Козин В.З. Исследование руд на обогатимость

Подождите немного. Документ загружается.

нахождения доли частиц наименьшего класса крупности и определяют продол-

жительность осаждения t =

частиц больше верхней границы этого класса.

Тщательно перемешивают пульпу и по истечении времени t сифоном отсасы-

вают объем пульпы высотой h, помещая конец сифона на нижнюю границу от-

резка h. Эту операцию выполняют несколько раз, пока не будет получен чистый

слив. Затем выполняется расчет времени осаждения и отбор пульпы, содержа-

щей следующий класс крупности, и т. д.

Классификация состоит в разделении классов

в восходящем потоке воды (рис. 3.3). Для этого на-

веску массой 50 г загружают в сосуд, в котором соз-

дан восходящий ток воды со скоростью v

. В этом

потоке в слив будет вынесен класс крупности, час-

тицы максимальной крупности которого будут иметь

скорость падения меньше v

Распространение получил прибор «Адап», по-

зволяющий определить доли пяти классов крупно-

сти. Пределы крупности классов устанавливаются

расходом воды. Навеска 50 г.

Наконец, метод взвешивания осадка проводят (рис. 3.4) в цилиндре 1, в

который помещается диск 2. На нем будут осаждаться частицы суспензии. Диск

соединен с чувствительными весами 3, позволяющими зафиксировать измене-

ния массы

осадка во времени. Подготовленную

0,5 % суспензию (5 г твердого на литр пульпы) ана-

лизируемого порошка тщательно перемешивают в

цилиндре стеклянной палочкой с резиновым диском

на конце. Затем в суспензию опускают диск 2. Фик-

сируют изменение веса, отсчитывая его вначале че-

рез 15 с, затем через каждые 30 с, затем через 1 - 2

минуты и, наконец, с

интервалом 5 минут до пре-

кращения осаждения частиц, и строят кривую осаж-

дения (рис. 3.5, а). Рассчитывают для принятых зна-

чений крупности время осаждения t

, и в точках

кривой осаждения, соответствующих этим значени-

ям времени, проводят касательные до пересечения с

осью ординат. Если весь диапазон изменения массы

осадка принять за 100 %, то на оси ординат будут

получены непосредственно величины классов, начиная с самого крупного сни-

зу: r

; r

к-1

; r

к-2

и т. п.

Обоснование метода определения величины классов крупности. Пусть в

суспензии имеется материал, содержащий частицы только двух размеров d

, тогда получим следующую картину (рис. 3.5, б). Частицы крупностью d

бу-

дут осаждаться в интервале времени 0 - t

(линия 1), а частицы крупностью d

в интервале времени 0 - t

(линия 2). Совместное осаждение этих частиц отра-

Рис. 3.3. Установка для клас-

сификации

Рис. 3.4. Определение

грансостава весовым

методом

Крупный

класс

Вода

Слив

зит ломаная линия 3. Чтобы узнать долю частиц крупностью d

продолжим по-

логий отрезок линии 3 до пересечения с осью ординат, что соответствует про-

ведению касательной на кривой осаждения. Из рисунка видно, что таким обра-

зом будут получены доли частиц крупностью d

- r

и крупностью d

– r

k-1

k-2

k-3

k-1

Рис. 3.5. К определению доли классов:

а – по экспериментальной кривой; б – к объяснению способа определения r

Определение грансостава прямым измерением размеров кусков.

Гранулометрический состав пробы можно охарактеризовать, измеряя

размеры отдельных кусков. Это тем более необходимо, если определяются по-

казатели, связанные с формой кусков, например лещадность.

Лещадные зерна – это зерна, имеющие отношение длины к его толщине

больше 3. Они снижают качество щебня. Стремятся производить кубовидный

щебень. Кубовидным

считается щебень, имеющий лещадных зерен менее 15 %,

а иногда и менее 10 %.

Крупность куска неправильной формы условно характеризуется сред-

ним размером d

ср

, вычисляемым по величинам длины куска l ширины b и высо-

ты h. Простейшей величиной d

ср

является среднее арифметическое

ср

=( l+ b + h)/3.

