Текстурно-структурная характеристика минерального сырья

21.09.2020

Одним из важнейших признаков минерального сырья, оказывающих решающее влияние на его обогатимость, является строение рудного минерального вещества, основные черты которого характеризуются текстурой и структурой.

Текстура руд — это совокупность признаков строения руды, определяющих форму, размер, взаимную ориентировку и состав минеральных агрегатов, слагающих рудный материал. Под минеральным агрегатом принято понимать характерные сростки зерен или коллоидных частиц минералов определенной парагенетической минеральной ассоциации. Парагенетическая минеральная ассоциация — это группа минералов, образовавшихся совместно, одновременно или близко-одновременно в равновесных физикохимических условиях. При обогащении руд первостепенное значение имеет сочетание признаков, отражающих размеры, морфологические особенности и характер распределения в пространстве минеральных агрегатов. Например, для руд слоистой текстуры к таким признакам относят мощность и протяженность рудных и безрудных прослоев; для руд вкрапленной и пятнистой текстур — размеры и форму вкрапленников или пятен, частоту их распространения; для редкометалльных руд блоковой или гнездовой текстуры — размеры и форму блоков, их состав, концентрацию полезных минералов в блоках, гнездах и промежуточном пространстве. Важный количественный параметр текстуры в технологической минералогии — объем без-рудных, «пустых» интервалов в рудной массе.

Характеристика текстуры руды определяется морфогенетическими особенностями слагающих текстуру минеральных агрегатов:

формой, размерами, минеральным составом, способом образования и последующими изменениями.

По форме выделений минеральные агрегаты подразделяют на три группы: удлиненные, округлые и агрегаты неправильной формы. Минеральные агрегаты удлиненной формы развиты преимущественно в одном или двух направлениях. Они представляют собой прослойки, полосы, ленты, линзы, прожилки, струйчатые выделения и т.д. Образуются эти текстуры в процессе ликвации или кристаллизационной дифференциации в изверженных горных породах, в ходе метасоматических процессов, при заполнении трещин и полостей во вмещающих породах, а также в ходе седиментации в месторождениях осадочного происхождения. Округлая форма минеральных агрегатов проявляется в виде конкреций, секреций, оолитов, рудной гальки в конгломератах и пр. Минеральные агрегаты неправильной формы встречаются наиболее часто. Морфологические особенности их весьма разнообразны. К ним могут быть отнесены вкрапленность, пятна и гнезда рудных минералов в изверженных и метаморфических горных породах, корки, натеки, друзы, каемки, дендриты, сетчатые выделения рудообразующих минералов во вмещающих породах и в самих рудах; рудный цемент в тектонических брекчиях и песчаниках.

Размеры минеральных агрегатов могут варьироваться от долей до нескольких сантиметров. По размерам минеральных агрегатов выделяют рудные макро- и микротекстуры (табл. 2.41).

Минеральные агрегаты слагаются из рудных и нерудных минералов одного или нескольких минеральных видов. В природе наиболее широко распространены полиминеральные агрегаты. Реже встречаются мономинеральные агрегаты, представленные сростками зерен одного минерального вида.

Главный фактор, определяющий морфогенетический текстурный тип руд, — способ образования минеральных агрегатов, или их генезис. Минеральные агрегаты, сформировавшиеся на ранних этапах становления месторождений полезных ископаемых, при кристаллизации минералов из рудоносных расплавов или растворов, сочетаясь между собой, образуют генетическую группу первичных текстур. Более поздние процессы, связанные с перекристаллизацией ранее выделившихся минералов, их дроблением под воздействием тектонических напряжений, растворением и перераспределением в пространстве, приводят к формированию вторичных текстур. На практике обычно приходится сталкиваться с совмещением на одном и том же месторождении первичных и вторичных текстур, но при преобладании какого-либо главного типа.

Своеобразные вторичные текстуры образуются в результате выветривания руд. При этом механическое разрушение рудного материала приводит к его дезинтеграции и формированию обломков все более мелких размеров вплоть до мелкозернистых песков, а химическое выветривание — к выщелачиванию из руды одних минералов и сохранению других, более устойчивых, с образованием пористых, ячеистых, кавернозных и подобных им текстур.

Структура руд — совокупность признаков, характеризующих строение минеральных агрегатов, слагающих рудный материал.

