ГлавнаяОтобранные в процессе разведки месторождения пробы должны быть подвергнуты анализам и испытаниям на компоненты и показатели, предусмотренные кондициями, ГОСТами или техническими условиями. В ряде случаев определенную часть проб необходимо подвергать анализам и испытаниям на компоненты, не предусмотренные кондициями, ГОСТами и техническими условиями, но влияющие на процесс обогащения или переработки полезного ископаемого, качество концентратов и товарной продукции.
В настоящее время определение в полезном ископаемом содержания полезных и вредных компонентов производится в основном химическими методами. Физические и ядернофизические методы для этих целей используются редко. Между тем в ряде случаев применение физических методов позволяет уменьшить трудоемкость и стоимость анализов, не снижая достоверности их результатов. Поэтому геологу, осуществляющему разведку месторождения, следует учитывать возможность производства анализов и испытаний прогрессивными физическими методами.
Химические анализы производятся специальными химическими лабораториями, организованными при геологических организациях и научно-исследовательских институтах. Методы анализов определяются видом полезного ископаемого, областью намечаемого его использования, величиной содержания компонентов и их сочетанием. Во многих случаях методы химических анализов регламентируются соответствующими ГОСТами или техническими условиями. Лаборатории, производящие химические анализы, не правомочны отступать от них или применять другую методику. В тех случаях, когда методы анализов ГОСТами или техническими условиями не регламентируются, они должны быть утверждены Советом по аналитическим работам Министерства геологии России. Утвержденные указанным Советом методы анализа не могут заменять методы, регламентированные ГОСТами или техническими условиями.
Применяемый метод лабораторного анализа Должен соответствовать вещественному составу анализируемой пробы и содержанию определяемого компонента. Несоблюдение этого условия может привести к серьезным систематическим ошибкам. Особенно критически нужно относиться к выбору метода анализа при разведке месторождений новых видов минерального сырья, для которого апробированные методы отсутствуют. В этих случаях обязателен предварительный, до начала массового использования метода, контроль другим методом.
При производстве химических анализов полезного ископаемого лабораториями могут допускаться ошибки в определении содержания полезных и вредных компонентов. Ошибки могут иметь как случайный, так и закономерный (систематический) характер. С целью определения погрешностей анализов производят внутренний и внешний их контроль.
Внутренний контроль результатов химических анализов осуществляется в лаборатории, в которой производились основные анализы проб. Этот контроль осуществляется путем анализа некоторого количества зашифрованных дубликатов проб. Внутренний контроль нельзя подменить внутрилабораторным контролем, при котором лабораторные результаты первого анализа известны. Основной задачей внутреннего контроля является своевременное выявление и устранение причин, приводящих к недопустимым случайным ошибкам в результатах анализа проб. Вследствие этого на результаты внутреннего контроля не должны влиять ошибки отбора и обработки проб, а также их подготовки к анализу. С целью устранения этих влияний внутренний контроль следует производить на дубликатах лабораторных проб, подготовленных к анализу одним способом и одновременно с основными пробами.
Внешний контроль химических анализов преследует цель выявления и устранения систематических ошибок в работе лаборатории. Такой контроль должен осуществляться в лабораториях, имеющих достаточный опыт и отработанную методику выполнения анализов на данный вид минерального сырья. Перечень таких лабораторий утверждается министерством, ведущим геологоразведочные работы. Производить контрольные анализы во многих лабораториях нежелательно, так как это усложняет обработку и оценку результатов контроля. Отбор проб для внешних контрольных анализов следует производить из остатков порошков проб в основной лаборатории. На внешний контроль целесообразно направлять пробы, предварительно подвергнутые внутреннему контролю и показавшие хорошую сходимость. Это необходимо для того, чтобы случайные ошибки не затушевывали систематических. Поскольку случайные ошибки могут быть и в работе контролирующей лаборатории (при установлении резких расхождений в анализах отдельных проб), последние должны быть подвергнуты повторному анализу в той же контролирующей лаборатории. Контрольные анализы должны быть приняты при обработке контроля анализов независимо от их результатов. Механическое исключение из сопоставления анализов, показавших большие расхождения, не должно иметь места.
Обработку результатов как внутреннего, так и внешнего контроля следует производить в соответствии с методическими указаниями «Методы геологического контроля качества аналитических работ», утвержденными Министерством геологии России по согласованию с ГКЗ России, действующими в период производства контрольных анализов.
