Воробьёва С.В. Лабораторные методы изучения вещественного состава комплексных золотосодержащих и редкометальных руд
Подождите немного. Документ загружается.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Оренбургский государственный университет»
Кафедра геологии
С.В.ВОРОБЬЁВА
ЛАБОРАТОРНЫЕ МЕТОДЫ
ИЗУЧЕНИЯ ВЕЩЕСТВЕННОГО
СОСТАВА КОМПЛЕКСНЫХ
ЗОЛОТОСОДЕРЖАЩИХ И
РЕДКОМЕТАЛЬНЫХ РУД
МЕТОДИЧЕСКОЕ РУКОВОДСТВО
Рекомендовано к изданию Редакционно-издательским советом
государственного образовательного учреждения высшего
профессионального образования «Оренбургский государственный
университет»
Оренбург 2004
ББК 26.341в 6
В-75
УДК 553.3.071+622.7+669.21/32] : 543.5
Рецензент
доктор химических наук, профессор А.В.Стряпков
Воробьёва С.В.
В-75 Лабораторные методы изучения вещественного состава
комплексных золотосодержащих и редкометальных руд:
Методическое руководство. – Оренбург: ГОУ ОГУ, 2004. – 16 с.
В методическом руководстве охарактеризованы лабораторные
методы изучения вещественного состава комплексных руд, содержащих
золото и редкие металлы.
Методическое руководство предназначено для студентов третьего
курса специальности 080100, при изучении дисциплины «Лабораторные
методы изучения полезных ископаемых».
ББК 26.341в 6
© Воробьёва С.В., 2004
© ГОУ ОГУ, 2004
Введение
Комплексные (многокомпонентные) руды, содержащие золото и редкие
металлы, характеризуются сложным вещественным составом. Возможность
промышленного освоения таких руд зависит не только от количественного
содержания ценных компонентов в рудах, но и от технологических способов
извлечения ценных компонентов при добыче, обогащении и металлургическом
переделе рудного сырья. Вещественный состав руд и возможность их
промышленного освоения выясняется в процессе опробования и лабораторных
исследований.
Содержание данного методического руководства посвящено
лабораторным методам исследования вещественного состава комплексных
(многокомпонентных) руд, являющихся источником золота и редких металлов.
В данном руководстве автор охарактеризовала основные промышленно-
генетические типы наиболее характерных комплексных руд, используемых
металлургической промышленностью. Для классификации руд использованы
материалы отраслевых институтов металлургической промышленности.
В руководстве изложены основные принципы опробования руд и описаны
методы лабораторных исследований, которые позволяют определять
химический и минералогический состав руд, их технологические качества.
Изложены основные методы исследования окисленных золотосодержащих,
полиметаллических и молибденовых руд. Изучение вещественного состава руд
позволяет определить технологические качества руды и дать промышленную
оценку комплексным рудам.
1 Отбор проб для лабораторных исследований
Руды, содержащие золото и редкие металлы, в большинстве случаев
являются комплексными и обычно содержат несколько ценных попутных
компонентов. Поэтому вещественный состав этих руд определяет с одной
стороны экономическую ценность руд и их пригодность для промышленного
освоения, а с другой - методы технологической переработки (обогащения руд и
металлургического передела рудных концентратов).
Лабораторные исследования вещественного состава руд проводятся в
процессе поисково-разведочных работ на основе систематического
опробования поисковых и разведочных выработок и керна буровых скважин.
Целью опробования является изучение качества и количества полезного
ископаемого. Опробование позволяет также выявить главные поисковые
признаки месторождений и решать конкретные задачи поиска и разведки
месторождений определённого промышленно-генетического типа.
Качество руд определяется их минералогическим и химическим
составом, физико-химическими свойствами, текстурно-структурными
особенностями руд и размерами минеральных агрегатов. Химический и
минералогический анализ позволяет получить полное представление о
вещественном составе руд, наличии в их составе ценных и вредных
компонентов. В процессе лабораторных исследований вещественного состава
необходимо провести разделение руд на промышленные типы и сорта и
выяснить способы обогащения. Выделение типов и сортов руд основано на
изучении характерных природных рудных концентраций в процессе поисково-
разведочных работ и производится на основе технологических исследований
руд с использованием утвержденных стандартов.
