方铅矿

铅的硫化物矿物

方铅矿

方铅矿（英文：Galena）[0]的主要成分是硫化铅，是一种常见矿物，化学式为PbS。[2]其颜色为铅灰色，条痕为灰黑色，所含的重金属元素铅具有较强的毒性。[2]方铅矿晶体为等轴晶系[0]，通常是粒状或致密块状的集合体[2]，相对密度7.4~7.6，硬度2~3。[3]因该矿物无论敲到多碎，颗粒都是四方形的，故名方铅矿。[4]方铅矿最常产于接触交代矿床和中、低温热液矿床中，常与磁铁矿、黄铁矿、闪锌矿、黄铜矿等共生。[5]全球最大方铅矿分布区域是美国密苏里州（State of Missouri），同时英国康瓦尔（Cornwall）、德国弗莱贝格（Freiberg）与澳大利亚布罗肯希尔（Broken Hill）也是方铅矿的主要的分布区域。方铅矿在中国主要分布于云南金顶、广东凡口与青海锡铁山等地。[1]

方铅矿（英文：Galena）[1]的主要成分是硫化铅，是一种常见矿物，化学式为PbS。[3]其颜色为铅灰色，条痕为灰黑色，所含的重金属元素铅具有较强的毒性。[3]方铅矿晶体为等轴晶系[1]，通常是粒状或致密块状的集合体[3]，相对密度7.4~7.6，硬度2~3。[4]因该矿物无论敲到多碎，颗粒都是四方形的，故名方铅矿。[5]

方铅矿最常产于接触交代矿床和中、低温热液矿床中，常与磁铁矿、黄铁矿、闪锌矿、黄铜矿等共生。[6]全球最大方铅矿分布区域是美国密苏里州（State of Missouri），同时英国康瓦尔（Cornwall）、德国弗莱贝格（Freiberg）与澳大利亚布罗肯希尔（Broken Hill）也是方铅矿的主要的分布区域。方铅矿在中国主要分布于云南金顶、广东凡口与青海锡铁山等地。[2]

方铅矿是提炼铅和银的重要矿物，在治金工业、国防、科技、电子工业等有广泛应用。[3]其提炼出的药用铅具有镇逆、坠痰、杀虫、解毒等功效。[2]方铅矿提炼出的金属铅主要用于铅酸蓄电池行业[7]，同时可作为机关枪弹、[8]防护设备、[9]轴承合金等的材料。[8]方铅矿所含的金属铅是有毒的重金属，对人体危害极大，世界卫生组织已经把铅确定为引起重大公共卫生事件的10种化学品之一。[9]

矿物组成

方铅矿矿物成分主要是硫化铅(PbS)。[10]化学成分以铅(Pb)、硫(S)为主，其中Pb占比86.6%，S占比13.4%，通常会混入有银(Ag)、铋(Bi)、锑(Sb)、砷shēn(As)、铜(Cu)、锌(Zn)、硒xī(Se)、碲dì(Te)、铁(Fe)、锡(Sn)等元素。在温度大于350℃的条件下，Ag和Bi以[11]硫银铋矿(Matildite,AgBiS2)[12]同PbS一起组成固溶体混溶。当温度在210℃以下时，则硫银铋矿从方铅矿中析出。Se代替S，可以形成方铅矿—硒铅矿的完全类质同象系列。[11]

物理特性

方铅矿一般呈铅灰色，条痕灰黑色，具有金属光泽。硬度2~3，性脆，解理平行{100}完全，密度较大，为7.4~7.6（相对密度），断口呈平坦的半贝壳状或参差状，具有弱导电性和良检波性，[4]方铅矿在氧化条件下可转变为铅矾(PbSO4 )和白铅矿(PbCO3)。[13]

结构特征

方铅矿自脉状产出常常经历成矿后的变形。粗粒的方铅矿经过变形成为页理发育的细粒集合体，这些页理或多或少平行于宏观剪切面，并且最终变成细微层理的难以分辨的极细粒矿石，其内部结构并不均匀，颗粒略显拉长并且具多边形化(50—37pm），其长轴平行线同理。[14]方铅矿的晶体结构属于NaCl结构，表现为硫离子呈立方最紧密堆积，铅离子充填于所有八面体空隙中，阴阳离子的配位数均为6。方铅矿的晶体为等轴晶系：空间群：Fm3m；a=0.5930nm；Z=4（Noda et al.1987）。晶体通常呈立方体或八面体，或呈立方体与八面体、菱形十二面体、四角三八面体的聚形。常以粒状或致密块状集合体产出。由于方铅矿解理较发育，在天然或人工重砂中多呈立方体解理块或阶梯状。[1]

方铅矿的NaCl型晶体结构
方铅矿的NaCl型晶体结构

形成原因

方铅矿主要为岩浆期后作用的产物，最常产于接触交代矿床和中、低温热液矿床。在接触交代矿床中，方铅矿可与矽卡岩矿物形成组合，也常与磁铁矿、黄铁矿、磁黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿等共生。在中、低温热液矿床中，方铅矿与闪锌矿、黄铜矿、黄铁矿、石英、方解石、重晶石缕共生，形成脉状充填或交代矿体。[6]热液铅锌矿床具有各种形态，或为标准矿脉，或为石灰岩中的不规则交代矿床，或为粒状散布的矿染矿床。[8]方铅矿脉往往与银矿物共生，常因含银矿物而成为重要的银矿床。方铅矿在氧化带不稳定，易转化为铅矾、白铅矿或磷酸氯铅矿等次生矿物。[6]

方铅矿与方解石共生
方铅矿与方解石共生
方铅矿与重晶石共生
方铅矿与重晶石共生

分布区域

世界最大方铅矿分布区域是美国密苏里州（State of Missouri），仅铅的储量就达3000万吨，英国康瓦尔（Cornwall）、德国弗莱贝格（Freiberg）与澳大利亚布罗肯希尔（Broken Hill）也是方铅矿的主要的分布区域。方铅矿在中国主要分布于云南金顶、广东凡口与青海锡铁山等地，常与闪锌矿共生，也偶尔于煤矿中发现。在中国台湾主要分布于新北市金瓜石、坪林与台东县樟原，在金瓜石方铅矿通常以小结晶与闪锌矿、黄铁矿、黄铜矿、石英等矿物共生。[2]

方铅矿与黄铁矿共生
方铅矿与黄铁矿共生

应用领域

方铅矿是提炼铅和银的重要矿物，在治金工业、国防、科技、电子工业等有广泛应用。[3]

治金

方铅矿是重要的铅矿石，几乎是金属铅的唯一来源，其在治炼的过程中还会产出金属银(含银量多的方铅矿也成为重要的银矿石)。[8]

药用

方铅矿在医学上多用于炼制丹药，此品不可长期服用，以免导致慢性铅中毒。[10]方铅矿提炼出的药用铅称黑锡或黑铅，[2]性寒，有小毒，有镇逆坠痰的功效，可用于治疗肾虚气喘。其合成的醋酸铅，可作为治疗皮肤及粘膜发炎、痔疮的外用药剂，具有杀虫、解毒、拔毒生肌等功效。[10]

电子

金属铅主要集中应用于铅酸蓄电池行业（约占全部铅消费的76%以上）[7]，通过利用铅的不同价态固相反应实现充电和放电，可以制造价格便宜的铅酸蓄电池。美国加利福尼亚一座40MW容量的大电池装置，约耗用2000t铅。蓄电池用铅占铅总消耗量的90%。[9]铅酸蓄电池的消费领域有汽车行业、风力发电、光伏产业等。金属铅在电缆工业被用作电缆的护套，尽管已出现全塑电缆代替纸力铅包皮电缆的趋势，但高压充油纸力电缆仍需要用铅作护套，因而纸力电缆仍有一定市场。[7]

国防

金属铅在国防工业中被用作制造机关枪弹及榴霰xiàn弹等军需品的材料。[8]金属铅的重量较重，通过在子弹的弹头中灌入金属铅，可以解决子弹因重量太轻而在前进时受风力影响改变其行进方向的问题，从而提高子弹的准确性。[9]

其他

金属铅在硫酸工业中被用作铅室蒸馏塔的衬壁、冷凝器的蛇形管及其他重要的装置部分。[8]在原子能工业方面，金属铅因密度较大阻挡辐射的能力强以及价格低廉等优点被用于制作原子能反应堆及X射线的防护设备。[5][9]此外金属铅还用于制造轴承用的合金(巴比特合金)、焊接金属的合金等。铅的化合物如一氧化铅用于制备颜料、釉药、珐琅质等铅化合物，[8]通过添加不同的铅化合物可使以上材料形成不同的颜色。[9]金属铅在橡胶、玻璃、陶瓷工业上也有广泛的运用。[5]

开采

铅锌矿[注1]的开采方法有露天开采和坑内开采。[15]露天开采是通过采掘运输设备在敞露的空间进行开采，具有作业安全、可采用大型采矿机械、生产能力大、矿石损失少等优点，适合于矿体埋藏浅、储存条件简单、储量大的矿床。其缺点是采场和排土场的占地面积大，易造成污染破坏环境，同时开采会受严寒、酷暑、暴风雨气候条件的影响。[16]坑内开采是以各种井、巷开辟出一条从地表通达矿体的通道，把矿石开采出来，[17]适用于埋藏较深的矿体。[16]坑内开采具有投资少、适应性强、占地面积小等优点，[18]同时也具有影响地下水系，破坏地形地貌等缺点。[19]

全球铅锌矿的露天开采方法多为陡帮开采，同时采用分期开采、分区开采，以便缩短建设周期，提高矿山企业的经济效益。坑内开采方面，西方工业发达国家的大型地下开采矿山约456个，其中年产300万-500万t和500万-1000万t的矿山分别为62个和80多个，主要采矿方法有重填采矿法、空场采矿法和崩落采矿法。[15]方铅矿在中国的铅锌矿山的开采以地下开采为主，露天开采为辅。地下铅锌矿山以空场法、充填法为主要采矿方法，地方小型铅锌矿山由于规模较小、矿体不大，主要采用工艺简单的浅孔留矿法、全面法和房柱法。[20]

选矿

方铅矿的选矿方法包括浮选法和重介质选矿法。[21]浮选法是在破碎后获得的矿石一水混合泥浆中加人化学物质，使矿物的颗粒附着在气泡上，当空气通过泥浆时，气泡会携带矿物的颗粒上升，从而与基质相分离，接着对泡沫进行提取即可回收矿物。重介质选矿是基于各种矿物质的密度，利用浮力将其分选出来的方法。[22]全球的铅锌选矿厂优先采取浮选法，同时在条件具备的情况下也采取重介质选矿，以降低磨矿功耗和选矿成本。[21]中国铅锌矿的分选以浮选法为主，使用较为广泛，重介质选矿多使用在氧化铅锌矿的选矿工艺中。中国铅锌业形成东北、湖南、两广、滇川，西北五大铅锌采选冶和加工配套生产基地，其铅产量占全国总产量的85%以上。[20]

历史

方铅矿是人类最早开采的矿石之一，古埃及古王国时期，人们使用方铅矿作为化妆品，巴比伦人与古罗马人也从中冶炼银，古希腊船员曾使用含铅的栖清除附生在船底的藤壶。中国早在商代前就从方铅矿中提炼铅，[2]商代的墓葬中曾出现铅制的酒器卣yǒu、爵、觚gū和戈等。[9]中国明末科学家宋应星曾在《天工开物》中提到当时所开采的三种炼铅矿物，一种是“银矿铅”，指与银矿共生的方铅矿；另一种是“铜山铅”，指包括方铅矿、闪锌矿与黄铜矿等的多金属矿；另一种是“草节铅”，可能是指结晶粗大的方铅矿。中药中的药用铅称为黑锡或黑铅，即由方铅矿提炼，具有镇逆、坠痰、杀虫、解毒等功效。[2]

名称来源

方铅矿的矿物名称来源于它成分和性质，因其含铅且立方体晶系，[23]同时无论敲到多碎，颗粒都是四方形的，故名方铅矿。[5]其英文名称Galena源自于拉丁文，[2]意为“银和铅的混合物； 从熔铅中得到的渣滓”。[24]

环境影响

方铅矿的开采对环境会造成一定的破坏，露天采矿中钻孔、装矿、运输等过程中产生的污染物排入露天坑内，成为大气污染源。地下采矿作业点在井下，各污染源排放在井下，排风井一处将井下污风排入大气时还会排出大量炮烟，其中含有CO、CO2、NOX等尚无有效的治理措施。同时铅锌矿石采选行业还存在着选矿、采矿中产生的废水以及大量的剥离石和废渣，在生产过程中也会产生噪声污染。[20]

方铅矿中所含的微量元素铅是有毒的重金属，对人体危害极大，世界卫生组织已经把铅确定为引起重大公共卫生事件的10种化学品之一。人们在使用铅的过程中发生过众多中毒和污染事件。由于铅在环境中的长期持久性及铅对许多生命组织有较强的潜在毒性，所以铅一直被列入强污染物范围。[9]

参考资料 24

  1. 参考 1
  2. 倾听矿物的声音——方铅矿 — 微信公众平台 中科院地质地球所
  3. 参考 3
  4. 参考 4
  5. 参考 5
  6. 参考 6
  7. 参考 7
  8. 参考 8
  9. 参考 9
  10. 参考 10
  11. 参考 11
  12. 参考 12
  13. 方铅矿 — 中国石油大学地球科学与技术学院
  14. 参考 14
  15. 参考 15
  16. 参考 16
  17. 参考 17
  18. 参考 18
  19. 参考 19
  20. 参考 20
  21. 参考 21
  22. 参考 22
  23. 参考 23
  24. galena — etymonline

注释

  1. 铅锌矿是指富含金属元素铅和锌的矿产，铅锌矿石的有用矿物主要是方铅矿（PbS）和闪锌矿（ZnS）
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