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方鉛礦
來源:互聯網

方鉛礦(英文:Galena)的主要成分是硫化鉛,是一種常見礦物,化學式為PbS,其中金屬鉛與硫的比例為1:1。其顏色為鉛灰色,條痕為灰黑色,所含的重金屬元素鉛具有較強的毒性。方鉛礦晶體為等軸晶系,常呈立方體形狀,通常是粒狀或致密塊狀的集合體,相對密度7.4~7.6,硬度2~3。因該礦物無論敲到多碎,顆粒都是四方形的,故名方鉛礦。

方鉛礦最常產于接觸交代礦床和中、低溫熱液礦床中,常與磁鐵礦黃鐵礦、閃鋅礦、黃銅礦等共生。全球最大方鉛礦分布區域是美國密蘇里州(State of Missouri),同時英國康瓦爾(Cornwall)、德國弗萊貝格(Freiberg)與澳大利亞布羅肯希爾(Broken Hill)也是方鉛礦的主要的分布區域。方鉛礦在中國主要分布于云南金頂、廣東凡口與青海錫鐵山等地。

方鉛礦是提煉鉛和銀的重要礦物,在治金工業、國防、科技、電子工業等有廣泛應用。其提煉出的藥用鉛具有鎮逆、墜痰、殺蟲脒、解毒等功效。方鉛礦提煉出的主要用于鉛酸蓄電池行業,同時可作為機關槍彈、防護設備、軸承合金等的材料。方鉛礦所含的金屬鉛是有毒的重金屬,對人體危害極大,世界衛生組織已經把鉛確定為引起重大公共衛生事件的10種化學品之一。

主要特征

礦物組成

方鉛礦礦物成分主要是硫化鉛(PbS)?;瘜W成分以鉛(Pb)、硫(S)為主,其中Pb占比86.6%,S占比13.4%,通常會混入有銀(Ag)、鉍(Bi)、銻(Sb)、(As)、銅(Cu)、鋅(Zn)、(Se)、(Te)、鐵(Fe)、錫(Sn)等元素。在溫度大于350℃的條件下,Ag和Bi以硫銀鉍礦(Matildite,AgBiS2)同pbs一起組成固溶體混溶。當溫度在210℃以下時,則硫銀鉍礦從方鉛礦中析出。Se代替S,可以形成方鉛礦—硒鉛礦的完全類質同象系列。

物理特性

方鉛礦一般呈鉛灰色,條痕灰黑色,具有強金屬光澤。硬度為2.5,性脆,三組極完全解理,解理平行{100}完全,密度較大,為7.4~7.6(相對密度),斷口呈平坦的半貝殼狀或參差狀,具有弱導電性和良檢波性,方鉛礦在氧化帶不穩定,易轉變為硫酸鉛(PbSO4?)和白鉛礦(PbCO3)等礦物。

結構特征

方鉛礦自脈狀產出常常經歷成礦后的變形。粗粒的方鉛礦經過變形成為頁理發育的細粒集合體,這些頁理或多或少平行于宏觀剪切面,并且最終變成細微層理的難以分辨的極細粒礦石,其內部結構并不均勻,顆粒略顯拉長并且具多邊形化(50—37pm),其長軸平行線同理。方鉛礦的晶體結構屬于NaCl結構,表現為硫化物呈立方最緊密堆積,鉛離子充填于所有八面體空隙中,陰陽離子的配位數均為6。方鉛礦的晶體立方晶系:空間群:Fm3m;a=0.5930nm;Z=4(Noda et al.1987)。晶體通常呈立方體八面體,或呈立方體與八面體、菱形十二面體、三角三八面體的聚形。常以粒狀或致密塊狀集合體產出。由于方鉛礦解理較發育,在天然或人工重砂中多呈立方體解理塊或階梯狀。

