矿物废弃物资源化

一、光学性质：包括颜色、光泽、透明度等
（1）颜色
颜色的命名： 双重命名法：如黄绿、褐红等。 比较法：如深红、浅绿、淡黄等。 比拟法：如乳白、铁黑、樱桃红、橄榄绿、天蓝色 等。 比色法：紫色-紫水晶、铜红色-自然铜、蓝色-蓝铜 矿、铁黑色-磁铁矿、绿色-孔雀石、黄铜色-黄铜矿、黄 色-雌黄、铅灰色-方铅矿、金黄色-自然金、橙色-雄黄、 钢灰色-黝铜矿、红色-辰砂。
离，如钛铁矿、铬铁矿及含磁铁矿的赤铁矿等。
（3）弱磁性矿物
比磁化系数介于（15～600）×10-6 cm3/g之间， 在磁场强度10000 Oe以上才能与其他矿物分离，如赤铁 矿、褐铁矿、黑钨矿、辉铜矿、菱铁矿、黄铁矿等。
（4）非磁性矿物
比磁化系数小于15×10-6 cm3/g的矿物，无法采用 磁选分离法分离回收，如石英、方解石、长石等。 对于某些磁性弱的矿物，可通过适当的人工焙烧增 强其磁性。如赤铁矿、褐铁矿的还原焙烧，反应式为：
如在常温常压下，硫酸盐、碳酸盐以及含有氢氧根和
水的矿物易溶于水，大部分硫化物、氧化物及硅酸盐类矿 物难溶于水。
二、氧化性
矿物被氧化后，其成分、结构及矿物表面 性质均会发生变化，对废物的资源化利用具有 较大影响。 如硫化矿物的适当氧化可促进其浮选的进
行或酸处理的效果。
矿物氧化主要与矿物本身的性质、环境中
（1）颜色
它是矿物对不同波长的光波吸收和反射的结果。 如果对各种波长的光波普遍而又平均地吸收，则随 吸收程度的不同而呈黑色（几乎全部吸收）、灰、白色。 如果只吸收某些色光，则呈现出反射光的混合色。 对于透明矿物来说，所有透过光波的颜色就是该矿 对于不透明矿物来说，它的颜色主要决定于其表面 物的颜色（如自然硫，由于它较多地吸收了透射光中的 反射光波的颜色（如黄铁矿表面反射出来的是以黄光为 紫、蓝、绿、橙、红色光波而透过较多的黄色光波而成 主，所以呈现黄色） 黄色）。
三、电学性质：导电性及荷电性。
（1）导电性 矿物对电流的传导能力，可
用矿物的导电率γ来表示。
导体矿物：γ=102Ω-1· cm-1以上的矿物，如自然
金属、大部分硫化物矿物。
非导体或绝缘体：γ≤10-12Ω-1· cm-1的矿物，如
硅酸盐、碳酸盐类矿物。
半导体矿物：γ值介于前两者之间的矿物，如部 分硫化物及金属氧化物类矿物。
3Fe 2 O 3 CO 2Fe 3 O 4 CO2
五、矿物的润湿性
矿物表面能否被液滴所润湿的性质，称为润湿性。
矿物的润湿性是浮选的理论基础，是浮选上用来判别
矿物可浮性好坏的标志。 易被水润湿的矿物称为亲水性矿物，如云母、石英、 方解石等。不易被水润湿的矿物称为疏水性矿物，如滑石、
四、磁性
矿物的磁性是指矿物能被永久磁铁或电磁铁吸引 或矿物本身能够吸引铁物体的性质。 自然界具有磁性的矿物极为普遍，但磁性显著的 矿物则不多。 矿物磁性的强弱，可用比磁化系数表示，它表示
1cm3的矿物在磁场强度为1 Oe的外磁场中所产生的磁
力。
比磁化系数越大，表示矿物被磁化的能力越强。
在矿业固体废物资源化中，常根据废物中不同矿物的 磁性差异进行分离。
（2）光泽
矿物表面对于投射光线的反射能力称为光泽。 反射能力的强弱也就是光泽的强弱，可用反射率R 表示，计算公式为：
矿物磨光表面的反射光 强度 I r R 100% 1 矿物磨光表面的投射光 强度 I i
R越大，光泽越强。按R的大小，将光泽由弱
至强分成四个等级：
表4-1
R值，% 2～10 10～19 光泽特点
主要为金属硫化物，亦包括金属与硒、碲、 砷、锑等的化合物。总数约350种左右，按重
源自文库
量约占地壳总重量的0.15%，其中以铁的硫化
物为主，有色金属铜、铅、锌、锑、汞、镍、 钴等也以硫化物为主要来源，故工业上具有重 大意义。
4.2矿业固体废物的性质
包括物理性质和化学性质
光学性质：矿物对光线的吸收、折射和反 射所表现的各种性质。
