Анализ металлов и руд

Обновлено: 05.07.2024

Для седиментационного анализа и определения гранулометрического состава воздушной сепарацией используют только небольшие количества пробы (~ 10 г). Объем пробы зависит не только от крупности материала, но и от взаимного перемещения частиц, изменения плотности взвеси, определяющего объемную концентрацию твердого материала, последняя должна поддерживаться на низком уровне, поэтому и объем пробы оказывается небольшим (всего несколько граммов).

Ситовый анализ

Толщина проволочки для контрольных сит выбирается в зависимости от размера ячейки и указана в DIN 4188.

Сетки для сит изготовляют из нержавеющей стали, латуни, фосфористой бронзы, а в определенных случаях — из пластика, армированного волокном, или шелковой ситоткани. Последние предпочтительнее в мукомольном производстве.

Эти сетки туго натягивают на металлические (обычно латунные) или деревянные рамы. Металлические рамы изготовляют круглыми, деревянные — квадратными. Диаметр или длина сита не стандартизованы и колеблются от 0,1 до 1 м. Для ручного и механического просеивания .частиц менее 20 мм обычно используют круглые контрольные сита диаметром 200—210 мм с высотой борта над сеткой 50 мм для ручного и 20—30 мм для механического просеивания. Отверстие в свету (размер ячейки) ткани для контрольных сит определено в стандартах. С появлением классификации по рядам предпочтительных чисел и с введением стандартной толщины проволоки немецкие стандартные ткани для контрольных сит полностью соответствуют международным стандартам.

В соответствии с DIN 4188 контрольное сито с размером отверстия, например, 2 мм, обозначается 2 (DIN 4188).

Существуют еще более мелкие, так называемые микросита с отверстиями до 5 мкм только для мокрого просеивания. Сита погружают в жидкость, чаще всего в воду, в которой с помощью ультразвука возбуждают колебания, заставляющие вибрировать ткань сита; погружать сито следует, чтобы сетка лежала на поверхности жидкости, а находящийся на ней просеиваемый материал мог дополнительно обмываться. Количество просеиваемого материала на этих микроситах, которые по соображениям экономичности обычно выполняют диаметром не более 50 мм, составляет 2—5 г на одно просеивание.

Контрольное просеивание

Контрольное просеивание сухого (но иногда смоченного) материала проводят вручную либо при помощи специального устройства.

Проведение ручного просеивания стандартизовано в национальных стандартах ФРГ и DIN 4193, а также обусловлено стандартом ИСО 2591 «Контрольное просеивание». Механическое контрольное просеивание не стандартизовано вследствие отсутствия механизмов для точного распределения на фракции всей совокупности размеров частиц, что достигается при использовании контрольных сит. Каждый из просеивающих механизмов, значительно различающихся по способу действия, имеет оптимальный режим работы для просеивания определенных фракций. Различают механизмы, просеивающие материал в горизонтальном или вертикальном направлениях, а также устройства с воздушно-реактивным ситом фирмы «Alpine AG».

Устройства для контрольного просеивания с горизонтальным действием сит перемещают просеиваемый материал на сите почти в горизонтальной плоскости. Устройство «Lavib» фирмы «Siebtechnik G.m.b.H.» показано, Электродвигатель 1 при помощи фрикционной муфты приводит во вращение эксцентрик 2, соединенный с держателем 3, который сообщает колебательные движения кожуху 4. Свободно вставленный в кожух набор сит 5 скользит при этом в горизонтальной плоскости по площади, ограниченной резиновыми колодками 7 ограничителей 6, и одновременно медленно вращается вокруг своей оси. Сито совершает около 260 колебаний в минуту, амплитуда перемещения набора сит составляет около 20 мм. Устройство снабжено звукопоглощающим кожухом и реле времени.

В устройствах для контрольного просеивания с вертикальным движением сит их вибрация осуществляется в вертикальной плоскости. Сито «EML-200/67» фирмы «Haver und Boecker» имеет электромагнитный вибратор (1, 2), который воздействует снизу на набор сит 3, установленный на четырех листовых рессорах 4, и придает ему легкое движение в наклонной плоскости для перемещения просеиваемого материала по ситам.

Автор: Администрация

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Анализ металлов и руд

Пробирный анализ является основным методом определения содержания золота и серебра в твердых материалах (рудах, россыпях, кон­центратах, хвостах обработки, штейнах, компактном металле и т.д.). Он включает комбинацию различных пиро- и гидрометаллургических операций, позволяющих количественно выделить и сконцентрировать благородные металлы без практических потерь, существенно влияющих на конечные результаты, что позволяет обеспечить воспроизводимость при повторном анализе. Количественная ошибка при пробирном анализе не превышает 1% для материалов, содержащих 150 г/т золота и более, и 5% - для материалов, содержащих золото менее 15г/т. Использование достаточно больших исходных навесок анализируемого материала (до 100 г и больше) позволяет определять содержание благородных металлов даже в очень бедных продуктах.

Основной операцией пробирного анализа является плавление. При этом для извлечения благородных металлов в пробирном анализе используют свойство металлического свинца в расплавленном состоянии количественно растворять золото и серебро с получением легкоплавкого сплава (температура плавления свинца 327 °С). Такие вещества называются коллекторами благородных металлов. Для последующего отделения суммы благородных металлов от коллектора пользуются другим свойством свинца – способностью быстро окисляться кислородом воздуха при повышенной температуре с образованием легкоплавкого оксида свинца - глета Pb O (температура плавления Pb O – 883 °С). Сродство свинца к кислороду (под которым понимается изобарно-изотермический потенциал реакции образования оксида из элементов в стандартном состоянии, отнесенный к одному грамм-атому газа) составляет – 188,5 кДж/моль. Золото и серебро при этом не окисляются. При использовании пористых толстостенных сосудов из окисленного огнеупорного материала, хорошо смачиваемого расплавленным оксидом, но не смачиваемого расплавленным металлом, образующийся в процессе окислительного плавления свинца, глет впитывается в поры этого сосуда, а сплав золота и серебра остается в виде шарообразного королька на его донной поверхности.

