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王淀佐《资源加工学》笔记和课后习题（含考研真题）详解试读：
第1章 资源加工学概述
1.1 复习笔记
一、资源加工学的形成
1传统选矿学、矿物加工学的定义及区别（1）选矿学是用物理、化学的方法，对天然矿物资源进行选别、分离、富集其中的有用矿物的科学技术，其目的是为冶金、化工等行业提供合格原料。（2）矿物加工学是在选矿学的基础上发展起来的，是用物理、化学的方法，对天然矿物资源进行加工（包括分离、富集、提纯、提取、深加工等），以获取有用物质的科学技术。其目的已不单纯是为其他行业提供合格原料，也可利用其直接得到金属、矿物材料等。
2选矿学科的形成（1）重选理论的发展
①19世纪下半叶，奥地利人Rittinger提出了“等降现象 ”；Monroe等进一步提出“干涉沉降”。
②20世纪40年代，苏联学者提出了跳汰是在上升水流中“按悬浮体的相对密度分层”的学说。
③德国学者Mayer从床层位能降低的角度解释了分层过程。
④英国学者Bagnold观察到了剪切运动下层流、斜面流中多层粒群的松散分层现象。（2）浮选理论的发展
①从20世纪30年代开始，美国的Taggart及原苏联的Plaksins等提出了捕收剂的“化学反应假说”或“溶度积假说”，以解释重金属硫化矿的可浮性顺序。
②美国的Gaudin、原苏联的Bogdanov及澳大利亚的Wark等研究了矿物的润湿性与可浮性的关系、浮选剂的吸附作用机理、浮选的活化等。
③美国的D．W．Fuerstenau研究了矿物表面电性与可浮性的关系。
④浮选的三大基本理论：润湿理论、吸附理论、双电层理论。（3）选矿学的学科方向
①碎磨。以岩石力学为学科基础，通过机械力作用使矿石块度减小至适于工艺选别的粒度范围，并使有用矿物与脉石之间彼此解离。
②重选。以流体力学为学科基础，根据不同矿物的密度差异在一定的介质中进行不同矿物的分选。
③电磁选。以电磁学为学科基础，根据不同矿物磁性的差异分选不同矿物。
④浮选。以表面化学为学科基础，根据不同矿物表面物理化学性质的差异，实现不同矿物的分选。
3矿物加工学科的研究方向以及面临的挑战（1）矿物加工学的主要学科方向
①浮选化学。
②复合物理场矿物加工。
③高效低毒药剂分子设计。
④矿物资源的生化提取。
⑤直接还原与矿物原料造块。
⑥复杂贫细矿物资源综合利用。
⑦矿物精加工与矿物材料。
⑧矿物加工过程计算机技术。（2）矿物加工学科面临的挑战
①复杂贫细矿物资源的综合回收。
②废石及尾矿的加工利用。
③矿物精加工技术。
④洁净煤技术。
⑤二次资源。
⑥海洋资源。
⑦非矿物资源。
二、资源加工学的学科体系
1资源加工学概论（1）资源加工学的定义
资源加工学是根据物理、化学原理，通过分离、富集、纯化、提取、改性等技术对矿物资源、非传统矿物资源、二次资源及非矿物资源进行加工，获得其中有用物质的科学技术。（2）资源加工学的研究对象
①矿物资源；
②非传统矿物资源；
③二次资源；
④非矿物资源。（3）资源加工学的研究目的
①将天然矿物资源加工成合格矿产品；
②对各种资源进行物理、化学加工（分离、富集、提取、提纯、改性、超细、复合），以生产出适合不同用途的有用物质。
2资源加工学科体系（1）资源加工学的学科领域
①矿物加工：根据物理、化学原理对天然矿物资源进行加工，以分离、富集有用矿物。
②矿物材料加工：根据物理、化学原理，对天然及非传统矿物资源进行分离、纯化、改性、复合等加工，制备功能矿物材料。
③二次资源加工：根据物理、化学原理，对二次资源进行加工，分离回收各种有用物质。
④金属提取加工：根据物理、化学原理，对各种资源进行化学溶出、生物提取、离子交换、溶剂萃取等加工，以获取有价金属。
1.2 课后习题详解
1简述从选矿学、矿物加工学到资源加工学三者之间的发展关系。
