Кількісно-мінералогічний аналіз руд та продуктів збагачення

Для визначення мінерального складу руд передбачають діагностику всіх мінеральних фаз з кількісною оцінкою їхнього вмісту. У цьому разі треба виділяти дві групи мінералів: рудні і нерудні (породотворні і жильні). Рудними називають практично цінні (корисні) мінерали за економічною кон'юнктурою. Такі мінерали для кожного конкретного типу родовищ поділяють на головні (концентрують понад 50 % основних і частково супутніх компонентів) та другорядні (концентрують до 50 % основних і частково супутніх компонентів).

За вмістом у пробах мінерали бувають п'яти груп, %: дуже поширені (понад 10), поширені (1-Ю), малопоширені (0,1-0,9), рідкісні (0,01-0,09), дуже рідкісні (до 0,01). Визначення мінерального складу руд обов'язково завершують їхньою кількісною оцінкою. Залежно від призначення, повноти та точності кількісних оцінок вмісту мінералів кількісно-мінералогічні аналізи поділяють на такі:

наближено-кількісний аналіз малих проб оптико-мінералогічним методом (підрахунок 500 зерен);

повний кількісний мінералогічний аналіз мінералого-технологічних і типових технологічних проб комплексом мінералогічних (фазових) методів;

повний і неповний напівкількісний мінералогічний аналіз продуктів збагачення оптико-мінералогічним методом (візуальна оцінка вмісту).

Наближено-кількісний мінералогічний аналізмалих проб у разі малооб'ємного опробування і картування родовищ дає змогу: віднести руди до певного промислового типу; попередньо виділити природні та

технологічні типи; з ясувати залежність між параметрами речовинного складу і збагачуваністю; вибрати принципову технологічну схему; дати порівняльну характеристику збагачуваності. Такий аналіз подрібнених руд передбачає визначення якісного і кількісного складу фракцій, виділених за густиною та магнітними властивостями, під бінокуляром. Для уточнення видового мінерального складу ефективним є використання імерсійного та мінераграфічного методів. Для аналізу в першому випадку готують імерсійний препарат, у другому - полірований брикет.

З метою кількісної оцінки мінерального складу виконують відквартування від фракцій. Ступінь квартузання визначений об'ємом, необхідним для кількісного підрахунку 500 зерен під бінокуляром і приблизно у два-чотири рази більше для підрахунку під оптичним мікроскопом (у прохідному чи відбитому світлі). Кількісну оцінку вмісту мінералів у фракції з 500 зерен уважають достатньою для одержання надійних результатів. Під час підрахунку в "доріжці" спочатку відлічують 500 зерен, а потім рахують кількість зерен кожного мінералу. Підрахунок в імерсійному препараті виконують приблизно в чотирьох полях зору (у полі 100-200 зерен). У кожному полі обчислюють по квадратах загальну кількість зерен кожного мінерального виду зі зведенням їхніх'розмірів до одиниці вмісту розміру клітки сітчастого окуляра. Щоб запобігти пропусканню мінералів, один і той же препарат можна послідовно вивчати в двох та більше імерсійних рідинах.

Для переходу в імерсійних препаратах від кількості зерен до їхніх об'ємів, щоб уникнути завищення результатів для сильно приплюснутих (слюди) і видовжених (турмалін та ін.) зерен, використовують поправкові коефіцієнти, визначені дослідним шляхом і наведені у відповідних довідниках. Під час діагностики і кількісної оцінки мінералів у фракціях разом з оптичними методами досліджень широко застосовують мікрохімічні реакції, фото- і рентгенолюмінесценцію тощо.

Мінералогічний аналіз шламових класів (до 0,05 мм) оптико-мінералогічним методом унаслідок малих розмірів зерен мінералів дуже утруднений і звичайно дає результати поганої точності, тому в цих випадках додатково використовують спеціальні методи.

Після підрахунку кількості кожного мінералу в 500 зернах фракції обчислюють його масовий вміст у пробі у відсотках. Спочатку визначають вміст мінералів у фракції (Сфі):

де Пі - кількість зерен мінералу у підрахунку; ^ - густина мінералу.

Вміст мінералу в пробі С, обчислюють як суму вмістів його у фракціях, перерахованих на знешламлювану пробу (С'фІ):

де у - вихід фракції на пробу, обчислений за формулою

у = (Р_фі/Р)100. Тут Рф, - маса фракції, яку аналізують; Р - загальна маса проби.

Звідси: С'фі = (СфІ-РфіУР.

Наявність одних і тих же мінералів у складі різних типів зростків (за вмістом, складом, ступенем зміни) у різних фракціях ускладнює їхній аналіз. Візуальна оцінка їхніх вмістів шляхом додавання об'ємної частки зерна, що припадає на мінерал, знижує точність оптико-мінералогічного методу аналізу руди.

Неврахування шламових класів (їхній вихід іноді досягає 15-20 %) також зменшує точність оцінки мінерального складу руди в цілому.

Повний кількісний мінералогічний аналізвиконують під час детального вивчення мінералого-технологічних і типових технологічних проб [27]. Він дає змогу простежити поведінку мінералів руди у технологічних процесах і обгрунтувати вибір варіантів раціональних технологічних схем; оцінити можливі показники видобутку головних і супутніх компонентів; визначити головні завдання щодо комплексного використання руд.

Діагностика і, головне, повна кількісна оцінка вмісту мінералів руд подібного типу можливі тільки шляхом раціонального комплексування оптико-мінералогічного методу з іншими методами фазового аналізу.

Сьогодні є різні методи аналізу фазового складу мінеральних об'єктів. Поряд із традиційними мінералогічними (оптико-мінералогічний і оптико-геометричний) і хімічними успішно застосовують фізичні методи: термічний, інфрачервоної спектроскопії, термомагнітометричний, ядерний гамма-резонансний, квантово-оптичний і передусім рентгенографічний. Ці методи відрізняються між собою чутливістю, точністю, повнотою тощо (табл. 5.15).

Оптико-мінералогічний кількісний аналіз полягає у підрахунку зерен мінералів у фракціях (звичайно 500 зерен), напівкількісний аналіз - у візуальній оцінці вмісту зерен мінералів у фракціях під бінокулярним мікроскопом (класи -2+0,2 мм) або мікроскопом типу Полам в імерсійних препаратах (класи —0,2 мм).

Оптико-геометричний аналіз виконують точковим або лінійно-дискре­тним способом у шліфах і аншліфах (неподрібнені руди), шліфах-брикетах (фракції подрібнених руд) під мікроскопом типу Полам з використанням

Таблиця 5.15

Головні характеристики методів мінералогічного аналізу

* Категорія точності відповідає вимогам до точності кількісних фазових аналізів, регламентованих метрологічною службою.

інтеграційного столика або напівавтоматичного інтеграційного лічильного пристрою типу інтегратора Чейза, Форда, приладу "Ельтинатор", а також автоматичних приладів типу "Контраст", "Квантимет", "Маджискан", "Епіквант" та ін.

Хімічний фазовий аналіз, що ґрунтується на вибірковому розчиненні мінералів, дає змогу визначати мінеральні форми РЬ, 8п, Мо, XV, Си, 2п, А§, Ре, Мп та інших рудних елементів.

Ренгенографічний кількісний фазовий аналіз виконують методом внутрішнього стандарту на дифрактометрах типу ДРОН з автоматичним опрацюванням даних на ЕОМ.

Термічний аналіз кількісного визначення термоактивних мінералів виконують термоваговим або термогравіметричним методами на дериватографі (угорської фірми), укомплектованому приставкою "Газо-титриметр", яка дає змогу оцінити втрату чотирьох газових складових.

Метод інфрачервоної спектроскопії (ІЧС) допомагає визначати кількісний вміст одного або двох-трьох мінералів на ІЧ-спектрофотометрах.

Ядерний гамма-резонансний спектроскопічний метод (ЯГРС) застосовують для кількісної оцінки вмістів оксидів заліза (гематит, магнетит, магеміт, ільменіт, гетит, лепідокрокіт), карбонатів (анкерит, сидерит), залізовмісних силікатів і сульфідів, а також важливих мінералів олова (каситерит, станін, варламовіт).

Термомагнітометричний метод є засобом кількісної оцінки вмісту сильномагнітних (феро- і феримагнітних) мінералів: а-заліза, вюститу, магнетиту та його різновидів (франклініту і якобситу), гематиту, ільменіту, гетиту, гідрогематиту, лепідокриту, піротину, кубаніту, сидериту. Аналіз виконують за допомогою вібраційного магнітометра.

Квантово-оптичний метод рекомендований для масової кількісної оцінки вмісту кварцу, нефеліну, турмаліну, сфалериту, кіноварі та інших ацентричних мінералів.

Використання того чи іншого методу для кількісної оцінки мінералів залежить від особливостей мінерального складу аналізованого об'єкта: вмісту, структурного стану мінералів, розміру їхніх зерен, ступеня прояву накладених процесів.

Під час кількісної оцінки мінералів з близькими фізичними властивостями (тантал о-ніобати, група бариту-целестину), змінених (заміщення пірохлору колумбітом і ферсмітом, магнетиту гематитом та ін.) тонких класів (у тому числі шламових), продуктів флотації й особливо хіміко-металургійної переробки найефективнішим є метод РКФА. Для дослідження тонкодисперсних руд переважно застосовують метод

термічного аналізу, рентгеноаморфних і аморфних - ІЧС, мінералів заліза -ЯГРС і термомагнітометричний метод, мінералів олова - ЯГРС. Поєднання раціонального комплексу фракціонування і сучасних методів досліджень підвищує якість повних кількісних мінералогічних аналізів.

Повний і неповний напівкількісні мінералогічні аналізипродуктів збагачення дають змогу провадити експресний мінералогічний контроль над процесом збагачення і хіміко-металургійною переробкою руд. Це особливо важливо для полімінеральних руд, зокрема рідкіснометальних, олов'яно-поліметалічних та інших, що містять від 11 до 22 рудних мінералів, з яких чотири-п'ять є власними мінералами основного корисного компонента. У цьому випадку аналітичні методи контролю ефективні в комплексі з методами мінералогічних досліджень.

Проби для аналізів готують за спрощеною схемою: поділяють на два класи за розміром зерен з подальшим фракціонуванням за густиною в однїй-двох рідинах (бромформ і Клеричі) та за магнітними властивостями. Зазначимо, що фракціонування проб порівняно простого мінерального складу і розміру до 0,5 мм не завжди доцільне. Мінералогічний аналіз виконують під бінокулярним мікроскопом, а якщо потрібно, то в імерсійних препаратах і полірованих шліфах-брикетах шляхом візуальної оцінки вмісту мінералів. Ефективним є використання методу фотолюмінесценції мінералів. Середньоквадратичне відхилення результатів напівкількісних мінералогічних аналізів не повинно перевищувати +30-50 відн. %.