而呈现出电荷的性质。 在压缩时发生正电荷的部位，在伸张时就发生负电 荷，因此在机械的一压一张的不断作用下，就产生了一 个交变电场，这种效应称为电压效应。反过来，具有压 电性的矿物晶体，又能借电能产生机械能。即把它放在 一个交变电场中，会产生一伸一缩的机械振动，这种效 应称为电致伸缩。当交变电场的频率和压电性矿物本身 机械振动的频率一定时，发生特别强烈的共振现象。 压电材料在电子工业中用作各种换能器，如超声波 发生器等。石英由于振动频率稳定，质地坚硬和化学性 稳定，是最优良的天然压电材料。
按比磁化系数的不同，矿物分成四类：
（1）强磁性矿物 比磁化系数大于3000×10-6 cm3/g，在弱磁场 （900～1200 Oe）就能与其他矿物分离，如磁铁矿、 磁黄铁矿等。 （2）中磁性矿物 比磁化系数介于（600～3000）×10-6 cm3/g之
间，在磁场强度2000～8000 Oe才能与其他矿物分
（3）密度
矿物的比重是矿物在4℃时的重量与同体积的 水的重量之比。密度在选择资源化方法时具有重 要指导意义。
一般将矿物按密度分为三级：①轻密度矿物， 密度在2.5以下的矿物；②中等密度矿物，密度在 2.5～4之间的矿物；③重密度矿物，密度在4以上 的矿物。 在矿物学上测密度的方法很多，常见的有比 重瓶法和重液法。
废物硬度与废物粉碎关系密切。废物硬度
不同，粉碎的难易程度、粉碎所需时间和设备
不同。硬度越大，越难粉碎，粉碎时消耗的能
量也越大。
另外，硬度不同的废物，其应用价值不同。 硬度大的废物可作为磨料使用，硬度小的废物 可作为填料使用。
（2）韧性
废物受压轧、锤击、弯曲或拉引等力作用时所呈现的 抵抗能力。包括： ①脆性：废物容易被打碎或压碎的性质。大多数废物 具有脆性。 ②挠性：废物在外力作用下趋于弯曲而不发生折断， 除去外力后不能恢复原状的性质。如片状石膏、绿泥石、 蛭石等矿物。 ③弹性：外力作用下趋于变形，但外力解除后又恢复 原状的性质。如云母、石棉等矿物。 韧性对某些废物原料进行加工具有重要意义。韧性不 同的矿业废物，所采用的粉碎流程不同，所选用的粉碎设 备也不同。
4 矿业固体废物的资源化
目前，我国有95%以上的能源、80%以上的工
业原料、 70% 以上的农业生产资料等都来自矿产
资源。据不完全统计，全世界每年排出的矿业固 体废物在100亿ｔ以上。 矿业固体废物的组成 矿业固体废物的性质 尾矿的资源化 废石的资源化
4.1 矿业固体废物的组成
矿石开采过程中，需剥离围岩，掘进巷道，排出废 石；采得的矿石需经选矿，提高品位，排出尾矿。矿业 固体废物系采选作业过程中产生的废石和尾矿的总称。 矿物组成：自然元素、硫化物及其类似化合物、含 氧盐矿物、氧化物和氢氧化物、卤化物等。 量大面广的为含氧盐矿物、氧化物和氢氧化物、硫 化物及其类似化合物。它们是决定利用途径的物质基础。
光泽强弱的四个等级
举例 石英的晶面、萤石、 石榴石等。 锡石、闪锌矿、金刚 石等。
玻璃光泽，矿物表面象玻璃 一样反光清澈。 金刚光泽，象金刚石的反光 一样光辉灿烂。
19～25 25以上
半金属光泽，表面象久经使 用的金属制品那样的反光。 金属光泽，象新鲜金属制品 的反光一样耀眼。
磁铁矿、 黑钨矿、 赤铁矿等。 辉锑矿、辉铜矿、黄 铜旷、自然金等。
二、力学性质：硬度、韧性、比重等性能。 （1）硬度
指废物抵抗某种外来机械作用的能力，可借
助测定矿物硬度的方法来测定。 测定矿物硬度的方法很多，但在矿物学中一 直沿用的是摩氏硬度计法，目前可用专门测硬度 的仪器和显微硬度计精确测定矿物的硬度。图45所示为三种方法测定结果对比。
图4-5
摩氏硬度、新摩氏硬度和显微硬度等级的对比
提取矿业固体废物中的有价矿物，可借助于 它与脉石矿物光泽、颜色的差异进行光电分选。
（3）透明度：矿物透光的能力
自然界绝对不透明的矿物、绝对透明的矿物都是不存 在的。透明度是一个相对的概念。
矿物透明与不透明的区分界限，是指矿物磨至0.03mm 标准厚度时的透光程度而言。 一般将矿物分为：①透明矿物，绝大部分光线能通过， 能完全或基本上透见另一物体。如无色水晶、冰洲石、云 母等。②半透明矿物，能透过小部分光线，只能模糊透见 另一物体，如辰砂、闪锌矿等。③不透明矿物，光几乎完 全不能通过，如石墨、磁铁矿等。 透明度是鉴定矿业固体废物能否作为光学材料使用的 特征之一，也是能否作为填料使用的特征之一。如石英、 CaCO3常作为无色透明的填料使用。
