3.2. Понятие о качестве полезного ископаемого

Главная задача опробования  определение качества полезного ископаемого. Качество полезного ископаемого  многогранное понятие, описываемое различными показателями или свойствами.

К показателям качества относятся химический и минеральный составы руды, ее текстурно-структурные особенности, физические свойства и технологические показатели переработки.

Химический состав руды отражает содержание в ней компонентов, в роли которых могут выступать химические элементы, анионные и катионные радикалы, миналы и даже минералы (например, СаF₂, BaSO₄ и др.). Частным случаем химического состава является фазовый состав, когда определяется содержание химических элементов, находящихся в различной минеральной форме (например, сера сульфидная и сульфатная, медь в сульфидной и окисленной форме и т.д.). Следует отметить, что при опробовании изучается содержание лишь тех компонентов, которые влияют на качество руды.

По своей роли в составе руды компоненты делятся на главные и второстепенные. Среди главных компонентов могут быть полезные и вредные, а среди второстепенных – выделяются полезные, вредные, летучие и шлакообразующие. Второстепенные полезные компоненты принято называть попутными. Среди них различаются попутные компоненты первой группы (элементы-примеси), образующие собственные минералы, и второй группы (элементы-спутники), не образующие собственных минералов, а находящиеся в изоморфном виде или в виде тонких включений в чужих минералах.

Главные компоненты определяют промышленное значение и область использования руды. Отличительная особенность главных компонентов состоит в том, что по их содержанию проводятся контуры рудных тел и внутри рудных тел выделяются контуры промышленных сортов руд, т.е. элементы неоднородности первого и второго порядков (см. табл.4).

Второстепенные компоненты влияют на качество руды, но обычно не участвуют в оконтуривании рудных тел и промышленных сортов руд, иначе говоря, они учитываются в пределах контуров, выделенных по главным компонентам. Тем не менее, имеется возможность учесть и второстепенные попутные компоненты при оконтуривании рудных тел путем их пересчета на содержание условного главного компонента.

Летучие и шлакообразующие компоненты определяются в тех рудах, которые подвергаются плавке или пирометаллургической переработке. При нагревании летучие компоненты (влага, углекислота, сера и др.) улетучиваются, за счет чего в руде повышается содержание нелетучих компонентов (например, железа). Соотношение же шлакообразующих компонентов определяет количество и состав флюсов, которые нужно добавлять в руду при ее плавке. Наилучшим является равное соотношение оснований (СаO, MgO и др.) и кислотных радикалов (SiO₂, Al₂O₃ и др.). Если наблюдается избыток последних, то в руду добавляется известь; если избыток оснований, – то кварц. И в том и в другом случаях добавление флюсов снижает содержание полезных компонентов в руде.

Минеральный состав на одних месторождениях позволяет лучше понять химический состав, так как дает возможность оценить форму нахождения компонентов в руде, на других месторождениях, например на россыпях и на месторождениях индустриальных полезных ископаемых, где считаются запасы минералов, а не химических элементов, играет главную роль. По минеральному составу можно предсказать вероятную схему переработки руды. Например, магнетитовые кварциты могут быть обогащены магнитной сепарацией, а гематитовые кварциты того же химического состава  флотацией или восстановительным обжигом с последующей магнитной сепарацией. Если медь находится в сульфидах, то ее можно извлечь флотацией; если же руда окислена и медь содержится в силикатах и карбонатах, то ее извлечение затруднено, и руда обычно становится непромышленной.

Минералы, входящие в состав руды, по экономическим соображениям делят на главные, второстепенные, редкие и жильные.

Главные минералы определяют область использования и промышленное значение руды, в них находится основная масса полезных компонентов. Второстепенные минералы влияют на качество руды, но в них содержится небольшая доля полезных компонентов. Например, на многих месторождениях меди главным минералом является халькопирит, а второстепенными  халькозин, ковеллин, блеклые руды и другие медьсодержащие сульфиды. Редкие минералы могут содержать полезные компоненты, но в таких незначительных количествах, что они не влияют на качество руды, а представляют лишь минералогический интерес. Жильные минералы, чаще всего нерудные, могут слагать значительную, иногда преобладающую часть руды (например, кварц в кварцево-золоторудных месторождениях), но промышленного значения не имеют, при переработке руды они попадают в хвосты обогащения и их обычно выбрасывают. Однако существует тенденция к более полному использованию всех составных частей руд, в том числе и жильных минералов, и в пределе  к переработке руд по безотходной технологии.

Текстурно-структурные особенности руды играют большую роль для многих полезных ископаемых, прежде всего для тех, которые подвергают дроблению и механическому обогащению. Чем крупнее зерна и мономинеральные агрегаты, тем легче и эффективнее обогащается руда. Так, руды прожилковые, брекчиевые и пятнистые обогащаются лучше, чем вкрапленные, а крупнозернистые лучше, чем тонкозернистые. Особенно плохо обогащаются руды колломорфной или метаколлоидной структуры. Кроме размера зерен и минеральных агрегатов на обогатимость влияют характер срастания зерен, наличие в них тонких включений и каемок иных минералов и другие особенности.