Для разделения оставшейся суммы благородных металлов используют свойство серебра растворяться в разбавленной азотной кислоте при полной незатронутости в этом процессе золота (операция разваривания). Величину содержания благородных металлов в анализируемом материале определяют по взвешиванию корольков до и после разваривания. Приме­няемые для взвешивания корольков благородных металлов специальные пробирные весы имеют точность 0,01 мг.

В общем виде пробирный анализ твердых продуктов на содержание в них золота и серебра состоит из следующих последовательно проводи­мых операций:

  1. Отбор пробы анализируемого материала (навески), осуществляемый по особым научно обоснованным правилам;
  2. Шихтование отобранной исходной навески со специальными химическими реагентами, называемыми пробирными реактивами;,
  3. Тигельное плавление приготовленной шихты на черновой свинцовый сплав, называемый [Bad link] ;
  4. Очистительное плавление веркблея ( [Bad link] );
  5. Окислительное плавление очищенного сплава, называемое [Bad link] ;
  6. Взвешивание на пробирных весах полученного золотосеребряного королька;
  7. Подготовка полученного королька к кислотному развариванию, называемая [Bad link] ;
  8. Кислотное разделение суммы благородных металлов, содержащихся в корольке, после квартования;
  9. Промывка, сушка, прокаливание твердого золотого остатка, называемого в компактном виде золотой корточкой;
  10. Взвешивание на пробирных весах полученной золотой корточки.

В ряде случаев перед проведением пробирного анализа необходимо видоизменить вид присутствующих в исходном материале минералов, что, как правило, осуществляется при жестком температурном воздействии. Поэтому в пробирном анализе используются следующие пирометаллургические операции:

  1. Кальцинирующий обжиг или прокалка, проводящаяся с целью изменения физического или химического состояния вещества и выделения некоторых летучих компонентов (Н2О, СО2 и др.);
  2. Окислительный обжиг. Проводится для окисления сульфидов и других природных восстановителей и удаления (частичного или полного) серы, мышьяка, сурьмы и других летучих компонентов;
  3. Восстановительный обжиг. Применяется для восстановления некоторых химических соединений при использовании, как правило, в качестве восстановителя угля. Например, для восстановления высших окси­дов железа (2 F е 2 О 3 + С = 4 FeO + СО 2 ; 2 Fe 3 О 4 + С = 6 FeO + СО 2 );
  4. Окислительное плавление. Служит для разделения металлов на основе их различного сродства к кислороду: легко окисляемые металлы переходят в оксиды, которые могут ошлаковываться и удаляться из процесса.
  5. Восстановительное плавление. Применяется для восстановле­ния металлов из их оксидов.
  6. Растворительное или шлакующее плавление. Служит для пе­ревода примесей и пустой породы в шлак.
  7. Осадителъное плавление. Основано на свойстве железа и щело­чей разлагать металлические сульфиды с получением расплава, содержащего FeS , K 2 S , Na 2 S , способного растворяться в сильно основном шлаке.

2. Пробирный анализ: от древнего мира до наших дней. Обзор

Т.И.Маякова, к.х.н. — рекламно-маркетинговый отдел ОАО «Иргиредмет» ( Золотодобыча, №97, Декабрь, 2007)

Первые зачатки пробирного анализа относятся к истории древнего мира. Уже несколько тысяч лет назад был известен процесс купелирования, применяемый для выделения золота и серебра из сплава со свинцом. Тогда уже было открыто избирательное всасывание окислов свинца поверхностью сосуда из костяной золы (аналогичного современной капели). В гробницах египетских фараонов были найдены золотые корольки, полученные в результате купелирования. Кроме того, применяли способ разделения сплавов золота и серебра действием кислот. Развитие методов оценки достоинства золотых сплавов в Египте было тем более важно, что египетским жрецам были известны приемы фальсифика­ции золота сплавами на медной основе.

Первое систематическое изложение пробирного искусства (так назывался, а часто называется и в настоящее время пробирный анализ) приведено в труде итальянского металлурга Ванноччио Берингуччио, впервые опубликованном в 1540 г. Этот трактат, изложенный в десяти книгах, представляет яркий памятник эпохи итальянского возрождения и довольно полно отражает состояние метал­лургии того времени. В частности, металлургии золота и серебра и пробирного искусства. В последующем этот труд несколько раз переиздавался на протяже­нии более ста лет.

В дальнейшем описание методов пробирного анализа приводится в знаменитом труде по металлургии «Dе ге Меtаlliса», написанном Агриколой (Георгиусом) в XVI веке, а также в труде его современника Эркера. К XVII веку относятся труды Савота (Париж) и Рейнолдса (Лондон).

Судя по описанию Пеписа в 1666 г., способ разделения металлов, применявшийся на Лондонском монетном дворе в Тауэре, весьма походил на некоторые современные методы пробирного анализа.

Постановка дела в Тауэре была в конце XVII века значительно усовершенствована знаменитым ученым Исааком Ньютоном, который в течение последних 25 лет своей жизни стоял во главе Лондонского монетного двора. Весной 1698 г. с постановкой дела в Тауэре знакомился Петр I, в бумагах которого остались собственноручные записи по пробирному анализу.