形成原因

方鉛礦主要為巖漿期后作用的產物,最常產于接觸交代礦床和中、低溫熱液礦床。在接觸交代礦床中,方鉛礦可與矽卡巖礦物形成組合,也常與磁鐵礦、黃鐵礦、磁黃鐵礦黃銅礦、閃鋅礦等共生。在中、低溫熱液礦床中,方鉛礦與閃鋅礦、黃銅礦、黃鐵礦、石英方解石重晶石縷共生,形成脈狀充填或交代礦體。熱液鉛鋅礦床具有各種形態,或為標準礦脈,或為石灰巖中的不規則交代礦床,或為粒狀散布的礦染礦床。方鉛礦脈往往與銀礦物共生,常因含銀礦物而成為重要的銀礦床。方鉛礦在氧化帶不穩定,易轉化為硫酸鉛白鉛礦或磷酸氯鉛礦等次生礦物。

分布區域

世界最大方鉛礦分布區域是美國密蘇里州(State of Missouri),僅鉛的儲量就達3000萬噸,英國康瓦爾(Cornwall)、德國弗萊貝格(Freiberg)與澳大利亞布羅肯希爾(Broken Hill)也是方鉛礦的主要的分布區域。方鉛礦在中國主要分布于云南金頂、廣東凡口與青海錫鐵山等地,常與閃鋅礦共生,也偶爾于煤礦中發現。在中國臺灣主要分布于新北市金瓜石、坪林與臺東縣樟原,在金瓜石方鉛礦通常以小結晶與閃鋅礦、黃鐵礦、黃銅礦、石英等礦物共生。

應用領域

方鉛礦是提取鉛的主要礦物,同時也是提煉銀的重要礦物,在治金工業、國防、科技、電子工業等有廣泛應用。

治金

方鉛礦是重要的鉛礦石,幾乎是的唯一來源,其在治煉的過程中還會產出金屬銀(含銀量多的方鉛礦也成為重要的銀礦石)。

藥用

方鉛礦在醫學上多用于煉制丹藥,此品不可長期服用,以免導致慢性鉛中毒。方鉛礦提煉出的藥用鉛稱黑錫或黑鉛,性寒,有小毒,有鎮逆墜痰的功效,可用于治療腎虛氣喘。其合成的醋酸鉛,可作為治療皮膚及粘膜發炎、瘡瘍的外用藥劑,具有殺蟲脒、解毒、拔毒生肌等功效。

電子

金屬鉛主要集中應用于鉛酸蓄電池行業(約占全部鉛消費的76%以上),通過利用鉛的不同價態固相反應實現充電和放電,可以制造價格便宜的鉛酸蓄電池。加利福尼亞州一座40MW容量的大電池裝置,約耗用2000t鉛。蓄電池用鉛占鉛總消耗量的90%。鉛酸蓄電池的消費領域有汽車行業、風力發電、光伏產業等。在電纜工業被用作電纜的護套,盡管已出現全塑電纜代替紙力鉛包皮電纜的趨勢,但高壓充油紙力電纜仍需要用鉛作護套,因而紙力電纜仍有一定市場。

國防

金屬鉛在國防工業中被用作制造機關槍彈及榴彈等軍需品的材料。金屬鉛的重量較重,通過在子彈的彈頭中灌入金屬鉛,可以解決子彈因重量太輕而在前進時受風力影響改變其行進方向的問題,從而提高子彈的準確性。

其他

金屬鉛在硫酸工業中被用作鉛室蒸餾塔的襯壁、冷凝器的蛇形管及其他重要的裝置部分。在原子能工業方面,因密度較大阻擋輻射的能力強以及價格低廉等優點被用于制作原子能反應堆及X射線的防護設備。此外金屬鉛還用于制造軸承用的合金(巴比特合金)、焊接金屬的合金等。鉛的化合物如一氧化鉛用于制備顏料、釉藥、琺瑯質等鉛化合物,通過添加不同的鉛化合物可使以上材料形成不同的顏色。金屬鉛在橡膠、玻璃、陶瓷工業上也有廣泛的運用。

礦物開采

開采

鉛鋅礦的開采方法有露天開采和坑內開采。露天開采是通過采掘運輸設備在敞露的空間進行開采,具有作業安全、可采用大型采礦機械、生產能力大、礦石損失少等優點,適合于礦體埋藏淺、儲存條件簡單、儲量大的礦床。其缺點是采場和排土場的占地面積大,易造成污染破壞環境,同時開采會受嚴寒、酷暑、暴風雨氣候條件的影響??觾乳_采是以各種井、巷開辟出一條從地表通達礦體的通道,把礦石開采出來,適用于埋藏較深的礦體??觾乳_采具有投資少、適應性強、占地面積小等優點,同時也具有影響地下水系,破壞地形地貌等缺點。

