Обработка и сокращение химических проб

Начальная масса пробы – от 0,5 до 100 кг. Для химического анализа требуется 50 – 200 г. материала. Поэтому пробы сокращают, причем требуется сократить так, чтобы содержание полезного компонента в конечной пробе было равно содержанию в начальной пробе (проба осталась бы представительной). Это достигается неоднократно повторяющимися дроблением, просеиванием, перемешиванием и сокращением.

Установлена зависимость между массой пробы в кг и диаметром наибольших её частиц, при которых сохраняется представительность пробы – формула Чечота-Ричардса

Q = Kd².

Где Q - масса пробы, кг, d – диаметр наибольших частиц, K – коэффициент, характеризующий степень равномерности распределения полезного компонента в руде от 0,25 до 1.

Обработка проб включает дробление, перемешивание и сокращение. Дробление (измельчение, истирание) осуществляется дробилками, мельницами и истирателями. Перемешивание производится в механических смесителях или вручную, а сокращение — механическими делителями или вручную (квартованием, вычерпыванием, перелопачиванием и др.). Операции измельчения чередуются с операциями сокращения. При этом проба сокращается до тех пор, пока не достигнет минимально необходимой при данном измельчении массы.

Перемешивание осуществляетсяперелопачиванием, способом кольца и конуса и другими способами. При перемешивании способом кольца и конуса материал ссыпается в конус, который развертывается в диск, а затем в кольцо. Начиная с внутренней части кольца, по часовой стрелке материал совком ссыпается в конус (рис.14.6). Операция повторяется 2 — 3 раза.

 

Рис.14.6. способ кольца и конуса

 

Для сокращения (деления) используется квартование (крестовиной), когда насыпанную кучей на брезенте пробу делят крестовиной на 4 части и берут две части, расположенные по диагонали, или перелопачиванием, когда берут каждую 2, 5, или 10 лопату. Для деления проб меньшего объема и веса (до 4 -5 л) используются специальные механические, ротационные и другие лабораторные делители.

Для рыхлых пород (россыпей) опробование включает отмывку и деление на фракции. Для установления фоновых содержаний берутся "протолочные" пробы – для чего пробы измельчаются и обогащаются (отмываются). Отмытые высушенные пробы (протолочки, не шлихи) разделяют на фракции через сита. Мелкие фракции (меньше 0,5 мм) разделяют на немагнитную, магнитную (ферромагнитную, диамагнитную и парамагнитную), электромагнитную фракции и делают минералогический анализ.

 

3.14.4. Анализ проб

 

В зависимости от видов минерального сырья и назначения выделяют следующие основные анализы или испытания:

- спектральный полуколичественный анализ;

- химический (спектральный, количественный)

- физический

- минералогический

- технический

- технологический

 

Спектральные полуколичественные анализы наиболее широко используются для определения элементарного состава природных образований при изучении геохимических ореолов (геохимическое опробование, геохимическая съёмка) и для разбраковки проб.

Для определения полного химического состава природных образований, содержания полезных компонентов и вредных примесей в недрах и добытом минеральном сырье применяются химические (спектральный, количественный) и физические (рентгеноспектральный, рентгенорадиометрический, атомно-абсорбционный, ядерно-физический и др.) анализы.

Минералогические исследования используют для уточнения минерального и петрографического состава полезных ископаемых и вмещающих пород, содержания и баланса распределения полезных (основных и попутных) компонентов и элементов примесей, связанных с отдельными минералами и определяющих оптимальные технологические схемы переработки сырья и возможность извлечения полезных компонентов, предварительного разделения полезных ископаемых на природные типы и технологические сорта, определения содержания компонентов в рудах, неохваченных химическими анализами, корректировки данных химических анализов проб, фазовых, фракционных и других анализов при технологических испытаниях проб.

Технические испытания позволяют определять физико-механические свойства полезных ископаемых и вмещающих пород, характеризующие качество отдельных видов полезных ископаемых (качество и размеры кристаллов слюды, кварца, полевого шпата; длину и прочность асбестового волокна; истираемость облицовочного камня и др.), а также свойства, учитываемые при подсчёте запасов и составлении проекта отработки месторождения (объёмную массу, влажность, пористость, разрыхлённость, трещиноватость, устойчивость, вспучиваемость, слоистость и др.).

