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

церуссит, галенит, коронадит и плюмбоярозит, которые чаще всего в виде тонкой вкрапленности и прожилков тесно ассоциируют с ли­ монитом и псиломеланом.

Большое значение при микроскопических исследованиях имеет выявление закономерных минеральных ассоциаций и парагенетических соотношений минералов, позволяющих судить о распреде­ лении различных минералов в процессе обогащения. Так, среди железистых кварцитов низких ступеней метаморфизма — фации зе­ леных сланцев — существенно развит парагенезис магнетит-гема- тит-хлорит-железистый карбонат. Как показывает опыт работы горнообогатительных комбинатов Кривого Рога, при мокром маг­ нитном обогащении руд в слабом магнитном поле основные потери железа связаны с гематитом, хлоритом, железистым карбонатом. В железистых кварцитах амфиболитовой фации метаморфизма на­ блюдаются парагенетические ассоциации магнетит-кварц-амфиболы и магнетит-гематит-кварц-пироксены (маложелезистые).

Изучение различных парагенетичеоких ассоциаций магнетитовых руд в окарнах свидетельствует о том, что основные потери же­ леза при обогащении руд в слабом магнитном поле определяются железосодержащими гранатами, пироксенами и т. д. Генезис руд предопределяет и различные изоморфные примеси в основном руд­ ном минерале — магнетите для железных руд, обусловливая в ко­ нечном счете получение различных по содержанию железа кон­ центратов. Существенно изменяются парагенетические ассоциации минералов первичных руд за счет развития всякого рода наложен­ ных вторичных процессов и прежде всего гипергенеза. Этот фак­ тор, например, имеет довольно существенное значение при сравне­ нии обогатимости первичных магнетитовых руд и магнетитовых руд, полученных в процессе восстановительного обжига окисленных лимонито-мартитовых руд. В табл. 11 приведена характеристика вкрапленности рудных минералов в окисленных (вкрапленность гематита — мартита — лимонита) кварцитах ЦГОКа (Глееватское месторождение, Кривой Рог) по сравнению с первичными (вкрап­ ленность магнетита — гематита). Изучение характера вкрапленно­ сти рудных минеральных ассоциаций в первичных и окисленных кварцитах различных минеральных разновидностей ЦГОКа свиде­ тельствует о значительном увеличении при окислении первичных железосодержащих карбонатов и хлоритов тонких выделений ли­ монита —0,05 и —0,07 мм. Определенная гранулометрическая ха­ рактеристика зерен и агрегатов магнетита первичных кварцитов обусловливает получение довольно высоких показателей по каче­ ству концентрата (содержание железа 65% и выше) при мокром магнитном обогащении кварцитов.

В процессе восстановительного обжига мартит-гематит и лимо­ нит переходят в магнетит, резко изменяя в худшую сторону грану­ лометрическую характеристику магнетита по сравнению с первич­ ными рудами (табл. 11). На обжиговую фабрику ЦГОКа в основ­ ном подаются руды первых трех разновидностей, определяющие

Характеристика вкрапленности рудных минералов в окисленных железистых кварцитах ЦГОКа по сравнению с первичными

* В знаменателе указан процент вкрапленности в первичных неокисленных кварцитах.

в целом характер вкрапленности шихты, содержащей около 30% рудных выделений размером —0,07 мм, в том числе 15% —0,05 мм. Изменение вкрапленности руд резко сказывается на ухудшении степени раскрытия минералов по сравнению с первичными магнетитовыми рудами, в которых количество рудного минерала разме­ ром —0,07 мм составляет всего 10%, в том числе —0,05 мм только 5—6%. За счет изменения вкрапленности магнетита содержание железа в получаемом концентрате уменьшается на 3—5%.