Возникновение пробирного анализа в России относится к началу XVIII века. В приходно-расходной книге «Приказа рудных дел» за 1707 г. встречаются записи о покупке реагентов для испытания руд. Первые сведения о постройке в Петербур­ге «пробирной» лаборатории относятся к 1720 г.

Детальное изложение пробирного искусства можно найти в книге М. В. Ломоносова «Первые основания металлургии или рудных дел», опубликованной в 1763 г., но написанной задолго до этого. В этом труде содержится не только методика опробования руд плавкой на золото, серебро и другие металлы, но также детально описываются устройство и предметы оборудования пробирной лаборатории.

В эпоху, когда аналитической химии в современном понимании не существовало, задачи пробирного искусства были весьма широки и распространялись на многие металлы. Ввиду того, что в этих условиях искусство выполнения анализа преобладало над пониманием существа дела, термин «пробирное искусство» завоевал себе полное право на существование.

В настоящее время пробирный анализ, в связи с развитием учения о физико­химических основах металлургических процессов и в результате усовершенство­вания методов аналитической химии, далеко ушел вперед в своем развитии по сравнению с методами, которые ранее описывались в курсах «Пробирного искусства». Пробирная плавка основана на физико-химических закономернос­тях восстановления металлов, шлакообразования и смачивания расплавленны­ми веществами.

В общих чертах пробирный анализ может быть представлен в виде следующих этапов:

· 3.Тигельная плавка на свинцовый сплав

· 4.Сливание свинцового сплава в железные изложницы для охлаждения

· 5.Отделение свинцового сплава (веркблея) от шлака

· 6.Купелирование веркблея (удаление свинца)

· 7.Извлечение королька драгоценных металлов, взвешивание его

· 8.Квартование (добавление серебра, по необходимости)

· 9.Обработка королька разбавленной азотной кислотой (растворение серебра)

· 10.Гравиметрическое (весовое) определение золота и серебра.

Для пробирного анализа берут тонко измельченную пробу. Чем мельче вещество, тем теснее его смесь с флюсами и тем скорее и полнее произойдут разложение и шлакование. Обычно пробу измельчают до 0,1 мм и мельче. Величина навески зависит от содержания золота. В настоящее время масса материала при анализе руды на золото обычно составляет 50 г. Раньше при анализе проб руды с низким содержанием применяли навески 100-150 г и даже больше /1/, что обеспечивало получение золотосеребряного королька достаточ­ного по величине для дальнейших операций.

Шихтование заключается в смешивании пробы руды со специальными добавками (шихтой): флюсом, свинцовым глетом (PbО) и восстановителями.

Компоненты флюса при сравнительно низкой температуре плавятся и образуют жидкий расплав, в котором происходят физические и химические процессы. Свинцовый глет в процесс плавки восстанавливается до металличес­кого свинца и становится «коллекторной фазой», т.е. растворяет в себе благород­ные металлы.

Приготовление шихты — ответственная операция. Для определения состава шихты нужно знать состав руды. Неоднородность состава шихты может приво­дить к погрешностям в результатах анализов. Для приготовления шихты исполь­зуют смесители (рис.5).

После сплавления тигли вынимают из печи, и расплав сливают в железные изложницы. Сплав свинца и благородных металлов, имеющий высокую плот­ность, стекает на ее дно. После того, как расплав охладится и отвердеет, его вытаскивают из изложницы. При правильном составе шихты после плавки получают два продукта: веркблей и поверх него — шлак (расположенный на конце конуса). Веркблей отбивают молотком от шлака, затем его расплю­щивают в кубик для удаления остатков налипшего шлака и для облегчения захвата щипцами.

Следующим шагом классического пробирного анализа является купелирова­ние. Этот процесс заключается в извлечении благородных металлов из свинца за счет его окисления и поглощения специальной пористой капелью (рис.9). Капели делают из смеси магнезита и цемента непосредственно в лаборатории или приобретают в специализированных фирмах.

Купелирование производят в муфельных печах при температурах от 950°С до 1000°С. Выпускаются специальные печи для купелирования

При купелировании окисленный свинец в основном адсорбируется в капель, примерно 2% свинца улетучи­вается. Как и в стадии плавки, процесс купелирования должен проходить под наблюдением. Вид получаемого в конце процесса королька говорит о том, был ли процесс удачным. Осложнения могут возникнуть, например, при наличии теллуридов в пробе, что может привести к образо­ванию многочисленных несферичес­ких бисеринок. Трещины в капели или появление окалины указывают на то, что купелирование прошло неудачно и др. Когда процесс завершается успешно, в капели остается малень­кий блестящий шарик (королек), состоящий из золота и серебра.

В классическом пробирном анализе содержание золота и серебра в корольке определяют гравиметрически, то есть весовым методом. Сначала взвешивают весь золотосеребряный королек. Затем серебро растворяют в разбавленной азотной кислоте и оставшееся золото (золотую корточку) взвеши­вают повторно. Содержание серебра определяют по разнице в весе.

К весам в пробирном анализе предъявляют особые требования, так как золотосеребряные корольки и золотые корточки обычно имеют очень небольшую массу. В современном пробирном анализе для плавки обычно берут пробу породы массой 50 г. Масса золота в такой пробе при рядовых содержа­ниях не превышает 1 мг, а чаще измеряется микрограммами (табл.).