Каждый минеральный агрегат состоит из совокупности минеральных зерен (или минеральных индивидов). Индивид согласно Д.П. Григорьеву — это образовавшееся в природе обособление однородного химического вещества, физически отделенное от других естественными поверхностями раздела. Индивидом являются как природный кристалл, ограниченный кристаллическими гранями, так и каждое минеральное зерно или другое однородное выделение, отделенное от соседнего поверхностями соприкосновения. Коллоидные агрегаты (скопления гётита, опала, хризоколлы, псиломелана, пирита и др.) сложены однородными выделениями, состоящими из скрытокристаллических и рентгеноаморфных частиц. Строение минеральных агрегатов обусловлено формой, размерами и типами срастаний отдельных минералов, их удельной поверхностью, количеством и размером включений посторонних минеральных фаз в кристаллических или аморфных выделениях минералов.

В технологической минералогии к наиболее важным количественным параметрам, характеризующим структуру руд, относят гранулометрический состав, морфологию и удельную поверхность соответствующей минеральной фазы. Размеры и геометрические формы минеральных зерен определяют необходимую крупность измельчения руды для оптимального раскрытия сростков минералов. Знание удельной поверхности основного рудного минерала позволяет прогнозировать качество концентрата обогащения при заданной крупности измельчения руды.

Структурные признаки руды, как и ее текстура, обусловлены генетическими особенностями формирования месторождения и конкретного типа руд: условиями выделения, кристаллизации и преобразования минералов. В зависимости от характера процесса рудообразования, скорости кристаллизации минералов, концентрации компонентов в рудообразующей среде, температуры, давления, газонасыщения в системе размеры зерен минералов могут быть как очень крупными, так и весьма мелкими, вплоть до коллоидно-дисперсных.

Главнейшими формами минеральных зерен являются идиоморфная, аллотриоморфная, гипидиоморфная, а также обломочная. Минералы могут быть представлены коллоидными образованиями, эмульсионной вкрапленностью и кластическим материалом: обломками, осколками, глинкой трения.

Идиоморфными называют зерна с очертаниями, характерными для кристаллографически ограненных выделений данного минерала, образовавшихся при кристаллизации из расплава или раствора. В случае формирования правильных кристаллов минералов в ходе перекристаллизации ранее выделившихся минеральных фаз их форму называют идиобластовой (идиобластической). К амотриаморфным или ксенаморфным (ксенобластовым для метаморфических процессов) относятся зерна, форма которых полностью определяется конфигурацией соприкасающихся с ними других минералов. Минеральные зерна, в очертаниях которых лишь частично проявлены их естественные кристаллографические формы, называются гипидиоморфными (гипидиоморфнобластическими в метаморфогенных рудах).

При участии в процессах рудообразования коллоидных систем отдельные минералы нередко выделяются в виде скоплений неправильной формы, образуют участки со сферическим, скорлуповатым или концентрически-зональным строением, формируют сложные натечные агрегаты колломорфного строения.

В результате катаклаза (дробления и смятия) руд под воздействием тектонических напряжений и подвижек минералы в зависимости от их механической прочности могут измельчаться до осколков различного размера или истираться до тонкодисперсного состояния, образуя глинку трения.

Морфологические особенности минеральных зерен, образующихся в результате химического и физического выветривания руд и горных пород, определяются как исходной формой соответствующих минералов, так и их химической и физической (механической) устойчивостью. Они могут сохранять очертания минералов исходной руды, приобретать округлые сглаженные формы в случае длительной транспортировки водными потоками, особенно при низкой абразивной устойчивости минерала, наконец, могут химически и физически разрушаться, уменьшаясь в размерах, приобретая неправильную форму с границами извилистых очертаний. Минеральные зерна, скатанные или сглаженные в процессе перемещения поверхностными агентами (водные потоки, морской прибой, ледниковые перемещения, воздушный перенос), называют обломками, а их рыхлые агрегаты — песками.

Образование минералов и минеральных агрегатов определенной структуры связано с первичными и вторичными (наложенными) процессами минералообразования. Соответственно и морфогенетические типы любых структур подразделяют на первичные и вторичные. Первичные структуры минеральных агрегатов формируются в процессе кристаллизации минералов из расплавов или растворов. В дальнейшем руды подвергаются преобразованию в ходе метасоматического замещения или собирательной перекристаллизации, нередко приводящей к укрупнению минеральных зерен и к изменению их первичной формы. В этом случае отмечают образование метакристаллов или метазерен. Глубокое преобразование руды при перекристаллизации под влиянием резко изменившихся термодинамических условий называют бластез, а образующиеся при этом зерна минералов — бластокристаллами или бластозернами. В процессе раскристаллизации коллоидов (гелей) и при распаде твердых растворов минералов образуются сложные, как правило, мелко- и микрозернистые структуры с тонкими срастаниями минеральных фаз.