答：资源加工学是由传统的选矿学、矿物加工学发展演变形成的新的学科体系。其发展关系体现在以下两个方面：（1）研究手段：
选矿学是用物理、化学的方法，对天然矿物资源行选别、分离、富集其中的有用矿物的科学技术，其目的是为冶金、化工等行业提供合格原料。
矿物加工学是用物理、化学的方法，对天然矿物资源进行加工，以获取有用物质的科学技术。其目的不仅为其它行业提供合格原料，也可直接得到金属、矿物材料等。
资源加工学是根据物理、化学原理，对矿物资源、非传统矿物资源、二次资源及非矿物资源进行加工，获得其中有用物质的科学技术。（2）研究对象：
传统选矿学、矿物加工学的研究对象均以天然矿物资源为主。
资源加工学的研究对象包括矿物资源、非传统矿物资源、二次资源、非矿物资源。
2资源加工学学科包括那些领域？它的学科基础及与相邻学科的关系如何？
答：（1）资源加工学包括四大学科领域：
①矿物加工：根据物理、化学原理对天然矿物资源进行加工，以分离、富集有用矿物；
②矿物材料加工：根据物理、化学原理，对天然及非传统矿物资源进行分离、纯化、改性、复合等加工，制备功能矿物材料；
③二次资源加工：根据物理、化学原理，对二次资源进行加工，分离回收各种有用物质；
④金属提取加工：根据物理、化学原理，对各种资源进行化学溶出、生物提取、离子交换、溶剂萃取等加工，以获取有价金属。（2）学科基础及与相邻学科的关系如何主要包括：
①工艺矿物学。与矿物学、岩石学的交叉，研究资源物料组成的分析、鉴别、表征，物料的基本物理、化学特性，为矿物的加工提供基本信息；
②粉碎工程。以岩石力学、断裂力学、晶体化学为基础，对所处理资源进行选择性碎解，解离或进行超细加工；
③重力场、流体力场中的分离。以流体力学、流体动力学为基础，根据所处理的物料的密度、粒度及形状差异，分离、富集不同物料；
④电磁场中的分离。以电磁学、静电学为基础的磁力分选和静电分选，根据所处理物料的磁性质或导电性的差异，分离不同物料；
⑤浮选。是资源加工中最重要的技术，涉及几乎整个化学学科领域，形成了浮选电化学、浮选溶液化学、浮选剂分子设计、浮选表面化学等交叉研究领域；
⑥生物提取。涉及生物工程、冶金反应工程、矿物工程及采矿工程等多个交叉学科，主要处理各种低品位矿物资源、难选难冶矿物资源、海洋矿物资源及非传统矿物资源；
⑦化学分离。包括溶剂萃取、离子交换、膜分离、化学浸出等，涉及化学与化学工程、冶金反应工程等；
⑧化学合成。涉及化学与化学工程、材料科学与工程领域，包括矿物材料的化学合成、矿物复合材料；
⑨表面改性。通过表面化学反应、选择性溶解、溶蚀、刻蚀、涂层等对矿物表面进行化学处理、制备功能矿物材料，涉及化学工程与材料科学与工程领域；
⑩聚集与分散。细颗粒的聚集与分散，矿物胶体体系的稳定与分散，溶剂萃取，球团、型煤、水煤浆制备等。涉及表面化学、颗粒学等领域；
⑪资源加工过程计算机技术。涉及计算机科学与技术、自动控制等领域。研究资源加工过程的数学模型、仿真、优化与自动控制。
3资源加工学的研究对象及研究方向有那些？
答：（1）资源加工学的研究对象涉及以下几方面：
①矿物资源。包括金属矿物、非金属矿物、煤炭等；
②非传统矿物资源。包括工业固体废弃物、海洋矿产、盐湖与湖泊中的金属盐、重金属污泥等。
③二次资源。包括废旧电器、废旧金属制品、废旧汽车等。
④非矿物资源。城市垃圾、废纸、废塑料、油污水、油污土壤等。（2）研究方向主要有：
①浮选化学。包括浮选电化学、浮选溶液化学和浮选表面及胶体化学。
②复合物理场矿物加工。根据流变学、紊流力学、电磁学等研究重力场、电磁力场或复合物理场中颗粒运动行为，确定细粒矿物的分级、分选条件。
③高效低毒药剂分子设计。根据量子化学、有机化学、表面化学研究药剂的结构与性能关系，针对特定的用途，设计新型高效矿物加工用药剂。
④矿物资源的生化提取。用生物浸出、化学浸出、溶剂萃取、离子交换等处理复杂贫细矿物资源。
