II раздел. Геология и разведка

месторождений полезных ископаемых

Лабораторная работа № 6

Вещественный состав и оценка качества полезных ископаемых

Полезное ископаемое - природное минеральное образование, пригодное для использования в промышленности в естественном виде или после предварительной обработки (переработки) путем дробления, сортировки, обогащения для извлечения ценных металлов или минералов.

Руда – минеральное сырье, содержащее ценные полезные компоненты (металлы, их соединения, минералы) в количестве, достаточном для промышленного извлечения при современном состоянии экономики, техники и технологии.

Качество минерального сырья - совокупность свойств, определяющих способность удовлетворять конкретные требования потребителя. Свойства, обуславливающие качество минерального сырья, характеризуются с трех позиций: свойства, обуславливающие соответствие назначению, технологичность (возможности и особенности обогащения и извлечения полезных компонентов или минералов) и сохраняемость.

Главная характеристика качества полезного ископаемого любого типа - это значения свойств, обуславливающих его соответствие назначению. Показатели назначения играют ведущую роль при оценке уровня качества и часто входят в критерий оптимизации процесса управления качеством.

Для металлических полезных ископаемых такими свойствами будут: уровень содержания основного полезного компонента; уровень содержания сопутствующих полезных компонентов; уровень содержания вредных компонентов. (Внимание! Нельзя путать показатели качества и показатели кондиций по качеству - минимальное промышленное содержание основного и сопутствующих полезных компонентов; максимально допустимое содержание вредных компонентов.) Напомним, что вредными компонентами считаются такие химические элементы или соединения, которые ухудшают свойства основного металла или мешают его извлечению из руд.

Для руд различных металлов наличие и содержание вредных компонентов оценивается по-разному. Во-первых, для некоторых металлов вредные примеси вообще не лимитируются, т.е. не существует компонентов, ухудшающих свойства этого металла или мешающих его извлечению из руд. Во-вторых, вредные компоненты могут содержаться в отдельных минеральных формах и тогда ограничивается их (вредных компонентов) содержание в концентратах, т.е. эти руды требуют разделения. И, в-третьих, ограничивается содержание вредных компонентов независимо от того, где они содержатся - в главном минерале или в сопутствующих.

Свойства полезного ископаемого, характеризующие его сохраняемость и технологичность, являются результатом процесса образования полезного ископаемого и особенно важны для металлических полезных ископаемых и химического сырья, так как обуславливают эффективность переработки руд при обогащении или металлургическом переделе. К этим свойствам относятся: структурно-текстурные характеристики (размер зерен и характер срастания минеральных зерен между собой); физико-механические свойства (твердость, сопротивление сжатию, разрыву, сдвигу и др.) и физико-химические свойства (окисляемость, растворимость, способность к самовозгоранию, способность к слипанию и др.), а также флотируемость и другие специальные свойства, характеризующие возможности обогащения полезного ископаемого или извлечения полезных компонентов.

Качество индустриального сырья (за исключением сырья для химической промышленности) оценивается с трех точек зрения: содержание главного минерала, совокупность специфических свойств, от которых зависят возможности или направления промышленного использования полезного ископаемого, которые, в свою очередь, зачастую являются следствием химического состава (содержания основных компонентов или примесей), а также совокупность дефектов, ухудшающих требуемые свойства данного минерала.

Качество строительных материалов оценивается с двух позиций: физико-механических свойств (или химического состава - для цементного и стекольно-керамического сырья) и характеристики дефектов, ухудшающих эти свойства полезного ископаемого.

Задание к лабораторной работе № 6

1. Описать несколько образцов (количество укажет преподаватель) металлических полезных ископаемых и оценить их качество.

2. Описать и оценить качество нескольких образцов неметаллических (индустриального и агрохимического) полезных ископаемых.

3. Описать и оценить качество нескольких образцов строительных материалов.

Порядок выполнения работы а. Металлические полезные ископаемые и агрохимическое сырье

Ознакомиться с учебной коллекцией полезных ископаемых, выбрать образцы соответствующих полезных ископаемых и составить их описание по следующей схеме:

1. Тип полезного ископаемого (металлы или неметаллы).

2. Класс и подкласс полезного ископаемого (табл.5).

3. Вид полезного ископаемого - руда соответствующего химического элемента (металла).

