矿物晶体类型及其抗破碎性能

根据质点间化学键性质可将矿物晶体大体归属如下四类：

(1)原子键或共价键是由两个原子共同提供一定数量的电子形成的电子对，并赖以维持两个原子的结合，这种电子对同时受到两个原子核的作用而不能任念运转，故原子键的结合力最强，而且具有方向性及饱和性。因此，原子键型的矿物硬度大，物理性质隐定，最难磨碎，以剪切力为主的磨剥作用效果最差，只有强烈冲击才容易打断牢固的原子键。金刚石是典型的原子键矿物，但自然界此类型的矿物不多。

(2)离子键是由一个或几个电子从一个原子转移另一个原子上形成的，并由此使中性原子成为两个电荷相反的离子。这些电子云为球形对称的离子，其电场在各个方面均相同。离子键的特点是无方向性，也无饱和性，致使质量呈紧密堆积、且结合比较牢固，键力仅次于原子键。但当质点沿某些面作滑动以后会造成阳离子的邻近点不再是阴离子而是其他阳离子，从而互相排斥，致使晶格内质点间在能量上最适宜的配位数受到破坏，晶格断裂。因此，离子晶体在受力时表现出脆性。由于自然界大部分为离子键型矿物，故多数矿物在宏观力学性质方面表现硬而脆，磨碎矿石时应引起注意。

(3)分子键为范德华氏力，由于铤力弱，故矿物晶体的硬度低，磨碎时容易被粉碎。此类矿物在自然界不多，常见的主要有自然硫（S)、雄黄（AsS)、方锑矿（Sb₂0₃)以及少数层构造矿物等。此类矿物容易被粉碎。

(4)金子键是金属晶体特存的化学键，质点间靠自由电子联系，键力不具方向性，强度次于共价键及离子键。金属型晶体具有塑性，且延展性好。具有金属键型的矿物晶体也不多，只有金、银、铂、铋、铜等元素以自然金属矿物存在。此类矿物受破碎力作用时难于粉碎而容易打扁成薄片不易形成细粒。

需指出的是，由于实际矿物晶体结构的复杂性，一种矿物晶体往往不只是一种键力结合，且存在许多过渡键型。 此外，矿石一般又是多种矿物的聚合体，致使结合键力更为复杂。就一般而言，同种矿物晶体内的聚合力往往比不同矿物晶体之间的结合力强；在同种矿物晶体的聚合体中，晶格内的结合力最强，晶面上的结合力弱。据美国国家矿业局的测定，晶面上的结合力只冇晶体内结合力的75%。由上可见，整个矿石的力学性质是极不均勻的，如果再考虑到矿物晶体形成过程中其他离子的混入、离子错位及空位等结晶缺陷，实际矿石的力学性质就变得更不均勻更为复杂。

由于矿石力学性质的不均匀性及复杂性，按化学键的性质虽然可以说明晶体矿物的力学性质，但难以综合矿石性质对磨矿过程的髟响。然而按结晶化学的五种分类法，則能大概说明各类矿物的力学性质对磨碎的影响。这五种分类法为：

(1)自然元素类矿物。此类矿物中的自然金属矿物，离子结合力为金属键，硬度不大但延展性好，无解理，矿物的密度很大。如自然铜硬度2.5~3 (莫氏硬度，以下同），密度8.5~ 8.9g/cm³，自然金硬度2.5~3，密度15.6~18.3g/cm³；自然银硬度2.5~3，密度10.3~10.6g/cm³；自然铋硬度2~2.5，密 度9.7~9.83g/cm³；自然铂硬度4~4.5，密度14~19g/cm³。 自然金属在自然界虽不多，但经济意义大。如前所述，此类矿物在磨矿中容易被打成薄片不易粉碎成细粒，它们常常沉积于磨机 及分级机底层，于是在磨矿分级循环中反复受到磨碎作用，不利对金的氰化回收，且对贵金属的金属平衡工作带来很大困难。可见，当矿石中含自然金属较多时，最好在磨矿分级循环中加入选别作业及早进行回收。

自然元素类的非金属矿物，以分子键结合的琉磺及石墨的硬度很低，而以共价键结合的金剐石则硬度最高。

(2)硫化物及其类似化合物类矿物。此类矿物多为极性 共价键或混合键联结，这是工业上有很大实际意义的一大类矿物，共有350多种，常见的主要是Cu、Pb、Zn、Hg、 Ni、Co、 Mo、Cd、Bi等金属与S、Se、Te、As形成化合物。此类矿物的硬度一般不高，大都欠2?4之间，少数为5?6，仍密度较大，多数在4以上。常见的硫化物及类似化合物如表25所列。此类矿物由于硬度低、密度大、在磨碎时常常优先被粉碎。这正是选矿厂所得精矿的平均粒度一般均比尾矿细的基本原因。

