礦石的結構、構造,是說明礦物在礦石中的幾何形態和結合關係。結構是指某礦物在礦石中的結晶程度、礦物顆粒的形狀、大小和相互結合關係;而構造是指礦物集合體的形狀、大小和相互結合關係。前者多藉助顯微鏡觀察,後者一般是利用宏觀標本肉眼觀察。
礦石的結構、構造所反映的雖是礦石中礦物的外形特徵,但卻與它們的生成條件密切相關,因而對於研究礦床成因具有重要意義。在一般的地質報告中都會對礦石的結構、構造特點給以詳細的描述。
礦石的結構、構造特點,對於礦石的可選性同樣具有重要意義,而其中最重要的則是有用礦物顆粒形狀、大小和相互結合的關係,因為它們直接決定著破碎、磨碎時有用礦物單體解離的難易程度以及連生體的特性。
選礦試驗時,若已有地質報告或過去的研究報告作參考,不一定要再對礦石的結構和構造進行全面的研究。
一、礦石的構造
礦石的構造形態及其相對可選性可以大致劃分如下:
1.塊狀構造有用礦物集合體在礦石中佔80%左右,呈無空洞的緻密狀,礦物排列無方向性者,即為塊狀構造。其顆粒有粗大、細小、隱晶質的幾種。若為隱晶質者稱為緻密塊狀。
此種礦石如不含有伴生的有價成份或有害雜質(或含量甚低),即可不經選別,直接送冶煉或化學處理。反之,則需經選礦處理。
選別此種礦石的磨礦細度及可得到的選別指標取決於礦石中有用礦物的嵌布粒度特性。
2.浸染狀構造有用礦物顆粒或其細小脈狀集合體,相互不結合地、孤立地、疏散地分布在脈石礦物構成的基質中。
這類礦石總的來說是有利於選別的,所需磨礦細度及可能得到的選別指標取決於礦石小有用礦物的嵌布粒度特性,同時還取決於有用礦物分布的均勻程度,以及其中有否其它。礦物包體,脈石礦物中有否有用礦物包體,包體的粒度大小等。
3.條帶狀構造有用礦物顆粒或礦物集合體,在一個方向上延伸,以條帶相間出現,
當有用礦物條帶不含有其他礦物(純淨的條帶),脈石礦物條帶也較純淨時,礦石易於選別。條帶不純淨的情況下其選礦工藝特徵與浸染狀構造礦石相類似。
4.角礫狀構造指一種或多種礦物集合體不規則地膠結。如果有用礦物成破碎角礫被脈石礦物所膠結,則在粗磨的情況下即可得到粗精礦和廢棄尾礦,粗精礦再磨再選。如果脈石礦物為破碎角礫,有用礦物為膠結物,則在粗磨的情況下可得到一部分合格精礦,殘留在富尾礦中的有用礦物需再磨再選,方能回收。
5.鮞狀構造根據鮞粒和膠結物的性質可大致分為:(1)鮞粒為一種有用礦物組成,膠結物為脈石礦物,此時磨礦粒度取決於鮞粒的粒度,精礦質量也決定於鮞粒中有用成分的含量;(2)鮞粒為多種礦物(有用礦物和脈石礦物)組成的同心環帶狀構造。若鮞粒核心大部分為一種有用礦物組成,另一部分鮞核為脈石礦物所組成,膠結物為脈石礦物,此時可在較粗的磨礦細度下(相當於鮞粒的粒度),得到粗精礦和最終尾礦。欲再進一步高粗精礦的質量,常需要磨到鮞粒環帶的大小,此時磨礦粒度極細,造成礦石泥化,使回收率急劇下降。因此,複雜的鮞狀構造礦石採用機械選礦的方法一般難以得到高質量的精礦。
與鮞狀構造的礦石選礦工藝特徵相近的有豆狀構造、腎狀構造以及結核狀構造。這些構造類型的礦石如果膠結物為疏鬆的脈石礦物,通常採用洗礦、篩分的方法得到較粗粒的精礦。[next]
6.脈狀及網脈狀構造一種礦物集合體的裂隙內,有另一組礦物集合體穿插成脈狀及網脈狀。如果有礦物在脈石中成為網脈,則此種礦石在粗磨後即可選出部分合格精礦,而將富尾礦再磨再選;如果脈石在有用礦物中成為網脈,則應選出廢棄尾礦,將低品位精礦再磨再選。
7.多孔狀及蜂窩狀構造指在風化作用下,礦石中一些易溶礦物或成分被帶走,在礦石中形成孔穴,則多為孔狀。如果礦石在風化過程中,溶解了一部分物質,剩下的不易溶或難溶的成分形成了牆壁或隔板似的骨架,稱為蜂窩狀。這兩種礦石都容易破碎,如孔洞中充填、結晶有其它礦物時,則對選礦產生不利影響。
