Способы отбора проб
В зависимости от целевого назначения проводимых исследований условно выделяются несколько видов опробования.
Минералогическое опробование проводится с целью определения качественного и количественного состава полезных ископаемых, изучения их структурно-текстурных особенностей, распределения минералов в природных и промышленных типах руд. Этот вид опробования является основным методом исследования при разведке индустриального сырья, в которых ценность представляют сами минералы, а не химические элементы (пьезооптическое сырье, слюды, асбест, драгоценные и поделочные камни).
Физико-механические и технологические свойства полезных ископаемых зависят от их состава, поэтому проведение минералогических анализов должно предшествовать техническим испытаниям.
Химическое опробование проводится для оценки химического состава минерального сырья, качество которого и возможности практического использования определяются содержанием основных и попутных полезных компонентов комплексных руд, а также вредных примесей.
Техническое опробование выполняется для испытания физических и механических свойств полезных ископаемых (удельного веса и объемной массы, твердости, крепости, влажности, магнитной восприимчивости, электропроводимости и др.). Эти данные необходимы для установления пригодности нерудного сырья в стройиндустрии, они также используются при подсчете запасов, при изучении инженерно-геологических условий разработки месторождений.
Технологическое опробование проводится для испытаний обогатимости руд в лабораторном или опытно-промышленном масштабе с целью выбора оптимальной схемы обогащения и последующего передела с учетом комплексного использования.
Товарное опробование проводится с целью оценки качества добытой руды (минерального сырья) и продуктов ее переработки (минеральных концентратов). Объектом этого способа опробования являются рудная масса или товарный концентрат, находящиеся в перемешанном виде и, как правило, загруженные в транспортные емкости.
Разделение видов опробования по целевому назначению достаточно условно, т.к. качество полезного ископаемого оценивается не только минеральным или химическом составом, но и физико-механическими и технологическими свойствами. Технологические и физико-механическими испытания сопровождаются изучением минерального и химического состава для установления корреляционных зависимостей между свойствами и составом руд — pppa.ru. Для оценки балансов распределения химических элементов между минералами (фазово-минералогического состава руд) необходимо выполнение химических анализов минералов.
В геологоразведочной практике используются различные способы отбора проб: точечный (штуфной, горстевой), линейный (бороздовый, керновый, шпуровой), плоскостной (задирковый) и объемный (валовый).
Выбор наиболее оптимального (для конкретных условий) способа взятия пробы из целика недр зависит от многих факторов:
— характера обнаженной поверхности (коренной выход, забой горной выработки, керн скважин, отвалы добытой руды или отходов обогащения);
— применения имеющихся технических средств, обеспечивающих представительность отобранной пробы, т.е. соответствия состава и свойств изучаемому природному объекту (горной породе, руде);
— производительности процесса опробования и его экономичности.
Последний фактор не должен приниматься во внимание в ущерб достоверности и качества пробоотбора.
При выборе рационального способа отбора проб учитываются размеры рудных тел, особенности внутреннего строения, характер геологических границ, текстурные особенности руд, степень изменчивости оруденения, вещественного состава и распределения природных и промышленных (технологических) типов и сортов руд.
Рекомендуемые способы отбора проб
Примечание: символы (+) и (-) означают возможность или невозможность применения данного способа отбора проб.
При выборе методов и способов опробования и оценки достоверности его результатов следует руководствоваться специальными инструкциями, разработанными применительно к отдельным видам минерального сырья.
На ранних стадиях геологического изучения, в процессе геолого-съемочных работ, совмещенных с поисками полезных ископаемых, обычно применяется штуфное опробование, которое заключается в отборе образцов горных пород, руд (штуфов).
Точечное опробование заключается в отборе мелких осколков (образцов) полезного ископаемого с обнаженной поверхности или забоя выработки. Опробуемая поверхность накрывается специальной квадратной сеткой, из центров ячеек которой отбираются сколки, составляющие пробу. Для повышения достоверности опробования необходимо соблюдать равномерность размещения сколков, соизмеримость их размеров и необходимую плотность отбора на единицу площади обнажения (забоя выработки). Густота размещения сколков находится в прямой зависимости от изменчивости состава исследуемого полезного ископаемого. Этот способ отбора проб отличается высокой производительностью, экономичностью и рекомендуется к применению при исследовании состава массивных, вкрапленных руд с относительно равномерным распределением минералов.