При оценке результатов внутреннего контроля обычно возникает вопрос о допустимых погрешностях в определении содержания отдельных компонентов. Во многих случаях такие допуски пока еще не разработаны. Для нерудных полезных ископаемых величина допуска зависит не только от содержания полезного компонента в них, но и от требований промышленности к его содержанию. Поэтому следует выбирать такой метод анализа, который бы обеспечил ту точность анализа, которая требуется заданной областью использования сырья. Для ряда неметаллических полезных ископаемых (известняки, глины, пески и т. д.) абсолютная величина погрешности большого значения нe имеет, так как качество сырья и возможность его использования в заданном направлении определяются предельно допустимым содержанием того или иного компонента, и не очень важно, насколько действительное содержание отклоняется от предельного. Поэтому наиболее жесткие допуски следует применять в тех случаях, когда содержание контролируемого компонента близко к пределу его содержания или переходит через него; наименьшие — когда оно значительно выше или ниже этого предела.
Всякая систематическая ошибка недопустима и требует выявления и ликвидации порождающих ее причин. Однако величина этой ошибки может быть большой, заметно влияющей на достоверность качественной характеристики сырья, и очень маленькой, практически не влияющей на оценку качества полезного ископаемого. В последнем случае этой ошибкой можно пренебречь. При установлении значительной систематической ошибки (больше 3—5 % отн.) содержание определяемого компонента должно быть скорректировано путем введения поправочного коэффициента. Однако для этого необходимо убедиться в том, что выявленная систематическая ошибка относится к работе основной, а не контролирующей лаборатории. Для этого производятся арбитражные анализы в третьей, наиболее квалифицированной лаборатории, на которую соответствующим министерством возложено их проведение. Введение поправочного коэффициента возможно только после подтверждения этой лабораторией наличия и величины систематической ошибки в работе основной лаборатории. Следует при этом иметь в виду, что введение поправочного коэффициента устраняет ошибку в определении среднего содержания компонента, но не устраняет ошибок в определении содержания компонента в каждой пробе, что может привести к ошибкам в оконтуривании полезного ископаемого.
Введение поправочного коэффициента на каждую пробу рекомендовано быть не может, так как систематическая ошибка и ее величина установлены для всей совокупности выборки, а не для каждой пробы. В отдельных пробах отклонения в анализах могут иметь противоположную направленность, а величина их практически во всех частных пробах отличается от средней. Поэтому введение поправочного коэффициента на каждую пробу не только не устранит ошибку, но еще более ее усугубит.
Как внутренний, так и внешний контроль должен производиться систематически (не реже одного раза в квартал). Им должны быть проверены результаты анализов проб всех выделенных на месторождениях типов и разновидностей минерального сырья. При определении достоверности контрольных анализов следует учитывать представительность выборки по каждому классу содержаний и по каждому периоду разведки. К сожалению, вопросу представительности выборки, по которой производятся контрольные анализы, при разведке месторождений должного внимания не уделяется, несмотря на то что непредставительная выборка может привести к неправильной оценке результатов контроля. Так, при разведке одного месторождения плавикового шпата внешний контроль показал наличие систематических расхождений в отдельных классах проб по содержанию CaF2, причем в классах —10 и 10—20 % CaFz контрольные анализы показали более высокие содержания (+21,4 и +14,8% отн.), а в классах 20—30, 30—50 и свыше 50% CaF2 — более низкие (—4,2; —5,6; —7,8% отн.). Суммарная ошибка во всех пробах в контрольных анализах составила + 0,12 % отн., что позволило авторам отчета придти к выводу о практическом отсутствии систематической ошибки.
Произведенные арбитражные анализы подтвердили наличие и величину расхождений, установленных контрольными анализами (для указанных классов соответственно: +21,3; +15,1; —4,3; —5,5; —8,1 % отн.), однако суммарная ошибка для всех классов составила +10,6 % отн., что свидетельствует о наличии крупной систематической ошибки и требует введения в основные анализы понижающего поправочного коэффициента.
Противоречивость полученных по данным контрольных и арбитражных анализов результатов кажущаяся и объясняется не работой химических лабораторий, выполнявших анализы (обе лаборатории, и контрольная, и арбитражная, работали хорошо, о чем свидетельствует высокая степень сходимости результатов анализов проб отдельных классов), а представительностью выборки. Выборки характеризовались различным соотношением проб с высоким и низким содержанием фтористого кальция.