(3)氧化物类矿物。这也是自然界存在较多的一类矿物， 主要为离子键（二价金属氧化物)，但随着金属离子价态的升髙也有向共价键过渡的特点（三价或四价金属氧化物)。表26列出一些常见的氧化物类矿物。此类矿物的硬度一般较大，莫氏硬度在5,5以上，物理化学性质稳定。

在氧化物中也有少数为分子键，硬度很低，如锑华(Sb₂O₃)，硬度2.5~3,密度5.57g/cm³；铋华(Bi2O₃)，硬度1~2，密度 6.4~5g/cm³；钼华（MoO₃)，硬度1 ~2,密度4.5g/cm³； 砷华(As₂O₃)，硬度 1.5，密度3.7g/cm³等。

就一般而言，氧化物类矿物较硬比较难磨，但常见的金属氧化物如锡石、磁铁矿、金红石、铌钽铁矿等，虽然硬度稍低于石英，但因脆性比石英大（石英韧性大)，因此这些矿物均比矿石中的主要脉石成分--石英容易磨碎得多，充分注意这点是有意义的。

(4)卤化物类矿物。此类矿物为F、Br、I的化合物，其中以钠、钾、镁的氣化物较多，如碘银矿（Agl)，硬度3~4; 角银矿（AgCl)硬度1~1.5；光卤石（KMgCl₃·6HO₂)、硬 度1；萤石（CaF₂)；钾盐（KC₁)，硬度2；岩盐（NaC₁），硬度2.5；冰晶石(Na3AlF6)，硬度2.95~3；甘汞(HgCl)等。此类矿物虽以离子键为主，但阳离子电价低，配合数低，故硬度不大，比重也小，而且有许多矿物易溶于水。

(5)含氧盐类矿物。这是一类数量众多的矿物，约占已知矿物数量的三分之二，其中包括硅酸盐、碳酸盐、琉酸盐、磷酸盐、钨酸盐等若干个亚类。此类矿物的阴离子对外部阳离子是离子键结合，但阴离子内部（即"根"）却是共价键结合。值得注意的是硅酸盐矿物，一是数量大，约占已知矿物的三分之一，按重量计则占地壳重量的75%; 二是它们为主要造岩旷物，是选矿的主要脉石成分，也是磨碎的主要对象；三是基本构造单位为硅氧四面体【SiO4】， Si⁺⁴与四个顶角氧形成共价结合，故硬度很大，难磨碎。表27中列出常见的主要硅酸盐类旷物。

由上可见，在处理金属矿时，如釆脉石主要是硬度大的硅酸盐矿物，则应该考虑到磨矿的能耗及材料消耗问题。

总之，通过以上分析可以沿出如下结论：

（1)自然界矿物的结构具有多样性，由于力学性质不尽相经受破碎力作用所表现的抵抗能力及自身的粉碎行为亦不相同，所以只有当破碎力适应于矿物及矿石性质时才能得到较好的破碎效果。也就是说，如果不考虑破碎对象的力学性质，千篇一律地以不变应万变的破碎方法是不会得到好的破碎效果的，因为这种破碎作用缺乏针对性。

（2)尽管矿物种类繁多，性质各异，但从破碎角度考虑仍可淸楚地看到可以加以利用的力学性质差异：例如需要回收的金属矿物，或者像自然金属那样硬度低宿延展性及密度大，或者像金属硫化物那样性脆易碎、硬度低、密度大，或者像有些金属氧化物那样虽然硬但性脆，它们均比主要的脉石矿物石英易磨碎，或者说选矿中要抛弃的脉石常常是硬度大而难磨碎的硅酸盐矿物。由于需要回收的和需要抛弃的矿物在力学性质上有较明显的差別，因此，充分利用这种差异乃是提高矿石粉碎效率的有效途径之一。

（3)组成矿石的矿物由于具有不同的力学性质，磨碎时必然表现出不同的磨碎行为，可见，当有用矿物和脉石矿物在力学性质以及磨碎行为方面差异较大时，采取适应矿石性质的磨碎措施将可得到好的磨碎效果。由于有用矿物与脉石矿物力学性质差 异较大是金属矿石磨矿中十分常见的现象，所以，研究这种现象无论在技术上或经济上均具有重大意义。