Физические свойства руд и слагающих их минералов разнообразны. Особенно важны те свойства, которые влияют на разведку, добычу и переработку руды, а также определяют область ее применения. Чаще других измеряют плотность, пористость и влажность, так как знание этих свойств необходимо для подсчета запасов руды. Большое значение имеют прочностные свойства руды. В одних случаях прочность настолько мала, что руда самопроизвольно обрушается в горных выработках, создавая трудности при ее добыче, в других случаях  наоборот, требуется значительный расход взрывчатых веществ для обрушения руды. Часто определяются также категория буримости, коэффициент разрыхления и кусковатость руды. У рыхлых полезных ископаемых изучается гранулометрический состав, особенно в тех случаях, когда ценная часть руды заключена во фракциях определенного размера (месторождения желваковых фосфоритов, оолитовых железных руд, строительного гравия и др.).

Для большой группы нерудных полезных ископаемых физические свойства минералов определяют возможность и область их использования. Например, для асбеста важны длина и гибкость волокон, для слюды  размер пластинок и электроизоляционные свойства, для оптического сырья  размер бездефектных моноблоков. Поделочные материалы оценивают по декоративным свойствам: цвету, текстурному рисунку, отсутствию трещин, некоторых включений и т.п.

Полезные ископаемые редко находят непосредственное применение в народном хозяйстве. Обычно их подвергают переработке с получением какой-то продукции. Например, руды цветных металлов обычно обогащают с получением концентратов, которые подвергают далее плавке с получением металлов. Из сложных по составу руд может быть получено несколько концентратов и металлов. Хвосты (отходы переработки), состоящие в основном из нерудных минералов, можно использовать в качестве строительного материала.

Схема переработки полезного ископаемого определяется его химическим и минеральным составом, текстурно-структурными особенностями и физическими свойствами. Некоторые схемы очень сложные и состоят из множества различных операций: дробления, обогащения, обжига, растворения и пр. Схемы характеризуются показателями переработки, наиболее важные из них выход, качество и состав полезной продукции, извлечение в нее ценных компонентов. Представляют интерес также потери компонентов в хвостах, расход воды, энергии, реагентов и других материалов на тонну руды или продукции. Все эти показатели определяются в результате исследования технологических проб.

Различные комбинации показателей качества используются для выделения типов и сортов руд. Исторически сложились два подхода к классификации руд. Один из них применяется в геолого-разведочной практике и состоит в выделении промышленных сортов и природных типов руд, а другой разработан обогатителями и металлургами и заключается в выделении технологических типов и сортов руд [26].

Существуют четыре ступени классификации руд, которые образуют иерархическую систему в порядке от крупных подразделений к мелким: технологический тип  промышленный сорт  технологический сорт  природный тип руды.

Технологические типы руд различаются способом переработки. Например, на железорудных месторождениях выделяются руды для плавки (мартеновские и доменные), для агломерации (богатые) и для обогащения (рядовые и бедные). Границами их служат содержания железа и вредных примесей: серы и фосфора. На многих рудных месторождениях к различным технологическим типам относятся первичные и окисленные руды, так как они требуют различных схем переработки. Каждый технологический тип должен быть оконтурен, раздельно добыт и переработан. На многих месторождениях имеется лишь один технологический тип руды, т.е. все руды добываются и перерабатываются по одной технологической схеме. Если имеется небольшая примесь другого технологического типа, то ею при добыче обычно пренебрегают.

Промышленные сорта руд различаются областью применения или кондициями  экономически обоснованными показателями качества. Так, на рудных месторождениях по содержанию компонентов часто выделяют богатые, рядовые и бедные руды, хотя схема их переработки может быть одинаковой. Многокомпонентные руды принято делить по соотношению компонентов, например, руды медные, цинковые или руды комплексные и некомплексные. Желательно, чтобы промышленные сорта руд совпадали с технологическими типами, но на практике часто внутри технологического типа выделяется несколько промышленных сортов руд. Каждый промышленный сорт должен быть оконтурен и запасы его подсчитаны отдельно.

Технологические сорта руд, имея одинаковую схему переработки, различаются показателями обогащения, что обусловлено их текстурно-структурными и минералогическими особенностями. Так, часто выделяются руды хорошо-, средне- и труднообогатимые. Даже при одинаковом химическом составе (в пределах одного промышленного сорта) они могут давать резко различные по количеству и качеству продукты обогащения (рис.1).

Природные типы руд различаются минеральным составом, текстурой и структурой, иногда физическими свойствами и другими особенностями (плотные, пористые, сыпучие и пр.) Например, по текстуре могут выделяться руды массивные, вкрапленные, пятнистые, брекчиевидные, прожилковые; по структуре  крупно-, средне-, мелко- и тонкозернистые; по минеральному составу  халькопирит-пиритовые, сфалерит-пиритовые, халькопирит-пирротиновые и т.д. В составе одного технологического сорта может присутствовать несколько природных типов.

Следует отметить, что на практике используется много других наименований, эквивалентных по смыслу рассмотренным типам и сортам руд. Чтобы определить, чему соответствует та или иная характеристика руды, необходимо обратить внимание на критерии ее выделения. По способу переработки выделяют технологические типы; по показателям обогащения – технологические сорта; по кондициям – промышленные сорта; по минеральному составу, текстуре и структуре – природные типы руд.

В процессе разведки принято оконтуривать и изображать на геологических чертежах (планах, разрезах, проекциях) технологические типы и промышленные сорта руд и раздельно считать их запасы. Желательно поступать так же и с технологическими сортами и природными типами руд, но на практике это трудно выполнимое требование, и их чаще учитывают статистически в пределах блоков промышленных сортов руд.