Более полной величиной d

ср

является величина ребра куба, равновели-

кого по объему параллелепипеду с ребрами l, b и h:

ср

lbh

Если выполнить измерения всех кусков в пробе и разделить их на клас-

сы по величине d

ср

, то можно определить доли классов, т. е. гранулометриче-

ский состав пробы, для чего эти классы следует взвесить.

Особые характеристики крупности

– крупность, соответствующая размеру квадратной ячейки сита, че-

рез которое проходит 95 % материала пробы. Часто эту величину

называют максимальной крупностью продукта d

max

;

, d

– крупность, соответствующая размерам квадратной ячейки сита,

через которое проходит 80 и 50 % материала пробы.

Глава 4.

ТЕКСТУРА И СТРУКТУРА РУДЫ

4.1. Текстура руды

Текстура руды – это характеристика строения рудного вещества, опре-

деляемая морфологией (формой) и взаиморасположением отдельных мине-

ральных частиц и их агрегатов. Это совокупность признаков строения руды,

определяющих форму, размер, взаимную ориентировку и состав минеральных

агрегатов, слагающих рудный материал.

Минеральные агрегаты – это характерные составные

части руды, обра-

зованные срастаниями минералов.

По форме выделяют три группы минеральных агрегатов:

- удлиненной формы: прослойки, прожилки, линзы;

- округлой формы: конкреции, секреции, оолиты;

- неправильной формы: вкрапления, пятна, гнезда, корки, натеки, каем-

ки, дендриты, сетчатые выделения, рудный цемент;

Может быть также просто массивная руда.

По размерам выделяют три группы текстур

– макротекстуры:

20-200 мм – весьма крупные;

2-20 мм – крупные;

– микротекстуры:

0,2-2 мм– мелкие;

0,02-0,2 мм – тонкие;

0,002-0,02 мм – весьма тонкие (эмульсионные);

0,0002-0,002 мм – субмикроскопические;

– коллоидно-дисперсные:

< 0,0002 мм – неразличимые в обыкновенном микроскопе

Измерения крупных текстурных характеристик выполняют линейкой.

Общее число одиночных измерений должно быть более 300 для одной

разновидности руды. Число образцов (штуфов) размером 50-70

мм зависит от

размеров текстурных элементов d

эл

Если d

эл

= (0

5) мм, то число штуфов равно 25.

Если d

эл

= (0

10) мм, то 60; если d

эл

= (0

25) мм, то 150.

Для характеристики гранулометрического состава текстур результаты

группируют по классам, относя граничные цифры к меньшему классу.

Проверка измерений проводится на контрольных образцах (3

÷5 % от

объема основного измерения), при этом относительное отклонение не должно

превышать 10 %.

Микротекстуры изучают под микроскопом.

По генезису выделяют первичные и вторичные текстуры.

Первичная текстура образована кристаллизацией минералов из распла-

вов или растворов, а также образуется в процессе седиментации и диагенеза

(превращение осадков в руды), заполнения пустот, метасоматического замеще-

ния пород и руд (образование горных пород с существенным изменением ми-

нерального и химического состава первичного субстрата). Это текстуры: по-

ристая, пузыристая, пемзовая, шлаковая, миндалекаменная, ликвационная (не-

смесимость в жидкой фазе), расслаивания, такситовая (пятнистая, полосчатая) и

т. п.

Вторичные текстуры,

образованные в результате метаморфизма (дроб-

ление и смятие, перекристаллизация, выщелачивание) и выветривания (механи-

ческое разрушение и химическое выветривание). Это текстуры: слоистая,

струйчатая, трубчатая, узловая и т. п.

В табл. 4.1 дана упрощенная генетическая классификация текстур руд [8].

