книги из ГПНТБ / Пирогов, Б. И. Минералогическое исследование железных и марганцевых руд

ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЕЩЕСТВЕННОГО СОСТАВА РУД И ПРОДУКТОВ ОБОГАЩЕНИЯ

Разработка эффективных методов и схем обогащения зависит от состава и свойств разделяемых минералов (морфологии, струк­ туры, кристаллохимических признаков). Несомненно, успех в изу­ чении обогатимости того или иного типа руды определяется знани­ ем закономерностей поведения слагающих его минералов при раз­ личных методах обогащения. Выявление таких закономерностей может быть осуществлено с помощью минералого-петрографиче­ ских исследований с применением современных физических и фи­ зико-химических методов изучения минералов.

Приводимые в минералогических справочниках константы по свойствам минералов касаются наиболее идеальных природных кристаллических индивидов. В то же время при обогащении руд приходится иметь дело с наиболее бедными разновидностями, в ко­ торых минералы представлены чаще не монокристаллами, а агре­ гатами с различными по размерам и морфологии индивидами и весьма различной степенью кристалличности последних.

Развитие большинства минеральных индивидов и агрегатов в природе происходит в термодинамически неравновесных усло­ виях, с чем связаны разнообразия в морфологии, дефекты кристал­ лической решетки, изменчивость состава и свойств поверхности кристаллических индивидов (поры, пленки) и другие особенности минералов. В зависимости от характера процессов минералообразования в пределах одного и того же месторождения может просле­ живаться значительная изменчивость минеральных ассоциаций, их структурных взаимоотношений, состава и свойств отдельных мине­ ралов, что необходимо учитывать при разработке технологической схемы обогащения руд.

В связи с вовлечением в эксплуатацию новых крупных место­ рождений железных и марганцевых руд и современными требова­ ниями к их технологической оценке необходимо наиболее глубокое изучение минерального состава, текстурно-структурных признаков и физико-механических свойств руд. Недооценка углубленного изу­ чения вещественного состава руд нередко приводит к технологиче­ ским просчетам и необходимости вслед за вводом в действие обо­ гатительных фабрик срочной реконструкции их.

Изучение вещественного состава руд осуществляется с различ­ ной степенью детальности на всех этапах разведки месторождений и их эксплуатации.

§ 1. ПРОБЫ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ

При разведке и эксплуатации месторождений (по скважинам, забоям участков, блокам, уступам карьеров), на дробильных и обогатительных фабриках (по различным узлам технологической схемы) отбираются специальные пробы для изучения веществен­ ного состава руд, продуктов дробления и обогащения, их техноло­ гических свойств, оценки эффективности процессов обогащения и контроля качества на обогатительной фабрике.

В зависимости от назначения различаются следующие пробы: минералогические; химические; технологические;

пробы продуктов обогащения.

Минералогические пробы. Минералогические пробы (образцы) могут отбираться непосредственно из керна скважин колонкового бурения, забоев карьера или кускового (дробленого) материала технологических проб. Как правило, они предназначаются для ка­ чественной характеристики минерального состава и текстурных признаков руды, определения размеров и морфологии минеральных индивидов и агрегатов, типов срастаний рудных и нерудных мине­ ралов, их генетических взаимоотношений.

В зависимости от размера технологической пробы минералоги­ ческие образцы отбираются или непосредственно из пробы по за­ ранее определенной системе (по сетке, линиям или выборочно) или в процессе сокращения пробы.

Для оценки количественного минерального состава проб руды отбираются средние минералогические пробы в соответствии с при­ нятыми правилами сокращения.

Химические пробы. Химические пробы отбираются для опреде­ ления химического (фазового) состава руды и содержания в ней полезных и вредных компонентов.

Технологические пробы. Технологические пробы отбираются на всех этапах разведки и эксплуатации месторождений для изучения вещественного состава и обогатимости руд, решения вопросов реконструкции обогатительных фабрик и технологического карти­ рования месторождений. Они отбираются как по отдельным тек­ стурно-минералогическим разновидностям руд, так и в целом по месторождению, блоку, уступу карьера. При определении пред­ ставительности пробы должны учитываться химический, минераль­ ный состав, текстурно-структурные признаки и физико-механические свойства руд. Крупность исходного материала проб зависит от тек­ стурно-структурных признаков руд и технологических особенностей применяемых схем обогащения. Как показывает опыт, крупность

проб чаще всего колеблется от 5 до 300 мм. Вес технологической пробы зависит от цели работы, содержания и объема испытаний, а также от применяемых методов и схем обогащения.

Технологические пробы подразделяются на: пробы для техно­ логического анализа; лабораторные; полупромышленные и про­ мышленные. Вес их колеблется от нескольких десятков граммов до

для определения качественного минерального состава, изучения текстурно-структурных признаков, позволяющих определить воз­ можность применения различных методов обогащения и крупность дробления. При микроскопическом изучении дробленой и рассеян­ ной на классы руды дополнительно изучается степень раскрытия различных рудных минералов. Если проба представлена несколь­ кими текстурно-минералогическими разновидностями руд, то при ее характеристике определяют процентное содержание каждой раз­ новидности.