某些矿物的导电性有重要的实用意义，
如金属和石墨是电的良导体可作电极材料，
云母是不良导体可作绝缘材料，而半导体则 广泛地被应用在无线电工业中。 在固体废物资源化利用中，可根据废物 中矿物导电率的不同采用静电分离法来分离
提纯有用矿物。
（2）矿物的荷电性：在受外力作用，如摩擦、加热、 加压影响下，发生带电现象的性能。实质是矿物中的热能 或机械能转化为电能的形式。 凡具有荷电性的矿物，其导电性均很弱或者根本不具 导电性。
荷电性按所施外力不同，有以下几种： ①摩擦电性：某些矿物与丝绢或毛皮摩擦时，呈现带 电现象。如自然硫、金刚石、琥珀(C10H16O4)等具有这种 性质。 ②焦电性：某些矿物受热时，在晶体的某些部位产生 电荷的现象，即热能转化为电能，如电气石即具有这种性 质。
③压电性：某些矿物在压力或张力影响下，因变形
4.2.1 物理 性质
力学性质：废物在外力作用下所表现的物理 机械性能 。
电学性质：矿物导电的能力及在外界能量作用 下发生带电的现象。 磁学性质：矿物的磁性是指矿物被永久磁铁和 电磁铁吸引，或矿物本身能够吸引 铁质物体的性质。 表面性质：白度、亮度、疏水性等。
一、光学性质：包括颜色、光泽、透明度等
一、含氧盐矿物
含氧盐矿物占已知矿物总数的2/3左右， 在地壳里的分布极为广泛。
（1）硅酸盐矿物：硅酸盐是组成岩石的最主要成 分，已知硅酸盐矿物约800种之多，约占矿物总数的
1/4，占地壳总重量的80%。 （2）碳酸盐矿物：碳酸盐矿物在自然界中分布较
广，已知矿物约80种之多，占地壳总重量的1.7%。其 中以Ca、Mg碳酸盐矿物最多，其次为Fe、Mn等碳酸盐 矿物。
（3）硫酸盐矿物： 硫酸盐矿物在自然 界中产出约有260种之多，但仅占地壳总重
量的0.1%。其中常见和具工业意义的矿物
不多，主要矿物有石膏、重晶石。 （4）其他含氧盐矿物：其他含氧盐矿 物较常见的有磷酸盐、钨酸盐和钼酸盐， 其他不常见的有硼酸盐、砷酸盐、钒酸盐、 硝酸盐矿物等。
二、氧化物和氢氧化物矿物
氧化剂的作用、矿物的共生组合特征等有关。
4.3尾矿的资源化
一、尾矿中有价组分的提取
许多尾矿中含有具回收利用价值的有价 组分，其品位常常大于相应的原生矿品位， 充分利用分选技术回收这些有价金属对充分
利用资源、延缓矿产资源的枯竭具有重要意
义。
（1）铜尾矿 美国奥盖奥选矿厂尾矿平均含Cu0.42%，主要 有用矿物为黄铜矿、辉铜矿和黄铁矿, 大部分已 经发生氧化。
因此，矿物在水介质中是上浮还是下沉，起主导作用 的是其润湿性，而不是比重。
4.2.2 矿物化学性质
当矿物与空气、水等接触时，将发生不同的物理、化 学变化，如氧化、水解及水化等。与固体废物资源化有关 的化学性质主要包括矿物的可溶性、氧化性。
一、可溶性
矿物中有价成分在不同溶剂中的溶出性能，是浸出提 取有价元素的重要依据。
石墨、辉钼矿、方铅矿、黄铜矿等。
矿物的润湿性主要由矿物的内部结构所决定。分子键 矿物为疏水性，即难润湿的矿物。原子键矿物为亲水性， 即润湿性强的矿物。
各种矿物由于润湿性的不同，在水介质中可能上浮或 下沉。
一般地，难润湿的矿物（疏水性）易浮，如方铅矿颗 粒（比重7.4）在水中与气泡相遇，矿粒表层的水层迅速 破裂，矿粒与汽泡紧密结合而上升。 润湿性强的矿物（亲水性）难浮，如比重为2.65的石 英颗粒，在水介质中，石英表面与水紧密结合，空气不能 排除石英表面的水层，则石英颗粒不易附着在气泡上，仍 留于水中。
氧化物和氢氧化物是地壳的重要组成矿物，
它们的化合物有200种左右，约为地壳总重量的
17%，其中SiO2(石英、石髓、蛋白石)分布最广， 约占12.6%，Fe的氧化物和氢氧化物占3.9%，其 次是Al、Mn、Ti、Cr的氧化物或氢氧化物。 本类矿物是工业上金属矿产的主要来源。
三、硫化物及其类似化合物矿物