В рудах выделяются два класса границ срастания: гомофазная, отделяющая разные зерна одного минерального вида, и гетерофазная, разделяющая два разных минерала. Прочность гомофазной границы определяется в основном степенью разориентации контактирующих кристаллических поверхностей, оцениваемой углом разориентации 6. Прочность связи между зернами на границе срастания зависит от наличия примесей (сегрегаций) в зоне контакта зерен и от состава этих примесей. Прочность гетерофазных границ определяется в первую очередь электрическими свойствами контактирующих минералов.

Контакт зерен по гомо- и гетерофазной границе срастания минералов приводит к перераспределению электронов и переносу их через границу, возникновению контактной разности потенциалов и электрических полей, образованию новых валентных связей. Контактные явления на межфазной границе определяются электропроводностью минералов: диэлектриков (Д), полупроводников (П) или металлов (M), их диэлектрической проницаемостью е и сродством к электрону, работой выхода электрона У, типом проводимости, концентрацией носителей заряда и шириной запрещенной зоны. В табл. 2.42 приведена классификация границ срастания минералов по типам структурных особенностей контактирующих фаз и прочностным характеристикам срастаний.


Деление гомофазных границ на мало-, средне- и большеугловые отражает реальные свойства их структур, определяемые нарушениями периодичности кристаллической решетки в зоне контакта. Малоугольные границы имеют дислокационную природу и являются границами двойников и блоков (субзерен). Они расположены в объеме зерна-монокристалла и делят его на структурные элементы, разориентированные друг относительно друга на малый угол (0 < 5°). При увеличении угла разориентировки происходит слияние образующих границу субзерен дислокаций, и малоугловые границы переходят в средне- и большеугловые, которые уже являются типичными межзерновыми границами в поликристаллических агрегатах.

Характерная особенность гомофазных границ между одноименными минералами — наличие общих атомов, через которые зерна как бы прирастают друг к другу, обеспечивая тем самым высокую прочность связи на границе. Однако эта связь все же остается значительно менее прочной, чем межатомные связи внутри кристаллической структуры минерала.

Число дефектов на границе контакта увеличивается при увеличении угла разориентировки кристаллической структуры контактирующих зерен. Поэтому при разрушении поликристаллов раскрываются в первую очередь большеугловые границы срастаний, которые обычно дополнительно трассируются микротрещинами, вдоль которых наблюдается сегрегация примесей, что еще больше снижает прочность срастаний. Определенный вклад в измельчаемость минералов могут вносить границы субзерен и плоскости двойникования, являющиеся местами зарождения микротрещин при пересечении этих границ дислокациями.

Из гетерофазных границ срастания в рудах наиболее часто встречаются нерегулярные, эпитаксиальные и сегрегационные. Диффузионные границы характерны для срастаний минералов из зон контактного метасоматоза и некоторых метаморфических пород. Они выделяются в термодинамически неравновесных условиях при наличии диффузионного перемещения элементов вдоль границ зерен соприкасающихся минералов. На гетерофазных границах между минералами рудными и вмещающих пород наиболее распространен контакт Д-П. Контакты П-П, М-П и M-M характерны для границ между рудными, а контакты Д-Д — между нерудными минералами. В случае гетерофазных границ перенос заряда через контакт приводит к возникновению в приповерхностных слоях контактирующих кристаллитов области пространственного заряда (ОПЗ) и электрических полей значительной напряженности. Также изменяется энергетическое состояние электронов в этой области, что влияет на искривление энергетических зон и возникновение поверхностного заряда на границе контакта. Этот заряд активно участвует в образовании связи между минеральными зернами. Для гетерофазных границ прочность связи зарядов на контакте зерен минералов в значительной степени определяется диэлектрической проницаемостью е, так как энергия электростатического поля заряженных частиц, а следовательно, и энергия их связи обратно пропорциональны эффективной диэлектрической проницаемости вещества. В металлах и полупроводниках с высокой проводимостью диэлектрическая проницаемость е очень высока, поэтому электростатическое поле любого внешнего заряда в них экранируется на расстояниях меньших, чем расстояния между атомами. Поэтому в большинстве случаев при контакте минералов-диэлектриков с минералами-полупроводниками их связь на границе срастаний оказывается слабой. Наиболее прочная связь возникает на контактах Д-Д, П-П, M-M, а также Д-П в случае низких диэлектрических проницаемостей контактирующих минералов (е < 20). Связь между зернами ослабевает, если один из контактирующих минералов имеет е больше 30. Низкая прочность связи на контакте Д-П приводит к тому, что такие минералы при выветривании руд часто образуют россыпи (если они дополнительно обладают высокой химической и абразивной устойчивостью).