Горстевое опробование (или способ вычерпывания) заключается в отборе добытой руды по квадратной сетке. Число пунктов отбора в зависимости от изменчивости опробуемой массы определяется опытным путем и может варьировать от 3-5 до 25 и более. При отборе необходимо соблюдать соотношение материала по крупности частиц (гравий, песок, пыль). Этот способ применяется при оценке качества товарной руды или минеральных концентратов при загрузке в транспортные ёмкости.
Бороздовое опробование широко применяется при проходке открытых и подземных горных выработок и при обследовании обнажений коренных пород. Оно заключается в отборе исследуемого материала из специально вырубленной в забое или коренном выходе борозды. Поперечное сечение может быть прямоугольным, квадратным или треугольным; размеры в ширину 5-10 см, в глубину 3-5 см; длина борозды выбирается в зависимости от мощности опробуемого рудного тела. Площадь сечения определяется в зависимости от степени изменчивости состава руд в пределах 5-10 см по ширине и 1-5 см по глубине. Достоверность опробования обеспечивается постоянством поперечного сечения борозды, которое определяется опытным путём.
При большой мощности производится непрерывное поинтервальное опробование с длиной секций 1-5 м. Борозды длинной стороной должны располагаться поперек наибольшей изменчивости оруденения — вкрест простирания жильных тел, полосчатости, слоистости. Отбойка борозд производится вручную или с помощью специальных приспособлений — резцов, алмазных дисковых пил. Опробование бороздой является наиболее универсальным способом, обеспечивает большую надёжность для большинства полезных ископаемых, однако этот способ опробования отличается малой производительностью.
Керновое опробование возможно только при разведочном бурении. В скважинах пробы отбираются раскалыванием вдоль оси вручную, гидравлическим керноколом или распиловкой алмазной пилой. Одна часть разделенного таким образом керна поступает в пробу, другая сохраняется как дубликат. Обычно в пробу отбирается половина керна, разделенного вдоль оси, или весь керн малого диаметра. Образовавшаяся в результате выкрашивания мелкая фракция разделяется на две равные части, одна из которых также поступает в пробу. Не допускается включение в пробу интервалов с резко различным выходом керна, а также керна разного диаметра. Такие интервалы опробуются раздельно. Отбор проб производится секциями длиной 1-3 м.
В отдельных случаях для изучения состава вмещающих пород или руд с весьма равномерным распределением полезных компонентов допускается секционный отбор пунктирных (точечных) проб из борозды или керна. При отборе пунктирной борозды или керна необходимо соблюдать соизмеримость массы частных проб и интервалов между ними. Такой способ взятия проб характеризуется высокой производительностью и экономичностью, но меньшей достоверностью по сравнению с непрерывным опробованием, поэтому его применение возможно только после проведения контрольных проверок.
Шпуровое опробование проводится в процессе продвижения забоев горных выработок и заключается в отборе бурового шлама из шпуров, задаваемых для закладки взрывных зарядов. Глубина шпуров при бурении перфораторами обычно не превышает 2-3 м.
Преимущества шпурового способа: экономичность процесса пробоотбора, сопряженного с проходкой выработки, минимальные затраты на обработку пробы, состоящей из бурового шлама. Кроме этого, появляется возможность отбора проб за пределами забоев горных выработок. Основной недостаток состоит в том, что объект опробования скрыт от исследователя за пределами забоя и недоступен для предварительного изучения и документации. Не всегда удается восстановить обстановку и после отпалки.
