Фракционирование шлихов

21.12.2016

Магнитная сепарация

Если поместить минерал во внешнее магнитное поле, он намагничивается, т. е. создает собственное магнитное поле, которое накладывается на внешнее- Количественной характеристикой намагниченного состояния вещества служит намагниченность М. Коэффициент пропорциональности между намагниченностью вещества и напряженностью намагничивающего поля H называется магнитной восприимчивостью вещества ξ.
По магнитным свойствам выделяют три группы минералов: диа-, пара- и ферромагнетики. У диамагнетиков магнитные моменты атомов в отсутствие внешнего магнитного поля равны нулю; при их намагничивании во внешнем магнитном поле вектор магнитной индукции собственного магнитного поля минерала имеет обратный знак. Для парамагнетиков в отсутствие внешнего магнитного поля характерен отличный от нуля магнитный момент; при внесении во внешнее магнитное поле они намагничиваются пропорционально его магнитной индукции. Ферромагнетиками называется своеобразная группа парамагнетиков, которые обладают самопроизвольной намагниченностью и внутреннее магнитное поле которых во много раз превышает внешнее.
Для определенного минерального вида магнитная восприимчивость может варьировать, что обусловлено изоморфизмом элементов в составе минералов, дефектами их кристаллических решеток или наличием вростков чужеродных минеральных фаз (рис. 13).
Фракционирование шлихов

