Изучение гранулометрического состава руд и степени вскрываемости зерен

Одной из традиционных задач технологической минералогии является изучение размера рудной вкрапленности, что необходимо для установления рационального режима дробления, при котором происходит максимальное вскрытие рудных зерен» так как при чрезмерно крупном дроблении возникают многочисленные сростки, при излишне мелком дроблении происходит переистирание рудных минералов и образование шламов, что отрицательно сказывается на извлечении. Для определения размеров рудной вкрапленности производятся замеры в шлифах под микроскопом размеров зерен породообразующих и рудных минералов. По большому количеству замеров из различных шлифов, характеризующих руды с различными структурными и текстурными особенностями, составляются гистограммы размеров рудной вкрапленности, которые и должны быть положены в основу определения режима дробления. Поскольку эта работа весьма трудоемкая, она может быть ускорена применением полуавтоматических оптических приборов типа МИУ-2, МИУ-3. Весьма перспективно применение микроскопических устройств с телеэкранами и автоматическим подсчетом площадей зерен типа приборов QMS или «Видеомат».

Кроме размера рудной вкрапленности, крайне важно знание гранулометрического состава после дробления руды, что достигается обычным ситовым анализом, в случае, когда определяемый минерал выделяется в мономинеральную фракцию. При мелких же размерах зерен для определения гранулометрического состава приходится прибегать к механическому анализу по методу Сабанина или подсчитывать размеры зерен в иммерсионных препаратах и в брикетных шлифах под микроскопом.

Предложено несколько классификаций размеров зерен с различными коэффициентами, на которые нужно разделить один размер, чтобы получить следующий («модули»). В.А. Глазковский и В В. Доливо-Добровольский (1946 г.) разделяют все размеры зерен на 7 групп, начиная с -200 мм до +20 мм и принимают далее модуль, равный 10. Обогатители употребляют обычно модуль 2.

Наиболее приемлемая классификация минеральных зерен по их размерам предложена А. Ф. Ли [25] с модулем, равным 4 (табл. 5). От принимаемой классификации размеров зерен должны зависеть и размеры употребляемых сит. Размеры рудной вкрапленности в значительной степени определяют и ме­тоды технологической переработки. Для руд с размерами вкрап­ленности I—IV классов применимы различные гравитационные методы обогащения, руды с размерами V—VII классов могут обогащаться флотацией, а VII—VIII классов—главным обра­зом гидрометаллургическими методами.

Таблица 5 Классификация минеральных зерен по величине.По А.Ф. Ли (1967 г.)

Важно также изучить степень раскрываемости зерен, т. е. поведение рудного минерала при дроблении и способность его отделяться от вмещающих его зерен других минералов. Степень раскрываемости рудных зерен зависит от их размеров, формы, хрупкости, наличия спайности, структуры руды, т. е. характера срастания рудного минерала с вмещающими его породообразующими, разницы в их твердости, наличия вокруг рудных зерен пленок или каемок продуктов их изменения, наличия в них микровключений, прожилков.

При прочих равных условиях лучше вскрываются минералы с изометрической формой. На вскрываемость минералов, как показал Б.И. Пирогов [34] на примере магнетита, влияет удельная поверхность зерен (С.А. Салтыков, 1976 г.), зависящая от габитуса кристаллов, характера микрорельефа граней, особенностей скола и внутренней структуры. Для октаэдров магнетита она наименьшая (0,06—0,11 м/г), для сложных комбинаций простых форм она увеличивается до 0,19—0,59 м/г.

Хуже всего вскрываются при дроблении тонкоигольчатые минералы. Так, например, в висмуто-вольфрамовых месторождениях, в которых висмутовые минералы представлены самородным висмутом, висмутином и козалитом, последний практически извлечь невозможно, поскольку он представлен тончайшими иголками, которые всегда заключены в других минералах, образуют сростки либо же при высвобождении сразу истираются в тончайший порошок.

Вообще изучение характера сростков в дробленой руде имеет большое значение и, исходя из количества свободных, «раскрывшихся» зерен и сростков, можно оценивать обогатимость руд (Б.И. Пирогов, 1969 г.). В этой связи появились тенденции количественно оценивать срастание минералов по шлифам и аншлифам путем подсчетов линий контактов и применения стереометрического анализа. Л.И. Шебалиным (1977 г.) предложен специальный коэффициент срастания, который вычисляется исходя из удельной поверхности соприкосновения рассматриваемого рудного минерала с другими минералами. Он позволяет судить о частоте появления сростков с различными другими нерудными и рудными минералами и степени раскрываемости зерен.

Весьма прогрессивным является стремление к разделению руды по естественным границам зерен, минимальному получению сростков и сокращению количества тонкопереизмельченного материала. Такие методы измельчения существуют, и их применение может дать большой экономический эффект. Так, например, Б.И. Пироговым были поставлены экспериментальные исследования вскрытия ряда железистых кварцитов при измельчении их в шаровых мельницах разными способами — обычным шаровым методом, при сухом самоизмельчении, рудногалечном и струйном. Оказалось, что, вследствие значительной разницы в твердости и хрупкости магнетита и кварца, при шаровом измельчении происходит избирательное истирание магнетита, что проявляется в увеличении выхода тонких классов. В какой-то степени показателем раскрытия рудных минералов является форма его зерен после измельчения. Так, при: шаровом измельчении тех же железистых кварцитов контур зерен магнетита неровный, при рудногалечном он частично округлый и частично ровный, а при сухом самоизмельчении и струйном измельчении контур зерен магнетита имеет ровные полигональные очертания. Соответственно и степень раскрытия магнетита при сухом самоизмельчении оказалась на 4—8 % выше, чем при обычном шаровом [34]. Вообще для многих типов руд переход на сухое самоизмельчение руды в мельницах оказывается весьма эффективным, поскольку усилие удара сосредотачивается главным образом на границе срастающихся минеральных индивидов, плоскостях отдельности и спайности минералов.

Очень перспективно также применение новых методов измельчения — электроимпульсного (с помощью гидродинамического удара), роторного и методов предварительной обработки руды (термических, акустических—обработка ультразвуком и др.), способствующих дроблению по границам зерен. Особенно актуальна и важна эта проблема при обогащении тех видов полезных ископаемых (алмазов, драгоценных камней и др.), ценность которых при растрескивании и измельчении резко падает.

Представляет также интерес возможность дезинтеграции руд, представленных агрегатом сравнительно мягких минералов (например, рудных слюдитов, каолинизированных редкометальных гранитов и др.) тонкой и очень сильной струёй воды (особыми гидромониторами). При таком размыве руды водой происходит наиболее полное раскрытие рудных минералов и одновременно их обогащение.

Для некоторых типов руд, сложенных агрегатом минералов с резко различным коэффициентом термического расширения, полное раскрытие рудных минералов достигается путем нагрева. Весьма характерны в этом отношении сподуменовые руды. Дело в том, что природный сподумен LiА1[Si₂O₆] при температуре 950°С переходит в другую полиморфную модификацию и Li[А1Si₂O₆] — β-сподумен. Этот переход сопровождается резким и весьма значительным увеличением объема, вследствие чего вся руда растрескивается, а сам сподумен декрепитируется. Обжигая сподуменовую руду и подвергая ее в дальнейшем дроблению в шаровой мельнице с резиновыми шарами, получают при просеивании через сита тончайший порошок чистого концентрата β -сподумена, из которого простым кислотным выщелачиванием извлекают литий (из природного α-сподумена литий кислотами не выщелачивается).