Рудная микроскопия и переработка руд
Извлечение особенно ценных минералов из природных руд получило название «обогащение руд» или «обогащение минералов». Для большинства добываемых металлсодержащих руд процесс извлечения есть важная промежуточная ступень в превращении природной руды в чистый металл. Лишь немногие из добываемых руд содержат достаточные концентрации металлов, чтобы обойтись без обогащения (например, некоторые железные руды), для большей же их части характерны относительно небольшие количества ценного металла, от нескольких процентов в случае цветных металлов до нескольких граммов на тонну в случае благородных металлов. Как показывают многочисленные иллюстрации, приведенные ранее, минералы, содержащие ценные металлы, обычно образуют тонкие срастания с не имеющими промышленного значения (жильными) минералами.
Большинство операций обогащения состоят из двух главных стадий. На первой из них достигается уменьшение размера кусков добываемой руды (которые первоначально могут быть блоками диаметром в несколько метров) до размера, возможно, более близкого размеру отдельных частиц металлсодержащего минерала. Этот процесс размельчения приводит к высвобождению ценных минералов из жильной массы, а в случае сложных руд — к отделению их друг от друга. Для высвобождения минералов размер их частиц должен быть доведен обычно до нескольких сотен микрон или даже меньше (в диаметре), поэтому за экстенсивным дроблением всегда следует мелкое дробление (или измельчение) руд. Вторая стадия обогащения заключается в разделении минералов, при котором ценные минералы выделяются в концентрат (или концентраты), а остающиеся минералы, обычно не имеющие ценности (хвосты), выбрасываются. Такое разделение достигается благодаря различиям в физических, химических или поверхностных свойствах рудных и жильных минералов. Например, тот факт, что многие металлсодержащие рудные минералы обладают большим удельным весом, чем жильные минералы, может быть использован для разделения их в тяжелых жидкостях или с помощью других методов гравитационной концентрации (отсадочные машины или концентрационные столы). Сильное притяжение некоторых рудных минералов в магнитном поле (например, магнетита, моноклинного пирротина) и проявление ими электрических свойств как металлов или полупроводников может быть использовано в некоторых магнитных и электрических методах сепарации. Однако самым распространенным методом разделения минералов является пенная флотация, при которой химическое состояние поверхности очень мелких рудных частичек, находящихся в виде суспензии в водном растворе, изменяется путем добавления поверхностно-активных веществ для селективного прилипания частиц к мельчайшим пузырькам воздуха, проходящим через эту суспензию или пульпу. Пузырьки воздуха с прилипшими к ним частицами минерала образуют пену, которая возникает на поверхности пульпы и таким образом осуществляется разделение.
Технические детали различных методов измельчения и разделения минералов не рассматриваются в этой книге; информацию о них можно найти в работах Прайора, Годена и Уиллса. Однако при изучении руд и продуктов различных стадий их измельчения и разделения рудная микроскопия имеет очень большое значение. Она содействует определению ценных минералов и минералов, присутствие которых может создавать трудности при обогащении или на более поздних стадиях извлечения. Она позволяет также получать информацию о размере частиц, природе их срастаний и характере границ между ними («locking»). Эффективность процесса измельчения или разделения может контролироваться на любой стадии путем изучения монтированных и полированных продуктов под рудным микроскопом. Таким образом, начиная с первой оценки экономической возможности будущей добычи руды, проекта обогатительной фабрики, монтажа опытной установки и первой эффективной операции по полной схеме обогащения, рудная микроскопия играет важную роль.
Из некоторых руд ценные металлы могут быть извлечены скорее путем их химического растворения, чем с помощью описанного выше полного процесса измельчения и физического разделения частиц. Например, золото может быть растворено цианистыми растворами, а медь, присутствующая в виде сульфидов, может быть растворена (выщелочена) кислыми растворами. Если дробление и измельчение руд необходимы для того, чтобы подвергнуть минералы растворению, то рудная микроскопия важна для оценки и контроля эффективности цианирования или кислотного выщелачивания. Технология таких процессов относится скорее к области металлургии, а не обогащения, хотя термин «минеральная технология» (mineral technology) может охватывать оба процесса. В этой главе рассматривается применение рудной микроскопии в минеральной технологии. Хотя продукты обжига и плавки руд, следующих за обогащением, иногда представляют собой вещества, не имеющие природных (минеральных) эквивалентов, методика рудной микроскопии эффективна и для их изучения.
Дополнительную информацию по вопросам рассматриваемым, можно найти в работах Шварца, Эдвардса, Годена, Амштутца, Ревальда, Рамдора и Хагни. Объем структурной информации, необходимой при обогащении руд и получаемой главным образом с помощью рудной микроскопии, представлен в табл. 11.1.