Сепарация постоянными магнитами. Постоянные магниты создают слабые магнитные поля напряженностью менее 12*10в-4 А/м, в которых могут быть извлечены лишь ферромагнитные минералы, обладающие высокими значениями магнитной восприимчивости, превышающими 3,8*10в-3. Ферромагнитные минералы могут быть выделены с помощью любого постоянного магнита; удобны в работе ручные магниты марок РМЧ (ручной магнит в чехле), MPK (магнит ручной круглый) и МРП (магнит ручной плоский). Подготовленную для сепарации навеску для анализа рассыпают тонким слоем на листе бумаги или на стекле и затем подносят к ее поверхности постоянный магнит, полюса которого обернуты калькой — ферромагнитные минералы притягиваются к магниту. Держа магнит с налипшими на него ферромагнитными минералами над другим, чистым листом бумаги, освобождают его рабочие плоскости от кальки и сбрасывают выделенную фракцию. Эту операцию повторяют до тех пор, пока к магниту не перестанут притягиваться ферромагнитные минералы. Хорошо зарекомендовал себя в работе магнит РМЧ, который позволяет вести разделение как сухим методом, так и в воде.
Удобен и практичен постоянный многополюсный магнит. Он представляет собой продолговатую рамку, закрытую пленкой, в которой закреплен подвижный якорь с вмонтированной в него рифленой намагниченной пластиной. В одной части рамки якорь укрепляется специальными приливами, а из другой свободно вынимается. К рассыпанной тонким слоем на листе бумаги или стекле навеске для анализа подносят рамку с закрепленным якорем, слегка касаясь поверхности пробы. Магнитные минералы притягиваются якорем магнита и удерживаются на пленке. Затем, держа магнит с фракцией над чистым листом бумаги, переводят якорь в противоположную часть рамки и вынимают, сбрасывая при этом ферромагнитную фракцию. Обработку пробы продолжают до полного отделения фракции.
Отделенная ферромагнитная фракция взвешивается и упаковывается в бумажный капсюль, на лицевой стороне которого надписывается номер шлиха, название фракции и ее масса.
Сепарация электромагнитами. Электромагниты создают сильные магнитные поля напряженностью 8*10в4 — 16*10в5 А/м, в которых проявляют свои магнитные свойства минералы имеющие магнитную восприимчивость в пределах n*10в-4— n*10в-5. Это обширная группа парамагнитных минералов, которые могут быть подразделены на средне- и слабомагнитные путем вариаций напряженности полей электромагнитов.
Электромагниты, использующиеся в лабораторной практике, различны по конструктивным особенностям. Хорошо зарекомендовали себя электромагнит системы Окунева, универсальный электромагнит марки УЭМ-1Т, более специфичные сепараторы марок СЭМ-1 и СИМ-1, а также новые модели сепараторов СМД и ЭЛ.
В шлиховых лабораториях широко применяется универсальный электромагнит типа УЭМ-1Т, предназначенный для выделения разнообразных по магнитности фракций путем использования сменных полюсных наконечников и изменения напряженности рабочих магнитных полей от 12*10в4 до 2*10в6 А/м. Сепарацию можно выполнять тремя различными способами.
I способ — выделение ферромагнитной фракции с помощью многополюсных гребенчатых наконечников, между которыми помещена открытая стеклянная трубка. При силе тока около 1,7*10в-10 А через стеклянную трубку равномерно просыпают подготовленную для сепарации навеску для анализа. Ферромагнитные минералы удерживаются выступами гребенчатых полюсных наконечников, "прилипая" к стенкам стеклянной трубки, а все прочие минералы падают вниз в приемник. Закончив сепарацию, сбрасывают отделенную ферромагнитную фракцию в другой приемник, сняв магнитное поле электромагнита.
II способ — выделение парамагнитных фракций с помощью клиновидных полюсных наконечников. Остаток навески для анализа, полученный после извлечения ферромагнитной фракции, рассыпают тонким равномерным слоем на стекле и подносят к рабочей зоне электромагнита. Парамагнитные минералы "налипают" на полюсные наконечники, а диамагнитные остаются на стекле. Периодически включая и выключая электромагнит и сбрасывая с его полюсных наконечников отделенную часть пробы в приемник, производят ее полную очистку.
Меняя условия работы, можно получить разные по степени магнитности парамагнитные фракции — средней и слабой магнитности. Фракция средней магнитности может быть выделена при силе тока 1,7*10в-10 — 3,3*10в-10 А, зазоре полюсных наконечников около 1,5 мм и расстоянии между стеклом с пробой и нижней рабочей плоскостью полюсных наконечников около 1 см. Для извлечения фракции слабой магнитности касаются стеклом с пробой полюсных наконечников при прочих аналогичных первому случаю условиях; при необходимости сила тока может быть увеличена до 3*10в-10 — 5*10в-10 А. Для ускорения процесса сепарации к электромагниту УЭМ-1Т придается роликовая приставка, позволяющая медленно продвигать пробу в рабочей зоне.
Выделенные парамагнитные фракции взвешиваются и укладываются в пакеты, на которых надписывается название фракций и их масса.
III способ — получение магнитных фракций методом суспензий с помощью конусных наконечников и специальной приставки к электромагниту. Способ применяется для обработки тонкозернистых проб 0,1—0,05 мм) с целью повышения чистоты выделяемых фракций.
Для магнитной сепарации проб может использоваться универсальный постоянный ручной магнит С-5 (магнит А.Я. Сочнева), хорошо зарекомендовавший себя на практике. Основным элементом его является колодка из сплава магнико. Выступающая ее часть служит для отделения ферромагнитных минералов. Парамагнитные минералы могут быть извлечены с помощью специальной накладки-скобы или двух других боковых рабочих поверхностей колодки, имеющих различную ширину межполюсных зазоров. Этот магнит особенно удобен в полевых условиях, где он полностью может заменить, электромагнит: с его помощью получают обычно четыре фракции — магнетитовую, ильменит-гранатовую, пироксен-амфиболовую и монацит-сфеновую.
Краткие сведения о методах электрической сепарации

Из числа электрических свойств минералов для фракционирования используются различия в удельном электрическом сопротивлении р и диэлектрической проницаемости ε (рис. 14, 15).
Фракционирование шлихов
Фракционирование шлихов

