礦物浮選晶體化學(xué)原理 研究生考試試卷

研 究 生 考 試 試 卷考試科目： 礦物浮選晶體化學(xué)原理 課程編號(hào)： 閱 卷 人： 考試日期： 姓 名： 閆秀秀 學(xué) 號(hào)： 1501469 注 意 事 項(xiàng)1考 前 研 究 生 將 上 述 項(xiàng) 目 填 寫 清 楚2字 跡 要 清 楚，保 持 卷 面 清 潔3交 卷 時(shí) 請(qǐng) 將 本 試 卷 和 題 簽 一 起 上 交東北大學(xué)研究生院一 礦物名稱及英文名稱 透閃石，tremolite 二 礦物組分化學(xué)組成,，在透閃石中是完全類質(zhì)同象替代系列，按照成分中端元組分的含量把這系列分成幾個(gè)礦種：含量在0-20%著定為透閃石，其含量在80%以上著定為鐵陽起石，含量在22%-80%著定為陽起石。成分中還有少量的代替；代替。 表2 純透閃石，陽起石化學(xué)分析結(jié)果： 2.1 物理性質(zhì) 透閃石為白色或灰色，發(fā)熒光，玻璃光澤，纖維狀者呈絲絹光澤，解理面沿完全，解理夾角；有時(shí)可見（100）裂開，斷口呈次貝殼狀。硬度5-6.相對(duì)密度3.02-3.44，隨鐵含量增加而增加。2.2 形態(tài)晶體細(xì)柱狀，常見單形為斜方柱，平行雙面，集合體常呈柱狀，放射狀，纖維狀。有時(shí)可見致密隱晶的淺色塊狀。有時(shí)可見（100）聚片雙晶。陽起石形態(tài)上以放射狀集合體為特征。 圖1 透閃石形態(tài)2.3 鑒定特征具有細(xì)長柱狀或纖維狀的晶態(tài)，良好的柱狀解理。解理角度的不同，可以和輝石區(qū)別；顏色比較淡，可以和普通角閃石區(qū)別。2.4 成因產(chǎn)狀透閃石可以是不純灰?guī)r或白云巖遭受接觸變質(zhì)的產(chǎn)物。在區(qū)域變質(zhì)作用中，也可由不純灰?guī)r、基性巖或硬砂巖等變質(zhì)形成。在熱液蝕變過程中，也可形成陽起石，稱陽起石化作用，接觸變質(zhì)產(chǎn)物，經(jīng)常發(fā)育于石灰?guī)r，白云巖與火成巖的接觸帶中；也產(chǎn)于結(jié)晶片巖中；2.5 主要用途 紡織工業(yè)，水泥工業(yè)，過濾劑，電木和絕緣材料等。2.6 著名產(chǎn)地 世界著名的產(chǎn)地有瑞土的ticino；奧地利的tyroi和意大利的piedmont奧地利tyrol的zillerthal和美國東部的appalachian山脈。其他的產(chǎn)地還有newzealand；mexico和中美洲等地。三 礦物晶格3.1晶格價(jià)鍵圖或離子堆積圖（采用MS軟件模擬） 圖2 使用MS繪制透閃石價(jià)鍵圖晶格(含類質(zhì)同象) 圖3 礦物學(xué)晶體數(shù)據(jù)庫提供的透閃石晶體結(jié)構(gòu)圖 3.2 XRD圖及分析 圖4 ICSD提供的透閃石XRD圖 圖5 礦物晶體學(xué)數(shù)據(jù)庫提供的透閃石XRD圖表3 透閃石XRD圖譜分析OBSERVEDCALCULATEDDIFFERENCE2thetadhklWave#2thetad2thetad9.83069.02872702029.83069.0287620.0000-0.00003510.53328.425572110210.54008.4201070.00680.00546518.21784.876856-111218.21344.878020-0.0044-0.00116418.67464.758309200218.67144.759112-0.0032-0.00080319.70684.510808040219.69114.514381-0.0157-0.00357321.12374.210723220221.12714.2100540.0034 0.00066927.24313.275726240227.2471 3.275251 0.0040 0.00047528.5845 3.124752310228.5834 3.124874 -0.0011 -0.00012231.9037 2.806392330231.9001 2.806702 -0.0036 -0.00031132.7924 2.732239-331232.7861 2.732752 -0.0063 -0.00051333.1316 2.705002151233.1214 2.705809 -0.0102 -0.00080834.6221 2.591742061234.6138 2.592346 -0.0083 -0.00060435.4330 2.534194-202235.4475 2.533190 0.0145 0.00100436.5921 2.456443022236.6081 2.455401 0.0160 0.00104137.7557 2.383283350237.7508 2.383581 -0.0049 -0.00029838.5123 2.338133-351238.5182 2.337786 0.0059 0.00034738.7794 2.322623-421238.7780 2.322701 -0.0014 -0.00007845.3041 2.001809370245.3104 2.001546 0.0063 0.00026354.9284 1.671377023254.9192 1.671637 -0.0092 -0.00026055.6977 1.650083461255.7021 1.649963 0.0044 0.00011958.4990 1.577504-153258.5007 1.577462 0.0017 0.00004260.34821.533479-602260.3458 1.533535 -0.0024 -0.000056rmse = 0.00006824809A =9.8423(8) B =18.058(3) C =5.2769(4)Alpha =90 Beta =104.74(1) Gamma =90Volume = 907.0(0)Wavelength #1 = 1.541838 Wavelength #2 = 1.540562Wavelength #3 = 1.544390MACHINE ERROR: -0.042Number of iterations = 03.3 晶格參數(shù)等相應(yīng)的描述晶體結(jié)構(gòu)：單斜晶系，二重雙鏈狀結(jié)構(gòu)；空間群島C32h -C2/m；晶胞參數(shù)隨含F(xiàn)e量增加而增加：透閃石a00.984nm，b01.805nm，c00.528nm，10422；Z2。M4位陽離子主要為Ca2+，少量Na+，由于離子半徑大，配位數(shù)為8。斜方柱晶類，C2h-C2/m（L2PC）。 表4 透閃石晶格參數(shù)礦物名稱化學(xué)名稱化學(xué)式Z值空間群abcalphabetagammaTremoliteDicalcium Pentamagnesium Dihydroxide Catena-octasilicateCa2 Mg5 (O H)2 (Si8 O22)2C1 2/M19.81818.0475.27590104.6590a,b,c單位為埃，角度單位為度。形態(tài)：對(duì)稱型2/M。細(xì)柱狀，常見單形為斜方柱110和011，平行雙面010。集合體常呈柱狀、放射狀、纖維狀，有時(shí)可見致密隱晶的淺色塊體?？梢?100)聚片雙晶。透閃石晶胞參數(shù)上表。4 礦物晶體化學(xué) 4.1 晶格結(jié)點(diǎn)上粒子的化學(xué)性質(zhì)基本構(gòu)造單元是SiO4四面體,每個(gè)Si均被四個(gè)O所包圍。由于Si的化合價(jià)為+4價(jià),配位數(shù)為4,它賦予每個(gè)O2-的電價(jià)為1,即等于O2-電價(jià)的一半,O2-另一半電價(jià)可以用來聯(lián)系其它陽離子,也可以與另一硅氧四面體以共用角頂方式連結(jié)成各種形式的硅氧骨干，如下圖所示。硅氧骨干可看成是由兩個(gè)輝石單鏈聯(lián)結(jié)而成的雙鏈，以4個(gè)SiO4四面體為重復(fù)單位，記為Si4O116-。鏈與鏈之間存在著空隙，由A、X、Y類陽離子充填。