Существенно изменяются в процессе окисления первичные парагенетические ассоциации минералов в марганцевых рудах. Раз­ витие вторичных минералов криптомелана (псиломелана), тодорокита, пиролюзита в первичных окисных рудах не очень существенно сказывается на содержании марганца, но резко изменяются физи­ ческие свойства руд — они становятся более рыхлыми, пористыми, и вследствие этого увеличиваются потери марганца со шламами. Так, например, при изучении пяти технологических проб пероксидных (пиролюзитовых) руд Чиатурского месторождения в ин­ ституте Механобрчермет в 1969 г., отобранных из различных наго­ рий (содержание Мп = 32,9—44,7%), было установлено, что в 100%

ным количеством манганита, содержание сажистых разновидностей минералов колебалось от 16 до 30%. При промывке проб выход шламов составил 18,5—48,5%, причем, землистые или сажистые разновидности рудных минералов, как правило, переходят в шла-

мы, резко увеличивая потери марганца. Кристаллические разности минералов приурочены к мытой руде.

Приведенные выше примеры свидетельствуют о необходимости самого тщательного изучения парагенетических ассоциаций мине­ ралов и закономерностей их проявления. За счет всякого рода за­ мещений могут возникать весьма тонкие микросрастания, пленки, выявление и изучение которых может иметь принципиальное зна­ чение для эффективного применения того или иного процесса обо­ гащения, особенно флотации и магнитной сепарации в сильном поле.

Э т а п 3. В ы я в л е н и е и и з у ч е н и е о с н о в н ы х ц е н н ы х и в р е д н ы х м и н е р а л о в

и э л е м е н т о в - п р и м е с е й

Как отмечают В. В. Доливо-Добровольский и В. А. Глазковокий (1946), интересующие нас элементы могут присутствовать-

вруде:

вформе одного или нескольких самостоятельных, индивидуали­ зированных минералов;

вформе примеси в одном или нескольких минералах, причем характер примеси может быть: в виде механических минеральных включений высокой степени дисперсности; в виде изоморфной при­

меси и в виде образований адсорбционного типа.

Естественно, что в разных генетических типах руд возможны самые разнообразные сочетания отмеченных выше форм проявле­ ния элементов. Задача изучения основных ценных и вредных мине­ ралов и элементов-примесей состоит не только в их выявлении, но и в установлении закономерностей их распределения в рудах, их минеральных и текстурных компонентах.

Среди ценных элементов-примесей это прежде всего Ge, V, Со, Au, Pt, Zr и др., среди вредных такие, как P, As, S и др.

Выявление значительной части элементов-примесей может быть произведено методами спектрального, рентгеноспектрального, хи­ мического анализа проб руд, мономинеральных фракций, продук­ тов обогащения, шлихов. Эта весьма ответственная работа должна постоянно находиться в поле зрения минералога-петрографа и тех­ нолога.

Весьма тонкие включения минералов-примесей могут быть вы­ явлены элѳктронномикроскопическими исследованиями, как это удалось осуществить для выявления форм фосфора в марганцевых рудах.

Характер распределения элементов-примесей в минералах мо­ жет быть изучен с помощью микрозонДа.

Этот метод анализа позволяет определить химический состав в точке размером 1 мкм без разрушения объекта наблюдения. Ко­ личественно анализ проводится методом сравнения интенсивностей характеристических излучений определяемых элементов из этало­ нов и из исследуемого образца. Эталон и исследуемый образец

должны иметь одинаково полированную поверхность. Если анали­ зируемый минерал является не проводящим электричество или про­ водник заключен в непроводящей массе, отполированную поверх­ ность образца напыляют углеродом, алюминием и т. д. Относитель­ ная чувствительность микроанализаторов лежит в пределах 0,1— 1%, но практически ошибки количественного определения элемен­ тов составляют ± 3 —5% от измеряемой величины (Юшко и др., 1969). Помимо определения количественного содержания элемента в точке, можно получить качественные данные о распределении элемента на определенной площади (метод сканирования). Этот метод анализа имеет исключительно большое значение при оценке вещественного состава железных и марганцевых руд как объектов обогащения, так как позволяет судить о характере распределения основных компонентов, полезных и вредных примесей в различных минеральных ассоциациях, определяющих эффективность обогаще­ ния.

