矿石
矿石（英語：Ore），是指在自然条件下形成的、含有可经济提取的金属或其他有价值组分的岩石或沉积物。矿石的价值由品位（grade）决定——即有用元素或矿物的浓度。只有当品位高于经济可采品位（cut-off grade）时，该岩石才被视为矿石；若经济条件变化（如价格波动、技术进步），矿石与非矿石之间的界限也会随之改变。[1][2]
矿石中常含有多种矿物，有应用价值的称为矿石矿物（ore minerals）；与矿石矿物伴生、尚无法利用的矿物称为脉石矿物（gangue minerals）。这一划分不是绝对的，可能因技术等因素而变化。矿石按所含矿物性质分为金属矿石和非金属矿石两大类，其中金属矿石又可分为黑色金属（铁、锰、铬）、有色金属（铜、铅、锌、铝）和贵金属（金、银、铂族）矿石等。[3]
矿床类型
[编辑]矿床（ore deposit）是指经济上有价值的矿物聚集，按成因可划分为以下几类：[4]
岩浆矿床
[编辑]岩浆矿床是由岩浆分异结晶或熔离作用形成的矿床。典型例子包括：铜–镍–铂族元素硫化物矿床（与基性–超基性侵入岩有关）、铬铁矿矿床（层状和豆荚状）以及金伯利岩中的钻石矿床。[5]
斑岩铜矿床
[编辑]斑岩铜矿床（porphyry copper deposit）是全球铜和钼的主要来源，通常也伴生金和银。它们形成于俯冲带上的中酸性浅成侵入体及其围岩中，具有规模大、品位低的特点。[6]
变质矿床
[编辑]变质矿床由区域或接触变质作用形成。矽卡岩矿床（skarn deposit）是最重要的类型之一，产于中酸性侵入体与碳酸盐岩的接触带，富含铁、铜、钨、锌、铅、锡和钼等金属。[7]
沉积矿床
[编辑]沉积矿床通过机械搬运、化学沉淀或生物活动在沉积盆地中富集而成。主要包括：条带状铁建造（BIF）——全球铁矿石的主要来源；喷流沉积矿床（SEDEX）——重要的锌、铅来源；红土型镍矿（lateritic nickel deposit）；以及蒸发岩矿床（evaporite deposit）——钾盐、岩盐等非金属矿产的来源。[8]
此外，火山成因块状硫化物矿床（VMS）形成于海底热液活动，是铜、锌、铅、金和银的重要来源。
开采与选矿
[编辑]矿石的开采过程通常包括五个阶段：普查与勘探、勘查与评估、可行性研究与开发、开采与生产、闭矿与复垦。开采方法取决于矿体的几何形态和埋深。露天开采（open-pit mining）适用于近地表的大规模矿体，而地下开采（underground mining）则用于深部矿体。[9]
开采出的矿石需经过选矿（mineral processing）将有用矿物与脉石分离。主要方法包括：泡沫浮选、重力选矿、磁选和氰化提金等。选矿后的废弃部分称为尾矿（tailings），通常以矿浆形式通过尾矿坝储存，若管理不当可能造成环境风险。[10]
重要矿石矿物
[编辑]以下表格列出经济上最重要的矿石矿物及其主要用途：[10][11]
| 元素 | 矿石矿物 | 化学式 | 主要用途 |
|---|---|---|---|
| 铁 | 赤铁矿、磁铁矿 | Fe₂O₃、Fe₃O₄ | 钢铁工业 |
| 铜 | 黄铜矿、斑铜矿 | CuFeS₂、Cu₅FeS₄ | 电气、建筑 |
| 铝 | 铝土矿（三水铝石、一水硬铝石） | Al(OH)₃、AlO(OH) | 航空航天、包装 |
| 锌 | 闪锌矿 | ZnS | 镀锌、合金 |
| 铅 | 方铅矿 | PbS | 电池、防护材料 |
| 金 | 自然金 | Au | 珠宝、电子、储备 |
| 银 | 辉银矿 | Ag₂S | 摄影、电子、珠宝 |
| 铂族 | 砷铂矿、硫铂矿 | PtAs₂、PtS | 催化剂、珠宝 |
| 镍 | 镍黄铁矿、红土镍矿 | (Fe,Ni)₉S₈ | 不锈钢、电池 |
| 锡 | 锡石 | SnO₂ | 焊料、镀锡 |
| 铀 | 沥青铀矿 | UO₂ | 核燃料 |
| 稀土 | 氟碳铈矿、独居石 | (Ce,La)FCO₃、(Ce,La)PO₄ 等 | 永磁体、催化剂、电子 |
| 钼 | 辉钼矿 | MoS₂ | 合金、润滑剂 |
| 钨 | 黑钨矿、白钨矿 | (Fe,Mn)WO₄、CaWO₄ | 硬质合金 |
| 钛 | 金红石、钛铁矿 | TiO₂、FeTiO₃ | 颜料、航空合金 |
| 锰 | 软锰矿 | MnO₂ | 钢铁合金、电池 |
| 铬 | 铬铁矿 | FeCr₂O₄ | 不锈钢、镀铬 |
历史
[编辑]人类利用矿石的历史可追溯至新石器时代，当时人们收集自然金属（金、铜、陨铁）用于装饰和工具。约公元前4000年，安纳托利亚和美索不达米亚地区出现了最早的铜冶炼技术。[11]公元前3000年左右，高加索和安纳托利亚地区开始冶炼锡以生产青铜，标志着青铜时代的来临。[12]
铁的大规模冶炼始于约公元前1400年的赫梯帝国。公元1世纪左右，中国汉代出现了高炉技术，使生铁冶炼成为可能。近代以来，铝在1886年霍尔–埃鲁法发明后实现工业化生产。20世纪后期，稀土元素成为高科技产业（永磁体、电子、新能源）不可或缺的关键材料。[13]
危害与贸易
[编辑]矿石及其加工产物中可能含有重金属（如汞、砷）和放射性同位素，对环境和人体健康构成潜在威胁。历史上缺乏防渗措施的尾矿库渗滤问题是矿区环境污染的主要来源之一。[10][14]
矿石和金属在全球范围内广泛交易。基础金属（铜、铝、锌、铅、镍）通过伦敦金属交易所（LME）和芝加哥商品交易所（COMEX）进行标准化合约交易。稀土元素等战略矿产的国际贸易受到地缘政治和出口管制的显著影响。[15]
參見
[编辑]参考文献
[编辑]- ^ Ore. Encyclopædia Britannica. [2026-06-02] （英语）.
- ^ American Geological Institute (2019). Glossary of Geology. ISBN 978-0-922152-01-6.
- ^ Jenkin, G. R. T.; et al. Ore deposits in an evolving Earth. Geological Society, London, Special Publications. 2014, 393: 1–20. doi:10.1144/SP393.1 （英语）.
- ^ Heinrich, C. A. Crustal fluids and ore deposit formation. Elements. 2014, 10 (6): 405–410. doi:10.2113/gselements.10.6.405 （英语）.
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- ^ Lee, R. G.; et al. The genesis of porphyry copper deposits. Elements. 2020, 16 (1): 19–24. doi:10.2138/gselements.16.1.19 （英语）.
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- ^ Hustrulid, W.; Kuchta, M.; Martin, R. Open Pit Mine Planning and Design 3rd. CRC Press. 2022. ISBN 978-1-466-57512-7 （英语）.
- ^ 10.0 10.1 10.2 Wills, B. A.; Finch, J. A. Wills' Mineral Processing Technology 8th. Butterworth-Heinemann. 2015. ISBN 978-0-08-097053-0 （英语）.
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