Способ ускоренного определения среднего содержания драгметаллов в горной массе
METHOD OF ACCELERATED DETERMINATION OF THE AVERAGE CONTENT OF PRECIOUS METALS IN THE ROCK MASS

Изобретение  относится к горной промышленности и может использоваться, как экспресс-метод для оценки  среднего содержания драгметаллов в техногенных отходах золотоизвлекательных фабрик (ЗИФ) и промывочных приборов, применяемых  при  обогащении   руд  и песков россыпных и рудных месторождений.
Существует достаточно большое количество технических решений, направленных на повышение качества извлечения  драгметаллов из исходной горной массы, как непосредственно в производственном процессе обогащения, так и в процессе повторной переработки отходов с целью доизвлечения  утерянного ранее полезного продукта.
Отходы ЗИФ представляют собой  частицы дробленой горной массы по большей части в виде многогранников с поперечным размером d, изменяющимся от значения, близкого к 0, до 1,0÷1,5 мм.  Драгметалл в таких отходах может быть представлен, как в чистом виде, так и в виде сростков с вмещающими породами (в основном,  с кварцем). В большинстве случаев повторная переработка таких отходов может оказаться экономически выгодной, но для полной обоснованности такого вывода должна быть выполнена предварительная оценка качества руды с количественной оценкой содержания в ней полезного компонента, в частности, благородных металлов (золото, платина, серебро и др.).
Существует множество методов оценки качественного и количественного содержания полезного компонента в горной массе  и различных инструкций по  применению этих методов:
0
- традиционная пробирная плавка, при которой измельченный образец исходной горной массы взвешивается, смешивается с флюсом с добавкой свинца, нагревается в печи  до 1000С, выдерживается 20-25 минут; образец сплавляется, отделяется от шлака и снова взвешивается; результат позволяет вычислить среднее содержание драгметалла; недостаток: многоступенчатость процесса, невысокая точность результата, особенно, при обедненной исходной горной массе, которую и представляют отходы ЗИФ; (Методика определения массовых долей золота и серебра в пробах руд золотосодержащих и продуктов их переработки пробирным методом и массовых долей золота пробирно-атомно абсорбционным методом. Иркутск, Иргиредмет, 2004.)
- цианирование или выщелачивание отобранных проб горной массы;  недостаток: длительность процесса и определенные ограничения, связанные с применением цианидов;  (Добыча драгоценных металлов. Информационно-технологический справочник. С.72-78. Москва, Бюро НДТ, 2017)
- атомно-абсорбционный метод; основан на испарении и атомизации раствора пробы в пламени газовой горелки или нагреваемой графитовой печи и измерении атомного поглощения резонансных линий определяемых элементов; недостаток способа - аппаратурная громоздкость (для реализации  способа  требуется наличие аппаратуры, устройств, предметов и материалов более двух десятков наименований); (ГОСТ 27973.3-88 Золото. Метод атомно-абсорбционного анализа).
- рентгено-графический и электронно-оптический метод, основанный на применении рентгеновских аппаратов и электронной оптики; недостаток: громоздкость оборудования, недостаточная оперативность, высокая стоимость. (Горелик С.С. Рентгено-графический и электронно-оптический анализ. МИСИС, 1994.)
Отходы ЗИФ («хвосты»), как, собственно, и исходная руда, могут контрастно отличаться содержанием полезного продукта  по годам освоения месторождения, и в процессе повторной переработки  отходов  должен осуществляться непрерывный оперативной контроль качества (среднего содержания полезного компонента) горной массы.
Предлагается ускоренный способ  оценки  среднего содержания драгметаллов в техногенных отходах золотоизвлекательных фабрик (ЗИФ) и промывочных приборов, техническим результатом применения которого является снижение временных затрат на определение среднего содержания драгметаллов в горной массе с возможностью реализации метода в полевых условиях и  обеспечением необходимой  точности получаемых результатов.
Предлагаемый способ основан на использовании различия в физических свойствах вмещающих пород (в т.ч. в сростках с полезным ископаемым), отличающихся, как известно, повышенной хрупкостью, и полезного ископаемого, отличающегося высокой пластичностью. При измельчении (дроблении) породных частиц в валковых (шаровых) мельницах методом раздавливания  породная частица разрушается хрупким изломом на несколько частиц, каждая из которых меньше исходной в несколько раз. Частица же драгметалла при обработке в таких же условиях, во-первых, освобождается от породных объятий (частично или полностью), а во-вторых, подвергается пластической деформации раздавливания, приводящей к сплющиванию частицы с одновременным увеличением поперечных размеров по другим направлениям частицы.