Данные, показывающие значимость текстур и структур полезных ископаемых для их обогащения, приведены в табл. 2.43—2.47.


Основными задачами при исследовании текстурно-структурных параметров руд являются:

- выявление минеральных агрегатов, особенностей их форм и размеров, определение морфологических типов макро- и микротекстур и отнесение выявленных текстур к соответствующим видам и типам принятой классификации с помощью определителя;

- определение генетических групп текстур, выявление особенностей форм и размеров минералов морфологических и генетических типов минеральных зерен, определение морфологических типов структур и их генетических групп, отнесение выявленных структур к соответствующим видам и типам принятой классификации с помощью определителя;

- определение типоморфных (типогенных) минералов; изучение физических свойств минералов (цвета, отражения, микротвердости, магнитности и других), характеризующих типоморфизм минералов парагенетических минеральных агрегатов; определение особенностей химического состава (элементов-примесей) и взаимосвязей химических элементов-хозяев и элементов-примесей в кристаллической решетке минералов; определение степени развития кристаллических форм минеральных выделений и особенностей их внутренней структуры и вторичных структур;

- изучение гранулометрического состава минералов и размеров минеральных агрегатов, их удельной поверхности и морфометрических характеристик.

Изучение текстуры руды производится при геологическом описании ее на характерных штуфах или участках керна разведочных скважин. Измерения выполняются линейкой. В рудах со слоистой текстурой измеряют нормальные или истинные мощности слоев, с вкрапленной — размеры вкрапленников или участков, не содержащих рудные минералы.

Наиболее представительные данные о текстурных особенностях технологических проб могут быть получены, если будут измерены все образцы, входящие в пробу, что возможно только для небольших (20—40 кг) лабораторных проб кусковатого материала (размер кусков 50—70 мм).

Для получения надежных статистических данных общее число единичных измерений должно составлять не менее 300 для одной разновидности руды.

Ниже приведены число штуфов (образцов), которые необходимо измерить по технологической пробе для различных размерных типов текстур и которые зависят от размера текстурного элемента:

Данные измерений текстуры обобщают по следующим классам крупности, мм: +25; 25—10; 10—5; 5—3; 3—1; -1. Размеры текстурных элементов, соответствующие границам между классами, относят к меньшему классу.

Правильность определения текстурных элементов и параметров текстуры в целом контролируют повторными измерениями текстурных элементов в контрольных образцах. Суммарная мощность текстурных элементов в контрольных образцах должна составлять 3—5 % суммы выполненных измерений по разновидности руды или технологической пробе в целом. Относительные отклонения суммарных измерений по одним и тем же образцам не должны превышать 10 %.


Структурные характеристики руды определяют путем изучения рисунка, выявляющегося на поверхности приполированных образцов (штуфов) руды, наблюдения микроструктуры, а также структурных особенностей руды в полированных (или прозрачных) шлифах под микроскопом и сопоставления этих картин с типовыми текстурами и структурами, приведенными в соответствующих справочниках и атласах.

Для изучения структуры руд визуальным способом используют рудные микроскопы (МИН-9, МИМ-8М, МИМ-7, Полам-311, АМ-ПЛИВАЛ, НУ-2е, ЙЕНА-ПОЛ, НЕОФОТ-2) и другие с комплектующими их препаратоводителями.