Процесс опробования состоит из двух последовательно осуществляемых
операций:
- взятие средней пробы из определённого количества массы опробуемого
продукта;
- лабораторного анализа вещества пробы.
Для получения средней лабораторной пробы исходную руду подвергают
дроблению, перемешиванию и сокращению до минимально допустимой массы
(при данной крупности измельчения). Зависимость между массой пробы и
крупностью частиц, составляющих конкретную пробу, определяется
теоретически обоснованной формулой:
W = Kd
2
,
где: W – масса первоначальной пробы, кг;
d – диаметр кусков максимального размера измельчённых частиц, мм;
K – коэффициент пропорциональности, зависящий от характера руд.
Величина К определена эмпирическим путем на основе опыта
горнорудных предприятий и составляет:
- для очень убогих однородных руд К = 0,2;
- для бедных однородных руд К = 0,7;
- для средних руд К = 1,6-3,5;
- для богатых или неоднородных руд К = 9.
По целевому назначению различают химические, минералогические и
технологические пробы.
Химические пробы отбирают для определения химического состава руды
и подвергают спектральному, химическому и другим анализам.
Изучение химического состава руд. Различные типы и сорта руд
различаются между собой по содержанию основных породообразующих
окислов – SiO
2
, Al
2
O
3
, Fe
2
O
3
, CaO, MgO, Na
2
O, K
2
O, поэтому прежде всего
выясняется количественное содержание этих элементов в руде.
Количественным химическим анализом также определяются рудные
компоненты, являющиеся основной ценностью руды. Параллельно
количественным спектральным или рентгеноспектральным анализом
определяются попутные компоненты. В мономинеральных фракциях
определяется содержание рассеянных элементов. В полевых шпатах пегматитов
содержатся рубидий, галлий, цезий. В карбонатитах – иттрий и редкоземельные
элементы. В цирконах – гафний. В вольфрамитах и касситеритах – индий,
галлий и другие элементы. В титансодержащих минералах обычно
концентрируются ниобий и тантал.
Минералогические пробы отбирают для оценки количества ценных и
сопутствующих минералов.
Изучение минералогического состава и структурно-текстурных
особенностей руды. При детальном исследовании вещественного состава руд
подробно производится минералогическое изучение руд и даётся полная
характеристика количественного содержания всех рудных и жильных
минералов и минералов вмещающих пород. При этом для точной диагностики
минералов используют рентгеновские и спектральные методы анализа, а в
некоторых случаях используют термический анализ и другие физико-
химические методы. Поскольку при обогащении руд и металлургическом
переделе рудных концентратов главную роль играют физико-химические
свойства минералов, поэтому в процессе минералогических исследований
детально изучаются эти свойства и даётся характеристика этих свойств.
Технологические пробы служат для определения технологических
свойств руд, качественных и количественных показателей их обогащения,
доводки и переработки рудных концентратов.
2 Методы лабораторных исследований вещественного
состава комплексных руд
Руды золота. Золото концентрируется в рудах в форме самородного
золота, природных химических соединений, а также в виде твёрдых растворов
и в виде тонкодисперсных включений самородного золота (размером меньше
0,1 мк) в сульфидах /1/. Основную ценность представляет самородное золото.
Комплексные золотосодержащие руды характеризуются следующими
промышленно-генетическими типами:
- полиметаллические руды.
- золото-колчеданные руды.
- гематит-халькопирит-золотые руды.
- кварцево-сульфидные руды.
- кварцево-турмалиновые золотосодержащие руды.
- малосульфидные золотокварцевые руды.
В полиметаллических рудах /2/ природные концентрации золота тесно
связаны с определенными генерациями сульфидных минералов. Золото
извлекается попутно с основными рудными компонентами (свинцом, цинкоми
медью) в рудные концентраты в процессе обогащения.
В колчеданных рудах золото ассоциирует в основном с пиритом и
пирротитом. Основными промышленно-ценными компонентами колчеданных
руд являются медь и цинк, а золото извлекается попутно.
Гематито-халькопирит-золотые руды развиты в карбонатных породах.
Эти руды отличаются повышенным содержанием золота, но запасы руд в
месторождениях обычно небольшие. Типичными районами развития подобных
руд являются Южный Урал, Забайкалье, Якутия. Золото в рудах мелкое и
ассоциирует с гематитом и халькопиритом. Эти руды содержат также
тонкодисперсное золото в других сульфидах, которые входят в состав руд.