⑤直接还原与矿物原料造块。主要从事矿物原料造块与精加工方面的科学研究，研究铁精矿煤基回转窑直接还原、粉体物料成型等过程的机理。
⑥复杂贫细矿物资源综合利用。研究选一冶联合、选矿、多种选矿工艺联合等处理一些大型复杂贫细多金属矿的工艺技术和基础理论，研究资源综合利用效益。
⑦矿物精加工与矿物材料。通过提纯、超细粉碎、表面改性等方法，不经冶炼，将矿物直接加工成可用的材料。
⑧矿物加工过程计算机技术。用计算机科学技术对矿物加工过程进行模拟、仿真及优化、预测、设计，建立矿物加工过程专家系统，实现矿物加工过程的计算机管理与控制。
4资源加工学在国民经济建设中的地位和作用如何？
答：矿物资源是人类社会发展和国民经济建设的重要物质基础，矿业是国民经济的基础产业，是人类社会发展的前提和动力。随着天然矿物资源地不断被开发利用，天然矿物资源量逐步减少，而人口增长、社会发展，对资源的需求又不断增大，因此，必须寻找开发利用新的资源。非传统矿物资源、二次资源、非矿物资源必将成为未来人类社会发展的重要资源，对这些资源的加工利用，不仅可以满足人类社会发展对资源的需求量的增加，还可减少环境污染，促使国民经济持续、快速、健康发展。
1.3 考研真题详解
一、填空
1在浮选方面，从20世纪30年代开始，美国的Taggart及苏联的Planksins等先后提出了捕收剂的“ ”或“ ”，以解释重金属硫化矿的可浮性顺序。美国的Gaudin、苏联的Bogdanov及澳洲的Wark等人较多的研究了矿物的 的关系，浮选剂的吸附作用机理，浮选的活化等。美国的FuerstenauD·W等人系统地研究了矿物表面电性与可浮性的关系。到了60年代前后，浮选的三大基本理论（ ）已初步形成。[中南大学2011研]【答案】化学反应假说；溶度积假说；润湿性与可浮性；润湿理论、吸附理论、双电层理论
2随着流体力学的发展，重选的基础研究起步较早。19世纪下半叶，奥地利人Rittnger提出了① ；Monroe等人进一步提出了② 。20世纪40年代，苏联学者JIRIIEHKO提出了跳汰是在上升水流中③ 的学说；德国学者Mayer从床层位能降的角度解释了分层过程。英国学者Bagnolod在50年代观察到了剪切运动下层流斜面流中多层粒群的松散分层现象。这些学说成了重选的理论基础。在电磁选矿方面，由于物理学的发展，人们早就认识到可用永久磁铁选别磁铁矿石。当电磁铁被用作磁选机的磁场并有了各种工业生产的电磁选矿机后④ 理论也初步确立。[中南大学2008研]【答案】等降现象；干涉沉降；按悬浮体的相对密度分层；电磁选矿理论
3资源加工学是根据物理、化学原理，通过分离、 、纯化、 、改性等技术对矿物资源，非传统矿物资源、二次资源及非矿物资源加工，获得其中有用物质的科学技术。[中南大学2012研]【答案】富集；提取
二、名词解释
选矿：[昆明理工大学2011研]
答：用物理、化学的方法，对天然矿物资源进行选别、分离、富集其中的有用矿物的科学技术，其目的是为冶金、化工等行业提供合格原料。
三、简答题
简述矿物加工学科主要的学科发展方向？[中南大学2011研]
答：矿物加工学科主要的学科发展方向有：（1）浮选化学：
①浮选电化学：根据电化学原理，研究浮选过程的机制，主要针对硫化矿，电化学反应主导硫化矿与浮选剂作用机理，通过电化学调控，实现多金属硫化矿分离。
②浮选溶液化学：根据溶液化学原理，研究浮选行为，主要针对非硫化矿。根据矿物浮选剂溶液化学反应行为，预测非硫化矿浮选分离条件与浮选机理。