В настоящее время для микрорентгеноспектрального анализа применяются следующие микрозонды: МАР-1 и МАР-2 (СССР); MS-46, CAMERA (Франция); 1ХА-ЗА; 1ХА-5 (Япония); SEM-2 (Англия). Все эти приборы имеют сходные электронно-оптические схемы.

При изучении микровключений можно рекомендовать широко применяемые в настоящее время методы взятия микропробы по­ рошка из аншлифа для рентгенометрического и спектрального ана­ лизов. С. А. Юшко и др. (1969) приводят обобщенные данные по применению различных методов извлечения микропробы из ан­ шлифа:

1. Обыкновенной тонкой иглой под микроскопом вручную вы­ сверливают (или прочерчивают) порошок минерала. Затем, наблю­ дая в микроскоп, на это место острием иглы помещают каплю ре­ зинового клея, после чего либо пальцем, либо иглой закатывают этот порошок в виде шарика. Шарик помещают в рентгеновскую камеру для снятия дебаеграммы (Hiemstra, 1956; Безсмертная, Со­ болева, 1963).

2. Порошок из аншлифа извлекается с помощью алмазной пи­ рамидки микротвердомера ПМТ-3 или с помощью специально обо­ рудованного на нем микробура (Лебедева и др., 1963; Беркович, Курицина, 1949). Нагрузку на индентер выбирают несколько меньше, чем при исследовании микротвердости. Все остальные опе­ рации выполняются аналогично с определением микротвердости минералов. С. И. Лебедевой рекомендуются нагрузки при взятии микропробы (табл. 12). После проведения борозды и получения достаточного количества порошка от микровыделения, аншлиф пе­ реносят под обычный рудный микроскоп и рассматривают при не­ большом увеличении (ув. Х50). Не касаясь поверхности аншлифа, на расчерченное выделение осторожно наносят тонкой иглой каплю резинового клея, разбавленного бензином до определенной кон­ центрации (на 4 объемных части клея можно взять 1 часть бен­

зина). Через 10—15 с пальцем (протертым спиртом )или стеклян­ ным шпателем эту каплю непосредственно на аншлифе скатывают в шарик. Микропробу в виде шарика кончиком иглы переносят на предметное стекло под бинокулярную лупу (МБС), затем покры­ вают вторым стеклом и растирают до получения тонкого порошка минерала. Затем круговыми движениями его скатывают опять в шарик и переносят в рентгеновскую камеру для получения дебаеграммы. Этим методом могут быть извлечены микровключения с минимальными размерами 0,07—0,02 мм при гарантии высокой чистоты извлекаемого материала.

3. Извлечение при помощи обычной иглы порошка минерала из аншлифа с переносом последнего на чистое предметное стекло. На другое предметное стекло наносится небольшая капля резино­ вого клея. Путем круговых движений материал скатывается в мель­ чайшие шарики, объединяемые затем в один размером 0,2—0,5 мм (Генкин, Королев, 1961). А. Д. Генкин и Н. В. Королев отмечают, что для изготовления шариков пригоден не всякий резиновый клей, так как некоторые клеи на дебаеграммах дают линии в области малых углов отражения, которые могут быть приняты за линии исследуемого минерала. Поэтому перед приготовлением шариков рекомендуется произвести рентгеновскую съемку шарика из чис­ того клея без минерала. Предлагается использовать клей, изготов­ ленный из природного каучука. Эти авторы рекомендуют для вве­ дения поправок по эталонному снимку с NaCl шарик после первой съемки покрыть тонко растертым NaCl. А. Д. Генкин эксперимен­ тально показал, что минимальное количество вещества для рент­ гена может составлять 0,0003 мг. После рентгеновской съемки ша­ рик с минералом может быть исследован при помощи микроспектрального анализа.