8.似層狀構造礦物中各種礦物成分呈平行層理方向嵌布,層間接觸界線較為整齊。一般鐵、錳、鋁的氧化物和氫氧化物具有這種構造。其選別的難易決定於層內有用礦物顆粒本身的結構關係。
9.膠狀構造膠狀構造是在肢體溶液的礦物沉澱時形成的。是一種複雜的集合體,是由彎曲而平行的條帶和渾圓的帶狀礦瘤所組成。這種構造裂隙較多。膠狀構造可以由一種礦物形成,或者由一些成層交錯的礦物帶所形成。如果有用礦物的膠體沉澱和脈石礦物的膠體沉澱彼此孤立地不是同時進行,則有可能選別。如二者同時沉澱,形成膠體混合物,而且有用礦物含量不高時,則難於用機械方法進行選分。
二、礦石的結構
礦石的結構是指礦石中礦物顆粒的形態,大小及空間分布上所顯示的特徵。構成礦石結構的主要因素為:礦物的粒度、晶粒形態(結晶程度)及嵌鑲方式等。
1.礦物顆粒的粒度
礦物粒度大小的分類原則及劃分的類型還很不統一,但是在選礦工藝上,為了說明有用礦物粒度大小與破碎、磨碎和選別方法的重要關係,常採用粗粒嵌布、細粒嵌布、微粒和次顯微粒嵌布等概念,至於怎樣叫粗,怎樣叫細,這完全是一個相對的概念,它與採用的選礦方法、選礦設備、礦物種類等有著密切關係。一般可大致劃分如下:
(1)粗粒嵌布礦物顆粒的尺寸為20~2mm,亦可用肉眼看出或測定。這類礦石可用重介質選礦、跳汰或乾式磁選法來選別。
(2)中粒嵌布礦物顆粒的尺寸為2~0.2mm,可在放大鏡的幫助下用肉眼觀察或測量。這類礦石可用搖床、磁選、電選、重介質選礦,表層浮選等方法選別。
(3)細粒嵌布礦物顆粒尺寸為0.2~0.02mm,需要在放大鏡或顯微鏡下才能辨認,並且只有在顯微鏡下才能測定其尺寸。這類礦石可用搖床、溜槽、浮選、溼式磁選、電選等。礦石性質複雜時,需藉助於化學的方法處理。
(4)微粒嵌布礦物顆粒尺寸為20~2μm,只能在顯微鏡下觀測。這類礦石可用浮選、水冶等方法處理。
(5)次顯微(亞微觀的)嵌布礦物顆粒尺寸為2~0.2μm,需採用特殊方法(如電子顯微鏡)觀測。這類礦石可用水冶方法處理。
(6)膠體分散礦物顆粒尺寸在0.2μm以下。需採用特殊方法(如電子顯微鏡)觀測。這類礦石一般可用水冶或火法冶金處理。
有用礦物嵌布粒度大小不均的,可稱為粗細不等粒嵌布,細微粒不等粒嵌布等。
嵌布粒度特性的研究嵌布粒度特性,是指礦石中礦物顆粒的粒度分布特性。實踐中可能遇到的礦石嵌布粒度特性大致可分為以下四種類型:[next]
(1)有用礦物顆粒具有大致相近的粒度(如圖中曲線1),可稱為等粒嵌布礦石,這類礦石最簡單,選別前可將礦石一直磨細到有用礦物顆粒基本完全解離為止,然後進行選別,其選別方法和難易程度則主要取決於礦物顆粒粒度的大小。
(2)粗粒佔優勢的礦石,即以粗粒為主的不等粒嵌布礦石(如圖中曲線2所示),一般應採用階段破碎磨碎、階段選別流程。
(3)細粒佔優勢的礦石,即以細粒為主的不等粒嵌布礦石(如圖中曲線3所示),一般須通過技術經濟比較之後,才能決定是否需要採用階段破碎磨碎、階段選別流程。
(4)礦物顆粒平均分布在各個粒級中(如圖中曲線4),即所謂極不等粒嵌布礦石,這種礦石最難選,常需採用多段破碎磨碎、多段選別的流程。
礦物嵌布粒度性曲線
由上可見,礦石中有用礦物顆粒的粒度和粒度分布特性,決定著選礦方法和選礦流程的選擇,以及可能達到的選別指標,因而在礦石可選性研究工作中,礦石嵌布特性的研究通常具有極重要的意義。
