книги из ГПНТБ / Рысс Ю.С. Поиски и разведка рудных тел контактным способом поляризационных кривых

процессов при большой силе тока (в данном случае больше 100 в). Процесс на сфалерите при потенциале +0,05 в также но зареги­ стрирован. Однако сложное поведение анодной кривой при подходе к халькопиритовому процессу указывает на существование такой реакции, для выделения которой нужны специальные приемы. Сочетание процессов при потенциалах —0,54 и +0,7 в аналогично такому же сочетанию, рассмотренному для предыдущего рудного тела. Оно указывает, что реакция при потенциале —0,54 в при­ надлежит пириту. Соответственно в процессах при потенциалах —1,54 и +0,72 в также должен участвовать пирит.

ІА

Рис. 16. Поляризационные кривые, снятые на полиметалличе­ ском рудном теле Б .

В отличие от первого полиметаллического тела на рассматрива­ емой залежи отсутствует реакция на галените при потенциале —0,8 в. Также нет другой галенитовон реакции при потенциале +0,3 в. Это позволяет сделать вывод, что в исследуемом теле галенита нет либо он присутствует в небольших количествах, за счет чего не­

ралы обследуемой залежи: пирит, халькопирит и сфалерит. Факти­ чески по многим рудным подсечениям скважинами и горными выра­ ботками исследуемое тело в основном состоит из перечисленных минералов при весьма ограниченных количествах галенита.

Следует сравнить величины предельной силы тока для реакций на соответствующих минералах и на сумме минералов для первого и второго полиметаллических тел. Если у первой залежи порядок величин предельной силы тока миллиамперы, то у второй — десятки ампер. Это указывает на существенную разницу в масштабах сравни­ ваемых тел. Действительно, размеры первого тела первые десятки,

а второго — сотни метров. Последнее представляет собой крупную' промышленную линзу.

На рис. 17 приведен пример обследования еще одной полиметал­ лической залежи. Как видно из поляризационных кривых, получа­ емые потенциалы реакций сходны с темн, которые были получены для ранее рассмотренных тел, и устанавливают присутствие в рудах пирита, халькопирита и сфалерита. Этот состав полностью соответ­ ствует фактическому составу основных минералов линзы. Для из­ учаемой залежи предельная сила тока для отдельных реакций н пх суммы больше, чем для аналогичных реакций на ранее описанных

Рве. 17. Полярпзациопные кривые, снятые на полиметаллическом руд­ ном теле В .

телах. Действительно, данная залежь по размерам примерно вдвое превосходит второе полиметаллическое тело и намного больше первого. *

Сочетания потенциалов реакций на обследованных полиметал­ лических телах остаются теми же и для других залежей, изученных в Казахстане и Узбекистане. Поляризационные кривые для поли­ металлических линз сложнее, чем для медноколчеданных и медно­ никелевых тел. Тем не менее по наблюдаемым потенциалам реакций состав основных минералов полиметаллических залежей устанавли­ вается удовлетворительно.

Анализ потенциалов реакций на минералах других типов руд также приводит к выводу о возможности определения, если не всех, то, по крайней мере, некоторых полезных минералов. Так, в медно­ молибденовых рудах по реакциям при потенциалах +0,2 и +0,8 в можно установить присутствие медных сульфидов и молибденита. Галенит и сфалерит могут быть определены в свинцово-цинковых месторождениях, халькозин н халькопирит в медно-пирротиновых

рудах и т. д. Опыт работ КСПК на разных типах руд пока неболь­ шой. Тем не менее приведенные сведения для медно-никелевых, колчеданных и полиметаллических месторождений позволяют ожи­ дать удовлетворительного определения минерального состава с по­ мощью КСПК не только для рассмотренных, но ы для других типов руд.

Важно заметить, что потенциалы реакций достаточно устойчивы для рудных тел, залегающих в разных геологических условиях. Например, процесс на халькопирите при потенциале +0,2±0,1 в сохраняется как в медно-никелевых, так н в полиметаллических месторождениях на телах разного размера, залегающих в различных геологических провинциях. Устойчивость значений потенциалов реакций обусловливает применимость КСПК для диагностики мине­ ралов в рудах разного типа и в разных условиях их естественного залегания.