③浮选表面及胶体化学：根据表面及胶体化学原理，研究颗粒间相互作用，讨论细粒矿物选择性凝聚、分散与浮选分离行为。（2）复合物理场矿物加工：根据流变学、紊流力学、电磁学等研究重力场、电磁力场或复合物理场（重力＋磁力）中，颗粒运动行为，确定细粒矿物的分级、分选条件。如磁流体水力旋流器分选，振动脉动高梯度磁选，流化床层干法选煤等。（3）高效低毒药剂分子设计：根据量子化学、有机化学、表面化学研究药剂的结构与性能关系，针对特定的用途，设计新型高效矿物加工用药剂。（4）矿物资源的生化提取：用生物浸出、化学浸出、溶剂萃取、离子交换等处理复杂贫细矿物资源。（5）直接还原与矿物原料造块：主要从事矿物原料造块与精加工方面的科学研究。研究铁精矿煤基回转窑直接还原、粉体物料成型等过程的机理。（6）复杂贫细矿物资源综合利用：研究选-冶联合、选矿、多种选矿工艺（重、磁、浮）联合等处理一些大型复杂贫细多金属矿的工艺技术和基础理论，研究资源综合利用效益。（7）矿物精加工与矿物材料：通过提纯、超细粉碎、表面改性等方法，不经冶炼，将矿物直接加工成可用的材料。（8）矿物加工过程计算机技术：用计算机科学技术对矿物加工过程进行模拟、仿真及优化、预测、设计，建立矿物加工过程专家系统，实现矿物加工过程的计算机管理与控制。
第2章 物料的基本物理化学特性
2.1 复习笔记
一、物料的鉴别
1矿物（1）矿物
由地质作用所形成的结晶态的天然化合物或单质。它们具有均匀且相对固定的化学成分和确定的晶体结构；在一定的物理化学条件范围内稳定，是组成岩石和矿石的基本单元。（2）矿物的鉴定
矿物学研究致力于解决两个基本问题：矿物的成分和矿物的晶体结构。
①矿物的晶体结构研究可以采用X射线衍射、电子衍射、红外光谱和拉曼光谱等。
②矿物的化学成分研究可采用化学分析、电子探针、离子探针、质子探针和扫描电镜等。
2岩石
岩石是天然产出的由一种或多种矿物组成的固体集合体。
3矿石（1）矿石的组成
①矿石矿物：可以利用的金属或非金属矿物，也称有用矿物。
②脉石矿物：矿石中目前还不能被利用的矿物，也称无用矿物。
4决定物料加工工艺的基本参数（1）物相组成
研究物相的常规方法有化学物相法、显微镜鉴定法和X射线衍射物相分析法。（2）元素赋存状态
①形成独立矿物。工业上利用的元素绝大部分是从独立矿物中提取出来的。
②呈类质同象混入物形式存在于其他矿物中。
③呈固溶体分离状态。
④呈包裹物形式存在。
⑤呈吸附状态。（3）物相嵌布特征
显微镜下观察，是研究物料嵌布特性以及单体解离度的重要方法。
二、物料的物理性质
1密度（1）矿石真密度：单位体积矿石的质量叫做矿石的真密度。（2）矿石堆密度：矿石自然堆积时，其单位体积的质量称为矿石的堆密度。
2物料颗粒的几何特征（1）颗粒的形状
颗粒的轮廓边界或表面上各点的图像，称作颗粒的形状。（2）粒径与粒度
粒径是单个颗粒大小的度量，粒度是描述颗粒群大小的总体概念。
①规则颗粒的粒径：可以用长度L、宽度B及厚度H这3个特征长度准确地描述其形状及大小。
②非规则颗粒的粒径：采用名义直径或标准直径表示。（3）非规则颗粒的粒径表示方法
①轴径是指颗粒的特征线段的算术或几何平均值。
a．二轴平均径，平而图形长径和短径的算术平均值
d=(l+b)/2b
b．三轴平均径：立体图形三维尺寸的算术平均值
d=(l+b+h)/3c
②当量球径是指与颗粒同性质的球体直径。
a．体积直径：与颗粒具有相同体积的圆球直径（V为颗粒实际体积）
b．面积直径：与颗粒具有相同表面积的圆球直径（S为颗粒的表面积）
c．自由降落直径（d）：与颗粒同密度球体，在密度和黏度相同f的流体中，与颗粒具有相同沉降速率的球体的直径
③当量圆径：指与颗粒的投影轮廓同性质的圆的直径。（A为颗粒的投影面积）（4）颗粒群的平均粒度
①加权算术平均值：（此方法最常用。）
②加权几何平均值：
③加权调和平均值：
式中：r—某一粒级质量分数；i
d—某一粒级的平均粒径。i（5）颗粒的表面积
①表面积
颗粒的表面积包括外表面积和内表面积两个部分。
②比表面积
单位体积（或单位质量）物体的表面积，称为该物体的比表面积。23
S=S/V(m/m)V
3磁性（1）磁化现象与物质磁化率
