnS，晶体属等轴晶系的硫化物矿物。闪锌矿的晶体结构中经常类质同象的混入铁（Fe）、镉（Cd）、铟（In）、镓（Ga）等有价值的元素。

再如钨锰铁矿，其中锰和铁离子可以互相替换，而不破坏其结晶构造，所以Fe2+和Mn2+就是以类质同象的形式存在于矿石中。在晶体中，质点间互相替换的程度是不同的，有时可以无限地替换，例如钨铁矿（FeWO4）中的Fe2+被Mn2+顶替，替换程度的不同，其成分变化可以示意如下：钨铁矿钨锰铁矿钨锰矿FeWO4 →（Fe,Mn）WO4→（Mn,Fe）WO4→MnWO4

研究类质同象的意义

1.类质同象的研究有助于阐明矿床中元素的赋存状态、进行矿床的综合评价和资源的综合利用，对成矿环境的分析具有指导意义。

2.研究类质同象有助于元素分离提取方法的选择和技术开发，有助于故障的分析和最优指标的控制。

3.类质同象的混入肯能会使载体矿物的工业价值发生变化。例如雌黄铁矿本身属于价值不高的一种矿物，但如果其中有大量镍元素类质同象混入，便可作为镍矿开采。

三、吸附形式

矿石中组成矿物在风化作用下，释放出一些元素，这些元素以离子状态或化合物分子形式吸附在胶体颗粒表面、矿物晶面、解离面，为一种非独立化合物形式。是一种电性行为，由于电荷不平衡而吸附异性离子。元素以离子态或单独分子存在，又不参加寄主矿物的晶格构造，因此是一种结合力较弱，易于交换和分离的赋存状态，亦称活性状态。

最常见的是离子吸附性稀土矿。承载矿物体一般是一些粘土矿物。

例如我国某地一重稀土风化壳矿床，其中的重稀土元素即是以阳离子状态吸附于粘土矿物中。该矿床由白云母花岗岩经风化作用而成。其组成矿物在化学风化作用下，长石云母等演化成以高岭土为主的粘土矿物。同时那些稀土元素矿物和含稀土元素的载体矿物，由于遭到破坏将稀土元素释放出来。这些释放出来的稀土元素，即以阳离子状态被吸附于粘土矿物表面。

对金的赋存的状态研究表明，金也可以呈吸附状态产出。

在湖南某铁帽型金矿床中，褐铁矿Fe2O3·nH2O(主要成分为针铁矿α-FeO[OH])呈胶团结构，为正胶体；其表面往往吸附带负电的金胶体微粒{mAu0+nAu(OH)3+Au(OH)2}-，金的含量最

高可以达到5.89g/t，具有一定的工业价值。