矿物的相对密度是指矿物(纯净的单矿物)在空气中的重量与4 ℃时同体积水的重量之比。其数值与密度的数值相同,但相对密度无单位;而密度的度量单位为g/cm3。 矿物的密度变化范围很大,可以从小于1(如石蜡)到23(铂族矿物)。据统计,大多数矿物的密度在2~3.5之间。卤化物和含氧盐类矿物普遍较轻,而氧化物、硫化物及自然金属矿物通常具有较大的密度。 矿物的密度主要取决于它的化学组成和晶体结构:当矿物晶体结构类型相同时,矿物的密度随所含元素的原子量的增加而增大,随原子或离子半径的增大而减小;在原子量和原子(或离子)半径相同或相近时,晶体结构越紧密的矿物其密度也越大。 矿物密度可分为三级: 1、轻级。密度在2.5以下,如石盐、石膏等。 2、中级。密度在2.5~4之间,如石英、方解石等。 3、重级。密度在4以上,如重晶石、锡石、方铅矿等。 测定矿物密度的方法很多,常用的有比重瓶法、重液法,扭力天瓶法等。 一、比重瓶法 比重瓶法是根据固体矿物在水中的失重等于同体积水重的原理而测定的。比重瓶是容积为25~50cm3的带有刻度的瓶子。 测定步骤: (一)称比重瓶的质量P1; (二)将待测矿物小块放人比重瓶中,一般占瓶容积的1/3,称瓶和矿物的总质量P2; (三)为排除矿物中的空气,先将蒸馏水注入比重瓶,使其达容积的一半左右,再用抽气机抽出瓶内附在矿物表面的气泡(亦可用加热至80~100℃排除),并不断摇晃比重瓶,直至瓶中无气泡为止; (四)用滴管将蒸馏水注满瓶中,称瓶,水和矿物的质量P3; (五)从瓶中倒出矿物和水,再将蒸馏水注人瓶中,达到与4相同水位,称瓶和水的总质量P4; (六)按下式计算矿物的密度D。
用比重瓶测定密度时要求用纯净的蒸馏水。由于水能部分地溶解矿物中某些盐类,故最好采用非极性液体(如煤油),但这时计算其密度应将上述公式乘以液体的密度。 比重瓶法可以测定矿物晶体、碎块或粉末的密度,但操作较繁,用时多。 二、重液法 根据矿物的比重与液体比重相同时,矿物即可在液体中呈悬浮状态的原理,用液体的密度定出矿物的密度。使用这种方法时,要求有成套的各种不同密度的重液,以备测定之用。 此法迅速简便、准确,但受重液密度的限制,不能测定密度超过4.2的矿物。重液法不仅可以测定矿物的密度,而且可以用来分离不同密度的矿物。选矿中的重介质选矿,即是利用这一原理精选矿物。 三、扭力天平法 扭力大平法是利用阿基米德原理测定矿物密度。但由于水的表面张力大、不易沾湿矿样而引起误差,所以测定中一般不用水,而用四氯化碳、酒精、甲苯等液体,通常多采用四氯化碳。 用扭力天平对矿物称量后,再用下列公式求出矿物密度。 式中 Pl——空称盘在空气中的质量; P2——称盘装上矿样后在空气中的质量; P3——装有矿样的称盘在液体中的质量; P4 ——空称盘在液体中的质量; D液——所用液体在t℃时的密度。 扭力天平的内部结构主要由平卷弹簧和片弹簧两种弹性元件组合而成,密封于天平外壳内。其结构如图1所示。 图1 扭力天平结构示意图1—垫脚;2—水准器;3—调平脚;4—秤钩;5—秤盘;6—读数旋钮;7—读数指针;8—制动旋钮;9—平衡指针;10—保护壳;11—计量盒;12—拉手;13—天平外壳 测定步骤如下: 1、称量矿物在空气中的质量(P2)。将矿物样品置于秤盘,挂在秤钩上,开启天平,逆时针转动读数旋钮,直至平衡指针与镜子内刻度板上的中线重合,之后关闭天平,按读数指针所指的刻度读数并记录。 2、称量装有矿样的秤盘在液体中的质量(P3)。烧杯中盛入四氯化碳后置于计量盒内,将装有矿样的秤盘小心地放人四氯化碳液体中,并在秤钩上挂一重物(如铜丝或小金属片等),以抵消秤盘在液体中所受的浮力。开启天平,如同称量P2的方法一样称重,然后关闭天平,读数并记录。 3、称量空秤盘在液体中的质量(P4)。将装有矿样的秤盘从四氯化碳中取出后,把矿样倒在过滤纸上(小心地回收全部矿样,在下一次测试使用)。再将空秤盘置于四氯化碳内,如同上述方法称重后,关闭天平,读数并记录。 4、测液体的密度(D液)。 记录测试时的室温,查出相应温度时四氯化碳的密度(D液)。 也可用比重计测出四氯化碳的密度:用玻璃量简盛入四氯化碳,然后放入比重计,根据四氯化碳的弯月面与比重计刻度的交线,便可在比重计上读出四氯化碳的密度(D液), 5、按上式计算出矿物的密度。一些有机液体在不同温度中的密度,如表1。 表1 一些有机液体在不同温度中的密度乙醇 | 甲苯 | 温度t/℃密集度 | 温度t/℃ | 密度 | 温度t/℃ | 密集度 | 3131823283338421.6301.6101.5991.5891.5791.5691.5591.549 | 716181921263236 | 0.8370.8300.8290.8270.8210.8170.8100.806 | 58121821323842 | 0.8750.8700.8670.8610.8570.8470.8410.837 |