Кроме сульфидов эти руды порой содержат большие количества магнетита.
Кварцево-сульфидные руды являются наиболее важным промышленно-
генетическим типом и содержат пирит, халькопирит, сфалерит, блёклые руды,
галенит и другие сульфиды. В рудах присутствуют теллуриды золота, серебра,
висмута.
Самородное золото концентрируется и в жильном кварце и в сульфидах.
Кварцево-турмалиновые золотосодержащие руды встречаются редко и
обычно пространственно сопутствуют молибденовым месторождениям.
Характерным районом, где развиты такие руды, является Восточное
Забайкалье. Главную роль в кварцево-турмалиновых рудах играют жильный
кварц и турмалин. Сульфиды (пирит, халькопирит, арсенопирит, блёклые руды)
составляют в сумме до 1% в руде. Золото тонкодисперсное и концентрируется в
жильном кварце и в пирите. Часто присутствуют теллуриды золота.
Малосульфидные золотокварцевые руды образуют жилы изменчивой
мощности. Содержание сульфидов в этих рудах не превышает 1-3%. Сульфиды
в высокотемпературных ассоциациях представлены в основном пиритом и
халькопиритом, а в низкотемпературных ассоциациях – антимонитом. В
меньших количествах присутствуют другие сульфиды. Золото концентрируется
в основном в жильном кварце, пирите и арсенопирите.
Вещественный состав золотосодержащих руд изучается методами
минералогического, химического и спектрального анализов.
В процессе минералогического анализа выясняют минеральную
ассоциацию золота, размеры и форму золотин и наличие плёнок на
поверхности золотин.
Химическим анализом определяют содержание породообразующих
окислов. Для определения породообразующих окислов производят силикатный
анализ. Сопутствующие золоту цветные и редкие металлы выявляют
спектральным анализом из той же навески, из которой был произведён
силикатный анализ. Общее содержание золота (и сопутствующего серебра)
определяется пробирным анализом.
Сульфидные фракции измельченной руды (которая предварительно
подвергается электромагнитной сепарации, разделяют гравитационным
способом и в тяжёлых жидкостях) и анализируются на содержание редких и
рассеянных элементов /3/.
Мономинеральные фракции золотосодержащей руды взвешивают,
изучают под лупой и бинокулярным микроскопом и производят
количественный подсчёт рудных и жильных минералов. Все выделенные
мономинеральные фракции основных рудных и жильных минералов
подвергают спектральному анализу, а золотосодержащие минеральные
фракции – пробирному анализу.
При технологических исследованиях все полученные продукты:
концентраты, промпродукты, хвосты (гравитации, флотации, цианирования и
амальгамации) подвергают изучению на золото и определяют общий баланс
извлекаемого золота и его потерь, намечают схему доизвлечения золота и
возможных путей дальнейшей (вторичной) переработки золотосодержащих
технологических продуктов и хвостов.
Руды молибдена и вольфрама. Главным минералом-носителем
молибдена является молибденит. Молибденит тесно ассоциирует с кварцем и
образует в жильном кварце тонкочешуйчатые и тонкодисперсные скопления.
Молибденит развивается в породах в виде гнёзд, прожилков, вкрапленников и
образует рудные тела штокверкового типа.
Промышленно-ценными минералами-носителями вольфрама служат
вольфрамит и шеелит. Разновидностями вольфрамита являются ферберит и
гюбнерит.
Руды молибдена и вольфрама представлены следующими промышленно-
генетическими типами:
- кварц-молибденитовые руды.
- кварц-молибденит-халькопиритовые руды.
- вольфрамитовые руды и вольфрамит-касситеритовые руды.
- сульфидно-гюбнеритовые руды.
- шеелитовые и молибденит-шеелитовые скарновые руды.
Кварц-молибденитовые руды представлены кварцевыми жилами. Эти
руды содержат в своем составе пирит, молибденит, вольфрамит, шеелит,
касситерит, висмутин, берилл, халькопирит, галенит, арсенопирит, самородное
золото. Жильный кварц обычно содержит примеси флюорита и мусковита.
Кварц-молибденит-халькопиритовые руды локализуются в умеренно
кислых интрузивных породах и содержат в своём составе кроме молибденита и
халькопирита арсенопирит, магнетит, урановые минералы.