Таким образом, породная частица при разрушении валковой (шаровой) дробилкой распадается на несколько частиц меньшего диаметра, чем исходная, а частица драгметалла, наоборот, увеличивается в двух поперечных размерах, утоняясь в третьем направлении, т.е. в направлении действия сжимающих усилий, вследствие высокой пластичности материала частицы.
Это явление и используется в предлагаемой заявке на способ ускоренного определения среднего содержания драгметаллов в техногенных отходах за счет визуально-расчетной   оценки исследуемого материала под микроскопом.
Для реализации предлагаемого способа ускоренной оценки среднего содержания драгметаллов в таких отходах предлагается следующий  порядок последовательного выполнения операций.
1. Отбирается представительная проба исходного материала (хвосты  ЗИФ, эфели промывочных приборов) массой, например, 1 кг.
Зависимость между массой представительной пробы и крупностью частиц, составляющих конкретную пробу, определяется известной, теоретически обоснованной формулой:
2
W=k∙d,
где:  W – масса пробы, кг;
d – максимальный поперечный размер частиц данной пробы, мм;
k – коэфф. пропорциональности, зависящий от характера руды.
Величина k составляет:
для очень бедных  руд (менее 1г/т) – 0,2;
для средних по содержанию руд (5-8г/т) – 0,7-1,6;
для богатых руд (более 8г/т)  -     до 9.
2. Производится рассев отобранной пробы на классы (фракции), начиная с самого мелкого, например 0,02 мм и далее с коэффициентом удвоения поперечного размера ячеи, т.е. 0,04; 0,08; 0,16; 0,32; 0,64; 1,28 мм; вес каждой фракции фиксируется.
3. Каждая фракция пропускается через валковую (шаровую) дробилку-   -мельницу не менее 2÷3-х раз; при этом  частицы породы будут всё более измельчаться, а частица драгметалла, в т.ч. высвобожденная от породной оболочки, наоборот, увеличится, по крайней мере, в двух поперечных размерах (за счет утонения) и станет более заметной в поле зрения микроскопа при последующей оценке продукта.
4. Полученная после дробления горная масса каждой фракции снова пропускается через те же сита  с последующей оценкой объема надрешетного продукта  по каждому  ситу; при рассеве дробленой  порции любой фракции очевидно смещение фракционного состава породы в сторону меньших значений, т.е. частицы породы  переходят в подрешетный продукт,  в то время, как частицы драгметалла, претерпевшие пластическую деформацию, предпочтительно могут оказаться в надрешетном продукте (вследствие увеличения поперечных размеров). Это позволит значительно уменьшить объем осматриваемого материала с помощью микроскопа, а следовательно ускорить процесс определения среднего содержания драгметалла в горной массе и значительно повысить точность метода.
5. Надрешетный продукт каждого сита, а так же подрешетный продукт последнего (т.е. с наименьшей ячеей) сита подвергается визуальному анализу с помощью микроскопа, например, МПБ-3 с коэффициентом увеличения 50 крат с подсчетом числа частиц драгметалла конкретной фракции в поле зрения микроскопа, числовое значение которого, выраженное в соответствующих единицах измерения, приведено в паспорте микроскопа.
Методика визуальной оценки под микроскопом достаточно проста и, главное, позволяет оперативно оценивать полученный результат, и состоит в следующем.
2
2
Оцениваемая фракция после дробления и рассева, предварительно высушенная, расстилается на ровном листе бумаги (специальной линейкой для получения однородного слоя) с определением площади рассева (например, в мм). В поле зрения микроскопа насчитывается определенное число частиц драгметалла данной фракции. Умножением числа частиц драгметалла в единичном поле зрения микроскопа на количественный показатель, получаемый делением общей анализируемой площади на 5 мм, находим общее число частиц драгметалла данной фракции. Подсчет повторяется несколько раз на различных полях зрения для снижения ошибки. Допустимый разброс данных устанавливается исследователем.
Такой расчет производится для каждой фракции.
Объем частицы породы, в том числе в виде сростка с драгметаллом, можно представить формулой:
3
V= 4/3πR,
где  R-усредненный радиус шара, описанного вокруг частицы.
д
Объем драгметалла в такой частице можно выразить в виде доли k, изменяющейся от 0 до 1, т.е.
д
д
3
V = k∙4/3πR.
