4.1 Предварительные исследования полезных ископаемых
Для определения параметров исходного сырья как объекта обогащения проводится ряд работ, в состав которых, при необходимости, входят следующие виды исследований: минералогический, гранулометрический и фракционный анализы, определение физических и технологических характеристик минералов и руд [4, 9-12].
Минералогический анализ должен выполнять инженер-обогатитель и только в исключительных случаях - специалист-минералог. В процессе исследований на этом этапе диагностируют минералы, составляющие полезное ископаемое, определяют их количество, форму и размер зёрен, характер роста минералов (макро- и микроструктура). Для идентификации минералов применяют ряд инструментальных методов, основными из которых являются:
- микроскопический анализ, который применяется для определения рудных компонентов и их взаимного прорастания;
- люминесцентный анализ, который применяется для качественной и количественной оценки люминесцирующих минералов в исходной руде (напр., апатита, гипса, доломита, кварца и других минералов, а также некоторых реагентных покрытий);
- химический метод диагностики, который применяется только в случаях малого различия минералов в окраске при анализе их в отражённом свете (плёночный, капельный, фазовый анализы);
- специальные виды анализов, которые применяются для минералов со специфическими свойствами (радиографический, фотометрический, рентгеноструктурный, термический фазовый анализы).
Анализ гранулометрического состава полезного ископаемого выполняется преимущественно двумя методами:
- методом рассева исходного материала на стандартном наборе сит (ситовый анализ);
- методом седиментации частиц исследуемого материала из разбавленных суспензий.
Последний из этих методов в современной практике обогащения применяется редко, так как он может быть использован для анализа материалов с максимальным размером частиц не более 40 мкм.
На основании результатов ситового анализа строят суммарные характеристики крупности, определяют выходы материала каждого класса крупности, а при необходимости и содержание соответствующих минералов в каждом классе крупности.
Фракционный анализ исходного материала выполняется с целью получения количественной оценки распределения свободных минеральных зёрен и сростков по фракциям различной плотности и крупности, а для магнитных минералов также и по фракциям различной магнитной восприимчивости.
Такое распределение характеризует возможность разделения исходного материала на концентрат и отходы, качество и количество которых определяются взаимным засорением и количеством сростков с различным соотношением в них разделяемых минералов. Поскольку технически и экономически целесообразно выделять, если это возможно, пустую породу из исходного материала на стадиях обогащения, которые не предусматривают мелкого дробления и измельчения, то фракционный анализ полезных ископаемых (в зависимости от результатов минералогического и ситового анализов) необходимо проводить на первых стадий исследования на обогатимость. Предварительное исследование выполняется обычно на крупных классах методом ручной рудоразборки. Этот метод может быть использован только для классов, которые обогащаются гравитационными процессами, то есть в пределах крупности от 100 до 3 мм. При ручной рудоразборке частицы сортируют на три группы: пустую породу, концентратную фракцию и сростки. После сортировки исследуемого материала каждую группу частиц взвешивают, измельчают и подвергают химическому анализу.
Приведенный способ даёт качественное представление об исходном материале, но полученных данных недостаточно для принятия инженерных решений для проектирования технологической схемы обогащения полезных ископаемых. Для получения более полной информации применяют методы разделения материала на фракции в зависимости от плотности среды (гравитационный метод обогащения), напряжённости магнитного поля (магнитный метод обогащения), времени нахождения в разделительном аппарате (флотационный метод обогащения).
Полученные в результате разделения фракции, подвергают химическому анализу и на основании этих данных строят кривые обогатимости, которые устанавливают однозначное соответствие между значением параметра разделения и содержанием полезного компонента в концентрате, отходах, промежуточном продукте и элементарных фракциях исследуемого продукта. Для проведения фракционных анализов используют различное оборудование, например, установки с применением тяжёлых жидкостей (раствор хлористого цинка, тетрабромэтан и др.), электромагнитные сепараторы, электрические сепараторы, флотационные машины и др.Данные фракционных анализов служат исходным материалом при определении теоретических балансов продуктов обогащения, а следовательно, и основным исходным материалом при выборе схемы обогащения полезных ископаемых.
Исследование физических и технологических характеристик минералов и руд выполняется с целью определения их параметров, которые оказывают существенное влияние на процесс разделения (обогащения). К ним в первую очередь необходимо отнести:
истинную и насыпную плотность, которые оказывают решающее влияние на все вопросы обогатительной технологии;
относительную прочность и угол трения, которые оказывают решающее влияние на процессы дробления и измельчения;
краевой угол смачивания и сорбционную способность, которые оказывают определяющее влияние на процессы флотации, фильтрования и флокуляции шламов и т.д.
Исследования по определению физических и технологических характеристик обогащаемого полезного ископаемого выполняются в минимальных, но достаточных объёмах, то есть в объёмах, обеспечивающих получение достаточной информации об обогатимости сырья.
Прогнозирование показателей исследуемого полезного ископаемого и предварительный выбор технологической схемы обогащения выполняется по результатам анализа данных, которые определены на этапе предварительных исследований. Полученная схема обогащения является объектом для анализа на следующей стадии исследования на обогатимость.