Для взвешивания корольков и корточек в настоящее время используют микроаналитические весы фирм «Сарториус», «Меттлер Толедо» и др. Однако даже весьма точные весы (например, SE2) имеют минимальный предел взвешивания — 10 мкг (табл. стр.30). Соответственно с их помощью нельзя взвесить золото, полученное при анализе пробы руды с содер­жанием 0,2 г/т и менее, так как масса корточки будет ниже предела чувствитель­ности весов. При содержании золота в пробе 1 г/т масса корточек составит 50 мкг, а погрешность взвешивания — ±10 мкг (см. табл. стр.30), т.е. ±20%.

Основы тигельной плавки

Свое название тигельное плавление данная операция получила от применяемого для плавления конического сосуда из огнеупорного материала - тигля. Для определения содержания благородных металлов в руде анализируемую навеску пробы переводят в жидкое состояние для последующего улавливания этих металлов расплавленным свинцом.

Тигельная плавка предусматривает восстановительно- растворительное плавление навески руды с глетом, восстановителями и флюсами и применяется для определения благородных металлов в рудах и технологических продуктах. Для плавки выбирают шихту, обеспечивающую получение легкоплавкого шлака.

В процессе плавки глет под действием восстановителя восстанавливается при низкой температуре. Восстановленный свинец остается некоторое время в расплаве шихты во взвешенном состоянии и приходит в контакт с частицами благородных металлов. Почти одновременно с восстановлением глета начинает плавиться бура.

Образующийся в первый период шлак имеет вязкую консистенцию вследствие присутствия в шихте буры. В последующей стадии при небольшом перегреве он становится жидким. Расплавленный свинец в виде дождя промывает массу шихты и растворяет содержащиеся в ней благородные металлы. Свинцовый сплав собирается на дне тигля под слоем шлака.

Рекомендуемые материалы

Задача 209:В задачах (206-225) определите, используя приведенные ниже экспериментальные данные, структурный тип

Химические реакции при тигельной плавке

Реакции, протекающие при тигельной плавке, могут быть подразделены на три группы: реакции восстановления глета до свинца, реакции окисления свинца и избытка восстановителя и реакции шлакования компонентов породы при взаимодействии их с основными или кислыми флюсами. Свинец из глета восстанавливается как содержащимися в самой руде восстановителями, так и восстановителями, специально вводимыми в шихту. Действие вводимого углерода можно представить следующими реакциями:

PbO + CO = Pb + CO2

2PbО + С = 2Pb + СО2

Первая реакция становится заметной при температуре 400-500ºС и энергично протекает при 600-700ºС. Появляющийся же внутренний восстановитель (СО) способен восстанавливать свинец из глета значительно раньше, вторая реакция начинается при 160-185ºС и проходит при 400ºС и выше.

Одновременно с глетом могут восстанавливаться и другие легко восстанавливаемые оксиды металлов. К ним относятся оксиды меди, сурьмы, мышьяка, олова и др. Восстановленные оксиды, а также некоторые сульфиды растворяются в свинцовом сплаве и делают его твердым, хрупким и зернистым в изломе. Наличие примесей в сплаве затрудняет соединение восстановленных мельчайших капелек свинца и приводит к потерям частиц их в шлаке. Присутствие серы, мышьяка, сурьмы и других примесей в руде может вызвать серьезные затруднения вследствие образования штейна и шпейзы, коллектирующих в себе благородные металлы. Такие загрязненные свинцовые сплавы необходимо подвергать очистительному плавлению (шерберованию).

Избыток восстановителя в шихте может также привести к получению чрезмерно большого выхода свинцового сплава, что нежелательно для последующей его обработки.

Руды и продукты, содержащие сульфиды и легковосстановимые примеси, требуют применения особых приемов анализа.

При плавке сульфидных руд и концентратов необходимо вводить в шихту определенное количество окислителя. Кроме того, сульфиды могут быть окислены предварительным обжигом до плавки.

В качестве окислителя чаще всего применяют калийную селитру. Она плавится без разложения при 339ºС. При температуре выше 400ºС разлагается с выделением кислорода и образованием нитрита калия:

При дальнейшем взаимодействии нитрит калия разлагается по реакции

По этим реакциям в перерасчете на 1 моль селитры (102 г) выделяется 1 моль кислорода, что теоретически достаточно для окисления 2 молярных масс атома свинца (414 г)

Ход реакций окисления в значительной мере зависит от состава применяемой шихты. Так, в отсутствие щелочных металлов и при наличии кремнезема сера окисляется по следующей реакции:

В более основной шихте, содержащей избыток соды и глета, при малом количестве кремнезема (или в отсутствие его) сульфиды окисляются с образованием высших оксидов, как это следует из реакции:

Оксид железа плохо растворяется в шлаках, а в основ-ных шлаках совершенно не растворяется. Образование его нежелательно, и поэтому при составлении шихты в нее вводят кремнезем в количестве, необходимом для шлакования железа (получения моносиликата). Окисляющее действие селитры при этом может быть представлено реакцией:

Эффективность окисления понижается с увеличением кислотности шихты. На величину окислительной способности селитры, кроме того, влияют температура и скорость ее повышения. В зависимости от указанных условий окислительная способность селитры обычно изменяется от 3,7 до 4,7 свинца. К высшему значению она приближается при отсутствии в шихте кремнезема и буры и при избытке глета и соды.

Количество коллектора зависит не только от величины навески и массы шихты, но и от дисперсности благородных металлов в анализируемых продуктах; оно должно быть тем больше, чем выше дисперсность частиц золота и серебра.