В плоскости шлифа намечают три параллельные линии. При наличии слоистости линии проводят перпендикулярно к ней. Одну линию проводят в середине шлифа, две другие — на равном расстоянии от средней линии. Расстояние, на котором их проводят, должно в 3—4 раза превышать размер максимальных сечений зерен. Для установки линий измерения и соблюдения их в процессе измерения фиксируется поворотом столика микроскопа. По выбранным линиям измеряют сечения рудных и нерудных выделений и относят их к соответствующим общепринятым размерным классам (< 0,2; 0,1-0,2; 0,074—0,1; 0,045—0,074; 0,03—0,045; 0,03 мм). В классе < 0,2 мм необходимо фиксировать размеры всех сечений. Сечения, размеры которых соответствуют границе между классами, относят к нижнему размерному классу. Фиксировать результаты измерений сечений по размерным классам можно по счетной части прибора «Эльтинор» или другому многоканальному счетчику с ручным приводом.



Для расчета объемного содержания рудных выделений по классам рассчитывают суммарную длину по каждому интервалу умножением числа подсчитанных сечений на среднее значение по классу. Объемная доля классов (%) определяется как отношение суммарной длины сечений по каждому классу к суммарной длине по всем классам.

Контроль выполненных измерений производится повторным измерением 1—2 шлифов. Если отклонения средних значений сечения по шлифам < 10 %, то анализ считается удовлетворительным. В случае больших отклонений измерения повторяют.

Наиболее эффективным методом оптико-геометрического структурного анализа является автоматический сканирующий анализ с помощью анализаторов изображений, снабженных ЭВМ: «Протва» и «Свит» (Россия), «Периколор» (Франция), «Ибас» (Германия), «Маджискан-2» и «Маджискан-2А» (Великобритания).

При исследовании оптических препаратов автоматическими анализаторами изображений возможно получить количественные гранулометрические характеристики зерен минералов: их удельные поверхности, форму, длину и ширину, периметры и тд. На основе регистрации различий в оптических и геометрических свойствах минералов в данных системах одновременно осуществляется фазовый анализ. Все характеристики обрабатывают статистически и выдают в виде гистограмм, статистических параметров и таблиц. Важными текстурно-структурными характеристиками руд являются степень вскрытия и вкрапленность минералов. Под раскрытием руд или вскрытием минералов понимается процесс высвобождения их из руд в чистом виде, в результате образуется подготовленная для разделения механическая смесь минеральных частиц. Степень раскрытия руд или вскрытия минералов представляет собой отношение содержания контролируемого минерала, находящегося в измельченной руде или продуктах обогащения в свободном состоянии (в виде изолированных частиц), к общему его содержанию в руде или продуктах обогащения. Степень вскрытия минералов используется для выбора оптимальной крупности дробления и измельчения руд, а также оценки эффективности применяемых процессов обогащения. Определение степени раскрытия руд в общем случае сводится к определению доли вскрытых минералов в измельченной руде или доли сростков и соотношения в них рудных и нерудных минералов.

В руде, которая до измельчения представляет собой две нераскрытые фазы (рудную рр и нерудную рн), в процессе дробления или измельчения образуются три компонента: вскрытые рудные частицы, сростки рудных и нерудных минералов и вскрытые нерудные частицы, доли которых в руде обозначим через р, с и н соответственно. Равенство компонентов руды до и после измельчения может быть записано в виде выражения рр+рн = р + с + н, а балансовые уравнения будут иметь вид:
Текстурно-структурная характеристика минерального сырья

где Pс.р. — содержание рудного минерала в сростках, доля ед.; рс.н. — содержание нерудного минерала в сростках, доля ед.

Математически степень раскрытия руды или вскрытия минерала определяется безразмерным коэффициентом

где рв — содержание рудного минерала во вскрытых его частицах, доля ед.; рн — содержание рудного минерала в исходной руде или продуктах обогащения, доля ед.

Степень раскрытия руд контролируют по рудным и нерудным минералам. Однако использовать степень вскрытия нерудных минералов для оценки процессов раскрытия и разделения предпочтительнее. Степень вскрытия нерудных минералов позволяет при обогащении вычислить показатели разделения на основе обычного уравнения баланса металлов, в то время как при оценке степени раскрытия руды по рудным минералам для этих целей требуется определение доли сростков или содержания в них рудной фазы, методы определения которых весьма трудоемки и ненадежны.

Разработаны и используются различные методы и приемы оценки раскрытия руды, учитывающие ее физико-химические свойства, размеры вкрапленности рудных минералов и т.д. К ним относятся визуально-макроскопический, микроскопический, гравитационно-оптический и разделительно-аналитический методы.