Технологические испытания осуществляются в лабораторных, полупромышленных и промышленных масштабах. Лабораторные испытания позволяют получить принципиальные способы и схемы переработки минерального сырья, а полупромышленные и промышленные — выбрать наиболее эффективные из них и уточнить технико-экономические показатели технологического процесса, обеспечивающего комплексное извлечение полезных компонентов.

Каждый из указанных анализов или испытаний в отдельности или в комплексе в зависимости от вида полезных ископаемых выполняет функции рядового (основного), определяющего качество полезных ископаемых. Для их выполнения указанными выше способами производится отбор так называемых рядовых проб, которыми охватываются все выработки и обнажения на протяжении всего периода изучения месторождения. Разновидностью рядовых проб являются товарные (коммерческие), контролирующие качество минерального сырья в процессе добычи и переработки.

Пробы воды подвергаются полному химическому анализу, нефти — элементарному анализу и фракционной перегонке, с определением выхода бензина, керосина, соляровых дистиллятов и мазута в остатке.

 

3.14.4. Контроль опробования

 

Достоверность результатов опробования устанавливается по отсутствию систематических погрешностей, а точность по величине cредних случайных погрешностей.

Контроль опробования слагается из контроля отбора проб, rонтроля обработки проб и контроля анализов.

Контроль отбора проб достигается либо применением другого метода опробования, либо наложением контрольной пробы.

Контроль обработки проб достигается параллельной обработкой сокращаемого материала

Контроль анализов состоит из двух частей. Это внутренний контроль – который достигается анализом дубликатов проб - зашифрованные пробы, или их сокращенный материал и внешний контроль – когда исследование проводится в другой лаборатории для выявления систематических ошибок.

Контроль геофизических исследований заключается в оценке воспроизводимости замеров и сравнении полученных результатов с наиболее представительным геологическим опробованием.

 

Вопросы

3.15. ОКОНТУРИВАНИЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

 

Оконтуривание – это определение на плане или разрезе границы распространения месторождения полезных ископаемых или его частей (отдельных тел, блоков, горизонтов). Оконтуривание производится на основании показателей кондиций; бортового содержания[2] полезного компонента, минимальной мощности тела полезных ископаемых или метро-процента, максимальной мощности безрудных прослоев. Значения показателей кондиций при оконтуривании месторождений полезных ископаемых по завершении поисково-оценочных работ принимаются по аналогии с разведанными месторождениями того же промышленного типа, находящимися в сходных геологических условиях.

По результатам предварительной и детальной разведки на основе горно-геологических расчётов для месторождения утверждаются временные и постоянные кондиции оконтуривания месторождений полезных ископаемых — важный этап, предшествующий подсчёту запасов полезных ископаемых.

Сложность в том, что граница залежи, или месторождения не всегда определяется однозначно.

Рудные тела классифицируются по форме, соотношению с вмещающими породами (приложение № _____ «формы рудных тел») и другим признакам.

Границы тел полезных ископаемых могут быть:

- резкие, когда тело полезного ископаемого четко отделяется от вмещающей породы;

- постепенные, когда полезное ископаемое переходит сначала в оруденение, затем в слабоминерализованные породы, и, наконец, сливается с вмещающими породами;

- невидимые, когда оруденение представлено мелкой вкрапленностью, незаметной без специальных приборов.

При резких границах может быть равномерное и неравномерное распределение полезного компонента. При неравномерном – выше среднего кондиционного и ниже среднего кондиционного (рис.15.1).

 

Рис.15.1. Границы тел полезных ископаемых: 1 - четкий контакт и равномерное распределение полезного компонента, 2 - постепенный контакт и равномерное (а) и неравномерное (б) распределение полезного компонента,, 3 - Четкий контакт и неравномерное распределение полезного компонента а – среднее содержание выше кондиционного, б – среднее содержание ниже кондиционного

 

Внутри рудных тел оконтуриваются участки с различными сортами и типами руд. Они считаются отдельно, отрабатываются отдельно.

