1、第二章金屬來源礦石金屬來源與分類金屬絕大部份來自於地殼的礦床礦物，但有少部份來自溶解地殼岩石(Rocks)的海水中，由海水所提煉的有鈉(Na)，鎂(Mg)與溴(Br)三種金屬。從礦石或海水中直接提煉所獲得之金屬稱為原生(Primary or Virgin)金屬，來自金屬廢料(Scrap)所提煉之金屬稱為再生(Secondary)金屬，地球內部結構a.地殼1200kmb.中間層1700kmc.核心3500km 化學特性 物理特性 密度(g/cm3)厚度(km)岩石圈LithosphereCommon silicate rocksSolid3.0 1200銅圈ChalcosphereHigh co
2、ntent of sulfidesSolid5-6 1700(mantle)of the heavy metals鐵圈SiderosphereIron-nickel melt Liquid 8-10 3500(core)礦床的富集美國地調所(US Geologica Surverys)的Clarke氏依據世界各地5000樣品之分析結果，顯示岩石圈之99.5%的主要成分是由13種元素所含蓋，這些主要元素再依據化學原則組合成矽酸岩、氧化物與硫酸鹽等等。此一分析結果，似乎與我們現實生活所使用的金屬數量不符，含量甚為豐富的鈦(Titanium)、鋇(Barium)、銣(Rubidium)等金屬應在我們
3、的日常生活中出現的機會應該更多才合理。事實在此告訴我們，某些元素在地殼含量雖然很少，但會濃集成為有經濟開採規模的礦床 Rock type Weight(%)Igneous rocks 95.00Shale 4.00Sandstone 0.75Limestone 0.25 礦床的形成由熔融岩漿中晶析而成(Crystallization from molten magma)，熔融岩漿 固結成火成岩之過程，某些成分自行濃集而晶析出礦物成為礦床者 岩漿熱液之沉澱而成 風化、搬運與沉積而成 從地表水沉澱而成 地表水之蒸發 循環水之濃集 露天風化 礦床的尋找方法地質探礦法(Geological metho
4、ds)地球物理探礦法(Geophysical methods)磁測法(Magnetic methods)重力法(Gravitationsl methods)自感電位法(Self-potential methods)電測法(Electrical methods)放射線偵測法(Radioactivity prospceting)地球化學探礦法(Geochemical methods)礦床的採取方法地表採礦(Surface Mining)水力法(Water Washing)淘金船(Dredging)露天採礦法(Open-pit Mining)地下採礦(Underground Mining)礦物分選方
5、法由礦山開採所得之原礦(Crude Ore)，除了礦物之外必伴隨著脈石(Gangue)。若直接進行冶煉，在技術上、經濟上而言都不利，甚至於有一些低品位的礦石無法直接提煉，所以利用選礦步驟除去脈石提高礦石品位。選礦方法主要有比重選礦法(Gravity Separation)浮選法(Flotation)磁選(Magnetic Separation)靜電選礦法(Electrostatic Separation)天然礦石分類自然界存在之礦石種類繁多，以冶煉之立場而言，可分為三大類：自然金屬:Au、Ag、Cu、Hg、Pt等有以自然金屬形態存在者氧化礦石:氧化礦、碳酸鹽、硫酸鹽、矽酸鹽，一般存在於地表較淺