Таблица 4.1

Упрощенная генетическая классификация текстур руд

Группа

Форма

минерального

агрегата

Первичные, образованные в

процессе кристаллизации

седиментации и диагенеза,

заполнения пустот в породах

и рудах, метасоматического

замещения пород и руд

Вторичные, образо-

ванные в процессе

метаморфизма

и выветривания

Полоски,

прослои

Полосчатая, слоистая,

линзовидная

Сланцеватая, плой-

чатая, гнейсовидная

Прожилки и

дендриты

Прожилковая, просечковая,

петельчатая, решетчатая

Нитеобразная, сет-

чатая, дендритовая

3 Цемент Цементная Цементная

Почки, оолиты,

образования

округлой фор-

мы

Нодулярная, вкрапленная,

пятнистая, оолитовая, гнез-

довидная, эмульсионная

Очковая, конкреци-

онная, секрецион-

ная, кокардовая

5 Органогенная Органогенная -

6 Натечная

Колломорфная,

сталактитовая

Метаколлоидная,

корковая

7 Каёмчатая Каемчатая, корковая

Каемчатая, зональ-

ная

8 Обломки Конгломератовая Обломчатая

9 Осколки Брекчиевидная Брекчиевидная

Реликты - ос-

татки, скелет-

ная

Скелетная, раскрошенная,

реликтовая

Реликтовая,

раскрошенная

11 Каркасы -

Каркасная, порис-

тая, губчатая, пеще-

ристая

Бесформенная,

неопределенная

Массивная, вкрапленная,

землистая, порошковатая

Землистая, пористая,

кавернозная, охри-

стая

4.2. Структура руды

Структура руды - это совокупность признаков, характеризующих внут-

реннее строение минеральных агрегатов: форму, размеры и тип срастаний от-

дельных минералов.

По форме выделяют зерна:

- идиоморфные - это зерна с очертаниями, характерными для кристалло-

графически ограненных выделений минерала;

- гипидиоморфные - это зерна, в очертаниях которых частично проявлены

их естественные кристаллографические

формы;

- аллотриоморфные (ксеноморфные) - это зерна, форма которых опреде-

ляется конфигурацией соприкасающихся минералов;

- колломорфные (неправильной формы) - это выделения минералов в ви-

де натечных агрегатов, скопления со сферическим, скорлуповатым или концен-

трически зональным строением;

- осколки и глинка трения - это продукты дробления и смятия минераль-

ных зерен;

- обломки и пески - это продукты

выветривания. Форма обломков – щеб-

невая, гравийная и т. п.

По генезису выделяют первичные и вторичные структуры.

Первичные структуры формируются в процессе кристаллизации. Сте-

пень кристаллизации возрастает от вулканических пород к жильным и интру-

зивным.

Для вулканических пород могут быть выделены структуры: стекловатая,

неполнокристаллическая, полнокристаллическая, порфировая (крупные кри-

сталлы вкраплены в

основной массе того же минерала), а для жильных пород –

порфировидная, тонкозернистая, мелкозернистая, письменная (пегматиты),

блоковая.

Вторичные структуры формируются при перекристаллизации. При глу-

бокой перекристаллизации руды (бластезе) образуются бластозерна. При этом

выделяют идиобласты, имеющие собственную огранку, и ксенобласты, ее не

имеющие.

Метаморфические породы имеют, в частности, структуру: порфиробла-

стовую, лепидобластовую (сланцевую).

Осадочные

породы имеют структуры: лептопелитовую (тонкопелито-

вую), пелитовую (глинистую), крупнопелитовую (иловую), алевритовую (пы-

левую), псаммитовую (песчаную), псефитовую (крупнообломочную), агломера-

товую.

По физической природе срастания зерен минералов выделяют:

- гомофазное срастание, когда срастаются два зерна одного минерала;

- гетерофазное срастание, когда срастаются два зерна разных минералов.

Прочность гомофазной границы определяется углом разориентации зе-

рен, наличием в зоне контакта примесей и составом примесей.

Прочность гетерофазной границы определяется электрическими свойст-

вами контактирующих минералов: диэлектриков Д, полупроводников ПП и

проводников П. Наиболее прочные границы для контактов П-П, ПП-ПП, Д-Д,

т. е. для минералов с одинаковыми электрическими свойствами. Границы сра-

стания ПП-П, ПП-Д и П-Д чаще всего оказываются слабыми либо ослабленны

ми (для случая ПП-Д).

По размеру классификация зерен, характеризующих структуру руды,

совпадает с классификацией текстур, т. е. выделяются макроструктуры, микро-

структуры с соответствующими градациями и коллоидно-дисперсные структу-

ры.