頂對(duì)頂?shù)碾p鏈間存在八面體空隙（有三種，分別以M1、M2、M3表示，主要由C類小半徑陽離子Mg、Fe2+等充填形成配位八面體；硅氧四面體以底面對(duì)底面的雙鏈間的空隙以M4表示，為B類陽離子占據(jù)，A類離子位于底面相對(duì)的雙鏈中間，恰好在Si4O116-雙鏈的“六方環(huán)”的中心附近的寬大而連續(xù)的空隙上，主要用來平衡晶體結(jié)構(gòu)中的電價(jià)，故可被Na+, K+, H3O+所占據(jù)，亦可全部空著，如下圖所示。 圖6 透閃石硅氧骨干 圖7 透閃石硅氧骨干雙鏈 圖8 透閃石硅氧骨干粒子分布 4.2粒子間作用力及價(jià)鍵分析SiO4四面體各以兩個(gè)角頂與相鄰的SiO4四面體共用形成沿c軸方向無限延伸的單鏈Si2O6，硅氧四面體內(nèi)部為極性共價(jià)鍵，鏈與鏈之間借助陽離子聯(lián)結(jié)起來。鏈內(nèi)Si-O鍵主要為共價(jià)鍵，鏈外陽離子（M）與氧的化學(xué)鍵（M-O）鍵主要為離子鍵。雙鏈結(jié)構(gòu)硅酸鹽礦物,其硅石鏈間也依靠Ca+、Mg+、Fe2+、Al3+、Na+等陽離子而聯(lián)結(jié),礦物帶狀構(gòu)造中的兩硅原子被鋁所取代,它的陽離子平衡由堿和堿土金屬及二價(jià)與三價(jià)鐵和鋁所補(bǔ)償,礦物解離時(shí),礦物晶格中氧與大半徑陽離子聯(lián)結(jié)的鍵發(fā)生斷裂,同時(shí)鏈也發(fā)生斷裂,故部分Si-O鍵斷裂。 4.3礦物破碎后表面價(jià)鍵情況及表面化學(xué)性質(zhì)雙鏈硅酸鹽礦物易沿鏈間結(jié)合處斷裂為柱體或纖維狀，應(yīng)用礦物學(xué)理論認(rèn)為，硅酸鹽礦物破碎后的表面特性直接取決于其晶體的化學(xué)特性，不但與Si(Al)-O四面體排列方式有關(guān)，更與硅酸鹽礦物中金屬離子與氧的鍵合強(qiáng)度有直接關(guān)系。硅酸鹽礦物破碎后表面往往存在大量與氧鍵合強(qiáng)度較小的金屬離子，M-O鍵比Si-O鍵先斷裂，Mn+吸引溶液中的配橫離子如氫氧根離子，產(chǎn)生M(OH)mn-m。鏈狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽礦物解離時(shí),充填或補(bǔ)償電荷的大半徑陽離子與礦物晶格中氧相聯(lián)結(jié)的鍵易發(fā)生斷裂,在水溶液中,這些陽離子與水中的H+發(fā)生交換,使H+吸附于礦物表面氧區(qū),另外Si-O鍵斷裂后所暴露出來的Si具有鍵合水中OH-的能力,且聯(lián)結(jié)鏈的高價(jià)小半徑陽離子很少暴露,因此鏈狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽礦物的零電點(diǎn)很低，礦物表面帶有更高的負(fù)電荷,所以該類礦物用陰離子捕收劑浮選時(shí),可浮性很差,而用陽離子捕收劑十二胺浮選時(shí),礦物具有很好的可浮性。 4.4礦物可選性提示透閃石屬于堿土金屬硅酸鹽礦物，在這一類別的硅酸鹽礦物中，Si(Al)-O四面體骨架外金屬離子都是堿土金屬離子。當(dāng)?shù)V物解離后有高價(jià)金屬陽離子暴露時(shí),一方面高價(jià)金屬陽離子可以與陰離子捕收劑形成靜電和化學(xué)作用,另一方面,高價(jià)金屬陽離子鍵合水溶液中的羥基,而使礦物表面荷負(fù)電；當(dāng)?shù)V物解離后,有大量充填和補(bǔ)償電荷的大半徑陽離子暴露時(shí),這些陽離子易與水中的H+發(fā)生交換,而使H+吸附在礦物表面氧區(qū),使礦物表面荷負(fù)電；當(dāng)?shù)V物解離后大量Si和0得到暴露時(shí),由于Si能結(jié)合水中OH-,而O能結(jié)合水中的H+ ,使礦物表面荷負(fù)電；當(dāng)?shù)V物結(jié)構(gòu)中部分Si4+被A13+取代時(shí),也可使礦物帶上負(fù)電荷，用陽離子捕收劑十二胺浮選時(shí),礦物具有很好的可浮性，但是選擇性較差。在強(qiáng)堿條件下，透閃石可被油酸捕收。以油酸鈉為捕收劑時(shí),硅酸鹽礦物可浮性受礦物表面