Разделение минералов в тяжелых жидкостях производится по их удельным весам. Минералы тяжелее жидкости тонут, а более легкие всплывают. Практически в результате разделения навески в тяжелой жидкости получают два продукта — всплывшую и по­тонувшую фракции. Однако иногда небольшая часть зерен на­вески имеет удельный вес, равный удельному весу жидкости, в результате чего эти зерна равномерно распределяются по всему объему жидкости и частично загрязняют потонувшую и всплыв­шую фракции. Количество этой третьей фракции в большинстве случаев настолько незначительно, что при подсчете результатов разделения им пренебрегают.

В зависимости от вязкости жидкости, размера и удельного веса зерен разделение происходит с той или иной скоростью. Чем выше скорость оседания (всплывания) частиц в жидкости, тем быстрее происходит разделение. Скорость осаждения зерен в тя­желых жидкостях прямо пропорциональна разности между удельным весом зерна и жидкости, силе, под действием которой происходит осаждение, и обратно пропорциональна вязкости жид­кости:

В зависимости от размера зерен, разности в удельных весах жидкости и разделяемых минералов, а также вязкости жидкости применяют разделение простым отстаиванием (в стаканах, дели­тельных воронках и т. д.) и центрифугальное разделение (в пе­риодически и полунепрерывно действующих центрифугах).

Тяжелые жидкости, используемые для разде­ления. Набор тяжелых жидкостей, которые могут быть исполь­зованы в работе, довольно обширен, однако практическое приме­нение в лабораторных условиях получили только некоторые из них. Все они в большей или меньшей степени ядовиты.

Разделение в микропаннере

Для выделения мономинеральных фракций из навесок малого веса Л. Д. Мюллером был предложен микропаннер, представ­ляющий собою модификацию концентрированного стола, у кото­рого дека свободна от нарифлений и имеет V-образное сечение (рис. 30). Дека закреплена хомутиками на вале, вдоль которого она вибрирует от специального приводного устройства.

Выделение минералов в магнитном поле

Общие сведения

В минералогии все минералы по их магнитным свойствам при­нято делить на четыре группы: сильномагнитные, притягиваю­щиеся обычным постоянным магнитом; среднемагнитные, отде­ляющиеся электромагнитом при небольшой силе тока; слабомаг­нитные, отделяющиеся электромагнитом при большой силе тока, и немагнитные (табл. 10).

Для разделения минералов по магнитным свойствам применя­ются простые магниты, универсальные постоянные магниты сис­темы Сочнева, электромагниты системы Окунева, типа БИТ и маг­нитные сепараторы.

Простейшие конструкции магнитов

Универсальный магнит А. Я. Сочнева марки С-5 (рис. 31) имеет четыре рабочих зоны (полюса) и позволяет выделять четыре магнитные фракции: сильномагнитную (магнетитовую), среднемагнитную (ильменитовую), слабомагнитную (гранат-вольфрамитовую) и очень слабо­магнитную (монацитовую).

Для разделения минералов их рассыпают тонким слоем на стекле и поочередно каждым полюсом, начиная от самого слабого, выделяют минералы различной восприимчивости.

О. В. Щербак предложил конструкцию постоянного маг­нита и электромагнита, где применено вращение многополюсных постоянных магнитов или наконечников на сердечниках электромагнита относительно неподвижного распределительного устрой­ства «улитки», укрепленной на основании магнита. Смесь минералов и магнитная фракция двигаются по двум изолированным каналам, которые образуются в полости улитки тонкой перегородкой. При движении смеси ми­нералов от бункера магнитные минералы притягиваются зубцами магнита к внутренней стенке улитки и поднимаются вверх по кругу, перемещаясь в сторону выходного канала. При этом происходит и одновременная очистка минералов.

По данным авторов, магнитная фракция выделяется из смеси практически полностью, и магнит в силу непрерывности действия является высокопроизводительным.

Ленточные и роликовые сепараторы

Магнитная сепарация в лабораториях может проводиться ме­ханически на сепараторах различной конструкции. Ленточный ла­бораторный сепаратор приспособ­лен для разделения мелкозернистого материала.

Более удобен роликовый электромагнитный сепаратор, образует магнитное поле напряженностью до 12 тыс. э. Он может быть использован для разделения слабомагнитных минералов.

Специальные приемы магнитной сепарации и электрохимическая сепарация

Метод прокаливания. Прокаливание в окислительных или восстановительных условиях может изменять магнитную про­ницаемость некоторых железосодержащих минералов и в комби­нации с магнитной и электромагнитной сепарацией способство­вать их выделению в мономинеральные фракции.

Электрохимически – магнитная и электрохимическая сепарация минералов применяются в тех случаях, когда удельные веса минералов слишком высоки для разделения в тяжелых жидкостях.

Эти методы сепарации минералов основаны на различии электропроводности минералов. Минералы по способности про­водить электрический ток условно делятся на три группы: непро­водники, полупроводники и проводники (табл. 13). Величины удельного сопротивления даже у одного и того же минерала мо­гут значительно колебаться в зависимости от примесей (железо, марганец и др.).

Метод электрохимически-магнитного разделения непроводя­щих минералов от минералов-проводников предложен X. С. Вин-центом. На поверхности минералов-проводников электрохими­ческим методом наносится железная пленка, придающая минера­лам магнитные свойства, благодаря чему их можно оттянуть магнитом.

Выделение сияьномагнитных минералов в бегущем магнитном поле

было предложено В. И. Кармазиным и В. В. Крутий. С. С. Лапиным на этом же принципе был сконструирован гидромагнитофугальный анализатор для магнетитовых проб.

Название прибора обусловило сочетание мокрой магнитной сепарации с центрифугальным сгущением её продуктов.

Флотационное разделение минералов

Общие сведения

Разделение минеральных смесей флотационным методом про­исходит в результате преимущественного перехода в пену одних минералов (плохо смачиваемых), с оставлением в подпенном про­дукте других (хорошо смачиваемых).

Для успешного проведения флотационного разделения мине­ралов необходимо пользоваться достаточно хорошо подобранным сочетанием флотационных реагентов.

Флотационные реагенты-собиратели создают или усиливают гидрофобность (несмачиваемость) поверхности; их действие уси­ливается в присутствии реагентов-активаторов. Флотационные реагенты-подавители создают или усиливают, гидрофильность (смачиваемость) поверхности минерала. Флотационные реагенты-регуляторы обеспечивают или усиливают избирательное действие собирателей, подавителей и активаторов на поверхности различ­ных минералов. Наконец, реагенты-пенообразователи облегчают создание обильной и достаточно устойчивой пены.

Флотация осуществляется в аппаратах различной конструк­ции, общим признаком которых является возможность создания водо-воздушиой смеси с ее последующим расслоением на пенный и непенный продукты. Во флотационных машинах, описываемых ниже, имеется вращающийся импеллер, засасывающий воздух в пульпу. К воздушным пузырькам прилипают гидрофобизирован-ные соответствующими реагентами минеральные зерна. Они поды­маются пузырьками на поверхность ванны, где образуется пена, снимаемая по мере накопления.

При флотационном разделении минеральных смесей могут быть достигнуты достаточно высокие - количественные показа­тели разделения минералов. Это относится не ко всем возможным в практике минералогического анализа случаям.

До последнего времени флотация мало применяется для выде­ления мономинеральных фракций; ее возможности оценены геоло­гами недостаточно полно. В качестве наиболее яркого примера преимуществ флотационного метода упомянем о выделении слюды из гранитов флотацией с реагентами ИМ-11 или АНП, когда удается простым приемом выделить слюду в достаточно чистый про­дукт в самом начале обработки пробы. Выделение талька, молиб­денита и ряда других минералов, осуществляемое флотацией достаточно селективно, заставляет считать этот метод выделения мономинеральных фракций исключительно перспективным.

Флотационные машины серийного выпуска

Наиболее старой конструкцией является камера с разделен­ными по вертикали агитационными и отстойными отделениями.

Флотационная машина (ФЛ) с такой камерой в исполнении завода «Геоприборцветмет» показана на рис. 40. Она состоит из камеры 1, в которой вращается импеллер 2, укреплен­ный на валу 5, в подшипниках 6 и стойке 3. Крепление камеры к стойке осуществляется винтом 4. Перегородка не доходит до дна.

Вращение мешалки в камере осуществляется ременным приводом от мотора 8 через ступенчатые шкивы 7 и 9 и блоки 10. Направ­ление вращения подбирается с таким расчетом, чтобы обеспечить циркуляцию пульпы по часовой стрелке. При этом пульпа из отстойной камеры, опускаясь вниз, проходит через нижнюю щель, насыщается воздухом в агитационном отделении и выбрасывается в отстойное отделение через верхнюю щель под козырьком. Воздушные пузырьки образуют слой пены, кото­рый по мере образования снимается скребком. Козырек служит для предохранения пены от разрушения струей пульпы.

Основные факторы, определяющие

результаты флотационного разделения

1. Гранулометрическая характеристика мате­риала. Чем более раскрыты зерна мине­ралов в навеске, тем более высоки количественные и качествен­ные результаты разделения. Однако улучшение раскрытия мине­ралов не следует производить за счет переизмельчения.