Для руд, содержащих благородные металлы в виде крупных частиц, необходим меньший выход коллектора, чем для продуктов, содержащих золото в виде солей.

Для полного извлечения золота и серебра количество восстановленного свинца при массе навесок до 30 г должно быть не менее навески руды, а при больших навесках составлять 30-40 % от величины навески. Считается, что 28 г свинца могут извлечь все золото и серебро из 50 г навески.

Иногда на поверхности затвердевшего шлака образуется слой щелочных металлов или сульфидов, возникающий всегда в результате окисления сульфидов селитрой при плавке сульфидных проб.

Продукты тигельной плавки

Свинцовый сплав (веркблей). Свинцовый сплав должен быть светлым, мягким, ковким и легко отделяться от шлака. Если свинцовый сплав твердый или хрупок или масса его превышает 35 г, то его следует сократить шерберованием. Твердость свинцового сплава указывает на присутствие в нем меди, мышьяка, сурьмы и т. д.

Шлак. Шлак в пробирном анализе состоит из легкоплавких соединений оксидов металлов с кремнеземом или другими кислыми составными частями.

Общепринятой теорией строения силикатных расплавов долгое время была молекулярная теория. Согласно этой теории, оксидные расплавы состоят из молекул, в большей степени подвергшиеся термической диссоциации на простейшие оксиды. По мнению сторонников данной гипотезы, основу шлаковых расплавов составляют несколько прочных соединений, таких как CaO·SiO2, 2FeO·SiO2, 2MnO·SiO2 и др.

В настоящее время всеобщее распространение получила ионная теория строения шлаковых расплавов, согласно которой компоненты, составляющие шлаки, находятся в расплаве в состоянии ионной диссоциации, и все важнейшие электрохимические явления, характерные для растворов электролитов, свойственны также и шлаковым расплавам. Шлаки тигельной плавки можно рассматривать как сплав силикатов и боратов различных оксидов металлов. Шлаки должны быть однородными, не содержать частиц неразложившейся руды и включений свинца.

Кислые шлаки отличаются вязкостью, медленно остывают, легко вытягиваются в длинные нити, особенно это видно, когда сливаются его последние капли. По охлаждению делаются стекловидными и хрупкими. Основные шлаки в расплавленном состоянии – жидкие. Льются как вода, не вытягиваются в нити и быстро затвердевают. Основные шлаки в холодном состоянии имеют тусклый вид, часто бывают темного цвета и вследствие высокого содержания в них оснований имеют более высокую плотность.

Цвет шлаков зависит от состава шихты и часто служит показателем присутствия в шихте тех или иных металлов. Кислые шлаки с малым содержанием силиката оксида железа (II) зеленоватые и прозрачные. В зависимости от содержания железа окраска шлака может изменяться от желтовато-коричневой до черной. Медь в отсутствие железа придает основному глетистому шлаку кирпично-красный цвет. Кальций, магний, алюминий и цинк дают белые или серо-белые шлаки, более или менее непрозрачные. Кислые силикаты натрия и свинца дают светлые или бесцветные стекла. Кобальт дает характерный синий цвет. Значительные количества железа и марганца дают черные шлаки. Присутствие одного марганца в шлаке в небольшой концентрации вызывает появление окраски от светло-розовой до пурпурной. Сурьма дает зеленовато-желтый цвет стекловидным шлакам, который легко маскируется окраской других компонентов.

Хороший шлак должен иметь следующие особенности:

а) относительно низкую температуру плавления, легко достигаемую в печи;

б) небольшую плотность для хорошего отделения от свинцового сплава;

в) достаточную вязкость в первый период плавки (в период восстановления), для того чтобы удержать во взвешенном состоянии капли свинца до момента полного разложения пробы и освобождения частиц благородных металлов от связи с породой;

г) жидкое состояние при небольшом перегреве с тем , чтобы образующийся при плавке свинец мог легко опуститься вниз и полностью собраться на дне тигля;

д) свойства, исключающие возможность растворения или удерживания благородных металлов;

е) состав, препятствующий усиленному разъеданию стенок тигля;

ж) нужную структуру, позволяющую ему в холодном состоянии хорошо отделяться от свинца.

На температуру плавления шлаков влияют следующие факторы:

а) степень кислотности (К);

б) природа оснований: свинец, натрий и калий дают более легкоплавкие силикаты; марганец – трудноплавкие; кальций, магний, алюминий – весьма тугоплавкие;

в) тонкость измельчения и тщательность перемешивания шихты;

г) количество введенной буры, резко снижающей температуру плавления шлака, особенно при основных рудах.

Пробирные шлаки классифицируют по степени кислотности и соотношению главных компонентов по массе.

Под степенью кислотности понимают отношение массы кислорода в кислых оксидах к суммарной массе его в основаниях, входящих в состав шлака.

В пробирном анализе различают основные типы шлаков, приведенные в таблице.

Основные типы шлаков, применяемые в пробирном

Название шлака по степени кислотности

Формула шлака, содержащего кислоту в виде SiO2 и основания в виде RO

Формула шлака, состоящего из буры и оксидов металлов

Для тигельной плавки в большинстве случаев применяют шлаки со степенью кислотности в интервале между бисиликатом и моносиликатом. Такие шлаки хорошо растворяют многие основания и в то же время слабо разъедают стенки тигля.