Так как структурные характеристики чаще всего измерить линейно нель-

зя, используют рудные микроскопы, определяя тип структуры по рисунку на

полированных

шлифах или аншлифах.

Шлиф – тончайший (0,02-0,03 мм) срез горной породы, при котором ми-

нералы становятся прозрачными, что позволяет распознать минералы. Чтобы

изготовить шлиф, выполняют подшлифовку одной поверхности штуфа (кусочка

породы), наклеивают ее на предметное стекло и затем стачивают избыток тол-

щины кусочка до получения пластинки толщиной 0,02-0,03 мм. Сверху наклеи-

вают покровное стекло

. Клеем служит канадский бальзам (вид живицы). Шлиф

без покровного стекла полируется.

Аншлиф – срез горной породы, пришлифованный и отполированный с

одной стороны, изучаемый в отраженном свете.

Качественная гранулометрическая

характеристика минералов определяется путем

измерений сечений зерен с определением ин-

тервала колебаний и преобладающей крупности.

Количественную гранулометрическую характери-

стику получают при массовом измерении

сечений

зерен с построением гистограмм (частных характе-

ристик крупности) и распределений и суммарных (кумулятивных) характери-

стик.

Для определения размеров зерен проводят три линии: одну в середине

шлифа (рис.4.1), а две другие – на расстоянии, в 3-4 раза большем, чем размер

максимальных зерен, по обе стороны от средней. Раз-

меры распределяют по классам > 0,2

мм; 0,2-0,1 мм;

0,1-0,071 мм; 0,071-0,045 мм; 0,045-0,03 мм и < 0,03

мм. В наибольшем классе (>0,2 мм) необходимо фик-

сировать отдельные размеры всех зерен.

Контроль измерений выполняется повторными

измерениями на 1-2 шлифах. Расхождение не должно

превышать 10 %.

Целесообразно использовать автоматический

сканирующий анализ изображений с построением

гистограмм – частных характеристик гранулометри-

ческого состава.

Рис. 4.1. Линии определения

азме

ов зе

ен в шли

Рис. 4.2. Появление сечений

одного размера при срезе

зерен разных размеров

max

(3-4)d

max

(3-4)d

max

d d d

измизмист

1,27/0,785 ddd =≅

Одновременно проводится кристалломорфологический анализ (описание

формы кристаллов) по срезам с последующей экстраполяцией на объем.

Измерения сечений объемных тел не дают истинной картины грануло-

метрического состава зерен. Действительно, пусть сечение прошло так, как ука-

зано на рис. 4.2. В плоскости аншлифа (или в шлифе) получим три равные по

размеру сечения разных по объему

зерен.

Существуют формулы, позволяющие исправить рассматриваемую карти-

ну. Одна из простейших позволяет скорректировать измеренный средний раз-

мер зерен [15]:

В более сложном случае

следует учитывать, что размер

зерен каждого класса будет

лишь частично наблюдаться в

этом классе, другая же часть

будет наблюдаться в более мел-

ких классах. Для шкалы сит с

модулем 2 это распределение

составляет следующие числа: 0,745; 0,198; 0,043; 0,01; 0,003, т. е. зерна любого

размера будут наблюдаться в своем классе лишь в 74,5 % случаев. С учетом

этой закономерности можно внести поправки в измерения величин классов

(рис. 4.3):

;1,34/0,745

изм изм kkk

nnn

;)0,1981,34(

изм 11 kkk

nkn

−

−−

)];0,043(0,1981,34[

1изм 22 kkkk

nnnn

−

−−−

)];0,010,043(0,1981,34[

12изм 33 kkkkk

nnnnn

−

−−−−

.)]0,0030,010,043(0,1981,34[

123изм 44 kkkkkk

nnnnnn

−=

−−−−−

Здесь

n - число зерен самого крупного класса.

После расчета истинных чисел зерен нужно пересчитать эти числа на

массу класса и найти доли классов.

В работе [16] наглядно показана роль крупных зерен (рис. 4.4). Неболь-

шое их количество содержит основную массу ценного компонента. В работе

[51] показано, что если одно зерно алмаза диаметром 5 мм соответствует 1 ка

рату, то для получения 1 карата из зерен крупностью 0,5 мм необходимо 400

зерен.