①磁化现象：指物质在磁场中显示出磁性。其磁化强度为单位体积物质具有的磁矩。且与外磁场强度成比例增加。
M=m/V
M=KH
式中：m—磁化物质的磁矩，是物质中所有原子磁矩的矢量和，2A·m；
M—磁化强度，A／m。
H—外磁场强度，A／m；
②物质体积磁化率（K）：
物质磁化时单位体积和单位磁场强度具有的磁矩。
K=M/H=m/VH
③比磁化率（χ）：3
物质磁化时单位质量和单位磁场强度具有的磁矩，m/kg。
④磁感应强度
式中：μ—物质磁导率，（T·m）／A；
μ—真空磁导率，μ=4π×107（Tm）/A00
μ—相对磁导率，μ=μ/μ=1+Kr00（2）物质磁性的类型
固体物质的磁性可分为五类：逆磁性、顺磁性、反铁磁性、铁磁性和亚铁磁性。
①逆磁性
逆磁质的电子轨道磁矩和自旋磁矩互相抵消，原子磁矩为零。当逆磁质放进磁场时，每个电子都产生一个附加磁矩，附加磁矩的方向与外磁场方向相反，因而显示逆磁性。
②顺磁性
a．顺磁性物质具有本征磁矩。
b．无外磁场时，各个原子磁矩的取向无序，并处于剧烈的热振动状态，物质总磁矩为零，对外不显磁性。
c．有外磁场时，原子磁矩取向外磁场，外磁场越强，取向概率越大，由于磁场远不能克服热振动分子磁矩取向的破坏作用，所以对外显顺磁性。
③反铁磁性
a．低于临界温度时，磁化率随温度的提高而增加，呈反铁磁性。
b．在临界温度以后，磁化率随温度的提高而减少，呈顺磁性。
c．在临界温度，磁化率有最大值。临界温度称为尼尔点（T）。N
④亚铁磁质
其邻近原子磁矩的排列方向相反，大小不等，具有未被抵消的磁矩和相当大的自发磁化强度，具有很强的磁性。
⑤铁磁性
铁磁质加热到一定温度后可变为顺磁质，这温度称为居里点（T）。c（3）铁磁质的性质
①铁磁效应
铁磁质的磁性为：
a．磁化时，磁感应强度随磁场强度的提高急剧增加，容易磁化到饱和状态；
b．退磁时，有磁滞效应，撤销外磁场后有剩磁；
c．外磁场按正弦波形变化时，磁感应强度按磁滞回线变化。
②磁畴结构
铁磁质是由许多自发磁化的小区域组成的，这些小区域叫做磁畴，无外磁场作用时，各个磁畴的磁矩互相抵消，对外不显磁性。
③磁化过程
铁磁质的磁化包括两个过程：畴壁的移动和磁畴的转动。
a．畴壁移动时，与外磁场方向相近的磁畴的体积扩大，其他方向磁畴的体积缩小。在低磁场中，磁化以壁移为主。畴壁的位移是不连续的、跳跃式的、不可逆的。
b．磁畴转动是磁畴逐渐转到与外磁场方向一致。在较高磁场中，磁化以畴转为主。当所有磁畴都转到外磁场方向时，磁化即达到饱和状态。（4）矿物的磁性
按比磁化率大小可把矿物分成强磁性矿物、弱磁性矿物和非磁性矿物：-53
①强磁性矿物：物质比磁化率χ>3.8×l0m/g，在磁场强度H达0120kA/m的弱磁场磁选机中就可回收。-37
②弱磁性矿物：物质比磁化率χ＜1.26×l0m/g，在磁场强度H0达600kA/m的强磁场磁选机中可以回收。-37
③非磁性矿物：物质比磁化率χ=1.26×l0m/g，不能用磁选法同收。
4电性质（1）电导率2
长1cm，截面积为1cm的直柱形物体沿轴线方向的导电能力。为电阻率的倒数，表示物体传导电流能力的大小。
根据各种矿物的电导率值，可分成三种类型：
①导体。如自然铜。
②半导体。介于导体与非导体之间。
③非导体。如硅酸盐矿物和碳酸盐矿物。（2）电阻
矿物的电阻是指矿物的粒度d=1mm时所测定出的欧姆数值。当用电选分选导体和非导体时，两者电阻值差别越大，越容易分选。
根据电阻值，将矿物分成三类：6
①导体（电阻小于1×10Ω）；7
②非导体（电阻大于1×10Ω）；
③中等导体（其导电性介于导体与非导体之间）。（3）介电常数
介电常数是指带有介电质的电容与不带介电质的电容之比。
介电常数越大，导电性越好。大多数矿物属于半导体矿物。
三、表面化学性质
1晶体结构与价键类型（1）矿物的价键类型