Задирковое опробование заключается в снятии путем отбойки ровного слоя полезного ископаемого («задирки») из забоя горной выработки или коренного рудного выхода (обнажения). Толщина отбиваемого слоя или глубина «задирки» принимается равной 3-5 см, реже до 10 см. Масса пробы зависит от мощности опробуемого рудного тела и глубины отбойки. Для обеспечения достоверности необходимо строгое соблюдение за постоянством глубины отбойки на опробуемом участке — pppa.ru. Опробуемая поверхность забоя перед отбойкой и после ее завершения должна быть тщательно выровнена и зачищена. Нарушение этого условия при опробовании оруденения с неравномерным распределением минерального состава неизбежно приводит к искаженной оценке результата в большую или в меньшую сторону, что в обоих случаях неприемлемо.
Способ «задирки» трудоемкий и малопроизводительный, поэтому его применение ограничено условиями, когда другие методы не обеспечивают надежности результатов. Обычно он используется при разведке жильных маломощных месторождений с неравномерным распределением полезных компонентов в рудном теле и наличием самородков благородных металлов. Кроме того, задирковый способ рекомендуется применять в качестве контрольного при отборе шпуровых, точечных или бороздовых проб.
Валовое опробование применяется в редких случаях для отбора крупнотоннажных проб с целью технологических испытаний обогатимости руд в опытно-промышленном и промышленном масштабе, определения объемной массы полезного ископаемого, необходимой для подсчета запасов, а также для заверки других, менее достоверных способов опробования. Материалом валовой пробы служит добытая рудная масса, отходы обогатительных фабрик. В отдельных случаях при невозможности вскрытия рудного тела горными выработками для формирования валовой пробы организуется проходка специальных скважин большого диаметра или используется керн разведочных скважин. Отбор валовых проб связан со значительными затратами времени и средств, что сдерживает его применение в практике геологоразведочных работ.
Валовые пробы, отобранные для технологических испытаний, в обязательном порядке предварительно исследуются на содержание минералов, химических компонентов, изучаются физико-механические свойства и другие характеристики, влияющие на выбор рациональной схемы и оптимального режима обогащения.
Документация и оформление отбора проб
Опробованию предшествует детальная геологическая документация обнажения, горной выработки, буровой скважины; документация сопровождается зарисовками забоев и стенок выработок в масштабе 1:10-1:100, для скважин составляются геологические колонки в масштабе 1:100-1:200. На зарисовках и колонках отмечаются места отбора проб. По результатам документации намечаются способы и интервалы отбора проб. Процесс опробования выполняется опытным специалистом под наблюдением геолога, ведущего документацию.
Результаты опробования заносятся в первичную документацию и увязываются с геологическим описанием. В журнал опробования вносятся следующие сведения: номер геологоразведочной выработки, дата и интервал отбора пробы (по скважинам — глубина, диаметр и выход керна), номер пробы, краткое определение состава пробы, перечень необходимых анализов и исследований. Каждой пробе присваивается порядковый номер. Во избежание дублирования номеров проб рекомендуется использовать сквозную порядковую нумерацию.
В геологоразведочной практике для упрощения работы рядовым пробам присваивается двойной номер, состоящий из номера выработки и порядкового для данной выработки номера пробы, что облегчает их обработку. Эти же данные заносятся в журнал геологической документации и в заявку в лабораторию для выполнения анализов. В заявке для каждой пробы указывается коэффициент неравномерности оруденения (К), необходимый для подготовки к анализу по схеме Ричардса-Чечотта. Каждая рядовая пробы упаковывается в отдельную тару и сопровождается биркой и этикеткой.
Хвосты обработки проб сохраняются в качестве дубликатов.
Источник
Способы отбора проб руд и применяемое оборудование
Для определения результатов работы фабрики и контроля технологического процесса производится опробование руд п продуктов обогащения. Оно заключается в отборе из руд и продуктов обогащения таких небольших порций (проб) материала, которые характеризуют всю массу опробуемого материала. Отобранные пробы сокращают до соответствующей массы и размера, необходимого для последующего изучения (гранулометрического, минералогического, химического и других определений). Сокращение начальной пробы до технологической (для испытаний на обогатимость) или аналитической (для химических определений) достигается выделением параллельных проб. При этом крупность кусков технологических проб сульфидных руд во избежание быстрого окисления должна быть не менее 25 мм.
