Обработка и анализы проб

Обработка проб

Для выполнения анализов от проб отбираются навески, размеры которых во много раз меньше исходных масс проб. При этом необходимо сохранить представительность навесок относительно исходных масс, что обеспечивается предварительным измельчением и перемешиванием материала пробы. Совокупность операций по измельчению, просеиванию, перемешиванию и сокращению проб называется их обработкой. Наиболее трудоемкой операцией является измельчение. Поэтому обработку проводят в несколько последовательных стадий дробления и сокращения.

Для расчета оптимальной массы Q, до которой может быть сокращена данная проба при условии, что погрешность сокращения не превысит допустимых пределов, было предложено несколько формул. Наиболее общая из них формула Дсмонда и Хальфердаля.

где О — предельно допустимая «надежная» масса сокращенной пробы, кг; к — коэффициент, зависящий от степени неоднородности распределения ценного компонента в полезном ископаемом; @ - коэффициент, зависящий от соотношения диаметров частиц в пробе.

По мнению П. Л. Каллистова, коэффициент к определяется заданным числом частиц в пробе, которое зависит от содержаний полезного компонента в ценных минералах и в массе полезного ископаемого, от размеров ценных минералов или их сростков и от степени равномерности распределения ценных минералов в массе пов которой коэффициент к в зависимости от степени равномерности распределения полезных минералов в массе проб принимается равным от 0,05 до 0,3−0,5.

лезного ископаемого. Величина коэффициента к условно характеризует неоднородность пробы при некотором постоянном диаметре частиц пробы. В конкретных условиях коэффициент к может изменяться от 0,05 до 1.

Зависимость массы пробы от диаметра сс частиц определяется показателем степени @. Коэффициент @ отражает изменение неоднородности пробы в связи с изменениями количества частиц и соотношений диаметров частиц по мере измельчения пробы. В зависимости от физико-механических свойств полезного ископаемого величина коэффициентаможет изменяться от 1,5 до 2,7, погашая тем самым преувеличение надежности масс за счет вычисления их нс по среднему, а по максимальному диаметру частиц.

Для расчета надежных масс необходимо экспериментальное определение значений обоих коэффициентов для каждого природного типа и сорта полезного ископаемого. Проведение таких экспериментальных исследований экономически целесообразно только на крупных месторождениях полезных ископаемых в условиях эксплуатационных разведок.

На более ранних стадиях разведок для расчета надежных весов обычно используется формула Ричардса-Чечетта.

Q=kd

Схема обработки пробы с неравномерным распределением металла в руде, рассчитанная по формуле Ричардса-Чечетта при к = 0,2, показана на рис. 3.3.1.

Для страховки от возможных погрешностей обработки проб при расчете надежных масс значения коэффициентов к обычно несколько завышаются. Связанное с этим незначительное завышение надежных масс проб не оказывает заметного влияния на экономическую эффективность процесса обработки при исходных массах проб менее 10 кг и общем числе проб, сопоставимом с производительностью проборазделочной мастерской.

Для дробления проб используются щековые дробилки, шаровые мельницы, валки и дисковые истиратели. Дробленый материал просеивается через специальные грохота и сита с отверстиями от нескольких сантиметров до 0,07 мм. Перемешивание и сокращение проб производится вручную или с помощью специальных делителей. Более совершенное оборудование — установка УОГП (установка обработки геологических проб) сконструирована ВИТРом и выпускается серийно. Она обеспечивает непрерывность процесса обработки, автоматическое дробление и сокращение проб до порошковых навесок в 50−150 г.

Погрешность, вносимая в оценку содержания полезного компонента за счет сокращения пробы, может быть рассчитана по формуле.

где р — масса сокращенной части пробы, г; р — масса исходной пробы, г; С — коэффициент, зависящий от степени контрастности содержаний полезного компонента в пробе, г/см³; d — размер ячейки сита, на котором задерживается 5−10% просеиваемой массы, см; 5 — максимальная погрешность (с вероятностью 68%), вносимая в оценку содержания за счет сокращения массы пробы, отн. %.

Формула выведена независимо друг от друга Ю. А. Ткачевым в 1962 г. и П. Живаго 1964 г.

Рис. 3.3.1. Схема обработки бороздовых и керновых проб Значение коэффициента С зависит от величины.

где а — среднее содержание полезного компонента в пробе; b — среднее содержание полезного компонента в минерале и от удельного веса полезного минерала.

Величина А может изменяться от 0,01 до 100, а величина С — от 0,1 до 1000. При А = 1 величина С ~ 10. Для определения значений А и С составлены специальные номограммы [14, 36, 37, 41,52,].

Анализы проб

Все отобранные пробы подвергаются анализам или испытаниям. Виды анализов и методы испытаний проб зависят и от их назначения, видов полезных ископаемых и областей их применения. Основная масса анализов приходится на геохимические и рядовые пробы.

Спектральные анализы широко используются па всех стадиях изучения месторождений вследствие их высокой производительности и низкой себестоимости. Полуколичественные спектральные анализы являются основным методом анализов геохимических проб, так как обеспечивают выявление в них одновременно полного комплекса элементов-индикаторов и их примерных содержаний. На ранних стадиях разведки спектральные анализы полезного ископаемого выявляют также полный набор наиболее вероятных полезных компонентов, что необходимо для своевременной организации исследований по комплексному изучению запасов минерального сырья в недрах. Спектральные анализы проб должны предшествовать всем другим массовым анализам и испытаниям проб.

Химические анализы проводятся для оценки содержаний главных и сопутствующих полезных (и вредных) компонентов в полезных ископаемых и в отдельных полезных минералах, а также для определения валового химического состава полезных ископаемых. Достоверность химических анализов зависит от принятого метода анализа, содержаний исследуемых элементов и химического состава руд. Поэтому проведение предварительных спектральных анализов проб способствует повышению достоверности химических анализов. Как правило, с увеличением содержаний анализируемых элементов в пробах абсолютные погрешности химических анализов возрастают, а их относительные погрешности — уменьшаются. Методика химического анализа проб на тот или иной элемент должна быть заранее апробирована с учетом данных спектральных анализов, для того чтобы предельные погрешности выбранного метода не превысили бы средних погрешностей, установленных для данного полезного компонента инструкциями ГКЗ РФ.

Для проб, отобранных из зон окисления вторичного обогащения и зон смешанных руд проводятся рациональные (фазовые) анализы, т. е. определяются не только валовые количества полезных элементов, но и формы их нахождения в рудах (низкои высоковалентные, сульфидные, окисные, силикатные и др. формы).

Определения химического состава отдельных полезных минералов производится в специально отбираемых для этого мономинеральных фракциях.

Химические анализы отличаются, как правило, высокой точностью, но низкой производительностью и высокой себестоимостью. При больших объемах аналитических работ химические лаборатории не успевают обеспечивать разведку своевременной информацией. Поэтому в последнее время они заменяются высокопроизводительн ым и физическим и методами: рентген о спектр алы i ым и (рентгенорадиометрическими), атомно-абсорбционными, ядерно-физическими и радиометрическими.

Рентгеноспектральные методы успешно применяются для количественного определения содержаний цветных и редких металлов и рассеянных элементов. Атомно-абсорбционный спектральный анализ используется для оценок содержаний магния, кальция, цинка, кадмия, сурьмы, висмута, меди, кобальта, никеля, железа, серебра и золота.

Ядерно-физические (нейтронно-активиционные и гамма-активиционные) методы позволяют устанавливать содержания золота, серебра, платиноидов, цветных металлов, редкоземельных и других элементов в породах и рудах.

Рснтгеноспсктральные и атомно-абсорбционные методы используются для количественных определений многих элементов при содержании их в пробах от 0,0001 до 10%.

Для определений низких и кларковых содержаний применяются количественные эмиссионные спектральные и ядерно-физические методы, а для определения радиоактивных элементов — радиометрические методы.

В настоящее время официально утверждено применение физических методов при анализе минерального сырья на содержания бериллия, бора, марганца, железа, бария, стронция, ниобия, тантала, вольфрама, молибдена, олова, сурьмы, ртути, свинца, урана, тория и радия золота, серебра, цезия, меди, цинка, алюминия и кремния. Специализированные рснтгеноспсктральные и ядерно-физические лаборатории, оснащенные стационарными установками с импульсными ядерными реакторами или микротронами, обеспечивают высокие пороговые чувствительности анализов и точность не ниже ±20 отн. %. С развитием и внедрением физических методов анализа химические анализы проб будут применяться значительно реже и только для выполнения особо точных анализов, изготовления эталонов, стандартных образцов и для контрольных целей.

Минералогические анализы проб являются главными видами массовых анализов при разведке россыпных месторождений. Пробы песков отмываются, а полученные шлихи разделяются на магнитную, электромагнитную и немагнитную фракции. Каждая из них в свою очередь разделяется по отдельным весам минералов в тяжелых жидкостях. Выделенные мономинеральные фракции, содержащие в своем составе ценные компоненты, взвешиваются, а их содержания рассчитываются в граммах ценного минерала на исходный вес шлиха. Минералогические методы анализов рядовых проб могут использоваться в качестве ведущих и при разведке некоторых коренных месторождений. Их применение особенно эффективно, если в одном рудном минерале содержится несколько полезных элементов и химический состав этого минерала отличается постоянством. Природная радиоактивность урановых и торцевых руд, четкая корреляция содержаний урана и тория с продуктами их радиоактивного распада обеспечивают широкое применение радиометрических методов анализа содержаний радиоактивных элементов непосредственно на месте залегания пород и руд. При разведках урановых и ториевых месторождений радиометрические методы опробования естественных обнажений, горных выработок, скважин и транспортных сосудов приобрели значение основных методов. Механические способы пробоотбора используются в этих случаях только для целей контроля, а также для оценки содержаний сопутствующих и вредных компонентов. Лишь на месторождениях со сложными радиологическими условиями они применяются как основные методы отбора проб. Применительно к опробованию месторождений радиоактивных элементов пробой называется нс только порция материала, отобранная из рудного скопления или из добытой рудной массы, но также единичное радиометрическое наблюдение на месте залегания руд. Как и проба, отобранная механическим способом, оно обладает областью воздействия и характеризуется определенной геометрией, т. е. объемом, формой, размером и ориентировкой.