矿物内部结构按键能可分为四大类：
①离子键或离子晶格；
②共价键或共价晶格；
③分子键或分子晶格；；
④金属键或金属晶格；（2）价键特性与解离规律
破碎时，矿物沿脆弱面（裂缝、解理面、晶格间含杂质区等）裂开，也会沿应力集中地区断裂。解理面的规律如下：2-
①不会使基团断裂，如不会使方解石中的CO拆开。3
②往往沿阴离子交界面断裂。只有当没有阴离子交界层时，才可能沿阳离子交界层断裂。
③当晶格中有不同的阴离子交界层或者各层间的距离不同时，常沿较脆弱的交界层或距离较大的层面间断裂。
④共价晶格的可能断裂面，常是相邻原子距离较远的层面或键能较弱的层面。（3）矿物表面价键特性
矿物内部结构与表面键性有如下关系：
①分子键构成的矿物，其表面是弱的分子键。对水分子引力弱，为非极性矿物。
②共价键和离子键矿物，其表面因有较强的偶极作用或静电力而亲水，为极性矿物。
2表面能
表面层的离子、原子或分子，朝向内部的一面与内层有平衡饱和键能，而朝向外面的是空间，这方面的键能没有得到补偿，使表面质点比体内质点具有额外的势能，称为表面能。
3表面氧化与溶解（1）硫化矿物表面氧化与溶解
①硫化矿物的溶解度相对较小，但易发生氧化反应，从而改变硫化矿物的表面性质。0
②硫化矿物的表面氧化产物有两类：一是硫氧化合物，如S、2-2-2-SO、SO、SO等；二是金属离子的羟基化合物。3423
③氧与硫化物相互作用过程分阶段进行：
a．氧的适量物理吸附，硫化物表面保持疏水；
b．氧在吸收硫化物晶格的电子之后发生离子化；
c．离子化的氧化学吸附并进而使硫化物发生氧化生成各种硫氧化基。
4表面电性（1）矿物表面电荷的起源：
①优先解离：
离子型矿物在水中由于表面正、负离子非等当量向水中转移，使矿物表面荷电
②优先吸附：
矿物表面对电解质阴、阳离子不等当量吸附而获得不同的电荷。
③吸附和电离：+－
对于难溶的氧化物矿物和硅酸盐矿物，表面因吸附H或OH而形成酸类化合物，然后部分电离而使表面荷电，或形成羟基化表面，+吸附或解离H而荷电。
④晶格取代：3+2+2+
在铝氧八面体层片中，当A1被低价的Mg或Ca取代，或在4+3+硅氧四面体层片中，Si被A1置换，会使晶格带负电。为维持电中性，矿物表面就吸附某些正离子。当矿物置于水中时，这些正离子进入溶液，而使矿物表面荷电。
5表面润湿性（1）润湿现象
任意两种流体接触后，所发生的附着、展开或浸没现象均可称为润湿。物理过程，可逆。（2）接触角与Young方程
①接触角：
在一浸于水中的矿物表面上附着一个气泡，当达平衡时气泡在矿物表面形成一定的接触周边，称为三相润湿周边。通过三相润湿周边，固气和水气界面之间的夹角称为接触角。
②接触角的作用：
可以表示矿物表面的润湿性：θ角很小，则亲水；反之，疏水。
③Young方程：
当达到平衡时，作用于润湿周边上的三个表面张力在水平方向的分力必为零。（3）接触角的测定
①躺滴或气泡法。这是接触角测定最常用的方法。
②水平液体表面法。此法又可分为斜板法和圆柱法两种：
a．斜板法：
调节固体表面的倾斜角，使固-液-气三相相遇处液体呈水平面，如下图。固体表面相对液体水平面的倾斜角即为液体在固体表面上的接触角。斜板法较为常用。
斜板法
圆柱法
b．圆柱法：
将水平圆柱部分浸入液体中，调节圆柱体浸入深度，使固-液-气三相接触处液体表面无弯月面，如上图。在此条件下接触角可通过下式计算
2.2 课后习题详解
1什么是矿石、矿物、岩石？三者关系如何？
答：矿石、矿物、岩石三者关系是：（1）矿物：由地质作用所形成的结晶态的天然化合物或单质，具有均匀且相对固定的化学成分和确定的晶体结构；它们在一定的物理化学条件范围内稳定，是组成岩石和矿石的基本单元。（2）岩石：天然产出的由一种或多种矿物组成的固体集合体。（3）矿石：天然产出的由一种或多种能被利用的矿物组成的固体集合体。一般由矿石矿物和脉石矿物两部分组成。