Визуально-макроскопический метод используется для продуктов, имеющих размер кусков от 5 до 150 мм, и пригоден для руд, свойства полезных минералов в которых надежно определяются макроскопическими методами минералогической диагностики (цвет, блеск, спайность, твердость и др.). Метод применяется для оценки раскрытия при дроблении, предварительной концентрации (сухая магнитная сепарация, радиометрическая сепарация).

При визуально-оптическом методе из рассеянных на узкие классы крупности проб отбирают частные пробы для определения раскрытия. Объем частных проб по наиболее крупным классам должен позволять подсчитать не менее 100 зерен (кусочков). В каждой частной пробе подсчитывают и определяют число вскрытых рудных зерен и сростков. В крупных вскрытых классах допускается до S % включений нерудных минералов. Для определения общей степени раскрытия руды отобранные раскрытые зерна и сростки взвешивают. Отношение массы раскрытых рудных зерен к общей массе рудного минерала в пробе и есть степень раскрытия руды. Данный метод характеризуется высокой относительной погрешностью, так как в крупных зернах и кусках трудно определить визуальными методами долю рудного минерала. Для повышения точности рекомендуется методами фазового анализа определять массовую долю рудного минерала в разобранных продуктах.

Микроскопический (оптический) метод используется при оценке степени раскрытия проб, имеющих крупность 0,04—5 мм. Для диагностики раскрытых зерен и сростков применяют петрографические методы. Для тонковкрапленных руд проводится диагностика в специально приготовленных полированных шлифах. Метод применяется для оценки степени раскрытия при измельчении и сепарации. Частные пробы на анализ отбираются из тщательно перемешанных узких классов крупности. Получению надежных данных удовлетворяет масса отобранной пробы, в которой находится 1000 зерен. Подсчитываются раскрытые рудные зерна и их сростки с нерудными минералами по каждому классу крупности. Для коллективных концентратов полиметаллических руд за раскрытые рудные зерна можно принимать сростки 2—3 выделяемых в концентрат рудных минералов. При необходимости ведется раздельный подсчет по каждому минералу, а сростки разделяют на богатые (рудного минерала 50 %) и бедные (рудного минерала < 25 %.

Под микроскопом в анализируемом поле подсчитывают относительную долю рудного минерала в свободных зернах и различных типах сростков; при этом раскрытые рудные зерна принимают за единицу, а в каждом сростке определяют долю рудного минерала в долях единицы. Препараты в полированных шлифах рекомендуется перемещать с помощью препарато-водителя. Результаты (в пределах каждого анализируемого поля) по под-счетным полям, видам сростков суммируют.

Микроскопический метод наиболее распространен. При использовании возможно применить автоматические анализаторы подсчета зерен. Для этого метода используют стереоскопические микроскопы МБС-2, МПС-2, поляризационные микроскопы отраженного и проходящего света Полам-213 и Полам-312 и других фирм. Для автоматического подсчета минеральных зерен наиболее приемлемы анализаторы «Маджискан» (Великобритания) и «Ибас» (Германия). Для расчета степени раскрытия руды можно использовать специальную программу (система ИБАС ОПТОН) или обработку на ЭВМ отдельных распечатанных полей измерений («Маджискан»).

Гравитационно-оптический метод определения степени вскрытия минералов чаще всего применяют для железных руд, но можно использовать для руд цветных и редких металлов, горно-химического сырья и флюсовых материалов. Истинная плотность рудных минералов при этом не должна превышать более чем на 25 % плотность жидкости Клеричи. Для диагностики минералов используют их плотности и петрографические признаки. Метод применяется для оценки процессов измельчения и разделения минералов. Он отличается повышенной точностью, так как оптический метод диагностики зерен под микроскопом или их срезов в антишлифах заменяется разделением их по плотности в тяжелых жидкостях и последующим контрольным просмотром под микроскопом. Последовательность и способ разделения (отстаивание или центрифугирование) выбирается в зависимости от плотности разделяемых частиц. При размере частиц 0,2 мм и разности между истинной плотностью жидкости и разделяемых минералов 1000 кг/м3 применяется отстаивание в делительных воронках или стаканах. При меньшей разности плотностей и крупности частиц < 0,2 мм применяется центрифугирование. Полученные легкие и тяжелые фракции просматривают под микроскопом с определением в них открытых зерен и сростков. Раскрытие во фракциях крупностью < 0,01 мм определяется графической экстраполяцией. Долю рудных и нерудных минералов в исходной пробе оценивают по данным фазового анализа.