§ 1 6.

ОЦЕНКА ВЕЛИЧИНЫ ПОВЕРХНОСТИ, ЛИНЕЙНЫХ РАЗМЕРОВ, СОДЕРЖАНИЯ И МАССЫ МИНЕРАЛОВ РУДНЫХ ОБРАЗОВАНИЙ

В электрохимии введено понятие предельной плотности тока реакций / пр, которая отражает прямую пропорциональность между предельной силой тока реакции І пр н величиной реагирующей по­ верхности S : / пр = I np/S . Предельная плотность тока реакции при соблюдении одинаковых условий протекания процессов часто оказывается постоянной величиной. Значения ее в общем случае специфичны для каждой реакции. В указанных условиях предельная плотность тока может служить для определения величины поверх­ ности, на которой протекает электрохимическая реакция. Для этого

Значения предельной плотности тока электрохимических реакций на минералах также могут быть использованы для определения величины их поверхности. Суммируя величины поверхностей для разных минералов, можно получить значение общей поверхности, которая участвует в электрохимических процессах, в частности поверхность рудных минералов на поверхности рудного тела. Зная соотношение между рудными и нерудными минералами, можно оценить значение общей поверхности рудного образования и по пей его линейные размеры, если более или менее известны или достаточно обоснованы предположения о его геометрической форме.

Определение поверхности и линейных размеров рудных тел с использованием электрохимических наблюдений, хотя принци­ пиально возмолшо, однако имеет серьезные практические трудности. Среди последних две наиболее существенны.

1. Несмотря на кажущуюся ясность, тем не менее совершенно не очевидно, что понимать под поверхностью рудного тела и поверх­ ностью рудных минералов на внешней границе рудного образования. Как известно, пространственное распределение рудного вещества для многих типов руд весьма сложно. Обычно контур рудных тел, изображенный на геологических планах и разрезах, является услов­ ным и в самых общих чертах ограничивает области, включающие полезный компонент с содержанием, экономически выгодным для эксплуатации. Такой контур, как правило, достаточно далек от реальных границ физического распределения рудного вещества в виде прожилков, вкрапленников, скоплений агрегатов рудных минералов разной текстуры и т. д. Вместе с тем этот контур практически нужен для эксплуатации и характеристики запасов месторождений. Из­ учение его является одной из целей геологической разведки.

Для электрохимических измерений, учитывающих реакционные поверхности, рассмотренное различие между ними и сложными поверхностями отдельных прожилков и скоплений как в макро-, так и в особенности в микромасштабе, совершенно очевидны. Тем более очевидна их несопоставимость с контурами рудных тел, изобра­ жаемых на разрезах. Переход от реагирующих поверхностей к более общим физическим поверхностям, а от них к обобщенным контурам рудных образований составляет чрезвычайную трудность исполь­ зования электрохимических наблюдений для определения величины поверхности рудных тел.

2. Связь между предельной силой тока реакции и величиной поверхности, а следовательно, и предельная плотность тока реакции постоянны при прочих равных условиях. Изменение условий меняет значения предельной плотности тока реакций. Указанные изменения могут быть в общем случае большими. Например, в зависимости от изменения скорости протекания электрохимических процессов, характеризуемого величиной dl/dt, предельная сила и плотпость

тока реакций меняются пропорционально т dl/dt. Роль других факторов может быть столь же значительной. В частности, существен­ ные изменения возможны за счет термодинамических факторов физико-химического состояния поверхностей и т. д. Учет различных факторов, в л и я ю щ и нах величину предельной плотности тока реак­ ций, представляет вторую серьезную трудность в ее использовании для характеристики величины поверхности и линейных размеров рудных тел.

Чтобы преодолеть отмеченные трудности и приблизиться к реше­ нию поставленной задачи можно использовать следующий путь.