全球鉛鋅礦的露天開采方法多為陡幫開采,同時采用分期開采、分區開采,以便縮短建設周期,提高礦山企業的經濟效益。坑內開采方面,西方工業發達國家的大型地下開采礦山約456個,其中年產300萬-500萬t和500萬-1000萬t的礦山分別為62個和80多個,主要采礦方法有重填采礦法、空場采礦法和崩落采礦法。方鉛礦在中國的鉛鋅礦山的開采以地下開采為主,露天開采為輔。地下鉛鋅礦山以空場法、充填法為主要采礦方法,地方小型鉛鋅礦山由于規模較小、礦體不大,主要采用工藝簡單的淺孔留礦法、全面法和房柱法。

選礦

方鉛礦的選礦方法包括浮選法和重介質選礦法。浮選法是在破碎后獲得的礦石一水混合泥漿中加人化學物質,使礦物的顆粒附著在氣泡上,當空氣通過泥漿時,氣泡會攜帶礦物的顆粒上升,從而與基質相分離,接著對泡沫進行提取即可回收礦物。重介質選礦是基于各種礦物質的密度,利用浮力將其分選出來的方法。全球的鉛鋅選礦廠優先采取浮選法,同時在條件具備的情況下也采取重介質選礦,以降低磨礦功耗和選礦成本。中國鉛鋅礦的分選以浮選法為主,使用較為廣泛,重介質選礦多使用在氧化鉛鋅礦的選礦工藝中。中國鉛鋅業形成東北地區湖南省、兩廣、滇川,西北五大鉛鋅采選冶和加工配套生產基地,其鉛產量占全國總產量的85%以上。

歷史

方鉛礦是人類最早開采的礦石之一,古埃及古王國時期,人們使用方鉛礦作為化妝品,巴比倫人與古羅馬人也從中冶煉銀,古希臘船員曾使用鉛漆清除附生在船底的藤壺等生物。中國早在商代前就能從方鉛礦中煉出較純凈的鉛,商代的墓葬中曾出現鉛制的酒器卣[yǒu]、爵、觚[gū]和戈等。中國明末科學家宋應星曾在《天工開物》中提到當時所開采的三種煉鉛礦物,一種是“銀礦鉛”,指與銀礦共生的方鉛礦;另一種是“銅山鉛”,指包括方鉛礦、閃鋅礦黃銅礦等的多金屬礦;另一種是“草節鉛”,可能是指結晶粗大的方鉛礦。中藥中的藥用鉛稱為黑錫或黑鉛,即由方鉛礦提煉,具有鎮逆、墜痰、殺蟲脒、解毒等功效。

名稱來源

方鉛礦的礦物名稱來源于它成分和性質,因其含鉛且立方體晶系,同時無論敲到多碎,顆粒都是四方形的,故名方鉛礦。其英文名稱Galena源自于拉丁文,意為“銀和鉛的混合物; 從熔鉛中得到的渣滓”。

環境影響

方鉛礦的開采對環境會造成一定的破壞,露天采礦中鉆孔、裝礦、運輸等過程中產生的污染物排入露天坑內,成為大氣污染源。地下采礦作業點在井下,各污染源排放在井下,排風井一處將井下污風排入大氣時還會排出大量炮煙,其中含有CO、CO2、NOX等尚無有效的治理措施。同時鉛鋅礦石采選行業還存在著選礦、采礦中產生的廢水以及大量的剝離石和廢渣,在生產過程中也會產生噪聲污染。

方鉛礦中所含的微量元素鉛是有毒的重金屬,對人體危害極大,世界衛生組織已經把鉛確定為引起重大公共衛生事件的10種化學品之一。人們在使用鉛的過程中發生過眾多中毒和污染事件。由于鉛在環境中的長期持久性及鉛對許多生命組織有較強的潛在毒性,所以鉛一直被列入強污染物范圍。

參考資料 >

傾聽礦物的聲音——方鉛礦.微信公眾平臺 中科院地質地球所.2024-03-11

方鉛礦.中國石油大學地球科學與技術學院.2024-03-11

galena .etymonline.2024-03-21

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