Довольно широко для выявления различных минеральных форм примесей применяется избирательное растворение. Так, например, Р. С. Мильнер (Механобр) предложена методика определения ра­ створимой формы фосфора в марганцевых рудах Никопольского месторождения. Как показывают наблюдения, растворимый фосфор связан с фосфатами кальция типа карбонатапатита, который в зна­ чительной степени может быть удален механическими способами

обогащения — магнитной сепарацией и флотацией. Поэтому мето­ дика количественного определения растворимой формы фосфора в данном случае имеет принципиально важное значение как для оценки минерального состава вредной примеси, так и для опреде­ ления возможности механического обесфосфоривания марганцевых руд. Суть методики заключается в следующем: навеска пробы 0,2 г обрабатывается в 100 мл 0,5 н. раствора азотной кислоты на хо­ лоду в течение 30 мин. Затем проба промывается на фильтре ди­ стиллированной водой. Для получения необходимого количества пробы на анализ обрабатывается одновременно 5—8 навесок, кото­ рые затем объединяются в одну пробу.

Э т а п 4. В ы д е л е н и е и и с с л е д о в а н и е м о н о м и н е р а л ь н ы X ф р а к ц и й

Выделение мономинеральных фракций, полиминеральных кон­ центратов, а также различных обогащенных фракций является од­ ним из важных этапов в изучении вещественного состава желез­ ных, марганцевых руд и продуктов их обогащения. Выделение фракций необходимо для познания состава и свойств минералов, с одной стороны, и выявления закономерностей поведения их при различных методах обогащения — с другой. Если в первом случае размер навески определяется десятками граммов, то для выявле­ ния закономерностей поведения минералов при обогащении необ­ ходимы большие навески — до нескольких килограммов. Кроме того, выделение фракций для второго вида исследований, как пра­ вило, связано с ограниченными возможностями по применению ме­ тодов обогащения, так как необходимо избегать загрязнения и разрушения поверхности минералов и т. д.

Основными условиями для успешного выделения фракций яв­ ляются:

раскрытие рудных минералов, т. е. отделение их от других руд­ ных и нерудных минералов методами дробления, измельчения или промывки исходной пробы;

классификация по крупности для выделения оптимально рас­ крытых классов, с учетом того, что узкие классы крупности обес­ печивают высокую эффективность разделения материала;

разработка схемы обогащения, т. е. сочетания методов сепара­ ции минералов и их режимов, обеспечивающих наиболее эффектив­ ное разделение.

В качестве основной аппаратуры для выделения фракций может служить прежде всего малогабаритная обогатительная лаборато­ рия типа МОЛМ, разработанная в ВИМСе. Эта лаборатория вклю­ чает серию малогабаритных обогатительных установок (планетар­ ная мельница, грохота, наборы сит, концентрационный столик, флотомашинка, электромагнит, электрический сепаратор ПС-1 и др.), а также ряд приспособлений (магнит Сочнева, ручной магнит и др.), которые позволяют на небольших навесках осуществлять различные обогатительные операции. В качестве дополнения к обо­

рудованию МОЛМ следует отнести аппарат для дисперсного ана­ лиза в непрерывном потоке (АДАП), позволяющий осуществлять разделение навесок зернистого материала на пять классов круп­ ности. Пределы крупности зерен в каждом из пяти классов уста­ навливаются расходом воды, проходящей через аппарат.

электромагнитный однороликовый сепаратор 138 Т-СЭМ. Изоди­ намический магнитный сепаратор СИМ-1 позволяет производить тонкое разделение смеси минералов с учетом их магнитных свойств (Баранов, Борисов и др., 1966).

Весьма эффективно разделение марганцевых минералов осуще­ ствляется гравитационными методами в тяжелых жидкостях с использованием разделения в стаканах, специальных воронках, различных центрифугах. Для снятия различных тонких пленок с минералов, а также разделения сцементированных глинистых образований применяется ультразвук.

Таким образом, основными методами для выделения различных фракций минералов являются: гравитационный, флотационный, магнитная и электрическая сепарация, избирательное измельчение.