2二次资源包含哪些物料？
答：（1）二次资源是指：人类社会活动产生的含有有价成份并有回收再利用的经济或环保价值的废弃物料。（2）二次资源主要包括：废旧电器；废旧金属制品；废旧机器、废旧汽车；工厂“三废”；生活废物等。
3工艺矿物学研究的内容是什么？
答：工艺矿物学研究的内容有：（1）物料的物相组成；（2）物料中元素赋存状态；（3）物料中物相嵌布特征；（4）工艺产品的研究。
4物料的几何特性包括那三项？
答：颗粒的几何特征主要包括颗粒的形状、粒径、粒度等。
5物质的磁性可以分为那几类，其磁性强弱如何？
答：（1）固体物质的磁性可分为五类：逆磁性、顺磁性、反铁磁性、铁磁性和亚铁磁性。（2）其磁性如下：
①亚铁磁体和铁磁体呈强磁性；
②顺磁体和反铁磁体呈弱磁性；
③逆磁体呈逆磁性。
6简述铁磁质物质的磁化过程。
答：铁磁质的磁化包括两个过程：畴壁的移动和磁畴的转动。（1）畴壁移动时，与外磁场方向相近的磁畴的体积扩大，其他方向磁畴的体积缩小。壁移所需的外加磁场强度较小，在低磁场中，磁化以壁移为主。畴壁的位移是不连续的、跳跃式的、不可逆的。（2）磁畴转动是磁畴逐渐转到与外磁场方向一致。畴转所需的外磁场强度较高，在较高磁场中，磁化以畴转为主。当所有磁畴都转到外磁场方向时，磁化即达到饱和状态。
7简述矿物磁性的分类，及其分选特点。
答：（1）根据磁性，按比磁化率大小把所有矿物分成强磁性矿物、弱磁性矿物和非磁性矿物。（2）其分选特点如下：-53
①强磁性矿物：物质比磁化率χ>3.8×l0m/g，在磁场强度H达0120kA/m的弱磁场磁选机中就可回收。-73
②弱磁性矿物：物质比磁化率χ＜1.26×l0m/g，在磁场强度H0达600kA/m的强磁场磁选机中可以回收。-73
③非磁性矿物：物质比磁化率χ=1.26×l0m/g，不能用磁选法同收。
8物质磁化率和物体磁化率两者之间的关系如何？
答：（1）区别：
物质体积磁化率：物质磁化时单位体积和单位磁场强度具有的磁矩。
物体磁化率：退磁因子不为零的磁化试样的磁化率。（2）关系：
物体体积磁化率小于物质体积磁化率，即K＜K，P
物体比磁化率小于物质比磁化率，即X＜X。P
9矿物的电性质有那些？
答：矿物的电性质包括：2（1）电导率：长1cm，截面积为1cm的直柱形物体沿轴线方向的导电能力。为电阻率的倒数，表示物体传导电流能力的大小。（2）电阻：矿物的电阻是指矿物的粒度d=1mm时所测定出的欧姆数值。（3）介电常数：介电常数是指带有介电质的电容与不带介电质的电容之比。（4）比导电度：使颗粒变成导体的电压与使石墨变成导体的电压之比。（5）整流性：只获得正电的矿物叫正整流性矿物，只获得负电的叫负整流性矿物。
10简述矿物的价键类型及解理面规律。
答：（1）矿物内部结构按键能可分为四大类：
①离子键或离子晶格。
②共价键或共价晶格。
③分子键或分子晶格。
④金属键或金属晶格。（2）解理面的规律是：
①不会使基团断裂；
②往往沿阴离子交界面断裂，只有当没有阴离子交界层时，才可能沿阳离子交界层断裂；
③当晶格中有不同的阴离子交界层或者各层间的距离不同时，常沿较脆弱的交界层或距离较大的层面间断裂；
④共价晶格的可能断裂面，常是相邻原子距离较远的层面，或键能弱的层面。
11简述非极性矿物与极性矿物的矿物内部结构与价键特性。
答：矿物内部结构与表面键性有如下关系：（1）由分子键构成分子键晶体的矿物，沿较弱的分子键层面断裂，其表面是弱的分子键。这类表面对水分子引力弱，划分为非极性矿物。
(2)内部结构属于共价键晶格和离子晶格的矿物，其破碎断面往往呈现原子键或离子键，这类表面有较强的偶极作用或静电力，因而亲水，天然可浮性小，称为极性矿物。
12矿物表面自由能的数值取决于晶体断裂面的几何形状及表面原子所处的位置在矿物颗粒表面不同的位置：晶面上，棱面上和尖角上的表面张力的关系如何？