Штейн. Штейн представляет собой сплав сульфидов (типа FeS·Сu2S), образующихся в процессе плавки сульфидных руд при недостатке в шихте селитры и малом количестве глета. Слой штейна располагается непосредственно над свинцовым сплавом. Цвет штейна обычно сине-серый, по составу он приближается к свинцовому блеску и отличается значительной хрупкостью. Он образует слой зернистой оболочки на верхней поверхности веркблея. Штейн всегда содержит некоторое количество золота и серебра и так как он хрупкий, то обычно откалывается и теряется в шлаке при очистке веркблея. Работающий в лаборатории должен исследовать веркблей, как только он откалывается от шлака, и если в нем оказывается некоторое количество штейна, то можно быть уверенным в том, что при составлении шихты или при произведенных во время плавки операциях были допущены ошибки.

Шпейза. Шпейза представляет собой сплав арсенидов или антимонидов, получающихся в процессе плавки. Шпейза, образующаяся при пробирном анализе, представляет собой обычно арсенид железа, приближающийся по своему составу к формуле FeAs. Иногда в последней формуле железо заменено никелем или кобальтом. Сурьмяная шпейза образуется весьма редко. В тигельной пробе шпейза получается, если метод осадительной плавки с железом применяется к рудам, содержащим мышьяк. Шпейза – твердое, очень хрупкое белое вещество, которое образуется непосредственно поверх веркблея и обычно крепко пристает к нему.

Если только в руде присутствует небольшое количество мышьяка, то шпейза появится в виде маленького шарика на поверхности свинца, если же присутствует много мышьяка, то шпейза образует слой, вполне покрывающий свинец.

Шпейза содержит некоторое количество золота и серебра. Если количество образовавшейся шпейзы равно одному грамму или около этого, то ее помещают в капель со свинцом для окисления. При этом шпейза отдает содержащейся в ней благородный металл. С большим количеством шпейзы трудно иметь дело, т. к. шерберование ее представляет затруднения. Самый лучший способ – это провести новую плавку по другому методу.

При нормально подобранной шихте и хорошем проведении плавки штейн и шпейза практически не образуются.

Величина навески и степень измельчения исходного материала для анализа

В процессе тигельной плавки обычно применяются навески 10-100 г, а иногда 200 г. правильный выбор величины навески анализируемого материала и степени его измельчения имеет важное значение для получения надежных результатов анализа.

Анализ большого количества определений благородных металлов, произведенных рядом пробирных лабораторий, позволил дать рекомендации о величине навесок и крупности измельчения проб руд и продуктов металлургического производства, поступающих на пробирный анализ.

Величина навески и степень измельчения исходного материала

Содержание золота, г/т

Величина навески, г

Для материалов с равномерным распределением золота при измельчении проб до крупности меньше 0,044 мм можно пользоваться данными следующей таблицы.

Рекомендуемые навески материала при пробирном анализе

Подготовка и шихтовка проб

Под шихтованием, или шихтовкой, понимается процесс перемешивания навески золотосодержащего материала с необходимым количеством требуемых пробирных реактивов.

Навески материала взвешиваются на технических весах точностью 0,1 г. Отобранная навеска материала пересыпается в фарфоровую или эмалированную чашку.

При составлении шихты первым из требуемых пробирных реактивов взвешивается поставщик коллектора – глет РbО (с точностью 0,1 г). Отвешенный глет пересыпается в чашку с навеской, и все тщательно перетирается фарфоровой ложкой до получения однородной по цвету массы без видимых включений отдельных частиц глета желтого цвета. Затем отвешивается требуемое количество восстановителя (если он необходим) с точностью 0,01 г, который также высыпается в чашку с навеской и глетом. Содержимое чашки снова тщательно перетирается. Перетирание проводится для обеспечения тонкого контакта частиц материала с поставщиком коллектора (глетом) и восстановителем, чтобы в момент восстановления свинца его капли были бы равномерно распределены по массе материала, контактируя с каждой частицей золота. От этого зависит точность получаемых результатов анализа. Другие требуемые пробирные реактивы добавляются в шихту после взвешивания безразлично в каком порядке (с точностью 0,1 г). Шихта после добавления каждого из этих реактивов (соды, буры, селитры, стекла) тщательно перемешивается.

Такая практика применяется только при предварительной плавке с целью определения окислительно-восстановительной способности руды. Во всех остальных случаях все компоненты шихты смешиваются сразу, в специальных смесителях (например, С-50, так называемая «пьяная бочка » ). Масса такой шихты составляет десятки килограммов, но соотношения компонентов шихты сохраняются в строгом соответствии. Эта шихта перед использованием проверяется на содержание в ней драгоценных металлов. Навеска руды смешивается с точно взвешенной навеской шихты

Следует отметить, что при анализе материалов различного типа руд, концентратов, промпродуктов, хвостов отработки необходимо для каждого вида материалов иметь свой набор пробирных реактивов, пользоваться отдельными ложками при отборе навесок и каждого из реактивов и обязательно проводить шихтование на отдельных столах, а лучше в отдельных комнатах. В противном случае имеется большая вероятность «заражения » проб бедных продуктов как при возможном пылении в момент отбора пробы, взятия навески и ее перемешивания с компонентами шихты, так и при пользовании одной и той же ложкой.

Приготовленный таким образом образец пересыпается в стандартный бумажный пакет. При анализе материала на содержание только золота дополнительно в пакет добавляется 20-25 мг соли серебра (AgCl, AgNO3), или металлическое серебро в количестве 5-10 мг. После этого содержимое пакета засыпают сверху покрышкой толщиной 2-6 мм. Пакет сверху закрывают и надписывают на нем присвоенный номер плавки в соответствии с записью в рабочем журнале. Если проводится осадительная плавка, в завернутый пакет сверху втыкают 2-3 гвоздя длиной 10-12 см.