В настоящее время текстура и структура руды может быть изучена бо-

лее детально с помощью компьютерной обработки изображений шлифов на ус-

тановке «микроскоп – компьютер – принтер». Компьютерная обработка позво-

ляет получить большее число характеристик, чем это определяется обычным

образом.

Рис. 4.3. Коррекция видимой картины

=1,34n

k изм

k-1

=1,34(n

k-1 изм

-0,198n

)

k-2

=1,34(n

k-2 изм

-0,198n

k-1

-0,043n

)

-0,05

-0,15+0,05

-0,25+0,15

-0,35+0,25

-0,55+0,45

-0,45+0,35

-0,65+0,55

-0,75+0,65

-0,85+0,75

-0,95+0,85

-1,05+0,95

-1,15+1,05

-1,25+1,15

-1,35+1,25

-1,45+1,35

Класс крупности, мм

Частота встречаемости, %

Рис. 4.4. Распределение зерен хромита в руде по размерам (d) и массе (m)

Изучение текстур и структур руд эффективно выполняется автоматиче-

скими анализаторами изображений, которые в сканирующем режиме измеряют,

обрабатывают и представляют в виде гистограмм и их числовых характеристик

многие характерные показатели текстур и структур. В большинстве случаев это

сопровождается фазовым анализом аншлифов, шлифов и шлиховых проб.

Набор измеряемых характеристик может быть очень

большим – 2-3 де-

сятка. Наиболее употребительные:

- размеры зерен минералов;

- площади зерен минералов;

- показатели формы зерен;

- фрактальные характеристики (шероховатость поверхности зерен).

В работах [17] изучена фрактальная размерность в полированных шли-

фах с помощью системы компьютерного анализа изображений Видеотест и по

зарисовкам. Найдено, что раскрываемость зерен тесно связана с фрактальной

размерностью межзеренных границ

(шероховатостью) – чем она больше, тем

ниже раскрываемость минеральных зерен.

К современным установкам «микроскоп – компьютер – принтер» для

анализа структуры и микротекстур предъявляются технические требования, ко-

торые определяют пригодность использования установки в промышленных ус-

ловиях. Установка должна быть оснащена набором оптических устройств, дос-

таточным для количественного анализа микроструктурных показателей шли-

фов, аншлифов

и шлиховых проб.

Наиболее употребительные оптические устройства для микротекстур-

ных исследований:

- для анализа прозрачных шлифов – рудный микроскоп проходящего

света;

- для анализа аншлифов – рудный микроскоп отраженного света;

- для анализа шлиховых проб – широкопольный стереомикроскоп.

Для минералогического анализа прозрачных шлифов требуется рудный

микроскоп, оснащенный системой проходящего поляризованного света, нико-

лями и компенсаторами для поляризационных исследований, вращающимся

центрируемым столиком и центрируемыми объективами. Данная разновид-

ность анализа применяется преимущественно для количественной оценки

структуры, текстуры

и фазового анализа нерудных минералов, имеющих харак-

терную интерференционную окраску в поляризованном свете (например, кварц,

полевые шпаты, слюдистые минералы) [114].

Для минералогического анализа аншлифов требуется рудный микро-

скоп, оснащенный системой отраженного света. В ряде случаев, когда возника-

ет необходимость увеличения производительности минералогического анализа,

дополнительно устанавливается автоматический сканирующий столик. Данная

разновидность анализа

применяется преимущественно для количественной

оценки структуры, текстуры и фазового анализа рудных минералов.

Особо следует подчеркнуть, что изображения аншлифов, которые на-

блюдаются в минералогический микроскоп, отличаются от изображений, кото-

рые система ввода изображений (цифровая камера) выводит на компьютерный

монитор. Например, если аншлиф представляет собой измельченную руду, за-

литую в смолу (шеллак), то

при низкой яркости изображения становится за-

труднительным различить на компьютерном мониторе нерудные минералы, ко-

торые не отличаются от фона аншлифа (смолы заливки). При увеличении ярко-

сти изображения искажается окраска рудных минералов. Поэтому рудные и не-

рудные минералы должны быть специальным образом переданы средствами

системы ввода изображений (цифровая камера и управляющие

программы),

чтобы при компьютерной обработке одновременно выполнялось два условия:

- естественная цветопередача рудных минералов;

- нерудные минералы контрастно выделены на фоне аншлифа (смолы

заливки).