6、之部 份，如赤鐵礦、鋁礬土等。硫化礦石:包含硫化物、砷化物等礦石，如硫化銅、方鉛礦、閃鋅 礦、硫砷銅礦等。主要金屬提煉之礦石介紹-鐵礦石 礦物名特徵磁鐵礦Magnetite赤鐵礦Hematite菱鐵礦Siderite褐鐵礦Limonite化學組成Fe3O4Fe2O3FeCO3Fe2O3nH2O理論值72.41%69.94%48.2%5963%顏色暗黑色暗紅色白灰褐色黃褐色硬度硬緻密且硬較磁鐵礦軟多孔質軟特徵強磁性紅條痕易變質為褐鐵礦或赤鐵礦土狀、易含草木之化石開採品位:2030%冶煉品位:50%以上之精礦 鐵礦石冶煉精礦規格主要產地在美國、加拿大、法國、印度、智利、巴西、蘇聯、澳洲等廣泛之土地
7、區。由於含有生鐵中不歡迎的Ni、Cr成分以及含量過高的Al2O3會使熔煉所生成之爐渣的流動性欠佳，若能確立去除這些有害成分之選礦技術，則為豐富的鐵資源。因此鐵鋼廠在購買鐵礦石時有一品質要求，其基準如下：化學成份 基準品位 保證品位 粒度 Fe 60%55%以上 塊礦 10mm50mm S 0.1%以下 0.2%以下 250mm以下 P 0.15%以下 0.2%以下粉礦 10mm以下 Cu0.05%以下 0.25%以下 100mesh以上 SiO2+Al2O312%以下 20%以下 燒結或造粒 150mesh以下 Sn0.05%以下 TiO2 0.35%以下 As 0.1%以下 Mn,Mg以外的
8、金屬0.15%以下主要金屬提煉之礦石介紹-鋁礦石 鋁元素在地殼的含有量僅次於氧與矽，佔有8.13%，對金屬元素而言為量最多。因此在岩石中或多或少都含有鋁礦物，含鋁成分高的高嶺土Kaolinite,(Al2O3 2SiO2 2F2O),39.5%或藍晶石Kyanite,(Al2O3SiO2),63.2%等，因其所含之矽酸成分過高，所以不適於當為煉鋁礦石。目前可供為冶煉的僅為鋁礬土礦物，而這種含水的氫氧化鋁礦物又因其含結晶水量的多寡分為水鋁礦(Boehmite)與三水鋁礦(Gibbsite)兩種 此類礦床廣泛分佈於赤道周圍，如加勒比海的島嶼，中南美洲、非洲、歐洲的一部份以及澳洲、馬來西亞、印尼等地
9、，全世界的蘊藏量估計有110億噸，其中非洲的Guinea與澳洲二國就佔有已知蘊藏量的80%。化學成分標準品位(%)保證品位(%)氧化鋁 53 5253以上 氧化矽 5 5.5以下 氧化鐵 1.2 1.5以下 水份 3 3由於鋁金屬的製程中，首先使用強鹼將礦石中的鋁溶出而沉澱為氧化鋁，若含氧化矽量高，不但消耗鹼量，更使溶出之鋁易與矽再形成化合物而 損失，因此對含矽量很重視，也就是所謂含鋁、矽成分多的黏土等礦物 不適於冶煉的原因。主要金屬提煉之礦石介紹-銅礦石 礦物名化學組成銅含有量(%)自 然 銅Native CopperCu100硫化銅礦黃 銅 礦ChalcopyriteCuFeS234.5輝
10、 銅 礦ChalciteCu2S79.8班 銅 礦BorniteCu3FeS463.3硫砒銅礦EnargiteCu3AsS448.3銅 藍CovelliteCuS66.4氧化銅礦赤 銅 礦CupritleCu2O88.8孔 雀 石MalachiteCu2Co3(OH)257.5藍 銅 礦AzuriteCu3(Co3)2(OH)255.3黑 銅 礦TenoriteCuO79.9開採品位:1%(露天開採)冶煉品位:20-25%以上之精礦 銅礦石售價基準銅冶煉廠之購買礦石條件，是以礦石中所含銅品位經冶煉後之實收量，折合國際銅價，再扣掉冶煉費（熔煉費與精煉費）才是銅礦石之價值，若同時含有金、銀等有價金
11、屬，也同樣加價在一起計算。付款項銅：依濕式分析結果的銅含量扣除1.5%，餘數的97.5%按國際價格每公斤扣除0.264 美元計算。銅品位小於3.0%不付款。金：每噸原礦中的金含量扣除0.7克，餘數的92.5%按國際價格每克扣除0.032美元計算。銀：每噸原礦中的銀含量扣除34.0克，餘數的95.0%按國際價格，每克扣除0.032美元計算。扣款項冶煉費用：每噸原礦處理費66.00美元。工資調整：冶煉費用基於每小時工資10.00美元計，若工資每小時變動0.01美元，則需增加或減少費用0.1375美元。砷：按每%扣1.00美元計算。銻：容許0.2%，超過部分按每%扣1.50美元計算。鉍：容許0.05