Вольфрамитовые и касситерит-вольфрамитовые руды связаны с
кварцевыми, кварц-топазо-берилло-флюоритовыми и кварц-полевошпатовыми
жилами, которые локализуются в грейзенах. Рудные минералы в этих жилах
представлены вольфрамитом, касситеритом, молибденитом, шеелитом,
висмутином, пиритом. Рудные минералы концентрируются не только в жилах,
но и во вмещающих их грейзенах.
Сульфидно-гюбнеритовые руды локализуются в кварцево-сульфидных
жилах и зонах прожилково-вкрапленных руд в интрузивных и в околожильных
вмещающих гидротермально изменённых породах. Руды содержат гюбнерит,
шеелит, галенит, сфалерит, пирит, блёклые руды, родохрозит, серицит и
каолинит.
Скарновые шеелитовые и молибденит-шеелитовые руды имеют
комплексный состав. Промышленное значение в этих рудах могут иметь также
медь и золото, как попутные компоненты.
При изучении химического состава молибденовых и вольфрамовых руд
производится определение количественного содержания основных
породообразующих окислов (Al
2
O
3
, SiO
2
, FeO, Fe
2
O
3
, CaO, MgO, MnO, Na
2
O +
K
2
O), а также содержания серы общей, серы сульфидной и рудных элементов
(W, Mo, Cu, Au, Sn, Bi и др.).
Кварц-молибденитовые и кварц-вольфрамитовые руды обычно бедны в
отношении примесей попутных компонентов и поэтому подвергаются
гравитационному методу обогащения или разделению в тяжёлых жидкостях.
Эти методы обогащения позволяют сразу выделить ценные минералы из
жильной породы и сконцентрировать их в тяжёлую фракцию, которая затем
разделяется с помощью электромагнита.
Скарновые шеелитовые и молибденит-шеелитовые руды обычно сразу
после дробления подвергаются электромагнитной сепарации.
В молибденовых и вольфрамовых концентратах вредными примесями
являются фосфор, мышьяк, медь, олово и кремний, поэтому при изучении
минерального состава руды и продуктов её обогащения необходимо выяснить
формы нахождения указанных элементов. Фосфор присутствует в апатите;
мышьяк связан с арсенопиритом или блёклой рудой; медь концентрируется в
сульфидах; носителями олова являются минералы олова, висмута и вольфрама;
кремний концентрируется в силикатах. Молибденовые и вольфрамовые руды
обычно содержат попутные редкие и рассеянные элементы: в молибдените
возможны концентрации рения, селена и теллура; в вольфрамите – тантала,
ниобия, скандия, индия и олова; в шеелите, флюорите, гранатах, эпидоте
возможны концентрации редких земель.
Руды олова. Оловосодержащими промышленными минералами являются
касситерит и станнин (оловянный колчедан). Касситерит обычно содержит
примеси Fe, Mn, W, Si, Ta, Nb реже Ni, Sb, In, Ge, Ga, Be, Zr. Касситерит
ассоциирует с кварцем, железистыми хлоритами, турмалином, реже с
карбонатами. Станнин встречается редко и при обогащении обычно теряется,
поскольку находится в тонкозернистых срастаниях с сульфидами. Станнин
тесно ассоциирует с халькопиритом и сфалеритом, реже с пирротином. Иногда
станнин ассоциирует с блёклыми рудами, пиритом, арсенопиритом и
галенитом. Станнин образует структуры распада твёрдых растворов совместно
с халькопиритом и сфалеритом. В касситерит-сульфидных рудах иногда
встречается сульфостаннат свинца – тиллит (содержит 30,4% олова). Руды
олова генетически связаны с пегматитовыми и пневматолито-
гидротермальными процессами минералообразования.
Все оловорудные месторождения разделяются на три рудные формации:
- оловоносные пегматиты;
- касситерит – кварцевые гидротермальные месторождения;
- касситерит-сульфидные месторождения, генетически связанные с
грейзенизированными гранодиоритами и гранитами.
При изучении оловянных руд важно сразу решить вопрос о предельной
крупности рационального измельчения исходной лабораторной пробы.