При дроблении такой частицы на валковой или шаровой дробилке (мельнице) методом раздавливания породная составляющая частицы, вследствие высокой хрупкости, распадается на несколько частиц, по размеру значительно меньших от исходной частицы.  Предположим наихудший вариант, что породная частица при раздавливании разделилась на 3 примерно равные части, то есть
п
п
д
3
3
V’= 1/3 V =  1/3 k∙4/3πR=0,444∙k∙R
д
min
max
п
п
Для фракции, например, +0,08÷0,16 мм (средняя 0,12 мм) при k =1 разделение на три части приведет к образованию породных  частиц с наименьшим диаметром D=0,037 мм и наибольшим диаметром  D= =0,076 мм. Но оба этих размера не превышают минимального размера ячеи и, следовательно, окажутся при последующем рассеве в подрешетном пространстве.
Частица драгметалла, находящаяся  в сростке с породной частицей, при этом, как правило, не разрушается  вследствие высокой пластичности, но приобретает уплощенную форму, объем которой можно выразить формулой:
д
2
V = π r ∆h,
где   r – усредненный радиус описанной окружности, эквивалентной по площади пластине драгметалла, раздавленного рабочим органом мельницы-дробилки;
∆h – усредненная толщина пластины драгметалла после раздавливания.
д
д
д
3
2
3
А т.к. мы ранее этот объем выразили как  V = k∙4/3πR, то можем записать           π r ∆h= k∙4/3πR , откуда
д
д
3
3
r = √ k∙4/3πR/ π ∆h =√ k∙4/3∙R/ ∆h, а
д
д
поперечный размер  D, соответственно,  D =2r.
д
Например, при раздавливании породной частицы в сростке с драгметаллом (например, в объеме четверти объема частицы, т.е. k =0,25) получена пластина драгметалла толщиной 0,1 исходного  поперечного размера породной частицы в сростке с драгметаллом. Определяем поперечный размер раздавленной частицы драгметалла, например, для фракции 0,08-0,16 мм (средний поперечный размер фракции 0,12 мм).
Подставляем исходные данные в формулу и получаем:
Наименьший поперечный размер пластины драгметалла:
д
min
D=2 r =2√0,25∙1,333∙0,000064/0,1∙0,08=0,1 мм.
Наибольший поперечный размер пластины драгметалла:
д
max
D=2 r =2√0,25∙1,333∙0,000512/0,1∙0,16=0,21 мм.
д
д
п
min
max
max
Как видим, оба размера D и  D  превышают наибольший размер вновь образованной (после раздавливания) породной частицы D= 0,076 мм, и таким образом  при рассеве дробленой порции через то же сито (с минимальной ячеей  в примере 0,08 мм) раздавленная частица драгметалла (размером 0,1÷0,21) останется в надрешетном пространстве, в то время, как вновь образованные (после раздавливания наибольшей частицы данной фракции) породные частицы перейдут в подрешетный продукт.
д
На основании выявленной зависимости несложно графически отобразить изменение площади частицы драгметалла в плоскости раздавливания в зависимости от величины коэффициента «k» c тем, чтобы определить его минимальное значение, при котором размер раздавленной частицы  визуально обнаруживался бы (под микроскопом) в данном классе (фракции). Завершающей операцией анализа будет подсчет числа раздавленных частиц драгметалла по всем классам (фракциям).
Учитывая найденное соотношение частиц драгметалла с прочими частицами, а также учитывая плотности материала частиц, определяется среднее содержание драгметалла в горной массе (например, в   [ г/т ]) по следующей схеме.
д
Пусть число  породных частиц, приходящееся на одну частицу с драгметаллом, определённое, как частное от деления общего числа частиц данной фракции на число обнаруженных частиц драгметалла после раздавливания,  составляет N единиц данной фракции.
Среднее содержание определяется, как отношение массы частиц драгметалла, выраженной в граммах и приходящейся на 1 тонну породных частиц, т.е. для одной фракции это выразится формулой вида:
’
6
ф
д
д
д
п
п
С = k∙γ∙N∙10/ N∙γ, г/т ,
д
3
где -  γ - плотность драгметалла, г/см;
д
N - количество обнаруженных частиц драгметалла данной фракции, шт.;
6
10 - переводной коэффициент (из «г» в «т»);
п
N - рассчитанное количество частиц данной фракции, шт.;
п
3
γ - плотность породных частиц, г/см.
Для всех фракций данной пробы
’
’
ф
ф
С= ∑С∙∆,
’
ф
где  - ∆ – массовая доля данной фракции в пробе.
Представленный метод позволяет ускоренно и с достаточной для предварительной оценки точностью определять наличие драгметалла в исходном продукте и его количество, и  принимать решение о необходимости  изыскания рациональных технологий его доизвлечения или отказа от доизвлечения.