12、%，超過部分按每%扣0.50美元計算。鎳：容許0.3%，超過部分按每%扣5.00美元計算。鋅：容許5.0%，超過部分按每%扣0.30美元計算。例如某選礦廠的銅精礦品位為20%（即含銅量），含砷量為3%，含銻量為1.6%，含金量5克噸，而當時國際銅金屬價格為3,000美元噸，純金價格為12美元克，工資每小時10.50美元。則：銅精礦的價值銅部份1000（公斤）（20%1.5%）97.5%3.000.264（美元公斤）銅 量 銅價493.46美元噸（精礦）金部份1（噸）50.7（克）92.5%12.000.032（美元克）47.60美元噸（精礦）砷部份（扣）3.00美元噸 1.5（美元）銻部份（扣
13、）（1.60.2）2.10美元噸 100冶煉費用 66.00（美元）（10.5010.00）0.1375（美元）0.0172.88美元噸每噸銅精礦利潤493.4647.603.002.1072.88463.08（美元）主要金屬提煉之礦石介紹-鉛礦石 礦物名化學組成鉛(Pb)的理論值(）方鉛礦(Galena)PbS88.6白鉛礦(Cerussite)PbCO377.5硫酸鉛礦(Anglesite)PbSO468.5開採品位:1-3%冶煉品位:60%以上之精礦 鉛精礦之購入，應付給礦石中的鉛、金、銀含量的價格，而鋅、銅、砷之含量超過規定會被扣錢，鉛精礦中含銅品位1%以上，每增加1%的銅要扣掉0.5
14、%的鉛回收率，同樣含鋅量高於9%以上，每超過1%的鋅要扣掉0.35%的鉛回收率，同樣要加算熔煉費用。主要金屬提煉之礦石介紹-鋅礦石 礦物名化學組成鋅(Zn)含有量(%)閃鋅礦SphaleriteZnS67鐵閃鋅礦Marmatite(Zn.Fe)S5067(FeS10%以上)菱 鋅 礦SmithoniteZnCO352珪 鋅 礦Willenite2ZnOSiO273異 極 礦Calamine2ZnOSiO2H2O64開採品位:3%冶煉品位:55%，鐵成分在8%以下，砷成分在0.5%以下，計價方式與銅、鉛相類似。主要金屬提煉之礦石介紹-錫礦石 天然產的錫礦石主要為錫石(Cassiterite，Sn
15、O2)與黝錫礦(Stannite,Cu2FeSnS4)，其中以錫石為最主要。錫石之比重有7，顏色由透明至暗褐色、黑色等，但條痕卻都是白色。以馬來西亞半島為主要產地 開採品位:0.01-0.02%;1.2-1.7%冶煉品位:錫精礦之要求錫品位在70%以上，雜質要在硫黃1%，砷0.1%，鐵5%，銅、鉛、鉍與銻之合計量0.1%以及三氧化鎢(WO3)5%以下。主要金屬提煉之礦石介紹-銻礦石 銻金屬之生產大部份從輝銻礦(Stibnit，Sb2S3)所由來。輝銻礦呈灰黑色質柔軟，形狀為長而閃亮的柱狀晶體，或呈柱狀晶簇，常與方鉛礦、閃鋅礦、黃鐵礦及辰砂(HgS)等礦伴生在一起，有時也含有金與銀。銻礦之開採品
16、位一般都很低，如日本所開採原礦品位平均在1.4%，經重力選礦與浮選將銻品位提升至60%以上或為精礦。主要金屬提煉之礦石介紹-鎳礦石 鎳元素在地殼中的平均含量為8.010-3%，是構成地殼元素中屬於豐富的一種，比銅在地殼中的含量還多一點(請參照表2-3)，但富集成經濟可開採的礦床數量卻不多。目前可供鎳冶煉的主要礦石有硫化鎳鐵礦(Pentlandite)與矽鎂鎳礦(Garnierite)與部份的Laterite（語源來自拉丁語，意思是“紅磚”）三大類。硫化鎳鐵礦可用(Ni，Fe)S之化學式代表一群鎳與鐵的硫化物，理論含鎳量為34.2%，為最主要的冶煉鎳礦物，佔全部鎳產量的75%。矽鎂鎳礦可用(Ni