Так же отдельно приходится оконтуривать участки, характеризующиеся различными гидрогеологическими и горно-техническими условиями, потому, что разная стоимость работ и разные проекты. Это может быть обусловлено: разной мощностью вскрыши; наличием многолетнемерзлых пород, причем мерзлота может быть сплошной, островной, таликами, и, наконец, приходится оконтуривать запасы в целиках.

Оконтуривание сводится к установлению опорных точек контура объекта по естественным обнажениям, горным выработкам, разведочным скважинам и в отстройке через них линии подсчётного контура. Различают нулевой и промышленный контур (рис.15.2).

 

 

 

 

Рис.15.2. Оконтуривание крутопающего рудного тела. Условные обозначения: 1 – скважины, пересекающие рудное тело, 2 - скважины, показавшие отсутствие рудного тела, 3 – внутренний контур интерполяции, 4 – внешний контур ограниченной экстраполяции, 5 – внешний контур неограниченной экстраполяции, 6 – наносы, вскрытые канавами, 7 – подземные горные выработки

 

Виды контуров по содержанию полезного компонента:

- нулевой контур характеризует полное выклинивание тела полезных ископаемых и отстраивается для установления характера оруденения и перспектив его распространения;

- сортовой контур – разделяет различные сорта руд;

- промышленный контур, ограничивающий кондиционные участки тела полезных ископаемых, может быть внутренним и внешним.

По способу построения выделяют:

 

- внутренний контур интерполяции - отстраивается через крайние разведочные пересечения, встретившие полезные ископаемые, внешний — через точки предполагаемых естественных или условных (экстраполированных) границ распространения месторождения или его части;

- внешний контур интерполяции геологического тела полезных ископаемых отстраивается по бортовому содержанию в крайней пробе, включаемой в промышленный контур. Внешний контур интерполяции пожжет быть ограниченной и неограниченной (рис.15.2).

Для проведения интерполяции пользуются всеми доступными данными. Если геолого-геофизические сведения отсутствуют, то используют геометрические, или формальные способы, когда граница проводится на расстояния, кратные размеру разведочной ячейки и т.д.

При отстройке подсчётного контура установленные по отдельным выработкам опорные точки переносятся на планы, разрезы или проекции и соединяются прямыми или изогнутыми согласно геологической структуре линиями. Положение опорных точек между крайними пересечениями с кондиционными и некондиционными показателями находят способом интерполяции по формулам или графически. За пределами кондиционных выработок при отсутствии оконтуривающих пересечений подсчётный контур определяют методом экстраполяции с использованием геолого-геофизических особенностей месторождения.

Запасы, оконтуренные по густой сети разведочных пересечений, относятся к категориям А и В и только на некоторых сложных объектах разведки — к категории С1. Запасы, расположенные за пределами внутреннего контура, относятся к категориям С1 и С2. В пределах выработки опорные точки устанавливаются по данным замеров, непосредственных наблюдений и опробования. При этом кроме распределения полезных компонентов в геологическом теле учитывается характер его выклинивания. При резком выклинивании и чётких геологических границах подсчётный контур совпадает с геологическим. При постепенном выклинивании и сложном распределении полезных компонентов оконтуривание производят по пробе с бортовым содержанием, по мощности или метропроценту (произведение величины мощности на содержание).

Вопросы

3.16. Подсчет запасов

 

Завершающим видом работ каждого этапа разведки является подсчет запасов, который для разных категорий имеет различные точность и достоверность. Главным образом это происходит из-за различий в оконтуривании залежи.

Сюда можно вставить рисунки из Авдонина 5.1-5.4 в обратном порядке, 282-284

Запасы – массовое или объемное количество полезного ископаемого и его компонентов, заключенное в недрах на определенной территории. Запасы всегда представлены в виде геологических тел конкретной формы, характеризующиеся определенными условиями залегания.

Для подсчета запасов твердых полезных ископаемых необходимо знать форму рудного тела, площадь и мощность тех элементарных фрагментов простой формы, на которые его можно разбить и их площадь и мощность, объемную массу руды и среднее содержание металла в ней.

 

Единица измерения запасов

Запасы разных полезных ископаемых измеряют в различных единицах. Как правило, запасы коренных месторождений измеряют в тоннах. Запасы россыпных месторождений – в м³. Также в кубических метрах считаются пески россыпей, строительных материалов, мраморов.

Руды металлов коренных месторождений считаются в тоннах. У черных металлов подсчитывается сырая руда и средние содержания металла, а запасы металла не вычисляются. Запасы благородных металлов измеряются в килограммах, алмазов в граммах, или каратах. Содержание полезных компонентов меряется в г/т, для редких элементов - мг/т, для россыпей в г/ м³.

Содержание некоторых металлов (BeO, V₂O V₂O₅ WO₃, LiO, TiO₂, U₃O₈) определяется в виде оксидов:

Формула подсчета запасов

Запасы считаются по формуле:

Р = Q x р x k, где

Р – содержание полезного компонента в недрах

Q – запасы минерального сырья, или руды

р - среднеблочное содержание полезного компонента в руде

k – поправочный коэффициент

 

Q = V x d, где

Q – запасы минерального сырья, или руды

V – объем рудного тела,

d – объемная масса (минерального сырья в недрах)

 

V = S x m

m – средняя мощность

 

Объемная масса (объемный вес) — это масса единицы объема высушенного камня с порами в природном состоянии. Выражается объемная масса в граммах на кубический сантиметр (г/см³), или в килограммах на кубический метр и вычисляетсяпо формуле

d = m / V

Массу образца топределяют простым взвешиванием, а объем V можно определить несколькими способами. При правильной геометрической форме образца с ровными поверхностями объем определяют прямым обмером.

Методы подсчета базируются на распространении фактических данных, полученных на определенных точках на прилегающие пространства – (интерполяция и экстраполяция) и преобразовании сложных тел полезного ископаемого в равновеликие им по объему простые тела. Способы таких преобразований разнообразны, но чаще всего пользуются способами среднего арифметического, геологических блоков, эксплуатационных блоков, профилей и др.

Метод среднего арифметического (суммарный метод)

Все тело полезного ископаемого представляется как единый блок, объем которого приравнивается к равновеликой фигуре, имеющей форму пластины с постоянной высотой и периметром, соответствующим внешнему контуру тела (рис.16.1).

 

 

Рис.16.1. Схема пребразования флрмы тела поленого ископаемого при подсчете запасов методом среднего арифметического (по А.Прокофьеву). а – план,

б – разрез, в – аксонометрическая проекция преобразованного тела.

Условные обозначения 1 – вмещающие породы, 2 – тело полезного ископаемого, 3 – горные выработки, вскрывшие (черные кружки) и не вскрывшие (белые кружки) полезное ископаемое

 

Его мощность определяется как среднее арифметическое по данным всех горных выработок и скважин, пересекших тело полезного ископаемого

 

m_ср = ∑m_i /n

где m_ср среднее значение мощности, m_i – i-тый замер мощности, n – число замеров. Объем – V – определяется, как произведение площади S на среднюю мощность

 

V=Sm_ср

 

Запасы сырья определяются по формуле Q=Vd, где

d – объемная масса d = m / V

 

Запасы компонентов Р по формуле Р= QC_ср.

 

где С_ср среднее содержание компонента по всем замерам.

 

Недостатки – упрощение формы и малая надежность метода при месторождении со сложной формой, метод также не дает возможности раздельного подсчета запасов различных сортов и типов руд.

Этот приблизительный метод применяется на начальных стадиях изучения залежи.

 

Метод геологических блоков

Сложное тело разбивается на блоки с примерно одинаковыми главными параметрами – (мощность, содержание, тип руды) Каждый блок как бы преобразуется в простую фигуру, имеющую одинаковую высоту и площадь основания, равную площади блока (как в методе среднеарифметического) (рис.16.2).

 

 

 

Рис.16.2. Преобразование тела полезного ископаемого в группу сомкнутых разновеликих фигур при подсчете запасов по способу геологических блоков

(по В.Смирнову)