Изучение дроблёной руды производится для выяснения количественного
минералогического и химического состава. Химическим анализом определяется
количество олова, связанного в касситерите и связанного в станнине, а также
производится полный силикатный анализ руды. Касситерит-сульфидные
дроблёные руды разделяются постоянным магнитом и электромагнитом на ряд
фракций. Касситерит концентрируется в неэлектромагнитных фракциях, но
может выделяться и в электромагнитной фракции, если поверхность его зёрен
покрыта плёнками гидроокислов железа. Поэтому электромагнитная фракция
должна подвергаться обработке 10-15%-ным раствором соляной кислоты с
подогревом на песчаной бане в течение 30-50 минут.
Руды тантала и ниобия. Тантало-ниобиевая минерализация генетически
связана со щелочными гранитами, редкометальными пегматитами,
нефелиновыми сиенитами, щелочными ультраосновными породами и
карбонатитами. Тантало-ниобиевая минерализация сопровождается
концентрациями редкоземельных элементов, урана и тория. Концентрации
тантала и ниобия характерны для щелочных метасоматитов, которые
пространственно ассоциируют с жильными телами гранитов, обогащённых
флюоритом и торитом.
Альбитизированные и грейзенизированные амазонитовые граниты
являются перспективным минеральным сырьём для получения тантала и
ниобия, попутно могут извлекаться касситерит, топаз и добываться
амазонит /4/.
В карбонатитовых рудах /5/ ниобий и тантал часто ассоциируют с
титаном и ураном, церием, иттрием, кальцитом. Промышленное значение в
карбонатитах имеют пирохлор, гатчеттолит и колумбит. Пирохлор является
главным ниобиевым минералом в карбонатитовых рудах. Выделяется
несколько генераций пирохлора: ранняя гатчетолит-урано-танталовая
разновидность коричневого, янтарного и жёлтого цвета; вторая красно-бурая –
обогащённая редкими землями; третья – красного цвета и наиболее поздний
пирохлор кремового цвета, образовавшийся за счёт растворения и
переотложения ранних генераций пирохлора. При исследовании
карбонатитовых руд необходимо большое внимание уделять процессам
вторичных изменений пирохлора /6/.
Пирохлор замещается колумбитом, ферсмитом и фтористым пирохлором.
Гатчетолит концентрируется среди тёмноцветных минералов
карбонатитов и образует октаэдрические зёрна неправильной формы,
окрашенные в жёлтый, ярко-жёлтый, тёмно-бурый и чёрный цвет с жирным
или перламутровым блеском. Гатчетолит тесно ассоциирует с амфиболами,
апатитом, цирконом, флогопитом.
При изучении вещественного состава карбонатитовых руд широко
применяется избирательное растворение в сочетании с разделением
немагнитных минералов в бромоформе, а затем полученная тяжелая фракция
разделяется в жидкости Сушина-Рорбаха.
При изучении руд необходимо выявить формы проявления тантала и
ниобия в амфиболах, пироксенах, слюдах и других минералах карбонатитов.
В редкометальных пегматитах концентрируются минералы группы
танталита-колумбита, часто присутствует микролит, но содержание последнего
незначительно. Торолит, самарскит, симпсонит, фергюсонит, стибиотанталит,
тапиолит, ампангабеит и другие редкометальные минералы /8,9/ представляют
только минералогический интерес.
Минералы группы танталита-колумбита отличаются значительной
хрупкостью, они слабомагнитные и в кислотах не растворяются. В процессе
изучения минералогических проб одной из задач является определение
количественного содержания и размеров тантало-ниобиевых минералов и
выяснение их ассоциаций с породообразующими и другими рудными
минералами. Определение тантало-ниобатов в альбитизированных гранитах
затруднено, в связи с их незначительными содержаниями. Пирохлор-микролит
получают гравитационными методами обогащения, а затем из гравитационного
концентрата выделяют в слабомагнитную фракцию /9/.
Руды циркония. Месторождения циркония обычно сопровождаются
промышленно-значимыми концентрациями ниобия. Цирконий концентрируется
в собственных минералах (цирконосиликатах) и в виде примеси входит в состав
ниобатов, тантало-ниобатов, титанитов, редкоземельных и
железомагнезиальных силикатов. Промышленное значение среди минералов
циркония имеют циркон и бадделеит. Цирконий и редкие земли можно
извлекать из эвдиалитовых луявритов /9/.
Месторождения циркония содержат в промышленных количествах
ниобий и редкие земли. В состав колумбит-циркониевых руд, генетически
связанных со щелочными гранит-порфирами, пегматитами, аплитами, входит
обширный комплекс редких рудных минералов и сульфидов. В числе этих