При производстве контрольных анализов непропорционально большое число проб с низким содержанием компенсировало ошибку определения CaF2 в пробах с высоким его содержанием. При производстве арбитражных анализов соотношение проб разных классов по содержанию CaF2 соответствовало этому соотношению для всех рядовых проб, участвующих в подсчете запасов. Косвенно о непредставительности выборки, по которой производились контрольные анализы, свидетельствовало резкое различие в среднем содержании CaF2 в пробах, подвергнутых контрольному анализу (18,2%), и в среднем его содержании в целом по месторождению (32,3%). Среднее содержание CaF2 в пробах, подвергнутых арбитражному анализу (34,1 %), близко к среднему содержанию его в рудах месторождения.
Приведенный пример свидетельствует о том, что при определении результирующей ошибки в выборке, по которой производились контрольные анализы, необходимо учитывать соотношение рядовых проб различных классов содержания компонента и суммарную ошибку определять путем взвешивания средней ошибки, установленной для каждого класса на частоту не контролируемых, а всех рядовых проб, участвующих в подсчете запасов. При такой обработке средняя ошибка в приведенном примере составила бы 10,4 %, т. е. практически была бы получена та же ошибка, которая впоследствии была установлена арбитражными анализами.
При определении объема контрольных анализов следует исходить из общего числа проб, отобранных при разведке месторождения, длительности проведения разведочных работ и числа выделяемых классов проб по содержанию анализируемых компонентов. При большом количестве анализируемых проб (2 тыс. и более в год) на контрольные анализы следует направлять 3—5 % от общего их количества, а при небольшом — 5 %, но во всех случаях не менее 25—30 проб каждой разновидности полезного ископаемого и каждого класса.
Для полезных ископаемых, ценность которых представляет не химический элемент, а сам минерал (слюда, асбест, пьезооптическое и камнесамоцветное сырье и др.), для определения содержания минерала применяются специальные приемы. На месторождениях мусковита, например, из валовой пробы вручную выбираются все кристаллы слюды размером не менее 4 см2 (забойный сырец). Для определения содержания мелкой слюды применяются винтовые сепараторы или щелевые грохоты, с помощью которых после соответствующего измельчения материала пробы отделяют кристаллы слюды от пустой породы. Естественно, что такая технология не позволяет определить действительное содержание мусковита в пробе, так как ни ручное извлечение кристаллов слюды, ни механизированное с помощью сепараторов и грохотов не обеспечивают полное извлечение мусковита из породы пробы. Вследствие этого практически описанными способами определяется не содержание мусковита в пробе, а его выход при принятой технологии извлечения. Изменение этой технологии может привести к изменению оценки содержания мусковита во вмещающей его породе.
Кроме того, полученная слюда (забойный сырец) не является еще полезным продуктом и не характеризует его качество. Поэтому отобранный из валовых проб забойный сырец подвергается дальнейшей обработке и анализу с целью установления выхода промышленного сырца, определению его группового состава по размеру и выходу из него подборов, качество которых оценивается в соответствии с действующим ГОСТом. Определение содержания промышленного сырца и выхода из него подборов целесообразно производить по схеме В.A. Cepняева как обеспечивающей наиболее полную и правильную оценку выхода промышленного сырца и его качества (рис. 10).
Большие сложности в настоящее время возникают при оценке содержания и качества мусковита по керну буровых скважин. Разработанная методика О.П. Луниной не дает однозначных результатов, и работы в этом направлении следует продолжать. Тем не менее при разведке месторождений мусковита необходимо определять содержание его и качество по керну скважин, выбирая одну из указанных методик в зависимости от характера ослюденения, так как использование при подсчете запасов и промышленной оценке месторождения данных кернового опробования повышает их достоверность, особенно при разведке слепых, глубокозалегающих жил, вскрытие которых горными выработками экономически нецелесообразно.
He менее сложна и методика определения содержания (выхода) волокна асбеста и его качества. Длительное время на месторождениях хризотил-асбеста в отобранных пробах определялось содержание так называемых геологических сортов асбеста, на которые не распространялся государственный стандарт и для которых не были утверждены оптовые цены.
Вследствие различной методики обработки проб для определения содержания хризотил-асбеста при разведке и при эксплуатации содержание геологических сортов не соответствовало выходу товарных сортов. Существенно различалось и качество волокна по степени его распушки, фракционному составу и запыленности. Все это создавало значительные неудобства при промышленной оценке месторождения и его эксплуатации. В настоящее время предусматривается при разведке месторождений хризотил-асбеста определять общий выход волокна мокрым способом на гидроклассификаторах, что исключит возможность его запыленности (фракции +0,071 мм). Этот выход будет близок к действительному содержанию волокна асбеста в недрах. Выход товарных сортов асбеста, соответствующих требованиям действующего стандарта, определяется с учетом допустимой им запыленности. Вследствие этого общий выход волокна хризотил-асбеста товарных сортов всегда будет больше содержания волокна асбеста в недрах. Такая методика способствует с одной стороны правильной оценке действительного содержания волокна асбеста в недрах, а с другой —правильной оценке выхода товарных сортов, что позволит составить материальный баланс запасов асбеста в процессе разработки месторождения.
Требуют совершенствования также методы определения содержания антофиллит-асбеста, пьезооптического и камнесамоцветного сырья, так как существующие способы минералогического анализа не обеспечивают полный учет полезного ископаемого в недрах, что исключает возможность учета его потерь.
Отдельные отрасли производства предъявляют требования к гранулометрическому составу полезного ископаемого, которые, обычно, регламентируются соответствующими государственными стандартами или техническими условиями. Это обстоятельство обусловливает необходимость производства гранулометрического анализа отобранных проб. Особенно большое значение гранулометрический анализ имеет при разведке месторождений песка и гравия.
Рассев песка и гравия на фракции производится в лабораторных условиях и обычно геологами не контролируется. Между тем при рассеве полезного ископаемого или продуктов его дробления на фракции возможны ошибки, которые возникают за счет неправильного определения размера сит, неполноты просева, перевода части материала одной фракции в другую и т. д. Чтобы избежать возможных ошибок, целесообразно производить контрольный рассев некоторого количества зашифрованных проб (5—10) в той же лаборатории, в которой производился и первоначальный гранулометрический анализ. С этой целью материал первого рассева следует вновь объединить, перемешать и отдать на повторный рассев. Рассев песков на фракции в лабораториях осуществляется на двух приборах. Геолог, производящий разведку месторождения, должен получить из лаборатории результаты обоих параллельных рассевов. Расхождения в результатах не должны превышать ± 1 % от взятой навески. Если отклонения превышают установленную величину, то анализ должен быть забракован.
Промышленная оценка многих видов нерудных полезных ископаемых производится на основе их физических и механических свойств. К горным породам, использование которых основывается на их физических и механических свойствах, предъявляются различные требования в зависимости от их вида и области применения. Методика определения физико-механических свойств для каждого конкретного вида сырья и в зависимости от области его назначения определяется обычно соответствующими ГОСТами или техническими условиями ведомств. К числу наиболее важных физико-механических свойств, характеризующих минеральное сырье, относятся объемная масса, естественная влажность, прочность, пористость, водопоглощение, морозоустойчивость, огнеупорность, кислотоупорность и др.
Ниже приведены краткие сведения об учете некоторых из этих свойств при промышленной оценке месторождений полезных ископаемых.
Объемная масса. Для большинства видов полезных ископаемых объемная масса определяется с целью установления количества минерального сырья, выраженного в единицах массы. Для некоторых видов строительных материалов (бут, щебень и др.) объемная масса является одним из главных показателей, характеризующих качество сырья. При оценке неметаллических полезных ископаемых различают объемную массу плотного тела и насыпную объемную массу.
Объемной массой плотного тела называется масса единицы объема минерального сырья, установленная без нарушения его структуры и текстуры. Ее величина прямо пропорциональна плотности и обратно пропорциональна пористости и трещиноватости.
Объемная масса плотного тела определяется как в полевых, так и в лабораторных условиях для всех разновидностей и сортов минерального сырья. В полевых условиях объемная масса плотного тела определяется путем выемки небольшого объема полезного ископаемого с последующим замером образовавшегося пространства и взвешиванием вынутого объема минерального сырья. Отношение массы полезного ископаемого к его объему в недрах и является объемной массой сырья. Величина объемной массы указывается в т/м3 или г/см3.
В лабораторных условиях объемная масса устанавливается взвешиванием образцов полезного ископаемого в воздухе и в жидкости или взвешиванием образцов и определением их объема в мерном сосуде. В обоих случаях перед взвешиванием в жидкости образцы полезного ископаемого обязательно покрывают тонкой пленкой парафина. Существуют и другие способы вычисления объемной массы, например расчетно-аналитические и графические, применение которых целесообразно, в частности, для установления корреляции между объемной массой и содержанием компонента.
При определении объемной массы лабораторными способами следует иметь в виду, что они дают удовлетворительные результаты для плотных, малотрещиноватых пород. Поскольку крупные полости и крупная трещиноватость при этом не учитываются, объемные массы, определенные лабораторным путем, обычно бывают завышенными. Поэтому лабораторные методы должны контролироваться полевым способом.
Выбор способа определения объемной массы минерального сырья в значительной мере обусловливается и целевым назначением, для которого она устанавливается. Наиболее точные результаты для перевода объема минерального сырья в его массу дает валовой способ, однако объемная масса, определенная валовым способом, не может быть принята для характеристики физико-механических свойств полезного ископаемого, так как в этом случае крупная трещиноватость, кавернозность и пористость не сказываются на качестве сырья, а существенное значение имеют мелкая пористость и микропористость, трещиноватость и кавернозность.
Для промышленной оценки сыпучих полезных ископаемых (пески, гравий, озерные соли, глины для производства керамзита и др.) важное значение имеет насыпная объемная масса.
Насыпная объемная масса — это масса единицы минерального сырья в разрыхленном состоянии. Величина насыпной объемной массы минерального сырья зависит от его плотности, формы и выдержанности размера слагающих его частиц. Насыпная объемная масса валунов и крупного гравия (размером более 80 мм) вычисляется по данным обмера аккуратно сложенных штабелей, а мелкого гравия, песка, соли и других мелкообломочных сыпучих материалов — путем замера объема в мерных ящиках, при соответствующем уплотнении материала пробы встряхиванием ящика. Для отдельных видов нерудного сырья (минеральная вата и др.) величина уплотнения указывается в соответствующих ГОСТах, и объемная масса устанавливается при требуемом давлении.
Объемная масса определяется для всех разновидностей пород, слагающих тело полезного ископаемого. Для получения надежных данных о величине объемной массы обычно в полевых условиях достаточно выемки двух-трех целиков для каждой разновидности, а в тех случаях, когда объемная масса устанавливается лабораторным способом, средняя ее величина может быть вычислена по 10—20 образцам для однородных по сложению полезных ископаемых и по 20—30 — для сложных. Масса, а следовательно, и объем образцов, используемых для определения объемной массы, должны быть достаточными для того, чтобы характеризовать более или менее близкие к средним состав и структурно-петрографические особенности породы. В ряде случаев соответствие состава образцов, по которым определяется объемная масса, среднему составу породы должно контролироваться химическими и минералогическими анализами. На практике масса образцов различных пород, на которых определяется объемная масса, колеблется в широких пределах (от 250—300 г до 1—2 кг).
Принимая для подсчета запасов значение объемной массы, следует учитывать, что ее величина зависит от влажности минерального сырья в момент определения (особенно для пористых руд). Поэтому объемную массу и влажность следует определять одновременно.
Для сохранения естественной влажности образцы обычно упаковываются в стеклянные бюксы. Если объемная масса определяется не при естественной влажности (кроме последней), то должна также устанавливаться лабораторная влажность, при которой определялась объемная масса.
В настоящее время контроль за правильностью установления объемной массы осуществляется лишь внутри самой лаборатории. Так, согласно ГОСТ, объемная масса горной породы, идущей для приготовления щебня, определяется на пяти пробах, а самого щебня — на трех навесках. За объемную массу испытуемого образца принимается среднее арифметическое из всех его значений. Определения объемной насыпной массы щебня также производятся на трех навесках и принимается среднее арифметическое из них. Просматривая результаты анализов, следует обратить внимание на колебания величин объемной массы в каждом образце или навеске и при значительном их отклонении производить повторные определения на новых образцах. ГОСТ для формовочных глин установлены предельные нормы отклонения: при контрольной проверке, проведенной на одном образце в одной лаборатории и одинаковым способом, расхождения не должны превышать 0,02 г/см3. Расхождения в результатах испытаний, выполненных на одном образце в разных лабораториях или разными способами, не должны превышать 0,04 г/см3. При обнаружении больших расхождений результаты испытаний не должны использоваться для оценки качества сырья.