Проба, отобранная за один прием в одной точке (при опробовании неподвижных материалов) или в один определенный момент времени (при опробовании материалов, находящихся в движении) и составляющая часть общей пробы, называется частичной пробой. Масса частичных проб пропорциональна производительности потока опробуемого материала или количеству неподвижного материала. Из частичных проб составляется общая проба. Масса частичных проб при опробовании руд и концентратов цветных металлов крупностью более 10 мм равна 2 кг, при крупности менее 10 мм — 1 кг (для флотационных концентратов — 0,5 кг).
Пробы, которые с достаточной степенью надежности характеризуют содержание компонентов в исходном материале, называются представительными (средними).
Представительность общей пробы зависит от количества частичных проб, из которых составлена общая проба. В свою очередь, число частичных проб определяется степенью неоднородности состава опробуемого материала. Представительность пробы возрастает с увеличением ее общей массы и числа частичных проб.
Массу средней пробы опробуемого материала можно определить по формуле
где Q — масса пробы, кг;
k — коэффициент, зависящий от крупности и равномерности вкрапленности компонента (обычно изменяется от 0,1 для однородных руд цветных металлов до 0,2 для неоднородных, для руд редких металлов изменяется в пределах 0,1-0,5);
d — наибольший диаметр частиц (кусков) опробуемого материала, мм.
При отборе пробы необходимо также иметь в виду, что ее масса должна быть достаточной для проведения всех необходимых исследований.
Практически масса проб руды для химического и фазового анализа должна составлять около 100 г (с оставлением дубликатов такой же массы), для пробирного анализа — около 500 г (с дубликатом). Необходимая масса технологической пробы для лабораторных исследований составляет от 50 кг до 5 т (чаще всего 100-400 кг).
В зависимости от того, находится ли опробуемый материал в покое или в движении, применяется тот или иной способ отбора проб.
Неподвижные массы сыпучих материалов опробуют нижеперечисленными способами.
Способ вычерпывания. Поверхность опробуемого материала делится на квадраты, из углублений в центре которых совком отбираются частичные пробы, объединяемые в общую пробу. Метод применим для однородных материалов крупностью не более 12 мм.
Способ квартования. Руду насыпают конусом, сбрасывают ее на вершину конуса для равномерного распределения по его поверхности. Затем конус разравнивают и поверхность круга делят на четыре квадранта; два накрест лежащих квадранта отбрасывают, а два оставшихся вновь насыпают в конус и повторяют операцию квартования до необходимой массы пробы. Метод применяется для материала крупностью не более 50 мм и массой не более 50 т.
Способ канав. Через слой опробуемого материала после его перемешивания и разравнивания в квадратный слой толщиной до 1 м проводятся две взаимно перпендикулярные канавы глубиной до 0,5 м и шириной 0,3 м. В пробу поступает либо весь материал канавы, либо из определенных пунктов со стенок канав. Метод применяется при отборе проб весом до 100 т, а также из хвостохранилищ небольшой высоты (до 1 м).
Способ опробования щупами. В массу опробуемого материала в различных точках вертикально вдавливается щуп (рис. 168). Затем его вытаскивают и взятую пробу выгружают. Метод применяют для мелких материалов.
Щуп представляет собой отрезок трубы 1 диаметром около 30 мм, разрезанной вдоль на две части, которые соединяются с одной стороны шарниром 2. К верхним концам обеих половин трубы приварена ручка 3, нижние концы имеют конический наконечник. Длина щупа составляет 0,5—1,2 м.
Способ шурфов. В точках отбора проб закладываются шурфы. Материал, полученный при проходке шурфов, отводится в пробу. Иногда на стенках шурфа проводятся вертикальные бороздки, материал которых является частичной пробой. Метод применяется для опробования отвалов, хвостохранилищ, скоплений материалов, не однородных по высоте. Как правило, один шурф приходится на 50—100 м2 площади отвала.
