矿物电学性质(electric properties of mineral)

矿物传导电流的能力和在外界能量作用下表面荷电的各种现象。矿物的电学性质有导电性、介电性、整流性、压电性和热电性(焦电性)等。矿物的各种电学性质，直接关系到它们在冶金矿山、现代军事工业及空间技术、日用产品等各个领域的应用。

导电性   矿物传导电流的能力。矿物的导电性以电导率或电阻表示，在国际单位制(SI)中电导率的单位为s／m(西门子每米)，实际应用中常以电导的倒数电阻Ω表示。物理学中将电导率大于10⁵S／m的物质称为导体，小于10^-8的为非导体，介于二者之间的为半导体。在电选中与在物理学中有关导体矿物和非导体矿物的概念有很大的差别。在电选中规定，矿物的电阻是指矿物粒度d=1mm时所测定的欧姆值，电阻小于10⁶Ω者称为导体矿物，电阻大于10⁷Ω者称为非导体矿物，电阻为10⁶～10⁷Ω者为半导体矿物。矿物的导电性在很大程度上取决于其晶体结构中化学键的类型，还与其原子或离子及化学键的空间分布有关。具有金属键的金属矿物，如自然金、自然铜等，它们的晶体结构中有自由电子，导电性强。具有离子键和共价键的矿物，如自然硫、β闪锌矿等，导电性弱或者不导电。矿物的导电性还受其杂质含量、表面性质及外界温度等因素的影响，每种矿物的电阻数值在一个比较大的范围内变化。有的矿物的导电性还表现出各向异性，如赤铁矿的导电性在垂直于晶体三次轴方向比平行三次轴方向的要大得多。矿物的导电性是矿物电选的重要参数。

整流性   在静电场中，当高压电极带正负不同电荷，且具有一定电位差时，一些带有与高压电极相反电荷的矿物显示为导体的现象。当高压电极带负电时，能获得正电荷的矿物称为正整流性矿物，如方解石、锆石等；高压电极带正电时，获得负电荷的矿物称负整流性矿物，如电气石、石英等。在高压静电场中，无论电极所带为正电还是负电，都能获得电荷而显示出导电性能的矿物称为全整流性矿物，如磁铁矿、钛铁矿等。矿物的整流性可以在静电选矿设备上测定。在电选作业中，矿物整流性可作为选择电选机正负高压电极的依据。

介电常数   又称介电渗透率或电容率，用以表征不导电矿物(介电质)或导电性极弱的矿物在外加电场中产生感应电荷(被极化)的程度。矿粒中的电荷在电场作用下发生位移而产生偶极矩，称为极化。矿物极化程度愈大，其介电常数也愈大。偶极矩P与电场强度E成正比，该比值α=P／E称为极化率。从微观上看，矿物极化率由电子极化率、离子极化率、转向极化率、空间电荷极化率所组成。其中电子极化率是最重要的一种类型，在一般情况下，测定时所用交流电源频率由小变大，矿物介电常数在很宽的频率范围内由大变小。矿物的介电常数愈大，表示其导电性愈好。矿物介电常数是衡量和判断矿物能否采用电选法分选的重要参数。在选矿工艺中，通常把介电常数ε>12者视为导体。矿物介电常数(F／m)常用其电容C_m与真空电容C_o之比表示：

ε = C_m / C_o

真空电容为8．85×10^-12F／m。矿物介电常数常用的测定方法有平板电容法和介电液体法。前者为干法，只适合于大块结晶的纯矿物；后者为湿法，多用于碎屑颗粒状的矿物。

平板电容法   两块大小完全相等的平行金属板(面积为A)之间(金属板的尺寸要远远大于两板间的距离d)的真空电容为

C_o = A / 4πd

再于两块金属板之间放入与金属板尺寸相等的经过磨光的待测矿物切片，在相同条件下测定该矿物的电容C_m，则矿物的介电常数ε_m为

ε_m = C_m / C_o

测定时可采用测电容的仪表或用差频电容仪。电容的单位法[拉]太大，常采用皮[可]法(pF)表示，1pF=10^-12F。

介电液体法   是一种比较法，原理是利用电极在介电液体中对待测矿物颗粒的吸引或排斥，以测定矿物的介电常数。此法手续虽然繁杂，但因比较准确而常用。测定前选择一套已知介电常数的介电液体，如甘油、四氯化碳、甲醇等有机物。测定时，在容器中加入适量的介电液体，从容器上部的绝缘的盖板孔洞中插入相距1mm的两根细钢针，并通以50或60Hz的单相交流电，将待测矿物颗粒放入容器的介电液体中，矿物介电常数高于介电液体者被带电的细针吸引，低者则为带电细针所排斥。不断调整介电液体的介电常数，直到矿物颗粒既不为细针吸引又不被排斥为止，此时介电液体的介电常数即为矿物的介电常数。

压电性   某些电介质晶体受定向压力作用时，能激发出表面荷电的性质，这种现象称为压电效应。晶体产生压电效应是由于晶体受到应力作用，引起晶格变形，其总的电偶极发生改变而引起的。一些矿物的定向压电晶片受到压力时，晶片的两个侧面出现数量相等、符号相反的电荷；若以张力代替压力，则电荷符号相反。晶体中这种由于应力作用而激发起表面荷电的效应称为正压电效应，单位面积内所产生的电荷p由下式获得：

p = dσ

式中σ为应力；d为压力系数，随晶体的种类和应力作用的方向而定。

定向晶片置于外电场中时，受电场作用晶体内部的离子发生极化，电荷相对位移，导致晶体产生内应力，因而产生机械伸张或收缩，这种效应称为反压电效应，或叫电致伸缩。外电场为交变电场时，晶片随电场方向的改变而产生同步交替伸缩，形成机械振荡，其振荡频率与交变电场相同。具有压电性的晶体不存在对称中心，这一点可用以正确地确定晶体的对称性。压电效应和压电晶体在超声波探测、无线电和雷达等技术中被广泛利用。

热电性   某些电介质矿物晶体受热或冷却时，能激发出表面荷电的性质，又称焦电性。如加热电气石，在晶体的三次轴(L³)的两端出现数量相等符号相反的电荷。热晶体冷却时，晶体两端产生的电荷与加热时相反。这是因为矿物晶体受热膨胀或冷却收缩时，引起晶格中电荷的相对位移，这种位移如果导致晶体中总电矩的改变，即可激发起晶体表面荷电。矿物晶体的热电性和矿物压电性紧密相关，只有属于异极对称型的电介质晶体才可能具有热电性。因为只有当晶体中存在与单向(晶体中与任何其他方向均不对称重复，亦即性质均不相同的唯一方向)一致的极轴时，才有可能由热膨胀引起晶体中离子极化所形成的电偶极的不对称分布，使晶体中总电矩改变而产生热电效应。在其他互相对称的方向上，由于具有相同的膨胀系数，离子极化所形成的电偶极也呈对称分布，它们合成的总电矩等于零，而不显示热电性。矿物晶体的热电效应在红外探测中得到广泛应用，也可用来帮助确定晶体的真实对称性。