4. Минеральный состав, %.

4.1. Главный рудный минерал.

4.2. Сопутствующие рудные минералы.

4.3. Минералы, содержащие вредные компоненты.

4.4. Жильные минералы (минералы, которые образовались одновременно с рудными или в результате того же геологического процесса, но не содержат данного полезного компонента или других металлов; наиболее распространенные жильные минералы: кварц, полевые шпаты, кальцит, гранаты, хлорит, пироксены, роговая обманка).

4.5. Вторичные минералы (минералы, которые образовались в результате выветривания рудных и жильных минералов; наиболее распространенные вторичные минералы: лимонит и оксиды и гидроксиды марганца).

Содержание всех минералов определяется визуально в объемных процентах, сумма содержаний всех минералов должна равняться 100%.

5. Определение весового содержания главного рудного минерала С_m:

, (1)

где С₁ - содержание главного рудного минерала в объемных процентах (п.4.1.);

С_n - содержание всех других минералов в объемных процентах (п.4.2. – 4.5.);

d₁, d_n - содержание главного (d₁) и других минералов (табл.6, графа 5).

6. Определение весового содержания полезного компонента С_k в образце:

, (2)

где С_э - содержание полезного компонента (элемента или оксида) в главном минерале (табл.6, графа 4).

7. Обоснованный вывод о качестве руды по трем позициям:

1) содержанию полезного компонента (руда богатая, рядовая, бедная, некондиционная - табл.7);

2) наличию вредных компонентов (табл.7);

3) необходимости обогащения (при весовом содержании главного минерала более 80% обогащение не обязательно).

Пример

1. Тип - металлические п.и.

2. Класс - легирующие металлы.

3. Вид - вольфрамовая руда.

4. Минеральный состав: вольфрамит – 1%; ортоклаз – 20%; кварц – 69%; пирит – 10%.

5. Определение весового содержания вольфрамита:

6. Определение весового содержания оксида вольфрама (WO₃)

7. Руда рядовая, так как содержание оксида вольфрама меньше 3, но больше 1%; вредные компоненты S - сера - содержится в пирите, следовательно, требуется разделение; необходимо обогащение, так как содержание вольфрамита менее 80%.

Б. Неметаллические полезные ископаемые (индустриальное сырье)

Неметаллические полезные ископаемые описываются по такой же схеме, как и металлические, с учетом требований классификации и требований к качеству отдельных видов полезных ископаемых:

1. Тип полезного ископаемого.

2. Класс и подкласс (например: индустриальное сырье, огнеупоры).

3. Вид полезного ископаемого (графа 4, табл.5) и название типа руд (например: диэлектрики, мусковитовая руда и т.д.).

4. Минеральный состав в объемных процентах, %.

5. Определение весового содержания главного рудного минерала по формуле 1.

6. Описание специфических физических свойств и дефектов главного рудного минерала в соответствии с требованиями к качеству данного вида полезного ископаемого.

7. Обоснованная оценка качества образца - сопоставление свойств и дефектов с требованиями к качеству и вывод о степени соответствия свойств требованиям к качеству.

Пример.

1. Тип - неметаллические п.и.

2. Класс - индустриальное сырье.

3. Вид - диэлектрики, флогопитовая руда.

4. Минеральный состав: флогопит – 40%; кальцит – 50%; апатит – 10%.

5. Определение весового содержания флогопита:

6. В образце один кристалл флогопита размером 5х3 см. В пределах кристалла наблюдаются 2 включения кальцита, расположенные по прямой линии на расстоянии 1 см друг от друга и 2,5 см от края кристалла, кроме того, наблюдаются 3 трещины, параллельные друг другу и включениям кальцита, проходящие через весь кристалл, и 4 трещины, приблизительно перпендикулярные описанным трещинам, также проходящие через весь кристалл на расстоянии 7 - 8 мм друг от друга.

7. Бездефектная часть кристалла размером 1х5 см расположена по краю кристалла и составляет примерно одну пятую (т.е. 20%) кристалла. Таким образом, в качестве сырья для производства диэлектриков может использоваться флогопит, составляющий примерно 8% массы образца, т.е. образец представляет руду, пригодную для добычи в качестве диэлектрика, тем более, что остальные 80% флогопита (36% массы образца) могут использоваться в качестве теплоизолятора.