Минералогическое опробование

В задачи минералогического опробования входит определение минерального состава полезного ископаемого, состава и свойств важнейших минералов, а также текстурно-структурных особенностей руды. Теми же методами изучают оруденелые вмещающие породы и продукты переработки руды - различные концентраты, получаемые при обогащении руд. На большинстве рудных и нерудных месторождений минералогическое опробование дополняет химическое, раскрывая форму нахождения компонентов в руде. На россыпях минералогическое опробование играет главную роль и лежит в основе оконтуривания рудных тел и подсчета запасов ценных минералов. На некоторых специфических полезных ископаемых, таких как слюда, асбест, оптическое сырье и др., особое значение имеет изучение физических свойств ценных минералов. К минералогическому опробованию относится изучение петрографического состава рыхлых строительных материалов (песок, гравий, щебень), а также выделение и изучение природных типов руд на большинстве рудных и нерудных месторождений. Напомним, что в основе выделения природных типов руд лежат их минеральный состав и текстурно-структурные особенности (см. раздел 3.2).

Определение минерального состава полезного ископаемого осуществляется путем взятия и исследования минералогических проб или расчетным путем по данным химического анализа. Изучение состава и свойств минералов, слагающих руду, выполняется преимущественно путем отбора и исследования мономинеральных проб. Иногда состав минералов изучают непосредственно в руде путем лазерного или микрозондового анализа.

В качестве минералогических проб используются полированные штуфы, шлифы, аншлифы (полированные шлифы), шлихи (концентраты тяжелых минералов, получаемые при промывке шлиховых проб на россыпях), протолочки (концентраты тяжелых минералов, получаемые при промывке измельченных скальных руд и вмещающих пород) и брикеты (искусственные шлифы и аншлифы, изготавливаемые из рыхлых полезных ископаемых и концентратов обогащения на специальном цементе).

Различают полный и сокращенный минералогический анализ проб. При полном анализе определяется содержание всех минералов в пробе, а при сокращенном  лишь некоторых наиболее важных минералов руд. Выделяются три основных способа определения минерального состава: визуальный, весовой и расчетный.

Визуальный способ заключается в установлении количества минералов в пробе глазомерным способом или с помощью ряда приспособлений, измеряющих число, линейные размеры или площадь отдельных минералов в штуфах, шлифах, аншлифах и шлихах. В большинстве случаев руда бывает мелко- и тонкозернистая, и количественный подсчет минералов выполняется под микроскопом. Но в крупно- и гигантозернистых рудах (например, в пегматитах) минеральный состав можно определять без микроскопа, например с помощью палетки, накладываемой на полированную поверхность штуфа. Различают линейные и площадные способы визуального подсчета минералов.

Линейный способ основан на измерении длин линий, приходящихся на каждый минерал. Содержание минерала пропорционально суммарной длине линий, пересекающих его. На линейном способе построена автоматическая установка "Контраст", работающая с помощью светового зонда, сканирующего поверхность шлифа или аншлифа с выводом на экран дисплея и автоматическим подсчетом площади минералов с применением ЭВМ.

Площадной способ заключается в измерении площадей минералов в поле микроскопа с помощью палетки (окулярной сетки). Подсчитывается число квадратов палетки, приходящихся на каждый минерал. Содержание минерала пропорционально его суммарной площади.

В шлихах визуально можно оценить количество зерен каждого минерала во фракции определенной крупности. Содержание минерала пропорционально количеству его зерен.

Визуальные способы подсчета широко распространены и обладают высокой производительностью. Точность подсчета зависит от числа замеров, обычно она не превышает 5 % в отдельном шлифе или аншлифе. На практике в подсчете участвуют обычно несколько десятков шлифов и аншлифов, что обеспечивает достаточную точность оценки минерального состава руды. При визуальных способах содержание минералов определяют по площади или по объему, считая его пропорциональным площади, и выражают в процентах. Чтобы пересчитать содержание по объему на содержание по массе, содержание по объему умножают на плотность минералов, произведения суммируют и выражают в процентах от суммы.

Весовой способ заключается в возможно более полном выделении минерала из пробы и его взвешивании. Содержание минерала определяют как отношение массы минерала к массе пробы или его объему. В первом случае полученное значение выражают в граммах на тонну или процентах, во втором – в граммах или килограммах на кубический метр. Весовой способ применяется на рыхлых полезных ископаемых, преимущественно на россыпях благородных металлов, где он играет главную роль и лежит в основе подсчета их запасов. Выделение минерала из руды зависит от его свойств и может осуществляться магнитной сепарацией, отдувкой, промывкой, флотацией и другими способами.

Расчетный способ заключается в пересчете химического состава руды на минеральный. Предварительно нужно определить, какие минералы присутствуют в руде, и либо знать их теоретическую кристаллохимическую формулу, либо определить состав с помощью мономинеральных проб. Иногда могут быть использованы зависимости состава минерала от его оптических свойств, плотности и др. Например, если в руде присутствует халькопирит и известно содержание в ней меди, то легко рассчитать количество халькопирита по соотношению его молекулярной массы к атомной массе меди, используя теоретическую формулу CuFeS₂. Отношение молекулярной массы халькопирита к атомной массе меди равно 2,89, поэтому 1 % меди в руде соответствует 2,89 % халькопирита. В случае руд сложного состава пересчет несколько усложняется и может потребоваться дополнительная информация о количественном соотношении минералов в руде.

Часто применяется универсальная методика пересчета состава руды путем деления содержаний компонентов на соответствующие атомные массы (и умножения на 10000), что позволяет рассчитать количество атомов в руде в относительных единицах (табл.9). Из атомов составляют молекулы минералов, находят количество молекул и после умножения их на молекулярную массу (и деления на 10000) получают содержание минералов в руде. Расчетный способ обладает высокой точностью и обычно используется для определения количества важнейших минералов руды.

Для изучения состава и свойств минералов (например, плотности) применяются мономинеральные пробы, которые выделяются из руды в чистом виде в количестве, достаточном для анализа (1-10 г).

В зависимости от свойств минерала для его выделения могут быть использованы магнитная сепарация, флотация, промывка, разделение в тяжелых жидкостях и другие методы. В наиболее ответственных случаях мономинеральные пробы отбирают вручную под бинокулярным микроскопом.