1.2.1.3. Текстурные и структурные особенности
Текстурные и структурные особенности в строении ПИ характеризуются крупностью минералов, формой и пространственным распределением минеральных включений и их агрегатов.
К основным формам минеральных зерен относятся:
- идиоморфная (ограниченная гранями кристалла);
- аллотриморфная (ограниченная формой заполняемого пространства);
- коллоидная;
- пластинчатая;
- эмульсионная;
- осколки и обломки.
В зависимости от размера минералов различают
- крупную (20-2 мм);
- мелкую (2-0,2 мм);
- тонкую (0,2-0,02 мм);
- эмульсионную (0,02-0,002 мм);
- субмикроскопическую (0,002-0,0002 мм);
- коллоидно-дисперсную (менее 0,0002 мм)
вкрапленность минералов.
Структура минеральных агрегатов может быть: зернистой, зональной, полосчатой, каркасной, петельчатой, решетчатой, эмульсионной, неоднородной, нитеобразной, раскрошенной, натечной, скелетной, цементной, раздробленной.
Текстура руды, т.е. взаимное расположение минеральных агрегатов, может быть:
- полосчатой, слоистой (минеральные агрегаты примыкают друг к другу);
- конкреционной (располагаются один внутри другого);
- петельчатой (взаимно проникают др. в друга);
- пористой;
- концентрически–зональной, кокардовой, корковой, в которых последовательно одни минералы окаймляют другие.
Вкрапленность минералов существенно влияет на показатели ОПИ. Наиболее высокие показатели достигаются при крупной вкрапленности минералов, имеющих идиоморфную форму и форму обломков и осколков. Показатели существенно ухудшаются при пластинчатой форме зерен и решетчатой, петельчатой, зональной структуре агрегата. При натечной структуре агрегатов наибольшие потери наблюдаются при концентрически–зональной, корковой текстуре, при каркасной структуре агрегата – при пористой текстуре.
Таким образом, чем крупнее вкрапленность минералов и совершеннее форма их выделений, тем проще методы и выше показатели переработки.
1.2.2. Физические свойства
Из физ. свойств наибольшее значение имеет механическая прочность (крепость) руд, определяющая энергетические затраты при их дроблении и измельчении, с целью раскрытия минералов. Следовательно, механическая прочность характеризуется дробимостью, хрупкостью, твердостью абразивностью.
Дробимость характеризует способность ПИ сопротивляться разрушению под действием динамических напряжений, передаваемых материалу непосредственно дробящими устройствами.
Хрупкость характеризуется свойством минералов и их агрегатов разрушаться при механическом воздействии на них без применения специальных дробящих устройств.
Твердость характеризует способность тела противодействовать проникновению в него другого, более твердого тела. Существует 10 бальная шкала твердости Мооса, представляющая собой ряд эталонных минералов (табл.1.1).
Таблица 1.1
Шкала твердости различных минералов по Моосу
минерал |
Твердость |
Простейший способ определения твердости |
тальк |
1 |
Минерал пишет по бумаге, не царапая ее |
гипс |
2 |
Царапает бумагу |
флюорит |
3 |
Кончик ножа легко без усилия чертит по минералу |
кальцит |
4 |
Необходимо небольшое усилие ножа |
апатит |
5 |
Чертит ножом при значительном усилии |
ортоклаз |
6 |
Минерал оставляет царапину на стекле |
кварц |
7 |
Минерал оставляет царапину на стекле |
топаз |
8 |
Минерал оставляет царапину на стекле |
корунд |
9 |
Минерал оставляет царапину на стекле |
алмаз |
10 |
Минерал оставляет царапину на стекле |
Крепость горных пород характеризует их сопротивляемость технологическому разрушению. Существует шкала М.М. Протодъяконова крепости горных пород, приведенная в табл. 1.2.
Прочность образцов неправильной формы можно рассчитать по формуле
где F – усилие раздавливания; γ – плотность образца; G – масса куска породы.
Коэффициент крепости можно рассчитать либо по формуле
либо более точно по формуле
.
Показатель абразивности горных пород составляет (мг):
- для мягких – до 10;
- средних от 10до 30;
- твердых от 30 до 45;
- весьма твердых более 45.
