Решение задач по месторождения полезных ископаемых

Опробование — это метод установления качества минерального сырья, а именно содержания полезного ископаемого, его состава и свойств. Данные опробования используются для подсчета запасов минерального сырья, а также выбора способа и схемы его переработки. Отобранные пробы подвергаются минералогическому, спектральному, химическому и другим видам анализа, а также технологическим и техническим испытаниям.

Проба может быть материальная (порция руды) и нематериальная (геофизический замер).

Общая схема производства опробования следующая:

1. Материальная проба

Объект опробования —> взятие пробы —> обработка пробы —> анализ (испытание).

2. Нематериальная проба

Объект опробования —> производство замера —> определение значения в точке замера.

Различают три основных вида опробования: химическое (рядовое), техническое, технологическое.

Химическое (рядовое) опробование выполняется с целью определения содержания основных ценных компонентов. Процесс опробования состоит из отбора (взятия) пробы, ее обработки, т. е. доведения веса пробы до величины необходимой для анализа и, наконец, анализа (испытания) пробы.

Существует несколько групп рядового опробования, это точечные, линейные и объемные способы. Точечные способы включают штуф- ное, точечное опробование и вычерпывание; линейные способы — это бороздовое, шпуровое опробование; объемное опробование — это задирковое и валовое опробование. Сущность наиболее широко применяемых способов состоит в следующем.

Штуфное опробование заключается в отборе отдельных кусков породы весом 0,5—2 кг и определении содержания полезного компонента и минерального состава. Применяется на поисковом этапе или для руд с равномерным содержанием полезного ископаемого.

Точечное опробование применяется для мощных тел с относительно равномерным распределением полезного компонента. В забое или на стенке выработки намечается сетка, из углов которой отбиваются кусочки руды примерно одинакового веса, которые вместе составляют пробу.

Бороздовое опробование — наиболее распространенный способ в геологической практике. Пробой является материал борозды, вырубленной или выпиленной в обнажении поверхности полезного ископаемого. Борозда располагается по направлению, приближенному к истиной мощности рудного тела. Борозда делится на секции длиной от 0,1—0,5 до 1—3 м (рис. 9.4).

Материал каждой секции образует единичную пробу. Поперечное сечение борозды обычно от 2×5 до 5×10 см. Необходимо сохранять постоянное сечение борозды. Забои подземных выработок, пройденных по рудному телу, опробуются через 2 м проходки. В выработках, пройденных вкрест простирания, опробуются стенки.

Рис. 9.4. Схема секционного опробования на месторождении кобальт-

никелевых руд [9]:

1 — песчаники, 2 — полиминеральные скарны; 3 — сплошные сульфидные Co-Ni руды, 4 — брекчированные руды; 5 — карбонатная метасоматическая порода с вкрапленностью и прожилками сульфидов; 6 — секция и ее номер

В скважинах колонкового бурения проводится опробование керна распиливанием по длинной оси с разделением на борозды. В бескерно- вых скважинах в пробу собирается рыхлый материал, при этом используются желонка, буровая ложка или змеевик.

Задирковое опробование применяется при малой мощности рудных тел, когда нельзя провести бороздовое опробование. При этом опробовании снимается тонкий слой полезного ископаемого глубиной 5—10 см длиной 1—2 м.

Валовое опробование — способ, который применяется при малых размерах и весьма неравномерном распределении полезного компонента. Это слюды, оптическое сырье, драгоценные металлы. При этом способе в пробу отбирается вся рудная масса с каждой второй или третьей уходки или только ее часть. Вес пробы может быть до 2 т. Проба сокращается до веса, необходимого для лабораторного анализа.

При выборе способа опробования, кроме указанных факторов, учитываются и другие, в частности, внутреннее строение залежи, текстуры руд, крепость руд, задачи опробования, объем работ и срочность их проведения. При выборе шага опробования руководствуются распределением полезного компонента в рудном теле: чем неравномернее оруденение, тем расстояние между пробами должно быть меньше. По результатам отбора проб составляется план опробования и заполняется журнал отобранных проб с их единой нумерацией.

Технологическое опробование проводится для выделения природных типов руд и определения их сортов.

Для каждого сорта в дальнейшем определяется способ переработки. Например, на месторождениях меди могут присутствовать окисленные, массивные, вкрапленные руды, отличающиеся по обогатимости. Каждый из этих сортов перерабатывается по отдельной схеме.

Испытания специальных технологических проб позволяют выявить принципиальную возможность и экономическую целесообразность разработки месторождения, установить технологические сорта руд, выбрать рациональную схему переработки каждого сорта, установить технико-экономические показатели переработки минерального сырья. Устанавливаются качественные и количественные показатели обогащения, а именно, процент извлечения полезного компонента и величина потерь в хвостах. В случае плохих результатов (большие потери при переработке, малый процент извлечения полезного ископаемого) месторождение может оказаться непромышленным.

Устанавливаются минеральный состав руд, размеры минеральных индивидов, характер сростков минералов, что определяет способность сырья к обогащению. Например, большинство сульфидов цветных и редких металлов хорошо флотируется, в то же время окисленные минералы этих металлов флотируются плохо. Поэтому большое количество последних в руде резко снижает эффективность флотации.

В зависимости от видов сырья и задач испытания различают несколько видов проб:

• — малые технологические пробы массой от долей до нескольких десятков килограммов характеризуют определенные природные типы руд; их испытание проводится на обогащение гравитационным, флотационным и другими методами;
• — минералого-технологические пробы массой первые сотни килограммов, как правило, составляются из большого числа рядовых проб или отбираются специально; в лабораторных условиях на материале этих проб выбираются метод и схема переработки минерального сырья;
• — композитные технологические пробы весом до сотен тонн включают материал определенного типа руд по всему месторождению; проводится их промышленное или полупромышленное испытание для корректировки технологических режимов переработки сырья и уточнения технико-экономических показателей.

На основании этого опробования проводится технологическое картирование и составляются схемы или карты пространственной изменчивости месторождения по сортам и типам руд, что определяет очередность и экономические показатели эксплуатации.

Техническое опробование проводится с целью получения параметров, необходимых для подсчета запасов, выяснения горнотехнических условий и для определения качества минерального сырья.

При подсчете запасов необходимо знать объемный вес, влажность, пористость. Для выяснения горнотехнических условий важны такие свойства как кусковатость руд, коэффициент разрыхления, пористость, твердость, пластичность, вязкость, сопротивление раздавливанию, степень разбухания и намокания. Испытываются руды и частично вмещающие породы. Для разных видов сырья определяются специфические их свойства, например, прозрачность оптических кристаллов, твердость абразивов, теплотворная способность (топливо) и другие.

Отобранные пробы обрабатываются для проведения лабораторных и других исследований. Задача обработки — сократить пробу до малого конечного веса, сохранив ее представительность. Обработка проб включает несколько стадий: дробление (измельчение), просеивание (грохочение), перемешивание, сокращение. Для химического анализа вес пробы доводится до 0,5—10, иногда до 100 граммов, что зависит от особенностей лабораторных методов. При этом проба, измельченная до определенного диаметра частиц, может быть сокращена лишь до определенного веса. Для определения надежного веса пробы используют обычно формулу Ричардса — Чечетта [9].

где Q — надежный вес сокращенной пробы, кг; d — диаметр наибольших частиц, мм; к — коэффициент, зависящий от характера полезного компонента.

Коэффициент колеблется от 0,05 для равномерных по распределению полезного компонента руд, до 10—20 для неравномерных богатых РУД-

Таким образом, надежный вес пробы приблизительно пропорционален квадрату диаметра максимальных по размеру частиц, что установлено опытным путем.

С учетом сохранения представительности пробы на разных стадиях ее обработки составляется схема обработки, рассчитанная по указанной формуле.

Отобранные и обработанные пробы поступают на анализ или испытания. Вид испытаний определяется характером полезного ископаемого, его минеральным и химическим составом, задачами исследований, требуемой точностью анализа, степенью изученности месторождения. Качество полезного ископаемого оценивается чаще всего его химическим составом, который определяется различными методами химического анализа минерального сырья. Химический анализ является основным при испытании проб практически всех рудных и нерудных полезных ископаемых. Для определения содержания благородных металлов предназначен пробирный анализ.

Определения только общего количества элементов в исследуемых рудах недостаточно для суждения о возможности их извлечения. Поэтому наряду с общим содержанием элемента необходимо знать его минеральную форму нахождения (фазовый анализ). Фазовые анализы позволяют установить распределение элементов по минеральным формам, определить минералы, в составе которых находятся определяемые элементы. Широко используется и спектральный анализ, который позволяет выявлять низкие содержания попутных компонентов.

Имеют широкое распространение физические методы: рентгеноспектральный (рентгенорадиометрический), атомно-абсорбционный, радиометрический, ядерно-физические. Физические методы применяются при анализе минерального сырья на содержание бериллия, бора, бария, железа, марганца, стронция, ниобия, тантала, вольфрама, молибдена, олова, сурьмы, ртути, свинца, урана, тория и радия, золота, серебра, цезия, меди, цинка, алюминия и кремния.

Практически все виды анализов производятся в специализированных лабораториях.

Для выявления ошибок опробования проводится его контроль, который включает контроль отбора проб, их обработки, химического и других видов анализа. Контроль анализов проводится анализом дубликатов проб в той же лаборатории (внутренний контроль) и в контрольной лаборатории (внешний контроль). При выявлении систематических ошибок вводится поправочный коэффициент.