Разделительно-аналитический метод основан на отделении рудных минералов от сопутствующих, не содержащих ценный компонент минералов, обогатительными методами с последующим фазовым или химическим анализом полученных продуктов. Этот метод наиболее эффективен для магнетитовых руд, являющихся двухкомпонентными системами и хорошо поддающихся магнитным способам разделения. Этот способ может быть успешно применен и для других двухкомпонентных руд, а также и многокомпонентного минерального сырья, если имеется возможность каким-либо способом отделить последовательно вскрытые рудные и нерудные зерна контролируемых минералов от их сростков с пустыми породами или сопутствующими минералами.

Вкрапленность минералов — основной фактор, определяющий успешную подготовку их к обогащению. К характеристикам вкрапленности относят удельную поверхность (или гранулометрический состав) вкраплений минералов, их вскрываемость или селективность раскрытия. На практике о вкрапленности чаще всего судят по крупности измельчения, при котором происходит раскрытие руды до заданной степени.

Вскрываемость — способность минерального сырья к раскрытию при дезинтеграции. Она в значительной степени определяется характером срастания минералов. Вместе с этим на вскрываемость существенно влияют физические свойства минералов и методы дезинтеграции, поскольку разрушение руды происходит не только по контактам срастания (интеркристаллитное разрушение), но и в большей мере непосредственно по минералам (транскристаллитное разрушение). Это связывает структурно-текстурные свойства сырья с процессами рудоподготовки и определяет вскрываемость как параметр технологической минералогии, который учитывает минералогическую характеристику в виде удельной поверхности, а рудо-подготовку — с крупностью или удельной поверхностью и способом дезинтеграции.

Коэффициент вскрываемости руды ф (доли ед.) представляет собой отношение удельной поверхности срастания Sс к общей удельной поверхности руды Sф, измельченной шаровым способом до крупности, обеспечивающей 95 %-ную степень ее вскрытия:

Селективность раскрытия руды характеризуется отношением интеркристаллитного и транскристаллитного разрушения при дезинтеграции минерального сырья, поскольку измельчение руд сопровождается разрушением как минеральных составляющих, так и контактов срастания минералов. При непосредственном разрушении минералов, находящихся в сростках, скорость их вскрытия прямо пропорциональна измельчаемости и доле минералов в руде. При разрушении по контактам срастания — обратно пропорциональна прочности связи минералов в сростках.

Анализ характера раскрытия тонковкрапленных руд при измельчении производится с помощью коэффициента интеркристаллитного измельчения V, представляющего собой отношение вновь образованной поверхности материала, полученной за счет разрушения контактов срастания минералов Sс, к общей вновь образованной поверхности Sобщ, полученной при измельчении за то же время:

Коэффициент интеркристаллитного разрушения определяют измерением удельной поверхности срастания исследуемого минерала до и после дезинтеграции материала:

где Sс1 и Sс2 — удельная поверхность срастания соответственно до и после дезинтеграции, м2/кг; S1 и S2 — общая удельная поверхность материала соответственно до и после дезинтеграции, м2/кг.

В общем, коэффициент интеркристаллитного разрушения представляет собой коэффициент вскрытия для рассматриваемого способа дезинтеграции при изменении крупности материала в пределах от 0 до Sф.

Раскрытие руды по минеральным составляющим производится при (ф = 0, так как разрушение сростков происходит только вследствие уменьшения объема составляющих их минералов. Площадь контактов срастания при этом не изменяется, а степень раскрытия повышается за счет отделения от рудного и нерудного материала зерен минералов, находящихся в сростках. Раскрытие руды по контактам срастания происходит при (ф = 1, что приводит к одновременному вскрытию зерен рудных и нерудных минералов. При смешанном раскрытии руды коэффициент интеркристаллитного измельчения изменяется от 0 до 1.

В первоначальный период разрушение руды происходит преимущественно по зонам, имеющим природные или приобретенные в процессах дробления дефекты. Часто расположение этих зон совпадает с контактами срастания минералов. Co снижением крупности вскрытие минералов осуществляется главным образом разрушением зерен и агрегатов, составляющих сростки, о чем свидетельствуют незначительные коэффициенты интеркристаллитного разрушения после первичного измельчения, которые со снижением крупности уменьшаются. Однако при тонком измельчении процесс интеркристаллитного разрушения практически исчезает.