Из других физизических свойств минералов и их агрегатов выделяют пористость, газопроницаемость, кусковатость и влажность.
Таблица 1.2
Крепость минералов по шкале М.М. Протодъяконова
Категория |
Степень крепости |
Порода |
Коэффициент крепости |
I |
В высшей степени крепкая |
Наиболее крепкие, плотные и вязкие кварциты и базальты; исключительные по крепости другие породы |
20 |
II |
Очень крепкая |
Очень крепкие гранитовые породы, кварцевый профир, очень крепкий гранит, кремнистый сланец, самые крепкие песчаники и известняки |
15 |
III |
Крепкая |
Гранит (плотный) и гранитовые породы, очень крепкие песчаники и известняки, кварцевые рудные жилы, крепкий конгломерат, очень крепкие железные руды |
10 |
IIIa |
Крепкая |
Известняки (крепкие), некрепкий гранит, крепкие песчаники, крепкий мрамор, доломит, колчеданы |
8 |
IV |
Довольно крепкая |
Обычный песчаник, железные руды |
6 |
IVa |
Довольно крепкая |
Песчанистые сланцы, сланцевые песчаники |
5 |
V |
Средняя |
Крепкий глинистый сланец, некрепкий песчаник и известняк, мягкий конгломерат |
4 |
Va |
Средняя |
Разнообразные сланцы (некрепкие), плотный мергель |
3 |
VI |
Довольно мягкая |
Мягкий сланец, очень мягкий известняк, мел, каменная соль, гипс, мерзлый грунт, антрацит, обыкновенный мергель, разрушенный песчаник, сцементированные галька и хрящ, каменный грунт |
2 |
VIa |
Довольно мягкая |
Щебенистый грунт, разрушенный сланец, слежавшаяся галька, щебень, крепкий каменный уголь, отвердевшая глина |
1,5 |
VII |
Мягкая |
Глина (плотная), мягкий каменный уголь, крепкий нанос-глинистый грунт |
1 |
VIIa |
Мягкая |
Легкая песчанистая глина, лесс, гравий |
0,8 |
VIII |
Землистая |
Растительная земля, торф, легкий суглинок, сырой песок |
0,6 |
IX |
Сыпучая |
Песок, осыпи, мелкий гравий, насыпная земля, добытый уголь |
0,5 |
X |
Плывучая |
Плывуны, болотистый грунт, разжиженный лесс, и другие разжиженные грунты |
0,3 |
Пористость и газопроницаемость определяет восстановимость руд. Например, наиболее высокой восстановимостью характеризуются бурые железняки и сидеритовые руды, наименьшей – магнетитовые руды.
Кусковатость руд является нормирующим показателем, определяющим кондиции руд черных металлов. Например, для магнетитовых руд верхний предел крупности составляет 40-50 мм, для бурых железняков -80-120 мм; нижний предел крупности для всех железных руд -10 мм.
Влажность руд может вызывать смерзаемость и существенно затруднять транспортирование ПИ, ухудшить условия его переработки и технологические свойства. Влажность снижает упругие свойства горных пород – модуль Юнга (коэффициент пропорциональности между действующим продольным напряжением σ и соответствующей ему относительной деформацией Δl/l (l - первоначальная длина, Δl –абсолютное удлинение или сокращение) – σ = ЕΔl/l); модуль сдвига G (показатель, связывающий касательные напряжения τ с деформацией сдвига φ G = τ/φ); модуль сжатия К (коэффициент пропорциональности между всесторонним сжатием σ′ и относительным уменьшением объема σ′=КΔV/V), а также увеличивает модуль Пуассона μ (коэффициент пропорциональности между относительным удлинением и относительным поперечным сокращением образца Δd/d = μΔl/l) и значительно изменяет их термические и электрические свойства.
Влажность Wп (%) рассчитывается по формуле
где G′1, G2 – масса соответственно насыщенного водой и сухого образца.
Следующие свойство это плотность горных пород, которая определяется плотностью слагающих их минералов, которые в свою очередь, делятся на тяжелые (более 4), средние (2,5-4,0) и легкие (менее 2,5). Кроме того, существует еще и такое понятие как насыпная плотность, характеризующая отношение массы руды к занимаемому ей объему.