Фракционирование минералов в тяжелых жидкостях

14.12.2016

Для отделения тяжелых минералов от кварца, полевых шпатов и различных других легких обломочных частиц, обычно количественно преобладающих в концентратах, эти последние подвергают разделению в тяжелых жидкостях на две основные фракции — легкую и тяжелую. Чаще всего для этой цели употребляется бромоформ с удельным весом около 2,9, вследствие чего и общепринятое разделение минералов по величине удельного веса на «легкие» и «тяжелые» основано на их поведении в бромоформе. Тяжелые минералы погружаются в бромоформе, легкие всплывают в нем.
Жидкости, а также тяжелые сплавы и суспензии употребляются и для более дробного фракционирования минералов, разделения их на группы с близкими значениями удельного веса, а в ряде случаев и для выделения мономинеральных фракций.
Полнота и скорость разделения концентратов зависят в основном от разницы между удельными весами минералов и жидкости и от вязкости последней. Существенное влияние на процесс фракционирования оказывают также размеры минеральных зерен; тонкозернистые смеси минералов, мало отличающихся друг от друга по удельному весу, иногда могут быть разделены только при помощи центрифугирования.
Тяжелые жидкости, употребляемые при фракционировании концентратов и шлихов, должны отвечать следующим требованиям: 1) жидкость должна быть химически стойкой и инертной по отношению к разделяемой пробе; 2) обладать малой вязкостью и быть прозрачной; 3) легко отделяться от разделяемой пробы путем растворения в других жидкостях или испарением; 4) должна быть безопасной для употребления.
Указанным требованиям в разной степени удовлетворяют следующие тяжелые жидкости, применяемые для фракционирования концентратов.
1. Бромоформ CНBr3. Легкоподвижная жидкость, бесцветная или бледно-желтая, прозрачная с резким сладковатым запахом. Удельный вес 2,9; у технического бромоформа иногда снижается до 2,8—2,75. Температура кристаллизации бромоформа +8,5° С, температура кипения на воздухе около 150° С. Растворителями являются этиловый спирт, бензол и эфир. Бромоформ летуч и ядовит, почему все работы с ним производятся под тягой.
2. Жидкость Туле K2HgJ4*nН2O. Прозрачная жидкость бледно-желтого или зеленовато-желтого цвета. Максимальный удельный вес 3,19; во всех пропорциях смешивается с водой, давая растворы с широким диапазоном плотности. Менее стойка, чем бромоформ, обладает большей вязкостью, разлагается металлами, органическими и некоторыми сернистыми соединениями. Сильно ядовита и раздражающе действует на кожу.
3. Йодистый метилен CH2J2. Светло-желтая легкоподвижная жидкость, имеющая температуру кипения (при нормальном давлении) около 180° С и замерзающая при 5° С. Удельный вес 3,33—3,34 при 5° С (3,31 при 20° С), у технического йодистого метилена 3,25—3,30. На свету разлагается с выделением йода и темнеет. Восстанавливается стружкой латуни или бронзы. Ядовит. Менее вязок, чем бромоформ, вследствие чего находит широкое применение при разделении тонкозернистых минеральных смесей. Растворяется в бензоле, толуоле, ксилоле, эфире, частично в этиловом спирте.
4. Четырехбромистый ацетилен (тетрабромэтан) C2H2Br4. Бесцветная, иногда желтоватая жидкость с удельным весом 2,97—3,00. Более вязок, чем йодистый метилен и бромоформ. Температура кипения около 151° С, замерзания около 0°С. Растворяется в эфире, бензоле, ацетоне.
5. Жидкость Сушинa-Popбаха HgBaJ4*nН2О. Красновато-коричневая вязкая жидкость с максимальной плотностью 3,58. Нестойка на свету, разлагается в присутствии сульфидов, металлов и органических соединений. Ядовита. Растворяется в водном растворе йодистого калия, частично в этиловом спирте.
6. Жидкость Клейна (водный раствор боровольфрамового кадмия) WgB2Cd2O30(OH)4I6H2O. Прозрачная легкоподвижная жидкость бледно-желтого цвета с удельным весом около 3,6. Растворяется в горячей воде. На свету медленно разлагается. Реагирует с карбонатами, металлами, некоторыми сульфидами.
7. Жидкость Клеричи (водный раствор двойной соли малоновокислого и муравьиново-кислого таллия) CH2(COO)2Tl2HCOOTl*nH2O, Бледно-окрашенная коричневато-желтая жидкость, весьма подвижная, с максимальным удельным весом 4,25—4,27 (при 20° С). Разбавляется водой во всех пропорциях. Жидкость химически стойка и не реагирует с большинством минералов, встречающихся в россыпях.
Тяжелые жидкости, растворяющиеся в воде или в слабом водном растворе йодистого калия, удобны тем, что позволяют получать жидкости с большим диапазоном плотностей. О плотности получающихся растворов можно судить по светопреломлению жидкостей, изменяющемуся линейно в зависимости от количества растворителя (табл. 5).
Фракционирование минералов в тяжелых жидкостях

В качестве заменителей тяжелых жидкостей при эксплуатационной разведке россыпей некоторых полезных ископаемых иногда применяют суспензии, представляющие собой диспергированные в воде соединения тех или иных металлов. Наиболее распространенными среди них являются суспензии на основе барита и глета (удельный вес 3,2—4,0) и ферросилиция (удельный вес 2,75—3,2).
Разделение концентратов в тяжелых жидкостях производят двумя разными методами: статическим с применением делительных воронок различной конструкции или просто в стаканчиках, фарфоровых тиглях и чашках и динамическим методом, при помощи центрифугирования.
При фракционировании в делительных воронках сосуд до половины наполняют тяжелой жидкостью, высыпают пробу и тщательно перемешивают стеклянной палочкой. Затем доливают жидкость, смывая зерна, прилипшие при высыпании пробы к стенкам воронки, закрывают последнюю притертой пробкой и дают отстояться. После окончания разделения тяжелую фракцию, скопившуюся в нижней части воронки, осторожно выпускают через отверстие притертого крана, отфильтровывают и отмывают от жидкости. Легкая фракция спускается на другой фильтр и также отмывается от жидкости. Делительные воронки и вспомогательное оборудование, применяемые для фракционирования в тяжелых жидкостях, изображены на рис. 30 и 31.
Фракционирование минералов в тяжелых жидкостях

На рис. 32 изображена делительная воронка иной конструкции, где легкая фракция сливается через оттянутый край воронки струей тяжелой жидкости, поступающей под напором из дополнительного резервуара; тяжелая фракция спускается на фильтр через притертый кран так же, как и в описанном ранее устройстве.
Динамический способ фракционирования с помощью центрифуги является более быстрым и обеспечивает большую полноту разделения. Он особенно пригоден для фракционирования тонкозернистых шлихов, а также для разделения минералов, мало разнящихся по удельному весу.
Разделение производится в пробирках из стекла или из прозрачных пластмасс, не реагирующих с жидкостями. Для облегчения разделения тяжелой и легкой фракций пробирки снабжаются специальным вкладышем с пробкой, в котором и собирается легкая фракция. Вкладыш (рис. 33, в) представляет собой трубку с пережимом, имеющую узкое нижнее отверстие, а вверху — перекладину с отверстием, в которое входит пробка. Последняя изготовляется из круглой стеклянной палочки, один конец которой сошлифовывается на конус.
После разделения во вкладыш вставляется пробка, запирающая своим коническим концом нижнее отверстие. Вкладыш вместе с легкой фракцией вынимается из пробирки, а на дне ее остается тяжелая фракция.
Кроме тяжелых жидкостей и суспензий, для разделения минералов в некоторых случаях применяют легкоплавкие тяжелые соли. Для этих целей чаще всего употребляются AgNO3 (температура плавления t° = 209° С. плотность в расплавленном состоянии d=(4,33*); Mg(NO3) (t° = 79° С, d = 4,1); Ag5(NO3)2I3 (t° = 65—70° С, d = 5).
Фракционирование минералов в тяжелых жидкостях

Разделение производят в обычных пробирках, куда помещают смесь разделяемой пробы и тяжелой соли. Пробирку осторожно нагревают на песчаной бане до температуры плавления реактива. После разделения минералов сплав охлаждают, пробирку разбивают и получившийся столбик разрезают на две части между слоями с легкой и тяжелой фракциями. Каждую часть растворяют отдельно в горячей воде или в другом растворителе и полученную фракцию отмывают от реактива.
В виду вязкости применяемых расплавов солей указанный способ малопригоден для разделения тонкозернистых минералов. Последние в тяжелых сплавах могут быть разделены центрифугированием со специальными нагревателями для пробирок. Разделение в сплавах применимо лишь для тех минералов, которые не изменяют существенно своего состава и свойств при нагревании.