Подбор режимов разделения и необходимой аппаратуры в каж­ дом конкретном случае определяется особенностями минерального состава, текстурно-структурными признаками, физическими свой­ ствами проб руд и входящих в іих состав минералов.

Для руд магнетитового типа важно изучить химический состав

Fe

магнетита, определить коэффициент К = ре+ 2 и увязать их прежде

всего с магнитными свойствами (удельной магнитной восприимчи­ востью, коэрцитивной силой), микротвердостью. Кроме того, необ­ ходимо определить содержание и изменчивость железа в силикатах и карбонатах, в сульфидах—-содержание кобальта.

Учитывая, что окисные марганцевые руды представлены в ос­ новном тонко- и мелкозернистыми агрегатами рудных минералов, при выделении последних необходимо максимально избавиться от примесей. Для марганцевых и железных руд лимонитового состава (типа керченских и лисаковских) лучше выделять и изучать состав и свойства отдельных текстурных компонентов руды (оолитов, жел­ ваков), т. е. компонентов, являющихся основными составляющими продуктов обогащения. Так же следует поступать и с карбонат­ ными марганцевыми рудами, но при этом исключительно важно изучить степень и характер изоморфных замещений в карбонатах.

Если невозможно выделить мономинеральные фракции таких близких по свойствам минералов, как железистые и магнезиально­ железистые карбонаты, хлориты, биотиты, амфиболы и другие си­ ликаты, то примерный состав их определяется по оптическим кон­ стантам (показатели преломления — Nm для хлоритов, Np' — для карбонатов; двупреломления, используя приводимые в литературе номограммы и диаграммы Винчелла, Татарского и других).

ции при различных напряженностях магнитного поля позволило последовательно освободиться от сростков и различных железо­ содержащих минералов. Следует иметь в виду, что магнетит, про­ ходя через магнитное поле, сильно намагничивается, поэтому перед каждой перечисткой пробу необходимо размагничивать, в против­ ном случае немагнитные частицы будут затягиваться в магнитную фракцию, ухудшая ее качество.

При выделении гематита необходимо учитывать следующие осо­ бенности:

бедные сростки гематита с кварцем удаляются электромагнит­ ным сепаратором 138Т—СЭМ при силе тока в 4 а, богатые сростки поступают в концентрат, который доизмельчается и сепарируется

при силе тока в 1 а. Если в пробе присутствуют гидроокислы же­ леза, они уходят в хвосты;

магнетит удаляется ручным магнитом или на электросепараторе при силе тока в 7 а;

Рис. 9. Схема выделения гематита из железистых кварцитов низкой степени метаморфизма (ЮГОК, ЦГОК, НКГОК)

концентрат содержит около 80—85% гематита и в комбиниро­ ванном поле электросепаратора ПС-1 доводится до 90—95% гема­ тита. Только применение гравитации в тяжелой жидкости Клеричи плотностью 4,2 г/см3 позволяет получить концентрат, содержащий 99% гематита. При этом в легкую фракцию уходят сростки гема­ тита с кварцем и гидроокислы железа.

Пирит с крупностью 0,04—0,08 мм, содержащийся в пробах, может быть выделен на сепараторе СИМ-1 при силе тока 0,1—0,2 а.

Магнетит-гетит-мартитовый кварцит

І

Дробление и измельчение(0,25~0мм)

't

1

I

Электросепарация на РС-І

ГКонцентрат Хвосты

1

- Мартит, магнетит

Хвосты

Рис. 10. Схема выделения гидроокислов железа из окисленных кварцитов низкой степени метамор­ физма (ЮГОК, цгок, НКГОК)

железа применяется многократное дробление и измельчение, что позволяет удалить в хвосты бедные сростки.

На рис. 11 приведена схема выделения мономинеральной фрак­ ции карбонатапатита из класса —0,25 + 0,16 мм с указанием ми­ нерального и частично химического состава отдельных стадий вы-