17、，Mg)SiO3nH2O之化學式代表複雜的鎳鎂的矽酸礦物，最高之含鎳量可達47%，沒有一定的理論值。此類礦物常分佈在蛇紋岩中，硬度只有34度，比重僅有2.5，主要產在New Caledonia(法國屬地)，產量佔全世界的10%，礦石品位在13%，含有少量的鈷。主要金屬提煉之礦石介紹-鈾礦石 含鈾的礦石約有百種，其中主要者為閃鈾礦(Uraninite)與瀝青鈾礦(Pitchblende)，其化學代表式都為UO2，係一種含鉛、鐵、銅、鉍、鐳、釷之複合氧化物。一般以結晶形體產出的稱為閃鈾礦，而以無定形的微晶集合體產出的稱為瀝青鈾礦，這兩種礦物都呈暗灰黑色的外觀，比重大為其特徵，易受到風化而形成另一種
18、新的鈾礦物，為與原礦物有所區別，將此新生成的礦稱為二次礦物。主要二次礦物如下：鉀釩鈾礦 Carnotite：K2(UO2)2V2O83H2O 銅鈾礦 Tobernite：Cu(UO2)2(PO4)210H2O 鈣鈾雲母 Autunite：Ca(UO2)2(PO4)210H2O開採品位:0.1-0.3%主要金屬提煉之礦石介紹-貴金屬 礦物名化學式Au(%)比重硬度形狀色自然金Au409915.619.32.53板,鱗片毛,樹枝黃金碲金礦AuTe239.59.242.53塊古銅黃針碲金礦(Au,Ag)Te224.57.98.31.52板,塊灰,銀白,淡黃直碲金礦AuTe239.58.6223柱銀白
19、,淡黃碲金銀礦Ag3AuTe225.48.79.02.53塊暗灰葉碲金礦Pb5Au(Te,Sb)4S56137.4111.5板,鱗片暗灰金與鉑經常以自然金(Native Gold)，自然鉑(Native Platinum)的金屬狀態出現，但是它們卻很少是以本身的純金屬存在，都與其它金屬共生，例如金常與銀共生成合金或緻密地共生在一起，鉑常與白金族元素(鈀Palladium、銥Iridium、鋨Osmium、錸Ruthenium、銠Rhodium)中的一、二元素或全部的元素在一起生成合金，目前具有經濟開採價值的金品位要在12g/t以上。銀最具代表性的礦物為輝銀礦(Argentite，Ag2S)，帶
20、暗灰色，主要在石英脈中與金形成金銀礦。自然鉑常以含有鐵、鎳、銅，也含或多或少的白金族之其它元素的合金，產在超基性岩(Ultrabasic)中，也常與銅、鎳礦物共生在一起。主要金屬提煉之礦石介紹-鎂礦石 鎂金屬由於比重僅有1.7，比鋁還要輕，是製造輕合金的良好材料，同時也是冶煉鈦、鋯、鈾金屬的有效還原劑，因此日益受到重視。可供為鎂冶煉的礦石有菱鎂礦(Magnesite，MgCO3)、白雲石(Dolomite，MgCO3CaCO3)、光鹵石(Carnallite，MgCl2KCl6H2O)、水滑石(Bru-cite，Mg(OH)2)等，另外鹽鹵(Salt Brines)與海水也都是煉鎂的原料，此類
21、元素之分佈廣泛，蘊藏量又豐富（在地殼中的平均含量為2.09%），唯一可惜之點在於它不易還原為金屬。主要金屬提煉之礦石介紹-鈦礦石 鈦在岩石圈中在鋁、鐵、鎂之後為第四豐富的金屬元素，具有質輕，高強度耐腐蝕與耐高溫之特性。在工業上最主要的礦物為鈦鐵礦(Ilimentiem,FeO Tio2)理論含鈦量為52.6%，具鐵黑顏色，以及金紅石(R-util,TiO2)，理論含鈦量60%，為黑赤褐顏色，其中金紅石所含其他雜質較少，在岩石中鈦礦物的產出常與長石伴生，但其主要卻以重砂形態賦存在河邊或海濱。鈦鐵礦因所含雜質較多，經長年累月的地化作用，氧化鈦含量會提高，而變質成為含紅金石2030%的白鈦石(Leu