По электропроводности минералы могут быть разделены на три группы. Минералы-проводники электричества имеют величину удельного электрического сопротивления в пределах 1*10в-9 — 1*10в-4 Ом-м и обладают электронной, реже — ионной проводимостью. Полупроводниковые минералы характеризуются высоким удельным электрическим сопротивлением (р = 1*10в-4 — 1*10в8 Ом-м) и электронной, дырочной и смешанной проводимостью. Диэлектриками являются минералы с электронной проводимостью; их удельное электрическое сопротивление очень велико — до 1*10в8 — 1*10в17 Ом*м. Электрические свойства определенного минерального вида варьируют благодаря переменному составу минералов и обусловлены вхождением элементов-примесей или проявлением процессов гипергенного преобразования. Электрическая сепарация проб может выполняться двумя способами: сухим методом в воздушной среде и в жидком диэлектрике.
Сухой способ электрической сепарации осуществляется с по мощью сепараторов ЭС-I, ЭС-II, МЭП-2. Он основан на использовании поля коронного разряда, электростатического и комбинированного полей. Главными узлами сепаратора являются коронирующий, отклоняющий и осадительный электроды. Проба загружается для разделения в бункер и с помощью вибрирующего лотка подается в электрическое поле высокого напряжения. Минералы-проводники мгновенно отдают свой отрицательный заряд осадительному положительному электроду и отталкиваются от него. Минералы-диэлектрики сохраняют отрицательный заряд и удерживаются на поверхности осадительного электрода, а минералы-полупроводники занимают промежуточное положение. В результате из пробы могут быть извлечены три фракции, различающиеся по величине удельного электрического сопротивления слагающих их минералов.
Способ сепарации в жидком диэлектрике базируется на способности ряда минералов поляризоваться в электрическом поле. Диэлектрический сепаратор ДСК-1 состоит из стеклянного сосуда, заполненного жидким диэлектриком и двух дисковых электродов, создающих неоднородное электрическое поле. В зависимости от величины диэлектрической проницаемости (ДП) и способности минералов поляризоваться одни из них притягиваются к электродам и удерживаются в поле, а другие — выталкиваются.
Сепарация по плотности

Плотность минералов определяется массой составляющих их элементов и строением электронных оболочек атомов, обусловливающих кристаллохимические особенности структур. Основываясь на различиях в плотностях минералов, можно проводить их сепарацию путем погружения в среду с известным значением ее плотности. В качестве таких сред используют так называемые тяжелые жидкости, плотность которых изменяется в пределах 2,9*10в3 — 4,27*10в3 кг/м3 (табл. 5).
Фракционирование шлихов

Тяжелые жидкости являются веществами токсичными, что требует строгого соблюдения правил техники безопасности при работе с ними. Все операции с тяжелыми жидкостями должны производиться только в вытяжном шкафу при наличии хорошей тяги и с использованием средств индивидуальной Защиты — халатов, резиновых перчаток, а иногда и защитных очков.
Сепарация минералов по плотности с помощью тяжелых жидкостей может выполняться в делительных воронках, заменяющих их химических воронках с резиновым шлангом и зажимом или в стеклянных стаканах и фарфоровых чашках. В случаях шлихов, представленных тонкозернистым материалом классов менее 0,25—0,1 мм, эффективен метод сепарации по плотности с помощью центрифугирования.
Делительную или химическую воронку укрепляют на штативе, заполняют тяжелой жидкостью (чаще всего используют трибромметан — бромоформ) и в нее высыпают пробу, предназначенную для разделения. Перемешав пробу с тяжелой жидкостью, дают материалу дифференцироваться по плотности: легкие минералы всплывают на поверхность жидкости, тяжелые опускаются в нижнюю часть воронки; таким образом возникают две фракции. Открыв кран делительной воронки, вначале спускают на чистую химическую воронку с фильтром тяжелую фракцию, а затем на другую воронку с фильтром — легкую. Иногда удобно вести разделение минералов по плотности в небольших фарфоровых чашечках: всплывающую в тяжелой жидкости легкую фракцию сливают через край стакана или чашки на фильтр, а на дне остается тяжелая фракция.
Отфильтрованная от полученных фракций тяжелая жидкость вновь используется для сепарации. Тяжелая и легкая фракции, находящиеся на фильтрах, промываются от остатков сорбированной тяжелой жидкости каким-либо растворителем (для трибромметана растворителем чаще служит этиловый гидролизный спирт марки ВО). Промытые фракции высушиваются в сушильном шкафу при температуре 60—80 С, взвешиваются и анализируются.
Промывные воды, содержащие раствор тяжелой жидкости, собираются дня ее дальнейшей регенерации. Для регенерации трибромметана (бромоформа) промывные воды помещают в большую делительную воронку и разбавляют двукратным количеством дистиллированной воды. Хорошо изболтав раствор, дают ему отстояться — бромоформ выпадает в виде (юной эмульсии. После отстаивания в течение нескольких часов он отделяется, фильтруется и вновь может быть использован.