Отбор проб для анализов металлов и руд

ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ОТБОРА ПРОБ 1. Определение массы взвешиванием Необходимое вспомогательное средство для правильного пробо-отбора — весы различной грузоподъемности и конструкции. Пробоотборщик обязан установить массу при получении и .

Виды весов Существуют различные виды весов для взвешиваний различных масс (см. «Порядок поверки»). Надежные результаты поверки и градуировки гарантируются лишь для этой области. При отборе проб наиболее часто используют простые .

логии проверяет надежность измерения на весах, т. е. правильность результатов измерения и достаточную стабильность измерения, и снабжает их маркировкой о поверке с указанием даты. Результаты поверки действительны для весов с максимальной нагрузкой .

ния допустить взвешивание груза, составляющего минимум 2,5% от максимальной нагрузки. Массу определяют с точностью не менее 0,001 массы взвешиваемого груза. Пробоотборщик должен внести данные взвешивания в журнал, чтобы защитить себя от возможных .

определение влаги, так как только так можно провести безупречное определение «сухой массы», в большинстве случаев совпадающей с истинной, или расчетной, массой. Причиной тому является влага, содержащаяся практически во всех материалах. .

Какой из этих трех методов определения содержания влаги Должен применяться для конкретного материала, поставляемого в упакованном или неупакованном виде, решают в каждом отдельном случае. Пробы необходимо помещать в плотно закрывающиеся сосуды .

При определении содержания влаги материал Доводится до постоянной массы. Длительность высушивания зависит от материала. Для проверки получения постоянной массы необходимо досушивание. Однако хорошо известные материалы одинакового качества .

гие летучие компоненты, например мышьяк, селен, ртуть и хлориды металлов, которые в торговом соглашении могут быть оценены положительно (и подлежат оплате) или отрицательно (и являются причиной штрафа). В таких случаях кислоты нейтрализуют безводной .

обычным измельчением и сокращением. Собственно пробы для анализа дополнительно высушивают (вторично прокаливают) в лаборатории перед проведением анализа при 105° С, чтобы удалить влагу, которая могла появиться во время обработки и .

сита. Эти мелкие частицы оседают в специальном приемнике. Поток воздуха создается вентилятором и вводится в аппарат через вращающуюся насадку, а затем через приемник отсеянного материала — снова на всасывающий коллектор вентилятора (замкнутый .

Другой возможностью установить окончание собственно просеивания является взвешивание остатка на сите через равные интервалы времени и построение графической зависимости остатка от длительности просеивания. По явно выраженному началу асимптотического .

Точность ситового анализа В стандарте ISO 2591 указано, что остаток на отдельном контрольном сите и подрешетный продукт сита с наименьшим отверстием должны быть взвешены с точностью до 0,1% от общей массы анализируемого материала. Сумма масс .

Седиментационный анализ Классическим является метод, разработанный Андреазеном (DIN 51033), согласно которому в цилиндрическом стеклянном сосуде (рис. 5) приготовляют суспензию (—10 г исследуемой пробы на 1 л жидкости, обычно дистиллированной воды) .

Метод отмучивания (шламовый метод) Если при седиментационном анализе процесс разделения частиц проходит в стоячей воде, то отмучивание проводят в проточной воде, скорость которой соответствует скорости выпадения частиц определенного размера; более .

ется, что приводит к выносу более крупных частиц. Сменные насадки с увеличивающимся диаметром позволяют классифицировать исследуемую пробу по классам крупности с ограничением размера фракций. Установка снабжена приспособлениями, позволяющими точно .

Воздушная сепарация Воздушной сепарацией мелкозернистой смеси частиц можно определить ее гранулометрический состав сухим методом. Известным прибором для этого является воздушный сепаратор Гонелла (рис.). Он состоит из трех больших просеивающих труб .

да. Навеска исследуемой пробы составляет 5—10 г. Длительность просеивания зависит от материала и размеров частиц пробы: Крупность, мм.

стиц, то при некотором опыте можно определить распределение гранулометрического состава внутри каждого диапазона крупности с точностью 2—3%. При этом способе измерения важно полностью диспергировать анализируемую пробу. Слипание частиц приводит в .

крупности, которые, очевидно, определяют при ситовом анализе как остаток на сите, можно определять другими методами и выражать в процентах к анализируемому количеству материала. Это будет числовым выражением гранулометрического состава. Примером .

рассмотрения легко можно принять его долю большей, чем в действительности. Другим недостатком является сложность сравнения результатов нескольких ситовых анализов. Более простым способом графического изображения является последовательное сложение .

2) показатель однородности п — функцию угла наклона RRSB-прямой получают параллельным сдвигом линии гранулометрического состава (прямой Л) до пересечения с полюсом Р (слева внизу). Шкала показателя однородности нанесена в масштабе координат (справа .

ты, должен быть без зазубрин. Для небольших проб используют совки различной величины, стороны которых загнуты вверх под прямым углом. При выгрузке из вагонов крупнокусковых материалов пользуются стальными, так называемыми коксовыми вилами, с .

ал, закрывают поворотом рукоятки, вынимают и опорожняют при обратном движении рукоятки в специальный сосуд. Для отбора проб от порошкообразных и мелкозернистых материалов из мешков или плоских неслежавшихся отвалов применяют пробоотборные иглы (рис. .

Механические пробоотборники и автоматический отбор проб За последние годы были разработаны новые конструкции механических пробоотборников и полностью автоматизированы отбор проб и подготовка их к анализу. Пробы можно отбирать через равные .

справа), которые вводят в поток материала. Цепной пробоотборник с черпаками для отбора более крупных разовых проб показан на рис. на пред стр. Особенно широко распространены ротационные пробоотборники, предназначенные прежде всего для .

6 также регулируется с помощью тиристорного управления. В ще-ковой дробилке 3 комки концентрата размельчаются приблизительно до 15 мм. Цепной пробоотборник 5 снабжен двумя ковшами, вращающимися со скоростью около 0,125 м/с; направление перемещения .

Детали дробильных механизмов, подвергающиеся износу, изготовляют из твердого и прочного материала с вязкой структурой, который выбирают в соответствии со свойствами измельчаемого материала, колебаниями температуры и химическими .

Поверхности опробуемых материалов очищают зубилами, напильниками, а также шлифовальными кругами из карборунда. Измельчение материалов резанием Измельчение резанием с целью отбора проб можно проводить вручную либо механически. Все машины и .

Пиление. В качестве проб металлов можно использовать опилки, собранные при распиливании максимально больших сечений материала, чтобы охватить по возможности все участки исследуемого материала. Применяют ручные (при исследовании материалов .

ся в зависимости от вида материала в пределах от 50 до 500 об/мин. Преимущество горизонтальных сверлильных станков в том, что стружка при сверлении на них легко улавливается в специальный короб, уменьшается возможность сверления подставки и, .

На рис. след. стр. показан желобчатый делитель, состоящий из длинного ящика с рядом узких желобов, соединенных с двумя приемными емкостями. Перемешанный материал пробы подают равномерно во все желоба. Для уменьшения погрешности сокращения проб надо .

Для переработки больших количеств Материала, например при разгрузке судов, применяют делитель. Делитель на первых ступенях переработки пробы работает автоматически. Производительность делителя равна 10 т/ч при максимальном размере кусков 20 мм и .

При пробоотборе плавильные установки служат для получения однородного расплава из исходных проб металла в виде кусков или стружки. Они состоят из источника нагревания, плавильной печи и сменного тигля для расплавленного материала, тигель выбирается .

7. Холодный воздух нагревается в дымоходе и подается в камеру печи 1 через колосник. В этой печи можно нагреть материал до 1000° С. На рис. след. стр. показана газовая тигельная печь для плавки свинца и свинцовых сплавов. Чугунный тигель .

Цинк, алюминий и их сплавы нагревают в графитовых или шамотных тиглях; магний и его сплавы — в стальных; медь и медные сплавы — в графитовых; благородные металлы — в прессованных из огнеупорного материала или графитовых тиглях. Тигли не должны .

3.6. Устройства для приготовления конечной пробы Тонкое истирание хрупких материалов для получения конечной пробы производится вручную в фарфоровых, агатовых или стальных ступках пестиками из того же материала. Для лучшего манипулирования пестики .

плотности, блестящей хотя бы с одной стороны, или на белом лощеном картоне, который можно легко очистить от остатков материала пробы. Вместо глянцевой бумаги лучше использовать абсолютно гладкие пластмассовые емкости. Они легко очищаются и очень .

пробы, как правило, отбираются вне участка. Переработка металлических проб до аналитической включает плавление, разделение, фрезерование, строгание, сверление, пиление, откалывание и т. д., а неметаллических — дробление, перемешивание и .

ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ОТБОРА ПРОБ

1. Определение массы взвешиванием

Необходимое вспомогательное средство для правильного пробо-отбора — весы различной грузоподъемности и конструкции. Пробоотборщик обязан установить массу при получении и поставке товара, особенно если возникает необходимость его сортировки, а также если предполагается изменение массы вследствие хранения, влияния атмосферных условий, химических или физических процессов или же из-за повреждения транспорта, перевозящего поставку, и, наконец, по особому требованию заказчика.

При внутризаводском пробоотборе также зачастую необходимо установить массу, в том числе и для технологического контроля. Кроме того, в ходе отбора и подготовки проб необходимость контроля массы возникает столь часто, что пробоотбор без предваритель-. ного взвешивания становится невозможным.

«Масса» в официальных и торговых отношениях

Узаконенные единицы массы: килограмм (кг)—основная единица массы в системе СИ, грамм (г) и тонна (т), а также производные десятичные кратные от грамма или тонны. Употребление прежних единиц массы — центнер (50 кг) и двойной центер (100 кг) — больше не допускается.

Наконец, в качестве единицы массы драгоценных камней допускается метрический карат (1 кар=0,2 г). Масса благородных металлов должна измеряться только в единицах массы, имеющих неограниченную область применения.

Масса тела определяется, как правило, сравнением на весах с гирями известной массы. В торговых отношениях массу называют весом. Вес выражается в стандартных единицах массы.

Гири, которыми уравновешивают груз, содержат в наборах, составленных по порядку чисел 1, 2, 3, 5. Гири для торговли и точного взвешивания стандартизованы. Гири от 1 до 500 мг изготовляют из алюминия, платины, сплава серебра; граммовые и килограммовые гири — из сплава серебра, латуни, медного литья; торговые гири в 100 г и больше — из серого литейного чугуна. В рамках международной стандартизации рекомендуется следующая форма торговых гирь: от 1 до 10 кг — прямой цилиндр с кругом в основании, с кнопкой или ручкой для перемещения; от 5 до 50 кг— прямоугольной параллелепипед с утопленной твердой стальной ручкой (гиря в виде блока). Для проверки (см. ниже) применяют торговые гири, для точных и тонких измерений от 1 г и менее — гири со специальной маркировкой. Очищать гири следует только обтиранием (без применения химических средств), а хранить в сухом месте.

Читайте также: