СТРУКТУРНЫЕ И ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ МИНЕРАЛОВ

Неоднородность поверхности минералов

Характерной особенностью минералов, связанной с их генезисом (происхождением), структурой и во многом определяющих результаты взаимодействия минералов с водой и флотационными реагентами, является неоднородность их поверхности.

Основой неоднородности поверхности минералов являются уже указанные ранее различия в уровнях свободной поверхностной энергии у различных граней одного и того же кристалла, которые по этой причине могут обладать и различной способностью адсорбировать различные соединения из раствора. Адсорбционная активность поверхностных атомов (ионов) минерала также различна и зависит от их положения на поверхности. Атомы (ионы), входящие в состав минерала и расположенные в различных участках поверхности, обладают разной способностью взаимодействовать с реагентами. В соответствии с этими представлениями установлено, что при взаимодействии кристаллических тел с растворами реакция начиналась на наиболее активных участках поверхности, а затем уже распространялась на другие менее активные участки.

Минералообразование является комплексом многочисленных и малоизученных сложных физических и физико-химических процессов, последовательность, природа и длительность которых в конечном счете определяют все наиболее существенные как объемные, так и поверхностные свойства минерала. Распределение структурных элементов в кристаллических решетках далеко не отвечает той классической картине, которая характеризуется строго последовательным расположением в решетке кристалла атомов или ионов.

Важен тот факт, что практически в кристаллической решетке всегда имеются нарушения стехиометрического состава элементов, характеризуемого формулой минерала. На отдельных участках поверхности кристалла могут наблюдаться стехиометрические избытки как металла, так и металлоида.

Реальные кристаллы отличаются от идеальных рядом отклонений, которые принято называть дефектами кристаллической решетки. В решетке реального кристалла можно обнаружить незанятые места атомов, атомы, расположенные между узлами кристаллической решетки, и другие дефекты.
Примеси и дефекты кристаллической решетки минерала в значительной степени определяют его электрические и адсорбционные свойства.

Междуузельные ионы металла и пустые металлоидные узлы являются электроположительными дефектами и местами наиболее благоприятными для химического закрепления анионов реагента, в то время как междуузельные металлоидные ионы и пустые металлические узлы представляют электроотрицательные дефекты, обладающие противоположными свойствами.

Стехиометрический избыток металлоидов означает преобладание электроотрицательных дефектов, препятствующих химическому закреплению анионов реагента, а при избытке металла имеет место преобладание электроположительных дефектов, благоприятное для закрепления минералом анионов реагента. Электроположительные дефекты являются центрами притяжения электронов, электроотрицательные – центрами отталкивания электронов. Наряду с рассмотренными видами неоднородности поверхности минералов следует иметь в виду еще и неоднородность, связанную с микрорельефом (выступы, впадины и тому подобное) минеральной поверхности.

В процессе взаимодействия минералов с реагентами и другими компонентами жидкой фазы пульпы большую роль играют примеси, присутствующие в минерале и изменяющие в той или иной степени электронное состояние его кристаллической решетки.

Кроме того в процессе минералообразования весьма распространено явление изоморфизма. Изоморфными веществами называются такие, атомы или ионы которых могут взаимозамещаться в кристаллических решетках, образуя твердые растворы.

Изоморфные замещения в кристаллической решетке минералов

Обязательным условием для осуществления изоморфного замещения является близость размеров замещаемых ионов или атомов, характеризуемых величиной ионных или атомных радиусов. Однако могут замещаться и группы разных ионов группами других ионов при условии равенства зарядов.

Замещение ионов происходит особенно легко, если радиусы ионов мало отличаются друг от друга, причем в ряде случаев различие в величинах радиусов могут доходить до 15% и даже несколько больше. Исключения из этого правила редки. Чаще всего замещаются ионы одинаковой валентности.

При изоморфном замещении ионов кристаллическая решетка формально остается без существенных изменений. Однако вхождение в решетку вместо ионов меньшей валентности ионов более высокой валентности приводит к изменению тех свойств минералов, которые непосредственно связаны с энергией кристаллической решетки, поскольку последняя при этом возрастает: увеличивается твердость и снижается растворимость по сравнению с первоначальным ее значением. При сравнительно редко наблюдаемом замещении иона более высокой валентности ионом меньшей валентности первоначальные свойства минерала изменяются в противоположном направлении.

Влияние совместного нахождения минералов в руде на результаты воздействия на них воды и кислорода

Изменения состава и структуры таких минералов, как сульфиды, могут произойти благодаря воздействию на них кислорода и воды.

Скорость окисления и растворения сульфидов в значительной степени изменяется, если они присутствуют совместно.

Это объясняется не только воздействием продуктов окисления и растворения одних сульфидов на другие, но и другими причинами.

Схема изменения сульфидных минералов в общем виде следующая. Наиболее активно в первой стадии сульфиды подвергаются воздействию кислорода и воды. Благодаря этому происходят не только глубокие изменения состава и структуры первоначальных сульфидов, но и образуется, например, при окислении пирита и медных сульфидов серная кислота, сернокислое железо и медный купорос, которые в свою очередь являются мощными источниками воздействия на сульфиды.

Воздействие медного купороса на многие сульфидные минералы способно резко изменить их флотационные свойства (например, сфалерита).

Лекция 4

План лекции:

1. Поверхностные явления [1 с.18-25]

2. Взаимодействие на границе раздела твердое – жидкое – газ [1 с.33-37, 3 с.161-163]

3. Термодинамический и кинетический анализ вероятности прилипания частицы минерала к пузырьку воздуха [3 с.150-154]