Пробы продуктов обогащения. При обогащении руд отбираются пробы концентратов, хвостов и промежуточных продуктов различ­ ных стадий обогащения для контроля технологических процессов. Исследование продуктов обогащения производится в исходной крупности, реже после доизмельчения (в частности, для определе­ ния степени раскрытия промежуточных продуктов). В большинст­ ве случаев структурно-минералогические исследования продуктов обогащения производятся на пробах, предварительно рассеянных на классы. Пробы различных продуктов обогащения различаются по содержанию рудных и нерудных минералов, типов сростков, по­ лезных и вредных компонентов.

изучение текстурных и структурных признаков (тип текстуры, форма и размеры зерен и агрегатов, типы срастаний рудных и не­ рудных минералов),

изучение минерального состава отдельных текстурных компо­ нентов руды,

Рис. 5. Схема изучения вещественного состава руд

изучение морфологии, состава и структуры основных рудных минералов в связи с их физическими свойствами.

Э т а п 1. М а к р о с к о п и ч е с к о е и з у ч е н и е р у д

При макроскопическом изучении руд объектом исследования являются керн скважин колонкового бурения, шлам скважин ка­ натно-ударного и шарошечного бурения, каменный материал из за­ боев горных выработок и обнажений, который может быть объеди­ нен в пробы различного веса и назначения.

Макроскопическое изучение руд позволяет визуально опреде­ лить основные природные текстурно-минералогические разновид­

текстурно-минералогические признаки руд, необходимо отобрать несколько (5—15) образцов, представительных для данного уча­ стка или интервала, размером не менее 9X12 см. На основании первичного определения основных рудных и нерудных минералов

минералы, содержание которых превышает 10%. Значительно труднее определяется наименование разновидностей по шламу. Здесь следует обращать внимание на характерную окраску шла­ мов, например зеленая за счет присутствия хлорита или эпидота; присутствие чешуйчатых и пластинчатых зерен с характерным блеском, например железной слюдки.

При макроскопическом изучении руд, определяя текстурные осо­ бенности, необходимо охарактеризовать пространственное распре­ деление минеральных компонентов или их агрегатов, которое может быть закономерным или незакономерным, равномерным или нерав­ номерным. Это имеет существенное значение для решения вопроса о включении в технологический процесс операции предварительно­ го обогащения руды, измельченной до крупности, значительно пре­ вышающей средние размеры включений полезных компонентов.

В. А. Глазковский (1954) отмечает, что при этом может быть разрешена одна из следующих задач:

удаление значительной части минералов вмещающей породы, не содержащей полезных компонентов, в отвальные хвосты обога­ щения. Одновременно получают грубый концентрат, который может быть обогащен последующими операциями измельчения и обога­ щения;

получение наиболее богатой части концентрата с последующим доизмельчением полученных хвостов для выделения более тонких рудных включений при последующих операциях перечистки хво­ стов;

одновременное выделение некоторой части породы в отвальные хвосты. Получаемый промежуточный продукт доизмельчается для получения оставшихся полезных компонентов.

Железные и марганцевые руды характеризуются значительным разнообразием текстур. С. А. Юшко (1966) предложена классифи­ кация морфологических типов текстур при обогащении руд (табл. 5), показывающая влияние их на технологию обогащения. В зави­ симости от текстур руд выделяются три группы, соответствующие методам их технологической обработки: 1) потерь не должно быть, 2) потери неизбежны, но в небольшом количестве, 3) потери неиз­ бежны в большом количестве.

Сочетание полевых наблюдений с изучением систематически со­ бранного материала позволяют определить типичные и характер­ ные типы текстур руд и проследить их изменчивость на месторож­ дении. Замер отдельных микроструктурных компонентов (мощность

Значение морфологических типов текстур при обогащении руд

Обломочная вы­ ветривания

ментации и диаге­ неза

слоев, размеров концентрически-слоистых образований, шлировых выделений) производится с помощью линейки (лучше металличе­ ской). Особенности микротекстуры изучаются при микроскопиче­ ских наблюдениях.

Для руд со слоистой (полосчатой) текстурой, помимо размеров слоев по мощности, определяется количество в процентах слоев разной мощности и процентное содержание суммарной мощности слоев разного минерального состава. В табл. 6 приведена рекомен­ дуемая форма записи замеров слоев для характеристики руд слои­ стой (полосчатой) текстуры (Пирогов, Федорченко, 1969). Несом-

ненно, предлагаемая форма записи может быть несколько измене­ на в сторону детализации выделяемых слоев или увеличения (уменьшения) классов мощности.

