Rozdzielanie minerałów.pdf

Manecki A., Muszyński M. 2005 - Rozdzielanie minerałów

Rozdzielanie minerałów

Opracowali: Andrzej Manecki, Marek Muszyński

Wprowadzenie

Pomimo stosowania w pracowniach mineralogiczno-petrograficznych coraz większej ilości

metod analitycznych pozwalających na badanie minerałów bezpośrednio w skałach, niejednokrotnie

istnieje konieczność separacji ( rozdzielania , wydzielania ) poszczególnych minerałów lub frakcji

wzbogaconych w określone składniki. Odnosi się to zwłaszcza do tzw. minerałów ciężkich oraz

minerałów ilastych. Powoduje to, że w wielu ośrodkach naukowych istnieją wyspecjalizowane

pracownie wykonujące zarówno tego typu czynności jak i prowadzące jednocześnie badania

w zakresie ulepszania oraz poszukiwania nowych metod separacji minerałów. Stosowane

i wypracowywane w nich nowe metody mają bowiem zastosowanie nie tylko w badaniach

przyrodniczych ale i w technice – w przemyśle przeróbki kopalin użytecznych, surowców wtórnych

i in. Także i na odwrót – metody stosowane na skalę techniczną są adaptowane do warunków

laboratoryjnych.

Na etapie podejmowania decyzji o wyborze metody rozdzielania niezbędne są informacje o

własnościach fizycznych i innych, separowanych minerałów. Informacje te są zebrane w

podręcznikach mineralogii i niektórych podręcznikach petrografii (patrz wykaz literatury).

Przygotowanie próbek skał do rozdzielania

Rozdzielanie minerałów powinno być poprzedzone wstępnymi mineralogiczno-

petrograficznymi badaniami skały w celu określenia jej podstawowych cech, m.in. składu

mineralnego i wielkości ziarn, determinującymi zarówno dobór sposobu jej przygotowania do

rozdzielania jak i metod (metody) separacji.

Skały sypkie (luźne skały klastyczne). Z piasków kwarcowych, arkozowych,

szarogłazowych, mułów i in., przeznaczonych do wydzielania minerałów ciężkich, należy oddzielić

materiał gruboziarnisty przesiewając próbkę przez sito o prześwicie oczek 0,50 mm (35 mesh –

zgodnie z angielską standaryzacją sit). Z frakcji < 0,50 mm odmywa się wodą przez dekantację,

najlepiej w dużej zlewce lub parownicy, materiał o ziarnach poniżej ok. 0,04 mm. Gdy w próbce jest

znaczna ilość minerałów ilastych, należy je odszlamować. W końcowej fazie szlamowania zaleca

się przemywanie skały wodą destylowaną. Jeżeli mimo szlamowania wokół grubszych ziarn

utrzymują się otoczki minerałów ilastych, próbkę należy przepłukać HCl rozcieńczonym wodą w

stosunku 1 : 4. Gdy wokół grubszych ziarn utrzymują się otoczki tlenków żelaza, należy przemywać

ją kwasem bardziej stężonym (1 : 1).

Zwięzłe skały klastyczne . W przypadku porowatych skał klastycznych ich rozluźnienie

(dezintegrację granularną) można spowodować przez nasycenie ich wodą i wielokrotne zamrażanie

(w temperaturze ok. – 25 0 C) i rozmrażanie (dezintegracja kriogeniczna), lub przez nasycenie próbki

roztworem soli glauberskiej (Na 2 SO 4 · 10 H 2 O), a następnie przez odparowywanie roztworu

spowodowanie krystalizacji soli w przestrzeniach międzyziarnowych.

W skałach klastycznych nieporowatych, silnie scementowanych, typu zlepieńców,

piaskowców, mułowców itp., należy mikroskopowo określić skład mineralny spoiwa. Celem

wstępnych operacji związanych z przygotowanie próbki skały do rozdzielania jest usunięcie spoiwa.

Próbki skały o spoiwie ilastym wystarczy umieścić w naczyniu z wodą destylowaną i energicznie

mieszać, a następnie odszlamować. Skały o spoiwie węglanowym lub żelazistym, należy najpierw

rozkruszyć, np. w moździerzu Abbicha (rys. 1), a następnie podgrzewać na łaźni wodnej w słabym

roztworze HCl przez kilka lub kilkanaście godzin. Uzyskany sypki materiał należy przepłukać.