Плотность представляет собой отношение массы пробы, высушенной при 110°C, к ее истинному объему, т. е. к общему объему пробы, за исключением пор. В лабораторных условиях определение плотности производят различными способами, предусмотренными ГОСТами для того или иного вида сырья, но обязательно параллельно на двух навесках. Допустимые расхождения также регламентируются стандартами. Так, для формовочных глин расхождения между результатами определений по обеим навескам не должны превышать 0,005 г/см3, а для щебня 0,02 г/см3. В случаях больших расхождений испытания должны быть проведены повторно, на новых навесках той же пробы.
Влажность. Под влажностью минерального сырья понимается содержание в нем механически примешанной воды и гигроскопической влаги, выраженное в процентах к влажному материалу.
Влажность не является строго постоянной величиной и может изменяться в зависимости от времени года, глубины залегания полезного ископаемого, изменения уровня грунтовых вод в результате осушения месторождения и т. д. Методы определения влажности для нерудного сырья лимитируются соответствующими ГОСТами.
Учет запасов нерудных полезных ископаемых в недрах производился при различной влажности, причем большинство видов сырья учитывалось при естественной влажности. Учет запасов полезных ископаемых при их естественной влажности нередко приводил к неправильной оценке качества сырья, так как влажность, при которой подсчитывались запасы, и влажность, при которой производились химические анализы, нередко существенно отличалась. Если различия во влажности сырья, при которой подсчитываются запасы, и влажности, при которой определяется объемная масса сырья, не учитываются, то иногда это приводит к искажению действительных количеств запасов, так как они зависят от степени влажности сырья.
Результаты химических анализов, как правило, лабораториями выдаются в пересчете на сухое вещество (высушенное при температуре 105—110°C), однако в отдельных случаях химические анализы производятся на навесках при лабораторной влажности. Если при этом параллельно с химическими анализами производилось определение лабораторной влажности, то результаты химических анализов должны быть пересчитаны на сухое вещество. В тех случаях, когда данные о лабораторной влажности отсутствуют, результаты химических анализов следует считать браком.
Приведение результатов химических анализов к естественной влажности сырья даже в тех случаях, когда запасы подсчитываются и учитываются при естественной влажности, не может быть рекомендовано, так как влажность минерального сырья в недрах — величина переменная и часто отличается от рабочей влажности, при которой минеральное сырье используется.
Запасы всех видов нерудного сырья, из которых производится извлечение полезного ископаемого, следует подсчитать в недрах в пересчете на сухое вещество. В соответствии с этим и химический состав сырья должен быть пересчитан на сухое вещество. Запасы полезных ископаемых, используемых полностью, следует подсчитывать при естественной влажности. Химический состав их должен пересчитываться на сухое или прокаленное вещество. Обязательно при этом должна указываться величина влажности сырья в недрах.
Влажность выражается в процентах и определяется по формуле
где Q и Q1 — соответственно масса породы до и после высушивания, г.
Порода считается высушенной в том случае, если при нагревании при температуре 105—110°C масса ее остается постоянной. Для некоторых видов минерального сырья устанавливаются допуски в массе после высушивания. Так, формовочная глина считается высушенной до постоянной массы при условии, что разница в результатах взвешивания, между которыми навеска сушится в течение 15 мин, не превышает 0,02 г.
Прочность породы характеризуется чаще всего величиной временного сопротивления сжатию в сухом состоянии. Она зависит от структуры, текстуры и трещиноватости породы.
Величина временного сопротивления сжатию устанавливается путем раздавливания образцов определенной величины и формы (куб, цилиндр) на прессе и выражается в H*см.
Предел прочности при сжатии горной породы вычисляют как среднее арифметическое из результатов испытания трех или шести образцов одной и той же пробы. Если значения предела прочности одного образца из трех или двух образцов из шести отличаются от среднего арифметического значения предела прочности остальных образцов в три раза и более, то они должны быть отброшены.
В некоторых случаях, наряду с временным сопротивлением сжатию, для оценки сырья требуется определение временного сопротивления разрыву изгибу или скалыванию.