Т а б л и ц а 6

Мощность слоев разного состава

Суммарная мощность слоев, %

Мощность слоев, мм

25

10—25 5—10 До 5

Сумма линейная Сумма весовая

При отборе текстурных образцов необходимо делать зарисовки забоев (обнажений) с привязкой и ориентировкой в пространстве по отношению к элементам залегания рудного тела, особенно важ­ но отбирать ориентированные образцы при изучении осадочных и метаморфических руд (Бетехтин и др., 1958).

Для руд с вкрапленной текстурой определяется размер рудных выделений (крупно-, средне-, мелковкрапленные), характер их рас­ пределения (степень равномерности) и количественное соотноше­ ние выделений различной вкрапленности, размер нерудных вклю­ чений. Для руд, требующих обогащения, предлагается следующая единая классификация по размерам вкрапленности (Григорьев, Пирогов и др., 1971): крупновкрапленные руды (размер вкраплен­ ности > 3 мм), средневкрапленные (1—3 мм), мелковкрапленные (0,2—1 мм), тонковкрапленные (0,05—0,2 мм) и дисперсновкрап­ ленные (<0,05 мм). Для весьма тонковкрапленных руд типа желе­ зистых кварцитов, содержащих значительное количество дисперс­ ной вкрапленности, класс крупностью <0,05 мм подразделяется на подклассы: 0,05—0,03 мм и менее 0,03 мм. Возможности макроско­ пии в определении вкрапленных текстур ограничены, поэтому про­ водят микроскопические исследования.

В рудах пятнистой и брекчиевидной текстур, помимо определе­ ния размеров рудных выделений, замеряется размер нерудных и сульфидных включений. Нерудные включения дополнительно к их размерам характеризуются по наличию тонких рудных включений.

При характеристике руд, содержащих различные концентриче- ски-слоистые рудные образования и цемент, необходимо опреде­ лить размеры и форму концентрически-слоистых образований, на­ личие в них примесей, минеральный состав рудных образований и цемента, процентное содержание различных концентрически-слои­ стых образований и кусков. Для этого, например, технологическую пробу марганцевой руды промывают, рассеивают на классы.

Каждый класс подвергают рудоразборке и определяют весовой процент различных текстурных компонентов. Крупные классы про­ сматривают макроскопически, мелкие — под бинокулярным микро­ скопом. Зная выход каждого класса и процент содержания опре­ деленного текстурного компонента, рассчитывают соотношение текстурных компонентов в исходной руде.

При макроскопическом описании руды обращается особое вни­ мание на характер вторичных процессов минералообразования и микротектонику.

Как отмечает В. А. Глазковский (1954), сравнительно сложный случай в смысле документации и определения влияния на техноло­ гические свойства руд представляют различного рода порошковатые, землистые, сажистые текстуры руд. В одних случаях они мо­ гут оказаться благоприятными, позволяя с помощью классифика­ ции или грохочения получить достаточную концентрацию полезных 'компонентов или в тонких шламах, или в зернистой части. Когда же ценные компоненты распределяются более или менее равномер­ но по крупности между зернистой и шламовой частью руды, для концентрации их необходимо применять такие методы обогащения, как флотация, гравитация. Такой случай часто вызывает в техно­ логической схеме значительные потери ценного компонента со шла­ мами. Поэтому, изучая подобного рода текстуры руд, необходимо методами макроскопии и микроскопии определить минеральный и гранулометрический состав рыхлой массы.

Э т а п 2. М и к р о с к о п и ч е с к о е и с с л е д о в а н и е р у д

Микроскопическое исследование руд производят для уточнения минерального состава, текстурных признаков, детального изучения взаимоотношений между минералами и выявления наиболее харак­ терных их генетических ассоциаций, определения морфологии и гранулометрии рудных и нерудных выделений.

Микроскопические исследования выполняют с помощью микро­ скопов МИН-8, МИН-9, МИН-10, МПД-1, МПС-1, МИМ-8М, а так­ же приспособлений к ним: столика Федорова (ФС-5), интеграцион­ ного столика Андина (ИСА) и демонстрационной насадки АУ-14, рисовально-проекционного аппарата АР-5, фотометрической насад­ ки (ФМЭ-1), фотографических насадок (МФН-7, МФН-8, МФН-9).

Изучение целого ряда непрозрачных минералов железных и марганцевых руд может быть осуществлено в ближней инфракрас­ ной области спектра с помощью микроскопов МИК-1 и МИК-4. К таким минералам относятся гематит, ильменит, гётит, псиломелан, пиролюзит, манганит. В инфракрасном свете можно выявить отдельные элементы структуры рудных минералов, которые оста­ ются незамеченными в обычном отраженном свете. В проходящем инфракрасном свете минералы в шлифе различаются по рельефу.

Отбор образцов для микроскопических исследований руд явля­ ется весьма ответственной операцией. Количество шлифов (аншли-