矿物的人工合成技术

如题所述

尽管人类使用的矿物原料大部分取自自然界,但有些天然矿物的物理化学性质、使用性能以及产出量无法有效满足人类活动的需求。因此,人工合成矿物应运而生。特别是当今科学技术的飞速发展,大大促进了人工合成矿物技术的发展。目前,已经发展起来的人工合成方法主要有以下几种。

1.水热法

水热法是在水溶液中合成矿物的方法,也是人工合成矿物的最主要方法之一。这种方法虽然可以在开放体系中完成(如合成沸石、石膏),但更多是在密闭的高压容器中完成的,如合成长石、云母、石英(水晶)、刚玉、绿柱石、蛇纹石、角闪石等。

2.焰熔法

焰熔法是以熔融-结晶合成矿物的方法,工艺过程为:粉末原料在立式燃烧器中均速抖落,被氢氧焰熔化后滴落在籽晶上,下降过程中不断冷却和结晶,再经高温退火处理即可得到矿物晶体。该方法适于合成刚玉、尖晶石、金红石等高熔点氧化物矿物,是合成宝石的主要方法。

3.熔融合成法

熔融合成法是将原料在常压下熔融,再结晶成块状晶体的过程,可用来合成金云母、尖晶石、莫来石、镁橄榄石等矿物。

4.助熔剂法

助熔剂法又称溶剂法或熔盐法,是在常压高温下,借助助熔剂的作用在较低温度下通过熔融-结晶过程合成矿物的方法,其过程与从水溶液中生长晶体类似,关键是选择适当的高温助熔剂,使溶质相在远低于其熔点的温度下结晶。该方法多用于合成刚玉、石榴子石、绿柱石以及BaTiO3和PbZrO3等晶体。

5.提拉法

提拉法是在具有一定温度梯度的敞口坩埚内,使晶体与熔体的接触不割断缓慢地向上提拉培养出单晶的方法,适用于合成刚玉、石榴子石类、尖晶石等矿物。

6.区域熔炼法

区域熔炼法是将原料逐区熔融并结晶而合成矿物的方法,主要用于合成刚玉、石榴子石类矿物。

7.高温超高压法

高温超高压法是利用高温超高压设备,使粉末原料在高温(>500℃)、超高压(>1×109Pa)条件下通过相变或熔融结晶制备矿物的方法,主要适于在高温高压条件下的矿物合成,如金刚石、石榴子石类、红柱石、蓝晶石、矽线石、黄玉、硬玉、绿帘石、十字石等。

思考题及习题

1)矿物原料粉碎的施力方式有几种?

2)用含铁矿物原料炼铁过程中主要发生哪些反应?

3)用含铜矿物原料火法冶炼铜的主要过程有哪些?

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