答：（1）棱边及尖角处的原子的配位数K小于表面平台处的原子配位数，故拥有较大的表面自由能，表现出较强的活性。（2）不平整的破裂面上，棱边及尖角较多，比平整的破裂面具有更大的活性；再者，晶体破碎得愈细小，它的棱边能、尖角能在表面能中所占的比例亦逐步增大。
13硫化矿物表面氧化的几种形式及规律是什么？
答：（1）硫化矿物的表面氧化反应有如下几种形式：①②③④
氧化产物有两类，一是硫氧化合物，如、、和等，二是金属离子的羟基化合物，如、
。（2）氧化规律：
氧与硫化物相互作用过程分阶段进行。第一阶段，氧的适量物理吸附，硫化物表面保持疏水；第二阶段氧在吸收硫化物晶格的电子之间发生离子化；第三阶段离子化的氧化学吸附并进而使硫化物发生氧化生成各种硫氧化基。
14矿物表面电荷是由哪几种因素引起的？
答：矿物表面电荷的起源主要有以下四种类型：（1）优先解离：
离子型矿物在水中由于表面正、负离子的表面结合能及受水偶极的作用力不同而产生非等当量向水中转移，使矿物表面荷电（2）优先吸附：
矿物表面对电解质阴、阳离子不等当量吸附而获得不同的电荷。（3）吸附和电离：+－
对于难溶的氧化物矿物和硅酸盐矿物，表面因吸附H或OH而形成酸类化合物，然后部分电离而使表面荷电，或形成羟基化表面，+吸附或解离H而荷电。（4）晶格取代：3+2+2+
在铝氧八面体层片中，当A1被低价的Mg或Ca取代，或在4+3+硅氧四面体层片中，Si被A1置换，会使晶格带负电。为维持电中性，矿物表面就吸附某些正离子。当矿物置于水中时，这些正离子进入溶液，而使矿物表面荷电。
15离子型矿物表面阴阳离子的溶解规律是什么？
答：（1）离子型矿物在水中由于表面正、负离子的表面结合能及受水偶极的作用力不同而产生非等当量向水中转移，使矿物表面荷电。（2）表面离子的水化自由能△G可由离子的表面结合能△U和气ks态离子的水化自由能△F计算。即k++++
对于阳离子M，△G(M)=△U(M)+△F(M) ①ksk----
对于阴离子X，△G(X)=△U(X)+△F(X) ②ksk+-
根据△G(M)和△G(X)何者负值较大，相应离子的水化程度就较kk高，该离子将优先进入水溶液。
16简述石英在水中的荷电过程及其机理。
答：（1）石英在水中荷电过程可示意如下：
①石英破裂：+—
②H和OH吸附：→
③电离：（2）荷电机理：对于难溶的氧化物矿物和硅酸盐矿物，表面因+－吸附H或OH而形成酸类化合物，然后部分电离而使表面荷电，或+形成羟基化表面，吸附或解离H而荷电。
17什么是接触角、三相润湿周边？
答：（1）三相润湿周边
在一浸于水中的矿物表面上附着一个气泡，当达平衡时气泡在矿物表面形成一定的接触周边，称为三相润湿周边。（2）接触角
通过三相平衡接触点，固—水与水—气两个界面所包之角（包含水相）称为接触角，以θ表示。
18如何通过接触角鉴别颗粒表面的润湿性？
答：接触角可以标志矿物表面的润湿性：
如果矿物表面形成的θ角很小，则称其为亲水性表面；反之，当θ角较大，则称其疏水性表面。θ角越大说明矿物表面疏水性越强；θ角越小，则矿物表面亲水性越强。
19简述润湿方程及其物理意义。
答：（1）润湿方程如下：或（2）意义：表明了平衡接触角与三个相界面之间表面张力的关系，接触角的大小不仅与矿物表面性质有关，而且与液相、气相的界面性质有关。凡能引起任意两相界面张力改变的因素都可能影响矿物表面的润湿性。
20接触角的测量方法有那些？躺滴法测润湿角应注意什么？
答：（1）测量方法：
①躺滴或气泡法；
②吊片法
③水平液体表面法（2）注意事项：
①如果液滴很小，重力作用引起液滴的变形可以忽略，这时的躺滴可认为是球形的一部分。
②实际固体表面几乎都是非理想的，会出现接触角滞后现象。因此需同时测定前进角和后退角。
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