Потоки сыпучих материалов опробуют следующими способами.
Выборочный способ применяется при перегрузочных работах, при транспортировании руды в вагонетках. В пробу отводится материал каждой пятой, десятой, двадцатой лопаты или вагонетки.
Способ продольных сечений заключается в том, что некоторая часть струи находящегося в движении материала непрерывно отсекается в пробу. Метод применим для достаточно однородного материала и осуществляется стационарными пробоотбирателями, например трубчатыми (рис. 169). Трубчатый пробоотбиратель представляет вертикальную стальную или чугунную трубу, разделенную на ряд секций. В каждой секции установлена воронка, под которой расположен распределительный щиток. Отсекающее ребро щитка совпадает с осью трубы. Поток материала делится распределительным щитком пополам. Одна часть выводится из делителя, а другая движется в следующую секцию опять делится на две равные части и т. д.
Способ поперечных сечений заключается в периодическом отборе частичных проб материала от всего потока — через определенные и равные промежутки времени в общую пробу отсекаются порции во всю ширину потока и пропорционально его толщине.
Ручное опробование способом поперечных сечений производится стальным ковшом-пробником путем пересечения всей струи материала. Чем выше степень неоднородности опробуемого материала, тем чаще отсекаются частичные пробы.
где Q — производительность опробуемого потока, т/ч;
b — ширина ковша, мм (практически составляет 80—250 мм);
m — число ковшей;
L — длина цепи, м.
Число частичных проб (отсечек), отбираемых пробоотбирателем за 1 ч, определяется по формуле
где v — скорость движения ковшей, м/с (рациональная скорость составляет 0,2—1 м/с).
Масса частичной пробы, отбираемой за одну отсечку одним ковшом, определяется делением q на N.
Другим механическим пробоотбирателем, действующим по методу поперечных сечений, является секторный вращающийся пробоотбиратель (рис. 171), предназначенный для опробования материала крупностью до 100 мм и имеющий от одного до трех пробоотсекающих секторов. Пробоотбиратель состоит не двух полых усеченных конусов 1 и 2. К верхнему конусу приделаны воронки-секторы 3, которые при вращении вала 4 пересекают поток материала из желоба 5. Проба разгружается через воронку 6, а основной поток материала — через воронку 7.
Масса пробы, отбираемой секторным пробоотбирателем в единицу времени, определяется по формуле
где в — угол пробоотсекающего сектора, градус (обычно в = 18° или 36°);
m — число секторов.
Число частичных проб, отбираемых секторным пробоотбирателем за 1 ч, определяется по формуле
где n — частота вращения сектора, об/мин.
Масса частичной пробы, отбираемой одним сектором за одну отсечку, как и для ковшового пробоотбирателя, определяется делением q на N.
Потоки пульпы (вручную или механически) опробуются способом поперечных сечений. При этом опробуемый поток периодически пересекается устройством, отбирающим частичную пробу. Для отбора проб используются щелевидные пробники (рис. 172), ширина щели которых должна быть примерно в 4 раза больше диаметра максимального зерна в пульпе.
Проба от пульпы, находящейся в чане или сгустителе, отбирается пробником-желонкой (рис. 174). Он представляет собой сосуд 1, закрытый снизу пробкой 2, а сверху крышкой 3 на шарнире 4. Погружается пробник в пульпу на нужную глубину с помощью стержня 5. Для заполнения пробника пульпой крышку приподнимают проволочной тягой 6, после чего тягу ослабляют и крышка плотно прижимается к сосуду резиновой пружиной 7. Пробник поднимается и разгружается через нижнее отверстие.
Кеки опробуются на конвейерной ленте или непосредственно на фильтре в момент отдувки. Материал на ленте опробуется совком. Пробу с поверхности дискового вакуум-фильтра можно отбирать специальным пробоотбирателем (рис. 175), представляющим собой колесо с канавкой на ободе, прижатое к вращающемуся диску фильтра. Проба кека, заполняющая во время отдувки канавку колеса при его вращении, соскребается лопаткой.
Источник