Пусть рудное образование представлено прожилками, ответвле­ ниями, апофизами и скоплениями рудного вещества, разнообразно ориентированными в пространстве. На разрезах и планах рассматри­ ваемые образования отражаются совокупностью некоторых контуров. В пределах очерченных контуров отдельным компонентам — мине­ ралам или химическим элементам — могут быть приписаны усред­ ненные значения содержания. Границы представляемого рудного

тола надежно обоснованы скважинами и л и горными выработками н не являются одним из вероятных вариантов, отстраиваемых в про­ цессе разведки месторождения по мере накопления фактических данных. Если с рассматриваемым рудным телом провести наблюдения методом КСПК и получить поляризационные кривые, то предельную силу тока І пр каждой из обследованных реакций можно сопоставить с общей величиной поверхности 5 рудного тела в целом:

(15)

■* пр

и с величиной поверхности S 1 того минерала, на котором протекает реакция:

(16)

пр

где индекс I приписывается конкретному минералу.

Долю поверхности выбранного минерала на всей поверхности оруденения можно определить как пропорциональную содержанию С1 этого минерала в рудах:

где nil, d i, Vi, h u a £ — масса, удельный вес, объем, высота н коэф­ фициент, учитывающий форму и распределение агрегатов минерала в рудном теле; М, d, v, h, а — соответствующие величины для всего рудного тела.

Отсюда следует, что величина поверхности избранного минерала пропорциональна его содержанию в рудном теле и всей поверхности

Коэффициент Л’іоо имеет размерность обратную плотности тока н представляет собой некоторый аналог обратной величины пре­ дельной плотности тока реакции. Его удобно обозначить как коэф­ фициент перехода между предельной силой тока реакции и поверх­ ностью рудного тела при условии, что все рудное тело, залегающее в естественных природных условиях, на 100% сложено одним мине­ ралом с индексом I. К\оо учитывает природу электрохимической

реакции, физико-химические условия протекания электрохимиче­ ского процесса, геометрические особенности размеров, формы и рас­ пределения в оруденении зерен и скоплений исследуемого минерала. Таким образом, ÄJ00 является сложной величиной, учитывающей комплексное влияние разнообразных факторов.

Если К \оо, /<Тоо • ■• будут сохранять более или менее постоян­ ные значения в широком диапазоне геологических условий, включая

75* Û

*jû

50 -

Рис. 18. Поляризационные кривые, снятые па медно-нике­

и содержание обследуемых минералов, то указанные коэффициенты могут служить для определения в достаточно простой форме вели­ чины поверхности и по ней линейных размеров рудных тел. По­ стоянство коэффициентов К 100 можно экспериментально проверить на многих рудных объектах. Если оно действительно существует, то отыскание коэффициентов К і00 и будет решением задачи опре­ деления но предельной силе тока электрохимических реакций величины поверхности рудных тел.

В случае изменения коэффициентов К 100 должны выявиться факторы, которые его обусловливают. Тогда для решения задачи потребуется количественный учет влияющих условий, которые нужно выразить соответствующими параметрами.

Постоянство коэффициентов А’10о или их функциональные изме­ нения для разных геологических условий в общем случае не оче­ видны, но тем не менее их можно предполагать. Такое предположение основывается на том, что, несмотря на всю сложность геологических явлении, они закономерны. Эти закономерности при надлежащем выборе формы могут быть выражены более пли менее просто, по край­ ней мере в первом приближении. Во многих случаях такого при­ ближения достаточно для практических целей. Оно может быть улучшено, если в этом возникает необходимость.

Описанный подход к определению величины поверхности и линей­ ных размеров рудных тел по предельной силе тока электрохимиче­ ских реакций был применен при изучении месторождений разных масштабов и разных типов. Выше обращалось внимание на парал­ лельное увеличение предельной силы тока реакций п размеров руд­ ных тел. На рис. 18 приведены результаты наблюдений поляриза­ ционных кривых на отдельных телах трех медно-никелевых место­ рождений Кольского полуострова. Все обследуемые тела однотипны по минеральному составу (пирротин, пентландит, халькопирит), но отличаются размерами, содержанием минералов и геологическими

чпевые, прожилковые и прожилково-вкрапленные с участками сплошных сульфидов. Оруденение приурочено к перидотитовым массивам, залегающим среди филлитовой толщи, насыщенной графи­ товыми прослоями. Внешняя поверхность рудного тела I I соста­ вляет около 52-103 м2. Среднее содержание пентландита — 19,1%; халькопирита около 10%. Оруденение залегает среди гнейсов и пред­ ставлено сплошными и прожнлково-вкрапленными рудами с большей

На рис. 18 видно, что на всех трех рудных телах при катодном процессе выделяется реакция с потенциалом —0,35 в, протекающая на пентландите. Предельная сила тока этой реакции убывает в ряду от тела I к телу I I I в соответствии с уменьшением величины их поверхности и размеров. Таким образом, чем больше поверхность тела, тем больше предельная сила тока реакции.

Кроме реакции на пентландите, на представленных кривых для рудных тел I I и I I I наблюдается процесс при потенциале —0,6 в. Он соответствует совместной реакции на халькопирите и пирротине. На рудном теле I I I рассматриваемый процесс имеет предельную силу тока 16 а, на теле I I больше 25 а, а на теле I он, очевидно, еще больше. Следовательно, для этой реакции справедлива та же законо­

мерность: чем больше размеры тела, тем больше предельная сила тока реакции.

Аналогичный эффект можно видеть для реакций при потенциалах положительнее —0,3 в на телах I и II, отвечающих кислородному процессу и для халькопирптовой анодной реакции на телах / п III.

Из полученных данных следует увеличение предельной силы тока каждой отдельной реакции, которое соответствует увеличению вели­ чины поверхности и размеров рудных тел.

В табл. 5 приведены значения коэффициентов К і00, вычисленные из наблюдений поляризационных кривых и геологических сведений для двух медно-никелевых и одного полиметаллического рудных тел. Указанные три тела наиболее подробно изучены с помощью скважин и горных выработок, что позволяло надеяться на достаточ­ ную надежность отображения контура тел на геологических планах и разрезах. Для этих же тел можно было с наибольшей степенью надежности оценпть среднее содержание слагающих их минералов

Т А Б Л И Ц А 5

Коэффициенты перехода Кюо

стан)

Из табл. 5 видно, что для каждой реакция на соответствующем минерале коэффициент К 100 имеет свою величину. Для одной и той же реакции на одном минерале, находящемся в разных рудных телах (катодный процесс на пентлапдите в медно-никелевых телах), зна­ чения коэффициентов К і00 весьма близки. Различия коэффициен­ тов /1 loo Для разных процессов относительно невелики н колеблются в пределах от 100 до 500 м2/а. Для исследованных катодных

от сходных коэффициентов, наблюдаемых в лабораторных условиях il вычисляемых как обратная величина предельной плотности тока реакции. При определении коэффициентов на образцах минералов

вэлектролитических ваннах значения коэффициентов оказываются

впределах единиц и десятков квадратных сантиметров на милли­

ампер пли 0,1—1 м2/а. Таким образом, величины коэффициентов в природных и лабораторных условиях различаются на 3—4 порядка. Если учесть сложную поверхность реальных рудных тел, а не ее отображение на разрезах, то отмеченное различие становится еще больше.

Наблюдаемые различия в коэффициентах К 100 для природных п лабораторных условий могут иметь причиной влияние различных факторов, о которых говорилось выше, но могут быть обусловлены тем, что при снятии поляризационных кривых на рудных телах в электрохимические процессы включается не все рудное тело в це­ лом, а его небольшие участки вблизи контакта, через который ток вводится в оруденение. В последнем случае использование поляри­ зационных кривых для определения размеров рудных тел теряет смысл. Поэтому важно убедиться, что возбуждаемые электрохими­ ческие процессы охватывают поверхность всего рудного тела в целом, а не концентрируются на небольших участках вблизи контакта, подводящего электрический ток к оруденению. Одновременно необ­ ходимо установить, что причины различий коэффициентов К і00 для реальных и лабораторных условии связаны с влиянием самих условий п ролью соответствующих физпко-хнмнческпх факторов.

Действительные размеры рудных тел, участвующих в электро­ химических процессах, можно определить разными путями. Один из них следующий. Очевидно, что для одного и того же эквипотен­ циального рудного тела, сложенного массивными или прожилковыми рудами, место контакта в рудном теле для возбуждения элек­ трохимических реакций безразлично. Также безразлично и место контакта для регистрации возбуждаемых процессов, в частности, оно может быть совмещено с питающим контактом или отнесено в другую точку тела. Если при различных расположениях контактов реакции действительно происходят на всей внешней поверхности рудного тела, то наблюдаемые поляризационные кривые должны быть одинаковыми, поскольку возбуждаются и регистрируются одни и те же процессы. В этом случае расстояние между точками контакта непосредственно указывает на распространение возбужде­ ния электрохимических реакций. С учетом устанавливаемого рас­ стояния можно оценить охватываемую площадь возбуждения реакций

иприближенную величину коэффициентов К і00.

Вслучае, если возбуждение регистрируемых электрохимических реакций происходит только в ближней зоне к контакту, то при раз­

деленных контактах для возбуждения и регистрации реакции наблю­ даются не одинаковые поляризационные кривые для разных мест регистрирующего контакта. В зоне контакта на поляризацион­ ных кривых найдет отражение большее число реакций, чем для удаленной части рудного тела. Сказанное связано с тем, что на рас­ стоянии от питающего контакта реакции будут возбуждаться позже п при большей силе тока, чем вблизи него. В окрестностях контакта кроме первых реакций будут отмечаться последующие процессы; в то время как на большом удаления приемного контакта от пита­ ющего вообще должен наблюдаться один процесс, совпадающий

сисходным потенциалом рудного тела.

Спомощью указанного приема были обследованы некоторые руд­ ные тела для характеристики области распространения электро­ химических реакций при возбуждении их в какой-либо точке внутри тела и для определения порядка величины коэффициентов К 100. Одним из обследованных тел было медно-нпкелевое тело I . На рис. 18 точками обозначены поляризационные кривые, снятые при совме­ щенных питающем и регистрирующем контактах. Крестиками н тре­ угольниками помечены кривые, снятые при отнесении регистриру­ ющего контакта от питающего соответственно на расстояние 7 н 300 м. Все трп варианта снятых кривых совпадают друг с другом. Это зна­ чит, что электрохимические реакции возбуждаются не только в зоне контакта, но, по крайней мере, на расстоянии до 300 м. С учетом этого расстояния порядок величины коэффициента ІІГ100 для катодной пентлаидптовой и анодной халькопиритовоп реакций составляет

сотни квадратных метров на ампер.

На рис. 19 приведен пример аналогичных наблюдений на одном из полиметаллических тел месторождения в Узбекистане. Наиболь­ шее расстояние между питающим и приемным контактами 78 м. Поляризационные кривые получены идентичными при расположении приемного контакта как вблизи питающего, так п на удалении от него. Отсюда следует, что н на этом полиметаллическом рудном теле, так же как на медно-никелевом /, электрохимические реакции возбуждаются не только в окрестностях питающего контакта, но и на расстоянии, по крайней мере, 78 м.

Порядок, соответствующих коэффициентов /<7100 составляет сотнн квадратных метров на ампер.

Сходпые наблюдения привели к тому же результату при исследо­ вании ряда других залежей. На одном из участков в Печенгском районе Кольского полуострова (медно-ппкелевые руды) зарегистри­ ровано распространение возбуждения электрохимических реакций иа максимальное пока известное расстояние. Оно составило 728 м.

Исследование распространения электрохимических реакций на поверхности рудных тел указывает, что они охватывают расстояния в десятки и сотнн метров, а не сосредоточиваются только вблизи точки их возбуждения. Отсюда следует, что отождествление реаги­ рующих поверхностей с общей поверхностью рудных тел пра­ вильно и различие значений коэффициентов К 100 для природных и