Если выполняется только одно из условий, то при компьютерной обра-

ботке возникают два типа существенных ошибок, искажающих результаты

компьютерного фазового анализа:

- рудные минералы неверно диагностируются по цвету –

ошибка в ком-

пьютерном расчете минерального состава руды;

- нерудные минералы не будут обнаружены – ошибка в определении

степени контрастности руды, показателях раскрываемости минералов в руде и

т. д.

Для минералогического анализа шлиховых проб требуется широко-

польный стереомикроскоп, оснащенный системой отраженного света без бли-

ков. Рудный микроскоп «плоского поля» менее подходит для

анализа шлихо-

вых проб, так как имеет узкое поле зрения (до 2 мм) и различает плоские объек-

ты на шлифах, в то время как широкопольный стереомикроскоп имеет широкое

поле зрения (до 40 мм) и различает объемные зерна (>0,2 мм) с большой глуби-

ной резкости. В ряде случаев также возможна установка автоматического ска-

нирующего столика.

Особо следует отметить, что при равных технических возможностях оп-

тических устройств определяющим фактором для компьютерного минералоги-

ческого анализа является качество подготовки поверхности шлифа и аншлифа.

В ряде случаев некачественная подготовка шлифов и аншлифов существенно

ограничивает применение методов компьютерного минералогического

анализа

ввиду появления на шлифах и аншлифах неустранимых изъянов (царапины,

выкрашивания, неравномерная освещенность поля зрения и т. д.).

Из отечественных установок, отвечающих техническим требованиям и

оснащенных описанным набором оптических и электронных устройств, следует

выделить анализатор фрагментов микроструктуры твердых тел «Минерал С7».

Современный анализатор фрагментов микроструктуры твердых тел

«Минерал С7» представляет

собой роботизированную систему, состоящую из

автоматических систем подготовки шлифов и аншлифов, оптической системы с

оптическими устройствами для микроскопов шлифов, аншлифов и шлиховых

проб, системы ввода изображений с раздельной обработкой рудых и нерудных

минералов, компьютера с управляющими программами и системы вывода ре-

зультатов. Анализатор выдает по каждому параметру минимальное, макси-

мальное,

среднее, медианное и суммарное значения, а также гистограммы и

графики в линейном и логарифмическом масштабах, кумулятивные кривые

и т. д. Измерения производятся на шлифах, аншлифах и шлиховых пробах.

Анализатор «Минерал С7» выпускается фирмой СИАМС, г. Екатеринбург.

Известна также разработка «Видео-мастер» (Москва), с помощью кото-

рой определяются следующие параметры.

Структурные параметры

руды: длина зерен, ширина зерен, удлиненность

(отношение длины к ширине), периметр контура зерна в плоскости сече-

ния, площадь зерен, в том числе детектируемая (без пустот и посторонних

включений), фактор формы (округлость зерен), кривизна границ, скваж-

ность границ (доля пустот и посторонних включений), ориентация зерен,

их проекции, яркость зерен, количество положительных

и отрицательных

углов.

Структурно-технологические параметры руды: интервал крупности нача-

ла раскрытия зерен и его окончания (минимальный и максимальный размер

по длине и ширине раскрытых зерен), степень раскрытия руды с учетом

удельного веса минералов, распределение сростков по минеральному со-

ставу и качеству (по доле площади зерна в сростке).

Режимно-технологические

параметры руды: минеральный состав, грану-

лометрический состав, начало раскрытия, степень контрастности техноло-

гических свойств.

Результирующие технологические параметры: максимально достижимые

технологические показатели, технологические потери, глубина обогаще-

ния, принципиальная схема обогащения, режим рудоподготовки. Результи-

рующие технологические параметры определяются с использованием раз-

личных банков данных.