При насыщении породы водой и последующем ее замораживании прочность породы меняется. Поэтому для оценки качества породы необходимо знать также величину временного сопротивления нагрузке после насыщения породы водой, а также после многократного (обычно 20 раз) замораживания и оттаивания насыщенного водой образца.
Пористость наряду с микротекстурой является одним из главных факторов, влияющих на прочность породы. Различают пористость кажущуюся (открытую) и истиную (суммарную).
Пористость кажущаяся — это отношение объема, занятого в образце порами, сообщающимися между собой и с атмосферой (открытыми), к общему объему образца. Выражается она в процентах и определяется по формуле
где Q1 — масса сухого образца в воздухе, г; Q2 — масса насыщенного водой образца в воздухе, г; Q3 — масса образца в воде, г.
Пористость истинная — это отношение объема всех пор (открытых и закрытых) к общему объему образца. Выражается она в процентах и определяется по формуле
где у и y1 — соответственно плотность и объемная масса испытуемого материала.
Определения величины пористости должны подвергаться контрольной проверке. Государственными стандартами для разных видов сырья устанавливаются методы определения пористости и величина допусков. Так, для глин формовочных предусматривается, что при контрольной проверке расхождения в результатах испытаний, выполненных на одном образце в одной лаборатории и одинаковым способом, не должны превышать 0,5 %. Расхождения в результатах испытаний, выполненных на одном образце в разных лабораториях или разными способами насыщения пор, не должны превышать 1,0 %.
Водопоглощение связано с пористостью. Оно обозначает способность породы впитывать воду при обычном атмосферном давлении.
Величина водопоглощения представляет собой отношение массы поглощенной порами образца воды к массе сухого образца. Водопоглощение выражается в процентах и вычисляется по формуле
где Q1 и Q2 — соответственно масса сухого и насыщенного водой образца в воздухе, г.
Определение водопоглощения производится на образцах, высушенных до постоянной массы. Водопоглощение горной породы по пробе вычисляют как среднее арифметическое из результатов определения водопоглощения трех образцов одной пробы.
При контрольной проверке расхождения в результатах испытаний, выполненных на одном образце в одной лаборатории и одинаковым способом, не должны превышать 0,3%. Расхождения в результатах испытаний, выполненных на одном образце в разных лабораториях или разными способами насыщения пор, не должны превышать 0,6%.
Водонасыщение — способность горной породы впитывать воду при давлении ниже атмосферного или при кипячении. Водонасыщение всегда превышает водопоглощение. Выражается оно в процентах и вычисляется по той же формуле, что и водопоглощение.
Водоотдача — способность горной породы отдавать воду. Она характеризуется скоростью просушивания насыщенного водой образца. Определение водоотдачи производится в эксикаторе над серной кислотой, а показателем ее является время, необходимое для высушивания образца до постоянной массы.
Прочность (предел прочности) — нагрузка, которую выдерживает горная порода до ее разрушения. Предел прочности вычисляют по формуле:
где P — разрушающее усилие в Н; F — площадь поперечного сечения образца, в см2.
Определение прочности горной породы производят в сухом и водонасыщенном состоянии, а также после замораживания с точностью до 100 Н/см2.
Истираемость — способность породы сопротивляться истиранию. Величина истираемости определяется потерей в массе образца в барабане при его вращении и выражается в процентах. Истираемость определяется как среднее арифметическое из результатов испытания трех образцов.
Морозостойкость — способность горной породы, насыщенной водой, выдерживать многократное замораживание в воздушной среде и оттаивание в воде. Она характеризуется числом циклов попеременного замораживания и оттаивания, которое способны выдержать образцы без снижения прочности на сжатие и без потери в массе больше установленного предела. Величина снижения прочности и потерь в массе устанавливается соответствующими ГОСТами для различных видов сырья.
Морозостойкость зависит от пористости, структуры, текстуры и состава породы. На морозостойкость влияют и трещиноватость породы как естественная, так и возникающая в процессе добычи, а также наличие включений, обладающих резко отличным от остальной массы породы коэффициентом расширения.
Теплопроводность — способность горной породы проводить тепло. Оценивается она скоростью прогрева горной породы и выражается в Вт/(м*К).
Звукопроводность — свойство горной породы поглощать внешние звуки. Оценивается она по величине звукопоглощения в слуховых единицах на 1 см толщины образца породы.
