Химическое опробование

Химическое опробование предназначено для определения химического состава руды. Оно играет главную роль для большинства полезных ископаемых, за исключением россыпей, некоторых видов индустриального сырья и строительных материалов. Химическое опробование лежит в основе оконтуривания рудных тел, подсчета запасов руд и содержащихся в них полезных компонентов.

Химический состав руд определяется чаще всего путем взятия и исследования проб из разведочных выработок, реже - без взятия проб дистанционными геофизическими методами. При разведке месторождений получили распространение два вида проб: рядовые (секционные) и групповые (объединенные), которые различаются назначением и способом получения.

Рядовые пробы предназначены для определения содержания главных компонентов и, следовательно, для оконтуривания рудных тел и промышленных сортов руд. Границы рядовых проб обычно совпадают с границами природных типов руд.

Количество групповых проб в несколько раз меньше количества рядовых проб, что позволяет, с одной стороны, определить содержание широкого круга компонентов в составе руды, с другой, – существенно сократить объем аналитических работ.

Групповые пробы предназначены для определения содержания главных и второстепенных компонентов. Их получают объединением дубликатов рядовых проб пропорционально длине последних. Границы групповых проб совпадают с границами промышленных сортов руд или рудных тел.

Обычная последовательность химического опробования выглядит следующим образом. При геологической документации разведочных выработок осуществляется разметка интервалов опробования с учетом строения рудных тел и размещения в них природных типов руд или руд различного петрографического облика и физического состояния. Из каждого выделенного интервала берется одна рядовая (секционная) проба. В большинстве случаев рядовая проба является линейной, ее берут из керна скважин или бороздовым способом из горных выработок. Опробуются и маломощные интервалы безрудных или оруденелых вмещающих пород, расположенные внутри рудной зоны. Если границу рудного тела визуально определить трудно, то рядовые пробы берут до выхода в заведомо безрудные породы.

При бескерновом бурении границы природных типов руд установить практически невозможно, в этих условиях с учетом вероятного характера оруденения длина проб принимается постоянной, чаще всего 0,5-2 м. В маломощных рудных телах рядовые пробы берут задирковым способом, а при крайне изменчивом оруденении  валовым способом.

Масса рядовых проб составляет несколько килограммов или десятков килограммов, но может достигать и нескольких тонн. Рядовые пробы перед анализом подвергают обработке с целью измельчить и уменьшить их массу до 50-200 г, сохранив при этом состав. В результате обработки изготавливаются две навески массой 50-200 г, одна из них направляется на анализ, другая хранится в качестве дубликата для повторных, контрольных и других анализов.

По результатам химического анализа рядовых проб устанавливаются границы рудных тел, особенно в тех случаях, когда руда постепенно переходит во вмещающие породы, и границы промышленных сортов руд с учетом принятых кондиций (бортового содержания главных компонентов, минимальной промышленной мощности рудных тел, метропроцента и пр.).

Далее переходят к составлению групповых проб, используя навески-дубликаты рядовых проб. В групповых пробах определяется содержание главных и широкого круга второстепенных компонентов (до 20), что позволяет получить всестороннее представление о химическом составе руды, а также изучить корреляционные зависимости второстепенных компонентов от главных.

Приведенная схема может видоизменяться в зависимости от вида минерального сырья и стадии геолого-разведочных работ. Например, на стадии поисково-оценочных работ в рядовых пробах обычно анализируется более широкий круг компонентов. При эксплуатационной разведке, когда состав руд достаточно хорошо изучен, можно отказаться от составления и анализа групповых проб.

Обработка рядовых проб

Материал рядовой пробы обычно представлен частицами и обломками руды размером несколько сантиметров, лишь при опробовании шлама он измельчен до нескольких миллиметров и менее. Масса рядовых проб, как указывалось, составляет первые килограммы - десятки килограммов и более. Для химического анализа необходимо иметь навеску тонко измельченного материала (порядка 0,1 мм) массой 50-200 г. Для спектрального анализа масса навески должна быть 5-20 г, а для пробирного 0,5-1,0 кг и более. Пробы в процессе обработки должны быть измельчены до необходимой крупности и сокращены до той массы, которая требуется для анализа. В процессе обработки конечная навеска должна сохранить состав исходной пробы.

Обработка проб состоит в чередовании операций измельчения, грохочения (просеивания), перемешивания и сокращения, выполняемых по определенным правилам, обеспечивающим сохранение состава исходной пробы в конечной навеске. В геологической практике получило распространение правило Ричардса - Чечотта, которое обосновано экспериментальными исследованиями и заключается в том, что достоверность пробы сохраняется, если на всех операциях обработки ее масса будет больше допустимой массы, которая пропорциональна квадрату размера максимальных частиц в измельченном материале, что выражается формулой Q = kd² (где Q – надежная масса пробы после сокращения, кг; d  диаметр максимальных частиц, мм; k  коэффициент пропорциональности). Коэффициент пропорциональности зависит от свойств полезного ископаемого: изменчивости состава руды, размера зерен ценных минералов, содержания компонентов в руде и различия в плотности минералов. Чем больше изменчивость состава руды, размер зерен и различия в плотности минералов, чем ниже содержание полезных компонентов, тем больше значение k.

Экспериментальные работы, выполненные различными исследователями, позволили обосновать значения k для всех промышленных типов месторождений. На основе исследований М.Н.Альбова, Н.В.Барышева, Д.А.Зенкова, П.Л.Каллистова, Г.В.Крылова, К.Л.По­жарицкого и других рекомендуются следующие значения k в зависимости от характера оруденения:

Измельчение проб осуществляется дробилками различного типа. Различают дробилки крупного, мелкого и тонкого измельчения (табл.7). Каждая дробилка требует загрузки материалом определенной крупности, зависящим от размера входного устройства, и за один прием измельчает материал пробы в некоторое число раз, называемое степенью измельчения. При крупном и мелком измельчении степень измельчения 4-6, при тонком - достигает 25.

Крупное измельчение производят на щековых дробилках, которые имеют простую конструкцию и надежны в работе. Проба поступает в зазор между подвижной и неподвижной щеками. Подвижная щека, совершая возвратно-поступательные движения, раздавливает материал, который просыпается в разгрузочную щель. Ее ширина (расстояние между щеками) может устанавливаться от 3 до 10 мм и определяет конечную крупность материала. Производительность дробилки колеблется в зависимости от прочности материала и степени измельчения.

Мелкое измельчение производится на валковых дробилках, представляющих собой два параллельных цилиндрических валка, вращающихся навстречу друг другу. Материал пробы из бункера просыпается между валками и раздавливается. Расстояние между валками можно менять от 0,5 до 10 мм, что позволяет получать различную крупность частиц.

Таблица 7