還須注意的是,選礦工藝上常用的「礦石嵌布特性」(有人稱為浸染特性)一詞的含義,除了指礦石中礦物顆粒的粒度分布特性以外,有時還包含著有用礦物顆粒在礦石中的散布是否均勻等方面的性質。散布均勻的,可稱為均勻嵌布礦石,散布不均勻的,稱不均勻嵌布礦石(在過去的教材中,以及其他許多選礦專業書刊上把不等粒嵌布稱為不均勻嵌布,請注意區別)。礦物顆粒粒度很小時(如膠體礦物),礦物散布的不均勻性,往往有利於選別,若多種有用礦物顆粒相互毗連,緊密共生,形成較粗的集合體分布於脈石中,則稱為集合嵌布礦石,這類礦石往往可在粗磨條件下丟出貧尾礦,然後將粗精礦再磨再選,就可以顯著節省磨礦費用,減少下一步選別作業的處理礦量。
2.晶粒形態和嵌鑲特性
根據礦物顆粒結晶的完整程度,可分為:(1)自形晶———晶粒的晶形完整;(2)半自形晶———晶粒的部分晶面殘缺;(3)他形晶———晶粒的晶形全不完整。礦物顆粒結晶完整或較好,將有利於破碎、磨礦和選別。反之,礦物沒有什麼完整晶形或晶面,對選礦不利。
礦物晶粒與晶粒的接觸關係稱為嵌鑲。如果晶粒與晶粒接觸的邊緣平坦光滑,則有利於選礦。反之,如為鋸齒狀的不規則形狀則不利於選礦。
常見礦石結構類型:
(1)自形晶粒狀結構礦物結晶顆粒具有完好的結晶外形。一般是晶出較早的和結晶生長力較強的礦物晶粒,如鉻鐵礦、磁鐵礦、黃鐵礦、毒砂等。
(2)半自形晶粒狀結構由兩種或兩種以上的礦物晶粒組成,其中一種晶粒是各種不同自形程度的結晶顆粒,較後形成的顆粒則往往是他形晶粒,並溶蝕先前形成的礦物顆粒。如較先形成的各種不同程度自形結晶的黃鐵礦顆粒與後形成的他形結晶的方鉛礦、方解石所構成的半自形晶粒狀結構。
(3)他形晶粒狀結構是由一種或數種呈他形結晶顆粒的礦物集合體組成。晶粒不具晶面,常位於自形晶粒的空隙間,其外形決定於空隙形狀。[next]
(4)斑狀結構和包含結構斑狀結構的特點是某些礦物在較細粒的基質中呈巨大的斑晶,這些斑晶具有一定程度的自形,而被溶蝕的現象不甚顯著,如某多金屬礦石中有黃鐵礦斑晶在閃鋅礦基質中構成斑狀結構。
包含結構是指礦石成分中有一部分巨大的晶粒,其中包含有大量細小晶體,並且這些細小晶體是毫無規律的。
(5)交代溶蝕及交代殘餘結構先結晶的礦物被後生成的礦物溶蝕交代則形成交代溶蝕結構,若交代以後,在一種礦物的集合體中還殘留有不規則狀、破布狀或島嶼狀的先生成的礦物顆粒,則為殘餘結構。
(6)乳濁狀結構指一種礦物的細小顆粒呈珠滴狀分布在另一種礦物中。如某方鉛礦滴狀小點在閃鋅礦中形成乳濁狀。
(7)格狀結構在主礦物內,幾個不同的結晶方向分布著另一種礦物的晶體,呈現格子狀。
(8)結狀結構系一種礦物較粗大的他形晶顆粒被另一種較細粒的他形晶礦物集合體所包圍。
(9)交織結構和放射狀結構片狀礦物或柱狀礦物顆粒交錯地嵌鑲在一起,構成交織結構。如果片狀或柱狀礦物成放射狀嵌鑲時,則稱為放射狀結構。
(10)海綿晶鐵結構金屬礦物的他形晶細粒集合體膠結矽酸鹽礦物的粗大自形晶體,形成一種特殊的結構形狀,稱為海綿晶鐵結構。
(11)柔皺結構是具有柔性和延展性礦物所特具的結構。特徵是具有各種塑性變形而成的彎曲的柔皺花紋。如方鉛礦的解理交角常剝落形成三角形的陷穴,陷穴的連線發生彎曲,形成柔皺。又如輝鉬礦(可塑性礦物)受力後產生形變,也可形成柔皺狀。
(12)壓碎結構為脆硬礦物所特有。例如黃鐵礦、毒砂、錫石、鉻鐵礦等常有。在礦石中非常普遍,在受壓的礦物中呈現裂縫和尖角的碎片。
礦物的各種結構類型對選礦工藝會產生不同的影響,如呈交代溶蝕狀、殘餘狀、結狀等交代結構的礦石,選礦要徹底分離它們是比較困難的。而壓碎狀一般有利於磨礦及單體解離。格狀等固溶體分離結構,由於接觸邊界平滑,也比較容易分離,但對於呈細小乳滴狀的礦物顆粒,要分離出來就非常困難。其它如粒狀(自形晶、半自形晶、他形晶)、交織狀、海綿晶鐵狀等結構,除礦物成分複雜、結晶顆粒細小者外,一般比較容易選別。