Manecki A., Muszyński M. 2005 - Rozdzielanie minerałów

Kłopotliwe jest usuwanie spoiwa krzemionkowego. Spoiwo opalowe można rozpuszczać, dygerując

rozkruszoną skalę w słabym roztworze NaOH lub KOH. Skały o spoiwie chalcedonowym kruszy

się mechanicznie, przeznaczając do rozdzielania frakcję o wielkości ziarn zbliżonej do rozmiarów

ziarn minerałów, które chcemy wyseparować. Trzeba jednak pamiętać, że odczynniki chemiczne

mogą zmieniać cechy lub niszczyć interesujące nas minerały.

Rys. 1. Moździerze używane do rozkruszania (rozdrabniania) skał i minerałów : I – stalowy, II –

agatowy lub nefrytowy, III – porcelanowy (mullitowy), IV i IV – udarowe: tzw. Abbicha, Plattnera

lub „diamentowy” (Va – moździerz zestawiony, Vb – moździerz rozłożony).

Skały ilaste. W celu wydzielenia grubiej ziarnistych minerałów z dającej się rozlasować

(słabiej zdiagenezowanej) skały ilastej należy próbkę umieścić w naczyniu z wodą destylowaną

i mieszać (często kilkanaście godzin) za pomocą mieszadła elektrycznego. Zdarza się, że minerały

ilaste trudno tworzą zawiesinę. Zaleca się wówczas stosować dyspergatory, np. 10% Na 2 CO 3 , 10-

25 % amoniak, Na 4 P 2 O 7 (pirofosforan sodu). Zwykle też konieczne jest wstępne usunięcie CaCO 3 ,

bezpostaciowej krzemionki oraz wodorotlenków Al i Fe, a także substancji organicznej spajającej

ziarna. Dokonuje się tego metodami selektywnej rozpuszczalności, a substancję organiczną utlenia

się za pomocą H 2 O 2 . Konieczne bywa niekiedy rozbicie agregatów mineralnych za pomocą

ultradźwięków, najlepiej w zawiesinie wodnej ultradźwiękami o częstotliwości około 22 kHz z

intensywnością 2-3 W/cm 2 .

Węgle . Substancję węglową można spalać w możliwie niskiej temperaturze, a zachowane

domieszki mineralne wydzielać z popiołu. Ponieważ obróbka termiczna może spowodować

przemiany niektórych minerałów, w przypadku niżej uwęglonych kaustobiolitów stosuje się

rozpuszczanie składników (po uprzednim rozdrobnieniu i ostrożnym utarciu) w pirydynie, fenolu

lub chloroformie.

Skały osadowe przesycone bituminami należy przemywać benzenem lub chloroformem aż

do usunięcia węglowodorów, a następnie postępować tak, jak w opisanych wyżej przykładach.

Skały magmowe i metamorficzne rozkrusza się ręcznie lub mechanicznie, przeznaczając do

rozdzielania frakcje o takiej wielkości ziarn, jak rozmiary ziarn minerałów planowanych do

wydzielania. Czynność tę musi wiec poprzedzać mikroskopowa identyfikacja minerałów i pomiar

wielkości ich ziarn.

Manecki A., Muszyński M. 2005 - Rozdzielanie minerałów

Metody rozdzielania

Metody separacji minerałów można ująć w kilka zasadniczych grup (tab. 1).

Tabela 1. Zestawienie metod rozdzielania minerałów.

L.p.

Metody

separacja ręczna - wykorzystująca różnice w niektórych cechach fizycznych składników

metody wykorzystujące różnice w gęstości składników:

- metoda szlichowa,

- metoda osadzania w cieczach ciężkich:

- pod wpływem siły ciężkości,

- pod wpływem siły odśrodkowej (przy użyciu wirówek próbówkowych),

- separacja magnetohydrostatyczna,

- separacja na stołach koncentracyjnych

metody wykorzystujące różnice w rozmiarach ziarn składników:

- metoda sitowa,

- separacja w nieruchomym medium pod wpływem siły grawitacyjnej (metody

sedymentacyjne),

- separacja w nieruchomym medium pod wpływem siły odśrodkowej (przy użyciu

wirówek próbówkowych),

- separacja w ruchomym medium:

- wirówki Sharplesa,

- cyklony i hydrocyklony,

- szlamowniki,

- elutriatory,

- pulsujące środowisko wodne

metody wykorzystujące różną podatność magnetyczną składników:

- przy użyciu magnesów trwałych,

- przy użyciu elektromagnesów

metody wykorzystujące różnice we własnościach elektrycznych składników

metody wykorzystujące różnice we własnościach powierzchniowych składników - metody

flotacyjne

metody wykorzystujące różnice we własnościach chemicznych składników:

- selektywne rozpuszczanie,

- selektywne utlenianie (spalanie)

Separacja ręczna - wykorzystująca różnice w niektórych cechach fizycznych składników

W przypadku mieszaniny luźnych ziarn minerałów orozmiarach powyżej 0,xmm,

różniących się barwą, pokrojem, łupliwością lub innymi cechami, można je rozdzielać za pomocą

igły preparacyjnej lub pęsety, w polu widzenia mikroskopu stereoskopowego (lupy bonokularnej).

W przypadku drobnych ziarn wybieranie ich można przyspieszyć stosując tzw. igłę próżniową

(wybieracz próżniowy), będącą rodzajem pipety podłączonej do pompy ssącej. Poszczególne ziarna

są zasysane do zbiorniczka umieszczonego poniżej wlotu pipety (rys. 2).

Manecki A., Muszyński M. 2005 - Rozdzielanie minerałów

Rys. 2. Igła próżniowa do wydzielania pojedynczych ziarn minerałów (wg Hoppego – patrz Rühle,

1973): 1 – igła do iniekcji o φ 1-2 mm, 2 – zbiorniczek, 3 – zawór, 4 – przewód, 5 – króciec do

podłączenia do pompy próżniowej.

Ze skał zwięzłych o większych rozmiarach ziarn mineralnych, przy ich wydzielaniu możemy

się posłużyć dłutem i młotkiem lub specjalną wiertarką.

Oddzielenia obłych ziarn (np. kwarcu) od płaskich blaszek (np. mik) można dokonać drogą

ich zsypywania po nachylonej powierzchni (np. arkuszu kartonu, płytce szklanej). Pierwsze z nich

stoczą się szybciej na dół, zaś drugie będą przemieszczać się wolniej lub przywrą do arkusza, skąd

mogą być zmiecione pędzelkiem.

Metody wykorzystujące różnice w gęstości składników

Metoda szlichowa . Nazwą szlich określa się koncentrat minerałów o dużej gęstości,

otrzymywany zazwyczaj w terenie jako wynik przemywania wodą luźnych skał okruchowych.

Metoda szlichowa jest stosowana przy poszukiwaniu okruchowych złóż złota, platyny i wielu

innych kopalin, głównie rud i kruszców. Szlichy otrzymuje się przez przemywanie próbek w

płaskich miskach drewnianych, metalowych lub porcelanowych. Czynność tę wykonuje się w

terenie (np. w potoku, rzece) lub w laboratorium. Rozdzielany materiał wsypuje się do miski,

zanurza w wodzie, a następnie wstrząsa go i przez ostrożne przechylenie miski spłukuje lekkie

minerały. Pozostały w misce koncentrat ciężkich minerałów (szlich) suszy się i waży.

Rozdzielanie szlichu na frakcje opiera się na różnicy wielkości ziarn i własności fizycznych

minerałów. W warunkach polowych minerały wchodzące w skład szlichu oznacza się na podstawie

określenia własności fizycznych (barwy, połysku, łupliwości, gęstości itp.), pokroju, najprostszych

reakcji chemicznych oraz za pomocą analizy dmuchawkowej. Dokładniejsze badania szlichu

wykonuje się w warunkach laboratoryjnych metodami mikroskopowymi i innymi, dobranymi w

zależności od potrzeby.

Metody osadzania w cieczach ciężkich

Rozdzielania w cieczach (ew. stopach) ciężkich dokonuje się w nieruchomym słupie cieczy,

wykorzystując działanie siły ciężkości, lub – znacznie rzadziej – stosując wirówki próbówkowe,

w których na ziarna mineralne oddziaływuje siła odśrodkowa.

Rozdzielanie w cieczach ciężkich należy do najpowszechniej stosowanych metod do rozdzielania

minerałów różniących się gęstością (tab. 2). Dobierając odpowiednie ciecze (ew. rzadziej stopy)

ciężkie (tab. 3) wykorzystuje się zjawisko, że minerały o gęstości większej niż gęstość użytej cieczy

(stopu) opadają na dno, a o gęstości mniejszej wypływają na jej (jego) powierzchnię. Minerały

rozdziela się w parownicach, krystalizatorach, lejkach lub specjalnych lejkach rozdzielczych, tzw.

Manecki A., Muszyński M. 2005 - Rozdzielanie minerałów

lejkach Harady (rys. 3). Rozdzielanie w specjalnych lejkach z bocznym odpływem i sprzężonych z

pompą może odbywać się w sposób ciągły. Optymalna frakcja do wydzielania minerałów ciężkich

to 0,04-0,5 mm. Frakcje drobniejsze od 0,04 mm wymagają bowiem zastosowania specjalnej

procedury, z użyciem wirówki próbówkowej, zaś grubsze od 0,5 mm - zawierają już zwykle

znikome ilości minerałów ciężkich.

Tabela 2. Zestawienie wybranych minerałów według wzrastającej ich gęstości

Minerał Gęstość (g/cm 3 ) Minerał Gęstość (g/cm 3 )

Minerał

ęstość (g/cm 3 )

opal

2,01-2,17

amfibole

2,85-3,60

staurolit

3,70-3,83

halit

2,16-2,17

dolomit

2,85-2,95

anataz

3,82-3,97

grafit

2,10-2,30

anhydryt

2,90-3,00

sfaleryt

3,90-4,20

trydymit

2,27

datolit

2,90-3,00

syderyt

3,96

gips

2,30-2,37

ankeryt

2,93-3,10

rutyl

4,20-5,50

glaukonit 2,40-2,95

aragonit

2,95-3,00

baryt

4,48

chalcedon 2,55-2,63

pirokseny 2,95-3,96

pirotyn

4,50-4,90

kwarc

2,65

turmaliny 3,03-3,25

cyrkon

4,60-4,70

ortoklaz

2,56-2,58

andaluzyt 3,10-3,20

ilmenit

4,60-4,90

mikroklin 2,56-2,58

szamozyt 3,03-3,96

markasyt

4,80-4,90

chloryty

2,50-3,96

apatyty

3,10-3,35

piryt

4,90-5,10

albit

2,62-2,64

zoisyt

3,15-3,37

magnetyt

4,90-5,20

oligoklaz

2,64-2,67

sillimanit 3,20-3,30

monacyt

4,90-5,50

andezyn

2,67-2,69

epidot

3,21-3,49

hematyt

5,20-5,30

labrador

2,69-2,71

oliwiny

3,35-4,12

kasyteryt

6,80-7,10

biotyt

2,70-3,25

allanit

3,40-4,20

galena

7,20-7,60

bytownit

2,72-2,74

tytanit

3,45-3,55

nikielin

7,80

kalcyt

2,72

topaz

3,50-3,60

srebro rodzime 9,60-12,00

anortyt

2,75-2,76

cyanit

3,53-3,67

platyna rodzima 14,00-19,00

muskowit 2,77-2,88

granaty

3,58-4,32

złoto rodzime 15,50-19,30

Inną metodą separacji minerałów ciężkich, która również bazuje na cieczach ciężkich jest

metoda Kreutza-Tokarskiego . Polega ona na tym, że w rozdzielaczu Kreutza-Tokarskiego (rys. 4)

zmienia się stężenie cieczy ciężkiej przez odparowanie rozpuszczalnika. W miarę jak ciecz zwiększa

swą gęstość minerały wypływają na powierzchnią, skąd są zbierane na bibułę.

Rozdzielanie przy użyciu cieczy ciężkich można też prowadzić w środowisku

dyfundującym. Środowisko dyfundujące otrzymuje się z cieczy ciężkich o różnej gęstości. Ciecze

te powinny się ze sobą łatwo mieszać w dowolnych stosunkach. Wlewając ostrożnie do

rozdzielacza, np. rury szklanej lub lejka Harady, ciecze ciężkie o stopniowo zmniejszającej się

gęstości otrzymuje się kolumnę rozdzielczą, w której po wsypaniu próbki następuje rozdział

minerałów według gęstości. Jeżeli ścianki rozdzielacza są kalibrowane, w kolumnie takiej można

z pewnym przybliżeniem określić objętość rozdzielonych minerałów.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: