Раздел 3. Способы пробоодбора; Виды проб

Тема 3.1. Способы пробоодбора: штуфной, бороздовый, сколковый, задирковый; способ вычерпывания; валовое, шпуровое,точечное опробование.

Тема 3.2. Виды проб: Рядовые пробы групповые пробы; Типы проб по форме: точечные, линейные площадные, объемные

Раздел 4. Опробование горных выработок и буровых скважин

Тема 4.1. Выбор способа опробования, обоснование сети и размера проб; Опробование горных выработок; Отбор проб в горных выработках на россыпях.

Тема 4.2. Опробование буровых скважин (роторного, кернового, ударно-вращательного бурения).

Раздел 5. Обработка проб

Тема 5.1. Определение начального веса проб; Обработка и сокращение проб Выбор коэффициентов, стадии и механизмы обработки; Обработка проб на россыпных месторождениях.

Раздел 6. Оценка представительности и достоверности: контроль опробования

Тема 6.1. Контроль отбора проб; Контроль результатов анализов опробования. Внешний и внутренний контроль. Арбитражные анализы Контроль анализов эталонными пробами.

 

5.2 Краткое описание содержания теоретической части разделов и тем дисциплины

Раздел 1. Ведение

Цели и задачи опробования

 

В соответствии с ФГОС 3 и учебным планомподготовки студентов дисциплина " Опробование твердых полезных ископаемых»" изучается на 7 семестре и завершается экзаменом.

Свойства полезных ископаемых, определяющие их промышленную ценность, пути и возможности их использования в народном хозяйст­ве объединяются общим понятием — качество полезного ископаемого. Показатели качества весьма разнообразны и специфичны для каждого вида минерального сырья. К ним откосятся химический и минеральный состав полезного ископаемого, его текстурно-структурные, физические и технологические свойства. Опробованием называется комплекс специальных работ, выпол­няемых для изучения состава и свойств минерального сырья, опре­деляющих его качество и возможность использования в промышленности.

При геологическом изучении того или иного района и, особенно при поисках и разведке месторождений полезных ископаемых, изучение качества и технологических свойств минерального сырья является обяза­тельным и имеет огромное значение. Еще М. В. Ломоносов говорил, что «...обыск камней без пробы скучен и сомнителен».

Осуществляется опробование путем отбора в горных выработках, буровых скважинах и естественных обнажениях (выходах) тел полезных ископаемых обычно небольших порций минерального сырья, которые называются пробами. Главная задача опробования — изучение качества полезного иско­паемого. Объектами изучения могут быть отдельные пробы, природные типы или промышленные сорта руд, блоки подсчета запасов, рудные тела и месторождение в целом. Кроме того, опробовать приходится и вмещающие породы, особенно те, которые залегают внутри рудных тел или в непосредственной близости к ним. В процессе опробования изу­чают различные показатели качества разными способами, поэтому вы­деляется несколько видов опробования: химическое, минералогическое, технологическое и техническое.

Опробование является одной из наиболее ответственных операций геологоразведочных работ и значение его трудно переоценить. По данным опробования оценивается качество минерального сырья, выделяются его сорта и типы, выясняются закономерности распределения полезных компонентов в пространстве, особенности размещения обогащенных и убогих участков, их размеры и взаимоотношения. Эти данные совер­шенно необходимы для нормальной работы действующего или проектиру­емого горнорудного предприятия и решения многих вопросов, в част­ности:

1) для направления геологоразведочных и подготовительно - эксплуатационных работ, что в первую очередь относится к месторождениям, на которых тела полезных ископаемых не имеют четких геологических контактов и постепенно переходят во вмещающие породы; границы промышленно ценного минерального сырья устанавливаются только по ре­зультатам опробования;

2) для оконтуривания участков тел полезных ископаемых, различных по качеству минерального сырья, и выбора наиболее целесообразного способа его переработки;

3)  для контроля за полнотой отработки минерального сырья, в целях предупреждения   «хищнической» разработки (выработки наиболее богатых участков), получения данных для определения потерь и разубоживания при эксплуатации месторождений и для разработки мероприятий по борьбе с ними;

4) для составления планов добычи минерального сырья (руды, металла);

5) для определения запасов минерального сырья, являющихся основой промышленной оценки месторождения и характеристики его народно­хозяйственного значения.

Природное минеральное сырье обычно разделяют на газообразное, жидкое и твердое. Опробование газообразного минерального сырья (горючие и негорючие газы) и жидкого (нефть, рассолы, вода) является предметом рассмотрения специальных дисциплин.

Ниже рассматриваются только вопросы, связанные с опробованием твердых полезных ископаемых, которыми могут быть:

а) элементы — железо, марганец, медь, свинец, цинк, золото, серебро, олово, вольфрам, молибден, никель и др.;

б) мине­ралы — асбест, слюда, пьезокварц и др.;

в) горные породы — гранит, известняк и др.

При изучении качества и технологических свойств минерального сы­рья, чтобы решить вопрос о промышленной ценности месторождения, необходимо знать основные требования промышленности к качеству минерального сырья. Эти сведения можно найти в специальных брошюрах («Требования промышленности к качеству минерального сырья»), ГОСТах и Технических условиях (ТУ), которые разработаны (или разрабаты­ваются) для каждого природного вида минерального сырья, а нередко и для отдельного месторождения. Во многих случаях эти требования за­висят от масштаба месторождения.

Требования промышленности к минеральному сырью (кондиции) определяют направление (методику) исследований сырья.

 

В зависимости от назначения и характера испытаний минерального сырья различают следующие виды опробования:

· Геологическое (химическое, минералогическое);

· Геофизическое;

· Технологическое;

· Техническое опробование.

Раздел 2. Типы опробования

Тема 2.1. Геологическое опробование:

Химическое

Минералогическое

Химическое опробование применяется, дли определения химического состава минерального сырья и содержаний полезных и вредных компо­нентов. Термин «химическое опробование» несколько устарел. В настоящее время состав минерального сырья и содержания полезных компонентов определяют не только по данным химических анализов.

Химический состав — важнейшая характеристика качества боль­шего числа видов минерального сырья. Например, чем выше содер­жание меди в медной руде, тем богаче руда, выше ее качество. На мно­гих месторождениях полезных ископаемых путем исследования хими­ческого состава отличают руду от пустой породы и разделяют промышленные сорта руд.

Химические элементы, входящие в состав полезного ископаемого, делятся на главные и попутные компоненты.

Главные компоненты опре­деляют промышленное значение месторождения, по содержанию глав­ных компонентов проводят контуры рудных тел и промышленных сортов руд. Среди главных компонентов различают полезные и вредные. На­пример, в железных рудах полезным компонентом является железо, а вредными — сера и фосфор. При высоком содержании вредных компо­нентов для их удаления приходится изменять технологию переработки полезного ископаемого. Например, богатую серой железную руду нельзя направлять в плавку, ее следует предварительно подвергнуть обогаще­нию или обжигу (агломерации) для удаления серы.

Попутные компоненты оказывают некоторое влияние на качество руды, но по ним не проводят контуров рудных тел или промышленных сортов руд. При содержании в рудах попутных компонентов они назы­ваются комплексными. Минеральное сырье в большей части представ­ляет собой комплексные полезные ископаемые, содержащие много цен­ных компонентов. Главные и попутные компоненты не всегда четко раз­деляются, иногда попутные компоненты могут переходить в главные.

Ценные попутные компоненты целесообразно разделить на две группы. Компоненты первой группы образуют собственные минералы, которые могут быть выделены в концентрат путем обогащения. Компо­ненты второй группы не образуют собственных минералов, а входят в виде изоморфных или других примесей в главные минералы руд и могут быть извлечены лишь при металлургической переработке руд. Так, в магнетитовых рудах сера и медь обычно образуют сульфиды: пи­рит и халькопирит, т. е. относятся к первой группе и могут быть выде­лены в пиритный и медный концентраты. Но в тех же рудах ванадий изоморфно входит в состав магнетита и относится ко второй группе. Его извлекают при выплавке стали из мартеновских шлаков. Ко второй группе относятся так называемые рассеянные элементы: кадмий, ин­дий, таллий, галлий, германий, рений, селен, теллур, скандий и пр.

Наряду с общим, или валовым, химическим составом руды для многих полезных ископаемых большое значение имеет фазовый состав или баланс распределения компонентов в руде. Фазовый состав показы­вает долю ценного компонента в руде, связанного с отдельными минералами или группами минералов. Определение фазового состава позво­ляет предсказать некоторые технологические свойства руды и вероятное извлечение из нее ценных компонентов. Например, в железистых квар­цитах железо входит в состав магнетита, гематита, сидерита, желези­стых силикатов и сульфидов. Выгодно извлекать железо обычно только из магнетита, редко из гематита и сидерита. Поэтому о качестве такой руды можно надежно судить лишь после установления доли железа, заключенного в разных минералах и прежде всего в магнетите.

Отобранные пробы поступают на испытания. Вид испытаний опре­деляется характером полезного ископаемого, его минеральным и хими­ческим составом, задачами исследования, требуемой точностью анализа, степенью изученности месторождения. Некоторые виды испытаний мо­гут проводиться в геологоразведочной партии, другие — в специальных лабораториях, при этом геолог должен сообщить в лабораторию цель испытаний и желаемую точность анализа, а иногда и сведения об ожи­даемом составе руд.

Химическое опробование служит для изучения химического состава руд и вмещающих пород. В процессе опробования определяется содер­жание главных и попутных компонентов, изменение химического со­става в пространстве, выявляются зависимости между содержаниями компонентов. Для большей части полезных ископаемых химическое оп­робование является основным, с помощью его оконтуривают рудные тела и промышленные сорта руд и считают запасы руды и компонен­тов. Обычный химический анализ дает общее, или валовое, содержание компонентов в руде. В тех случаях, когда требуется знать содержание компонентов, связанных с разными минералами, прибегают к фазо­вому химическому анализу.

Определение химического состава — наиболее распространенный вид испытаний проб. В зависимости от требуемой точности и чувстви­тельности анализа могут быть применены спектральный, химический, пробирный, ядерно-геофизический и другие методы анализа, каждый из которых позволяет решать определенный круг вопросов.

Спектральный анализ широко применяется при поисках и разведке месторождений. С помощью этого анализа ведутся геохимические ме­тоды поисков полезных ископаемых. При разведке спектральный анализ позволяет выявлять весьма низкие содержания некоторых, особенно по­путных компонентов, нередко служит для отбраковки проб перед более дорогим химическим или пробирным анализом. На химический анализ направляются лишь те пробы, в которых по данным спектрального ана­лиза содержание компонента выше определенного предела. Этот предел, учитывая точность спектрального анализа, берется в 2—3 раза ниже кондиционного содержания ценного компонента.

Спектральный анализ обладает высокой чувствительностью, большой производительностью и низкой стоимостью, позволяет од­новременно определять много компонентов, но, как правило, уступает другим видам анализа в точности, особенно при высоких содержаниях компонентов. Точность наиболее распространенного многокомпонент­ного полуколичественного спектрального анализа выше, и в ряде слу­чаев он конкурирует с химическим анализом. Иногда имеет значение и то, что спектральный анализ можно выполнить при весьма малой навеске (десятки миллиграммов), но обычно на спектральный анализ направляют пробы массой в первые граммы.

Химический анализ является основным при испытании проб боль­шего числа рудных и многих нерудных полезных ископаемых. По срав­нению со спектральным анализом он обладает меньшей чувствитель­ностью, но большей точностью. Данные химического анализа использу­ются для оконтуривания тел полезных ископаемых, подсчета запасов ценных компонентов в рудах.

Масса проб, направляемых на химический анализ, составляет 50— 100 г и зависит от числа определяемых компонентов. Чем больше ком­понентов, тем большая необходима масса пробы. Следует учитывать, что иногда приходится прибегать к повторным анализам пробы с целью контроля анализа.

Пробирный анализ предназначен для определения в пробах содер­жания благородных металлов. Этот анализ дорогой, но весьма чувстви­тельный и точный, с его помощью можно устанавливать содержания благородных элементов порядка 1 г/т. Для анализа используется на­веска массой до 250—500 г и более, что нужно иметь в виду при состав­лении схемы обработки пробы. Учитывая большую стоимость анализа, целесообразно перед пробирным анализом проводить разбраковку проб, например, с помощью количественного спектрального анализа, обла­дающего высокой чувствительностью, но недостаточ­ной точностью.

Ядерно-физические методы анализа получили широкое распространение, особенно радио­метрический анализ на радиоактивные элементы. Ядерно-физические методы обеспечивают высокую чувствительность и точность анали­зов на многие компоненты, весьма производительны. При анализе проба не расходуется, часто даже не требуется ее измель­чение, так как исследуются спектр и интенсивность естественной или искусственной радиоактивности. Ядерно-физические методы используются в настоящее время для опре­деления олова, бора, лития, кадмия, бериллия и некоторых других хи­мических элементов. Для анализа требуются навески массой от первых граммов до 50—200 г

Минералогическое опробование применяется для определения ми­нерального состава руды и вмещающих пород, их текстурно-структур­ных особенностей, а также для определения химического состава мине­ралов. Особенно детально изучаются главные минералы. В процессе оп­робования устанавливается форма нахождения ценных компонентов в руде, баланс распределения важнейших компонентов между минера­лами. Минералогическое опробование имеет большое значение для ре­шения ряда научных вопросов, в частности, для установления генетиче­ских особенностей месторождения. На некоторых типах месторождений (россыпи) минералогическое опробование является основным и приме­няется для подсчета запасов. С помощью минералогического опробова­ния выделяют природные типы руд и выясняют строение рудных тел.

Минералого-петрографическое опробование применяется для изуче­ния структур и текстур пород и руд, их минерального состава, размеров и формы минералов. Эти сведения необходимы для выбора способа пере­работки минерального сырья.

При массовом опробовании в процессе эксплуатационных работ в ряде случаев успешно определяют содержания полезных компонентов в руде на основании ее минерального состава.

Существует несколько приемов минералогического опробования, среди которых наиболее выделяются:

· опробование по типам руд;

· опробование по шлиховым минералам;

· люминесцентное опробование;

· опробование по оценке площади рудных минералов в шлифах.

Опробование по типам руд. На ряде месторождений может быть выде­лено несколько естественных типов руд, отличающихся по составу с устойчивым содержанием полезного компонента. В этих слу­чаях для каждого типа руд подбираются эталонные коллекции штуфови устанавливается процентное соотношение главнейших рудных и неруд­ных минералов в них. Затем для каждого типа руд подбирают 30—50 зарисовок забоев с результатами химического опробования и рассчиты­вают среднее содержание полезных и вредных компонентов для каждого типа руд. Кроме содержаний полезного компонента для каждого типа руд определяют объемные веса.

Собственно опробование по типам руд заключается в тщательной
зарисовке тела полезного ископаемого и документации забоев с выделением участков, сложенных различными типами руд. На основа­нии зарисовок среднее содержание того или иного компонента по забою
вычисляется методом среднего взвешенного на площадь S или мощность m. Этот метод очень оперативен и позволяет резко сократить количество химических анализов.

Опробование по шлиховым мине­ ралам сводится к тому, что материал забойных проб, отбитый любым спо­собом, дробится до размеров частиц ценного минерала и промывается в лотке до получения шлиха. Полу­ченный шлих взвешивают, подвер­гают количественному минералоги­ческому анализу и производят пере­счет содержания ценного минерала на содержание металла. Этот способ позволяет быстро оценить качество минерального сырья до производства химических анализов.

Люминесцентное опробование основано на свечении многих минера­лов при облучении их ультрафиолетовыми, катодными или рентгеновыми лучами.

Например, этим способом можно выявить и оценить вкрапленность шеелита: редкая вкрапленность (до 10 зерен на 1 пог. м керна) соответст­вует содержанию WO₃ 0,04%, средняя вкрапленность (20—50 зерен) — 0,1% и богатая (сотни зерен) — более 0,1%. Бедные шеелитовые руды могут не подвергаться химическим анализам, что сокращает расходы на опробование.

Опробование по оценке площади рудных минералов в шлифах основано на количественном минералогическом анализе горных пород. В полиро­ванном шлифе намечают большое количество точек наблюдений под микроскопом по квадратной сетке (обычно используют палетку) и подсчи­тывают количество точек, попавшее на каждый минерал, входящий в состав данного шлифа. Считают, что полученные количества пропорцио­нальны объемам, занимаемым этими минералами в шлифах.

Указанные способы опробования по минеральному составу дают только приблизительную оценку качества минерального сырья, достаточ­ную для оперативных целей при эксплуатации месторождений. При поис­ках и разведке месторождений полезных ископаемых результаты минера­логических анализов обычно требуют контроля другими более надеж­ными методами и используются для предварительных оценок.