2. Реагентный режим является наиболее важным фактором, влияющим на результаты флотации. Для разделения каждой данной смеси минеральных зерен должен применяться свой реа­гентный режим (набор флотореагентов, количество и порядок их дозировки, а также время, необходимое для перемешивания пульпы с реагентами).

3. Важным условием успешного разделения минералов во многих случаях является поддержание определенной щелочности (кис­лотности) пульпы, характеризуемой величиной рН.

4. Плотность пульпы необходимо поддерживать в интер­вале 25—30% твердого продукта, хотя в ряде случаев и более разжиженные пульпы могут дать хорошие результаты.

5. Аэрация пульпы (насыщение пульпы воздухом) в ряде случаев может значительно повлиять на результаты флотации. Некоторые минералы для своей флотации требуют повышенной аэрации пульпы, но такой минерал, как ильменит, наоборот, тре­бует интенсивного перемешивания без повышенного засоса воз­духа.

6. Время флотации для различных реагентных режимов и флотируемых минералов различно и колеблется от 3 до 30 мин и более. Чрезвычайно важно в ходе флотацибнного опыта после­довательно собирать пену в различные приемники, поскольку, как правило, качество пенного продукта меняется во времени. После­дующим просмотром под бинокуляром определяют, какие части могут быть объединены.

Использование избирательной растворимости

минералов в различных реактивах

для выделения мономинеральных фракций

При тесном прорастании одного минерала в другом, если механическими методами разделить их не удается, а раствори­мость этих минералов в различных кислотах или щелочах раз­лична, один из минералов смеси можно получить в чистом виде, растворив все другие. Растворимость зависит от природы мине­рала и растворителя. Она обычно повышается при повышении температуры.

На разложение минерала кислотами большое влияние оказы­вает состояние получающихся в результате реакции продуктов.

Разложение идет особенно хорошо в случае образования га­зообразной фазы (H2S, СО2, Сl2 и др.) и легко растворимой соли металла (хлорида, сульфата и т. п.). Наоборот, появление в ка­честве конечного продукта труднорастворимой соли сильно за­трудняет реакцию разложения. Выпадая в виде твердой фазы, осадок покрывает минерал труднорастворимой пленкой и изоли­рует его от дальнейшего действия реагента.

Нередко происходит частичное разложение минерала сопровождающееся одновременным вы­падением новообразования в виде труднорастворимого осадка

(например:SiO2, РbС12, WO3 и др.), часто в коллоидном состоянии.

Для избирательного разложения минералов можно использовать сильные кислоты как в чистом виде, так и в виде смесей, а также сильные щёлочи.

Электрические методы

Электростатическая сепарация

При электростатической сепарации минералы разделяются в зависимости от их проводимости Механизм сепарации можно представить себе следующим об­разом. Все минералы в электростатическом поле поляризуются и притягиваются к электроду. Частицы непроводящих минералов осаждаются на электроде, а частицы проводящих — передают свой заряд электроду, заряжаются одноименно с электродом и отталкиваются от него. Если смесь минеральных зерен загружа­ется в сепаратор в пространство между двумя электродами, ближе к одному из них, выполненному в виде вращающегося ме­таллического барабана, то непроводящие минералы увлекаются поверхностью барабана и могут собираться в отдельный прием­ник, если их счищать с этой поверхности, а проводящие — оттал­киваются от барабана и улавливаются в другой приемник. Под­ставив между этими двумя крайними приемниками несколько дру­гих, можно получить фракции минералов со средними характеристиками проводимости.

На проводимость минералов влияют и различные примеси. Поэтому одни и те же минералы, полученные с разных месторождений, а иногда и с различных участков одного и того же месторождения, могут вести себя при электрической сепарации по-разному.

Диэлектрическая сепарация

Диэлектрическая проницаемость является одной из важных физических констант минералов, не проводящих электрического тока.

Принцип разделения минералов по диэлектрической проницае­мости заключается в следующем. В сосуд наливают жидкость с диэлектрической проницаемостью ( ε ), равной средней величине проницаемости разделяемых минералов. Затем в этот сосуд засы­пают смесь минералов и вставляют электроды, вмонтированные в эбонитовый патрон. Концы электродов присоединены к вторич­ной обмотке трансформатора с переменным напряжением. При прохождении тока минералы с высшей диэлектрической проницае­мостью отталкиваются к электродам, а минералы с низшей ди­электрической проницаемостью отталкиваются от них. Возникаю­щая сила притяжения или отталкивания равна: