Специальные лабораторные методы изучения полезных ископаемых

Ррр

РАЗДЕЛЕНИЕ МИНЕРАЛОВ ПО ТРЕНИЮ И ФОРМЕ. разделение по трению и форме основано на использовании различий в скоростях движения разделяемых частиц на плоскости под действием разл. сил. Скорость движения частиц по наклонной плоскости (при заданном угле наклона) зависит от состояния пов-сти самих частиц, их формы, размера, влажности, плотности, св-в пов-сти, по к-рой они перемещаются, характера движения (качение или скольжение), а также среды, в к-рой происходит разделение. Частицы могут перемещаться под действием силы тяжести (при движении по наклонной плоскости), центробежной силы (при движении по горизонтальной плоскости вращающегося диска) и в результате комбинирования сил. Для эффективного разделения этим методом необходима узкая классификация материала по размерам частиц. Обычно разделение по трению и форме применяют для ископаемого сырья с размером частиц 10-100 мм и осуществляют в устройствах с неподвижной (наклонные плоскости, винтовые сепараторы) и подвижной (барабанные, ленточные, дисковые, вибрационные сепараторы и грохоты) рабочей пов-стью.

РЕНТГЕНОСПЕКТРАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА. Рентгеноспектр ан-з-инструментальный метод элементного анализа,основанный на изучении спектра рентгеновск лучей прошедших сквозь образец или испущенных им (рентгенофлуоресцентный анализ). В основном, примен-ся рентгенофлуоресцентный анализ.Он основан на том,что при возбуждении у атома удаляются электроны из внутрен-х оболочек.Электроны из внешних оболочек перескакивают на вакантные места, высвобождая избыточную энергию в виде кванта рентгеновск диапазона или передавая ее другому электрону из внешних оболочек (оже-электрон).По энергиям и колич-ву испущенных квантов судят о количественном и качественном составе анализируемого вещ-ва.В качестве источников возбуждения примен-т рентгеновск излучение(первичное излуч-е)или электронный удар. Для анализа спектра вторичного излуч-я применяют либо дифракцию рентгеновск лучей на кристалле(волновая дисперсия),либо используют детекторы, чувствительные к энергии поглощенного кванта(энергетическ дисперсия)

ссс

СЕПАРАЦИЯ РУД И ГОРНЫХ ПОРОД. Сепарация (разделение) руд, горных пород и рыхлых отложений на фракции, обогащенные теми или иными минералами, а в идеальном случае, на мономинеральные.

Основные методы сепарации, основанные на различии физических и физико-химических свойствах минералов: 1) разделение минералов по плотности в тяжелых жидкостях; 2) по магнитным свойствам с помощью магнита и электромагнита; 3) электрохимическая 4) диэлектрическая 5) магнитогидро-статическая; б) гравитационное обогащение на концентрационном столе; 7) на винтовом сепараторе; 8) электрическая сепарация; 9) флотация и др. Реже используют различия по форме выделения минералов, коэффициента трения и способности электризоваться при трении [14].

Методы сепарации имеют большое значение при детальном изучении вещественного состава месторождений различных полезных ископаемых, особенно в связи со все возрастающими требованиями к комплексному их использованию.

При изучении вещественного состава сложных рудных объектов к сепарации прибегают для концентрирования присутствующих в малых количествах минералов в целях их обнаружения, диагностики и выделения мономинеральных фракций, необходимых для изучения химического состава минералов, их физических свойств и других особенностей. Полученный концентрат акцессорных минералов часто дополнительно разделяют на фракции (например, по магнитным свойствам), что облегчает последующий анализ с помощью бинокулярного и поляризационного микроскопов. На основе сепарации проводят, если это необходимо, и количественный минералогический анализ руды фракционно-весовым методом.

С помощью методов сепарации устанавливают, представлен ли тот или иной химический элемент только собственными минералами или он частично (а иногда и полностью) связан с другими минералами-носителями, а также изучают количественно его распределение между минералами.

СОСТАВНЫЕ ЧАСТИ УГЛЕЙ. Витрен («стеклянный») представляет собой однородную блестящую разновидность углей с раковистым стекловатым изломом и вертикальными трещинами.

Твердый (по шкале имеет твердость — 2), хрупкий, плотность средняя, цвет черный, черта у всех витренов черная, за исключением витренов менее зрелых каменных углей (типа длиннопламенных), где черта тем­но-бурая.

Витрен обычно встречается в виде тонких, резко ограниченных линзочек и прослойков и сравнительно легко отделяется ножом или ланцетом в виде осколков, напоминающих битое стекло. В угольных пластах залегает в кларенах и дюренах в виде мелких линзочек мощностью от едва заметных штриховатых до 1— 3 см и очень редко более.

Кларен («светлый, ясный») — полублестящий уголь, со­стоит из прозрачной гелифицированной основной массы. Кларен мягок, трещиноватость его меньше, чем у витрена. Удельный вес 1,29. Выход летучих несколько больше, чем у витрена. Содержание золы в кларене составляет около 1,2 % при соотношении Аl₂О₃: SiO₂ = 1,76. Кларен и витрен являются спекающейся частью угля в противоположность неспекающимся фюзену и дюрену.

Кларен содержит до 10 % стойких кутинизированных частей (споры, кутикула). Встречается мощными прослоями, а иногда слагает целые пласты, в которых наблюдается более или менее заметная слоистость и постепенный переход в матовый уголь.

Дюрен («твердый») — матовый уголь, отличается большей твердостью по сравнению с другими ингредиентами (твердость по шкале около 3), вязкостью и плотным однородным строением. Цвет и черта аналогичны цвету и черте витрена того же угля. Блеск матовый, либо слегка матово-жирный, излом зернистый или близкий к раковистому. Текстура зернистая (гомогенная), иногда со слабо выраженной слоистостью. Структура плотная.

Фюзен («вытянутый») — волокнистый уголь, в сравне­нии с другими ингредиентами менее твердый (твердость меньше 2), рыхлый (легко растирается в порошок пальцами), цвет серовато-черный или бархатисто-черный, черта черная, блеск шелковистый, излом и структура волокнистые.

По внешнему виду фюзен напоми­нает обычный древесный уголь. Под микроскопом в тонком шлифе фюзен непрозрачен и имеет сплошную клеточную структуру стеб­левых тканей растений, чаще всего клеток древесины. Стенки кле­ток черного цвета и не просвечивают, а их отверстия заполнены минеральными образованиями (кальцитом или пиритом).

В угольных пластах фюзен встречается в виде линзочек и при­мазок.

СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ. физический метод определения химич состава веществ,основанный на использовании спектров электромагнитного излучения, поглощения,отражения или люминесценции.В зависимости от того,определяется атомный или молекулярный состав,различают спектральный анализ атомный и молекулярный.Спектральн анализ подразделяется также на качественный и количественный.Первый проводится путём сравнения спектра образца со спектрами известных веществ.Второй основан на измерении интенсивности излучения(величины поглощения,отражения и т.д.)на длинах волн, принадлежащих определяемым атомам или молекулам,и последующем вычислении по их значениям концентраций.Среди методов спектральн анализа-атомно-абсорбционный анализ,атомно-флуоресцентный анализ, лазерный спектральный анализ,метод рентгеновской флуоресценции,атомный эмиссионный и др.Используют их в горном деле и геологии для установления хим состава горн пород,руд,мин-ов,технологических проб в процессе их обогащения и переработки,в геохимич исследованиях.атомный эмиссионный спектральн анализ примен-ся на всех стадиях поисковых и разведочных работ,при изучении мест-й,в минералогических исследованиях для определения свыше 70 эл-тов при содержаниях от 10-6-10-5% до десятка % с возможностью одновременного определ-я в каждой пробе до 40 элементов. Рентгеновская флуоресценция исп-ся для определ-я элементов (с атомным номером более 10)при концентрациях от 10-4% до десятков %, обладает высокой воспроизводимостью.В геологии нефтей при изучении их состава,исследовании мин-ов и шлифов,выяснении природы окраски и т.д.эффективно примен-ся молекулярный спектральн анализ

СХЕМА МИНЕРАЛОГИЧЕСКОГО АНАЛИЗА. а)регистрация и взвешивание пробы на технических весах; б)рассев на стандартном наборе сит, взвешивание всех классов; в)квартование мелкого класса; г)деление отквартованной навески или классов в тяжелых жидкостях; д)выделение из тяжелой фракции магнитных минералов(ручным магнитом); е)деление немагнитной части на электромагните с выделением нес-ких фракций (сильноэлектромагнитная,слабоэлектромагнитная и неэлектромагнитная);ж)взвешивание всех фракций;з)просмотр всех фракций под бинокулярной лупой,диагностика всех минералов и визуальная оценка их содержаний(%)в каждой фракции; и)пересчет содержаний на тяжелую фракцию,на шлих,на пробу(% или г/т); к)составление таблицы результатов анализа.Минералогич анализ по сравнению с другими видами исследования минерального сырья имеет ряд преимуществ: -высокую чувствительность при определении содержания тяжел мин-ов; -сохранение в ходе анализа исходного вещ-ва,исключающее перевод его в раствор,сжигание или сплавление,что позволяет при необходимости неоднократно возвращаться к его изучению; -установление в конечном результате минеральной формы полезн компонента,что,в свою очередь,определяет минимальное промышл-ое его содержание,выбор схемы обогащения и т.д.; -возможность получ-я ряда дополнительн характеристик мин-ов; -высок информативность.

ттт

ТИПИЗАЦИЯ ВИДОВ МИНЕРАЛОГИЧЕСКИХ АНАЛИЗОВ. Минералогическая группа ЦГЛ выполняет работы по полуколичественному минералогическому анализу карбонатных, силикатных, алюмосиликатных горных пород; алмазо-, золото-, серебро- и фосфорсодержащих, редкометальных (Ta, Nb) руд; по минералогическому анализу шлихов; по описанию шлифов, аншлифов.Согласно типизации минералогических анализов, принятыхНСОММИ, различают: - неполный;полный; детальный;по точности: полуколичественный;полуколичественный повышенной точности; количественный.

ууу

УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ. Ультразвуковое воздействие — весьма эффективный метод подготовки минералов и горных пород к минералогическому исследованию. Ультразвуковые колебания представляют собой упругие волны, распространяющиеся с определенной скоростью в газах, жидкостях, твердых телах [1]. При 15°С скорость распространения ультразвука (в м/с) в воздушной среде 331, в жидкостях 1490, а в твердых телах 5000 — 6000.

Ультразвуковое воздействие на минералы и горные породы применяется в подготовительной стадии исследования в условиях свободного перемешивания измельченной породы и зерен минералов в жидкости.

В процессе ультразвуковой очистки поверхности твердых частиц минералов, участвуют обыкновенные маленькие пузырьки, плавающие в жидкости еще до ее озвучивания. Чем больше пузырьков «оседает» на поверхности минерала, тем лучше она очищается. Механизм этого процесса состоит в том, что пузырек, попав в одну из многочисленных трещин на поверхности, начинает колебаться в такт с силами звукового поля: при расширении пузырек раздвигает стенки трещины, а при сжатии подвигается внутрь трещин все глубже и глубже. Так происходит отслоение, откалывание, отшелушивание поверхности (пленок с поверхности) минеральных частиц.

Ультразвуковая очистка поверхности минеральных зерен зависит от интенсивности, скорости и величины звукового излучения.

Ультразвук может быть использован для решения следующих задач:

1) улучшение диагностики минералов;

2) выделение тонкодисперсных минералов;

3) выделение мономинеральных фракций;

4) проведение избирательного диспергирования;

5) определение состава поверхностного слоя минералов;

6) разрушение сростков.

УПРУГИЕ СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД И МИНЕРАЛОВ. При изучении рудоносности различных пород часто наблюдаются явления, когда породы одного и того же состава характеризуются различным содержанием полезных компонентов или даже при одинаковом их количестве они по-разному ведут себя при процессах обогащения. Для понимания причин подобных явлений важно изучать упругие свойства горных пород.

Упругостью называется свойство сплошных сред сопротивляться изменению формы и размеров под действием внешних напряжений и восстанавливать первоначальную форму и размеры при снятии напряжений без остаточных деформаций.

Напряжение— это нагрузка, отнесенная к единице площади.

Приложение напряжения к элементарному объему тела вызывает деформацию. Деформация – это величина удлинения при растяжении или укорочения при сжатии, отнесенная к первоначальной длине.

Следует четко подразделять жесткость и прочность материала. Жесткость показывает на сколько податлив материал, а прочность характеризуется напряжением, необходимым, для того, чтобы этот материал разрушить.

Горные породы вследствие своей анизотропности характеризуются сложной зависимостью между напряжением и деформацией.

ффф

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА УГЛЕЙ. В понятие «физические свойства углей» входят: цвет, блеск, удельный вес, плотность (или рыхлость), твердость (или мягкость), хрупкость (или вязкость), излом и др. Отдельность, макроструктуру и видимую текстуру угля также можно рассматривать как физическое свойство.

Цвет. Как правило, цвет углей от бурого и темно-серого до черного. Бурый цвет, или оттенок, зависит от низкой степени углефикации угля и является характерным для бурых углей и сапропелитов. Каменные угли имеют черный или темно-серый цвет. Антрациты — темно-серый или серый. Различаются угли и по цвету черты, оставляемой на фарфоровой пластинке, а именно: бурые угли дают бурую черту, каменные — коричневато-черную или темно-серую и черную черту, антрацит оставляет черную черту.

Блеск. Блеск является одним из самых характерных свойств углей. Различают оттенки блеска: смолистый (жирный), стеклян­ный, алмазный и шелковистый. Смолистый блеск у кларена, стек­лянный у витрена, шелковистый у фюзена, матовый у дюрена. Блеск угля усиливается по мере увеличения степени углефикации, т. е. от бурых углей к каменным и далее к антрацитам.

Удельный вес. Удельный вес углей изменяется довольно заметно.Он зависит от петрографического состава, степени обуглероживания (угле­фикации), количества и характера минеральных примесей, коли­чества влаги и, наконец, от природы углей. Средний удельный вес (для углей одинаковой средней зольно­сти) зависит от петрографического состава, количества влаги, степени метаморфизма. У бурых углей он равен 0,8 — 1,25, у ка­менных — 1,26 — 1,35, у антрацитов — 1,36 — 1,50 до 1,65 (повы­шается почти вдвое от бурых углей к антрациту).

Плотность. Плотностью (или рыхлостью) углей называется от­ношение их массы к объему. Она зависит главным образом от степе­ни углефикации и от петрографического состава углей. От торфа к антрациту плотность непрерывно возрастает.

Твердость. По шкале Мооса твердость углей находится в преде­лах 1—2 и повышается со степенью углефикации. Наименьшая микротвердость у углей марок ПЖ и К.

Хрупкость. Определяется по степени их сопротивления раздав­ливанию, истиранию и удару. Наиболее хрупкими являются угли фюзеновые, далее следуют витреновые и клареновые и наибо­лее стойкими являются дюреновые угли.

Хрупкость углей связана со степенью метаморфизма. Наиболее хрупкими являются коксовые угли, а от антрацитов к газовым углям хрупкость понижается.

Излом. Изломом вызывается форма поверхности, получаемая в результате раскалывания угля вне плоскостей напластования. Для угля характерны следующие изломы: раковистый, землистый, волокнистый, листоватый, занозистый, зернистый и неровный. Раковистый излом присущ сапропелевым углям, некоторым блестящим гумусовым углям, иногда антрацитам; зернистый (крупно- и мелкозернистый) наблюдается у каменных углей и антрацитов, землистый и неровный излом встречается у бурых углей.

Структура (строение) угля тесно связана с его вещественным составом и характеризует изменения однородности угля,зависящиеот величин слагающих уголь частиц и от их формы.

Различают лигнитовую структуру бурых углей, сохра­няющую ясно видимое древесное строение.

Листоватая структура присуща кутикуловому «бумажному» углю Подмосковного бассейна и «рогожке» барзасских углей.

Волокнистая структура в виде вытянутых в одном направлении волокон отличает волокнистый уголь (фюзен).

Полосчатая структура представляет собой че­редование полосок матового и блестящего угля. Эта структура встречается среди каменных и бурых углей.

Штриховатая структура характеризует неод­нородные угли, содержащие, кроме основных составляющих угля, мелкие штрихи, тонкие полосочки другого какого-нибудь ингре­диента, например фюзена или витрена, которые хорошо прослежи­ваются по вертикальному разрезу образца.

Однородная структура представлена материа­лом из одного ингредиента без явных включений каких-либо дру­гих составляющих угля.

Текстура (сложение) угля определяет характер пространствен­ного расположения и распределения в нем составных частей, вне зависимости от их формы. Сложение угля связано с его веществен­ным составом. Слоистость — признак, определяющий текстуру.

Слоистая текстура угля связана с неравномер­ностью в отношении угольного вещества и с изменением условий отложения (сложные пласты), вследствие чего произошла замена растительного материала угля минеральными отложениями в боль­шем или меньшем количестве.

Массивная текстура наблюдается у плотных ма­товых сапропелевых углей, а также у полубохгедов. Массивное сложение объясняется наличием одно­родных условий образования угля.

Зернистая текстура угля принадлежит матовым углям. Зернистость матового угля мелкая.

Землистая текстура присуща рыхлым бурым углям. Эти угли представлены порошкообразной массой, в которой наблюдаются отдельные куски угля, сохранившие древесное строение (лигниты) и включения пирита. Землистая текстура встре­чается также среди гумусовых сажистых окисленных углей, где наблюдается также плитчатая текстура, образо­вавшаяся в результате вторичных воздействий на уголь.

ФЛОТАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ СЕПАРАЦИИ. Флотация — один из методов обогащения полезных ископаемых, который основан на различии способности минералов удерживаться на межфазовой поверхности, обусловленный различием в удельных поверхностных энергиях. Гидрофобные (плохо смачиваемые водой) частицы минералов избирательно закрепляются на границе раздела фаз, обычно газа и воды, и отделяются от гидрофильных (хорошо смачиваемых водой) частиц. При флотации пузырьки газа или капли масла прилипают к плохо смачиваемым водой частицам и поднимают их к поверхности. Флотация применяется также для очистки воды от органических веществ и твёрдых взвесей, разделения смесей, ускорения отстаивания в химической, нефтеперерабатывающей, пищевой и др. отраслях промышленности.

В зависимости от характера и способа образования межфазных границ (вода — масло — газ), на которых происходит закрепление разделяемых компонентов различают несколько видов флотации.

Масляная флотация. При перемешивании измельченной руды с маслом и водой сульфидные минералы избирательно смачиваются маслом и всплывают вместе с ним на поверхность воды, а порода (кварц, полевые шпаты) осаждается.

Пленочная. Способность гидрофобных минеральных частиц удерживаться на поверхности воды, в то время как гидрофильные тонут в ней.

Пенная — при которой через смесь частиц с водой пропускают мелкие пузырьки воздуха, частицы определённых минералов собираются на поверхности раздела фаз «воздух-жидкость», прилипают к пузырькам воздуха и выносятся с ними на поверхность в составе трехфазной пены (с добавлением пенообразователя, который регулирует устойчивость пены). Пену в дальнейшем сгущают и фильтруют. В качестве жидкости чаще всего используется вода, реже насыщенные растворы солей (разделение солей, входящих в состав калийных руд) или расплавы (обогащение серы).

Дата добавления: 2015-04-24