22、coxene)主要金屬提煉之礦石介紹-鉻礦石 其組成為FeCr2O4，理論含氧化鉻量(Cr2O3)為68%，氧化鐵(FeO)為32%，顏色與磁鐵礦的黑色相類似，比重為4.34.6，硬度有5.5，常與蛇紋岩共存產出，所含主要不純物為鋁、鎂，矽 鉻鐵礦可供為鋼鐵合金料、化學藥品以及耐火材料的三種用途，其中鋼鐵合金料用量佔總需求的75%。當鋼鐵合金料用，主要是將鉻鐵礦與焦炭，石炭石以及鐵屑調配，以電爐熔融作成鐵鉻供為不鏽鋼、耐熱鋼、構造用鋼以及工具鋼等特殊鋼製造的鉻添加劑使用。在家庭廚房的18-8不鏽鋼是指含鉻18%、鎳8%的特殊鋼。另外鉻鐵礦也可冶煉成為含炭量低於0.1%，鐵量低於0.5%而純度達
23、99以上的金屬鉻，供為鎳、鎢、鈷、鉬等非鐵金屬的合金原料之用。鉻鐵礦各種用途的主要規格如下：金屬用：Cr2O3,48%以上，Cr:Fe=3:1,硫黃(S)與磷(P)都要在0.01%以下。耐火材料用：Cr2O3,30%以上，Cr2O3+Al2O3,60%以上，SiO2,5%以下，平均粒徑為3吋塊狀物，粉礦的含有率要在15%以下。化學用：Cr2O3,48%以上，SiO2,Al2O3,FeO,MgO,CaO含量越少越好。主要金屬提煉之礦石介紹-錳礦石 分類礦物名化學式顏色錳含量(%)氧化錳軟錳礦(Pyrolusite)MnO2、nH2O淡黑5060硬錳礦(Psilomelane)MnO2、nH2O銅
24、灰5560水錳礦(Manganite)MnO3、nH2O鐵黑52碳酸錳碳酸錳礦(Rhodochrosite)MnCO3淡紅47.8矽酸錳薔薇輝石(Rhodonite)MnSiO3玫瑰紅42錳橄欖石(Tephroite)MnSiO4灰綠54開採品位:20%冶煉品位:30%錳礦很少單獨提煉為金屬，主要是提煉成鐵錳合金或矽錳合金，供為製鋼的脫氧與脫硫劑之用，亦可直接與鐵礦石等一起加入高爐，當為鐵礦中錳成分不足的補充劑（一般銑鐵礦中的含錳量要達0.31.0%），同時也可在熔礦作業中當熔劑，並幫助礦渣增加流動性。合金用品質 高爐用錳礦品質 Mn 40%以上Mn+Fe 50%以上（保證Mn30%以上）Fe
25、 9%以下SiO2+Al2O3 15%以下SiO2 10%以下P 0.2%以下Al2O3 4%以下P 0.15%以下主要金屬提煉之礦石介紹-鉬礦石 鉬礦石之代表性礦物為輝鉬礦(Molybdenite,MOS2)，含鉬的理論值為60%。此礦物質軟，硬度為11.5，具有銀灰色的金屬光澤，六角板狀的結晶，易剝離成鱗片狀與石墨很類似。目前可採品位(MOS2)在15%，經選礦後品位達8590%的精礦，或將精礦在經焙燒成為MoO3，因此市場上有硫化鉬與氧化鉬兩種鉬礦來源。硫化鉬精礦氧化鉬精礦（焙燒礦）MoS2 85%以上 MoS380%以上Al2O3 0.5%以下 Cu0.5%以下Cu0.03%以下S0.
26、25%以下Wo30.03%以下P0.05%以下Bi0.3%以下主要金屬提煉之礦石介紹-鎢礦石 鎢礦石有與錫、銅、鉛等礦物以礦脈共生的，也有與錫砂一起形成礦砂共生的，以0.51.0%的WO3品位即可開採，可利用重力選礦獲得70%以上品位的精礦。鎢為所有金屬中融點最高(3370)，質地堅硬而且又耐腐蝕的金屬，主要供為製造特殊工具鋼（如切削用鋼），或提煉為金屬做燈絲，或與焦炭生成炭化鎢，供作超硬合金（具有僅次於鑽石的硬度）。成分鎢錳鐵礦鎢酸鈣礦 WO3 65%以上60%以上Mo0.02%以上0.02%以下As0.25%以下0.2%以下P0.05%以下0.05%以下Sn1.5%以下 0.1%以下Cu0.05以下0.05%以下Sb0.1%以下 0.1%以下Bi0.1%以下 0.25%以下S0.5%以下 0.5%以下Pb0.2%以下 0.1%以下CaO 0.5%以下MnO 14.0%特殊鋼都選用鎢酸鈣礦，而金屬冶煉以及炭化鎢製造則選用鎢錳鐵礦。其原因是鎢酸鈣礦易含鉬、磷、砷等對金屬提煉或製造炭化鎢的品質有影響的雜質。