Огнеупорность — свойство породы противостоять, не расплавляясь, воздействию высоких температур. Огнеупорность зависит от химического и минералогического состава породы, наличия примесей и пр. Огнеупорность является важнейшим показателем при оценке месторождений огнеупорных глин, магнезита, доломита и других огнеупорных материалов. При определении огнеупорности устанавливается температура «падения» образца сравнительно с пироскопами в условиях нагревания, установленных ГОСТ.
Газопроницаемость — показатель, характеризующий качество формовочных материалов. Газопроницаемостью называется способность породы пропускать газы. Определение газопроницаемости производят путем пропускания воздуха при комнатной температуре через стандартный образец, изготовленный из испытуемого материала. Величину газопроницаемости вычисляют по формуле
где V — объем воздуха, прошедшего сквозь образец, см3; h — высота образца, см; F — площадь поперечного сечения образца, см2; р — давление воздуха перед образцом, г/см2; t — время, в течение которого сквозь образец прошло V см3 воздуха, мин.
Газопроницаемость песка определяют при естественной влажности. Если газопроницаемость не соответствует требованиям стандарта, то испытания производят на влажных образцах. Влажность, при которой газопроницаемость получается наибольшей, называется оптимальной.
Определение газопроницаемости производят на трех стандартных образцах из одной и той же пробы. За показатель газопроницаемости принимают среднее арифметическое полученных результатов. Если результаты какого-либо из образцов отличаются от среднего арифметического более чем на 10%, то испытания производят повторно на трех новых образцах, изготовленных из свежего материала той же пробы.
Кислотостойкость — способность горной породы противостоять воздействию различных кислот. Определяется она по потере в массе образца после воздействия на него кислоты в течение определенного времени.
Укрывистость — один из важнейших показателей, характеризующих качество минеральных красок. Укрывистостью называют способность краски при равномерном нанесении ее на одноцветную поверхность делать невидимым цвет последней или в случае нанесения на черно-белую подложку уменьшать контрастность между черной и белой поверхностями до исчезновения разницы между ними.
Количественно укрывистость выражается в граммах краски, необходимой для того, чтобы сделать невидимым цвет закрашиваемой поверхности площадью в 1 м2 или при нанесении на черно-белую подложку — в граммах краски на площадь в 1м2, необходимой для достижения контрастности 0,980.
Коэффициентом контрастности называют коэффициент отражения света, диффузно рассеянного черной и белой поверхностями окрашенной или неокрашенной подложки. Коэффициент контрастности вычисляется по формуле
где V1 и V2 — соответственно коэффициент отражения от черной и белой поверхностей.
Расхождение между двумя параллельными определениями укрывистости допускается не более 5%, считая максимальную укрывистость за 100%.
Белизна (светлота) отношение отраженного от исследуемой поверхности светового потока к потоку, который дает свет, отраженный в тех же условиях от стандартной поверхности. Белизну определяют на фотометрах или по специальным шкалам. Белизна (светлота) является важным показателем для оценки минеральных пигментов, наполнителей (мела, барита, каолина, талька, цветного и белого цементов).
Приведенные выше физические- и механические свойства не исчерпывают всего разнообразия свойств, требуемых для промышленной оценки различных видов нерудного минерального сырья. Конкретные требования к физическим и механическим свойствам минерального сырья излагаются в соответствующих ГОСТах, которые также регламентируют методы их определения.
He рассматривая эти свойства, следует отметить, что для ряда полезных ископаемых устанавливается зависимость между некоторыми физическими свойствами. При наличии такой зависимости массовые определения физико-механических свойств сырья могут не производиться. Вместо этого составляются графики зависимости отдельных свойств сырья друг от друга. На графиках (рис. 11) видна отчетливая зависимость между объемной массой и водопоглощением. Использование графиков зависимости отдельных физико-механических свойств позволяет резко сократить объем работ по определению тех или иных особенностей минерального сырья.
Контроль физико-механических испытаний следует производить в соответствии с положением о лабораторном контроле качества испытаний нерудных полезных ископаемых. Этим положением предусматривается внутрилабораторный и внешний контроль и установлены предельно допустимые расхождения между прямыми и контрольными определениями, которыми следует пользоваться при оценке результатов тех физико-механических испытаний, для которых государственными стандартами или техническими условиями допуски не установлены.