Минералогическая характеристика исходного материала технологической пробы выдается в форме исследовательского отчета, в котором последовательно излагаются результаты всех этапов и видов минералогических исследований. В нем приводится паспортная информация с данными о времени, месте отбора пробы, ее массе, представительности и т.д. Вначале излагают макрохарактеристику руды с выделением типов (сортов, разновидностей), представляющих текстурно-структурные особенности, минеральные образования, особенности распределения в руде ценных минералов, прочностные свойства (плотность, пористость, трещиноватость). По микроскопическому изучению шлифов и аншлифов кускового материала приводят качественный минеральный состав изучаемой пробы с выделением рудных и нерудных, главных (по содержанию) и второстепенных, первичных и вторичных, и других групп минералов. Для составляющих руду минералов отмечают их разные генерации, которые обычно различаются особенностями состава, примесями и морфологией. Эту часть отчета завершают табличные данные о количественном содержании основных минералов в пробе, гранулометрическом составе и удельной поверхности их вкраплений.

Описание (характеристика) рудных (полезных) и породообразующих минералов приводится раздельно. Для каждого рудного минерала сообщают подробные сведения о морфологии зерен с указанием характера границ и типов срастаний с другими минералами. Особое внимание обращается на наличие срастаний минералов, которые отрицательно сказываются на результатах разделения: тонкая эмульсионная вкрапленность одной минеральной фазы в другой, структуры распада твердых растворов либо разложения сложных минералов на простые составляющие, коррозионное замещение (с тонким взаимным прорастанием) одних минералов другими и т.д. Эти данные должны сопровождаться указанием размерных характеристик минеральных индивидов в сростках и приведением соответствующего иллюстративного материала (микрофотографий). Подобная информация позволяет объяснить снижение селективности разделения минералов традиционными процессами обогащения и обосновать усложнение схемы для успешного решения этой проблемы.

Полный и количественный минералогический анализ технологических проб дополняется табличным и графическим материалом, показывающим количественную взаимосвязь ценных минералов с нерудными и другими рудными минералами; данными микрозондовых определений химического состава ценных (извлекаемых из руды) минералов, а также сопутствующих минералов на предмет установления в них примесей ценных компонентов; детальными исследованиями различных физических свойств ценных (рудных) минералов — микротвердости, хрупкости, измельчаемости, флотируемости и т.д.

Составная часть минералогических исследований технологических проб — анализ продуктов обогащения, поскольку технологические испытания на обогатимость руды обычно проводят параллельно с изучением ее вещественного состава. По минералогическому анализу продуктов обогащения возможно путем накопления соответствующей информации корректировать технологический процесс или схему обогащения. При анализе продуктов разделения оценивается качество получаемых промежуточных и конечных концентратов (доля зерен ценного минерала, свободных и связанных в сростках либо в форме включений и вкрапленности в породе), устанавливается форма потерь полезных минералов в хвостах и т.д.

Особое внимание при анализе продуктов обогащения следует уделять характеристике сростков рудных и нерудных минералов.

По содержанию рудного минерала сростки подразделяют следующим образом:

По составу минералов сростки подразделяют на мономинеральные (и с включениями), биминеральные (двойные), полиминеральные (три и более минералов). По текстурным особенностям сростки характеризуются поверхностью границ срастания минералов, которая бывает: ровная, извилистая, бугристая, неровная, зазубренная, заливообразная, сложная.

Сростки, представляющие собой результат замещения (или окисления) рудного минерала, можно, в свою очередь, разделить на два типа: 1) сростки, в которых имеется замещение (или окисление) с сохранением рудного компонента (они представляют собой как бы полиминеральные агрегаты рудных минералов; при количественной оценке учитывается их суммарный объем); 2) сростки с полным замещением (или окислением) первичного минерала (такие образования рассматриваются как сростки рудных и нерудных минералов).

Долевое распределение различных типов рудных сростков можно оценить по их концентрации в определенные фракции плотности классифицированной руды. Например, сростки касситерита с породообразующими минералами из оловянной руды кварцево-жильного типа имеют различную плотность, кг/м3: богатые 4200—6900, рядовые и бедные 2900—4200, примазки и включения 2900 и менее.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2020
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна