Стандартные образцы состава горной породы, руды, минералов

 

Для определения химического состава вещества горных пород, руд и минералов широко применяют как химические, так и физические методы химического анализа.

Для проведения химического анализа проб вещества этих объектов методом титриметрии должны быть приготовлены стандартные растворы титранта, для проведения химического анализа физическими методами должны быть приготовлены градуировочные твердые, жидкие или газообразные смеси. Как стандартные растворы, так и градуировочные смеси готовят из веществ сравнения – химических реактивов высокой степени чистоты или из стандартных образцов состава вещества.

Наиболее достоверные результаты анализа получаются при использовании веществ сравнения – стандартных образцов химического состава (СОС) горных пород, руд и минералов. Стандартные образцы состава минерального сырья представляют собой специальным образом приготовленные образцы вещества горных пород, руд или минералов, в которых с необходимой точностью установлено содержание всех или некоторых компонентов. В России СОС классифицируют по точности установления в них содержания компонентов. Наивысшая точность содержания компонентов установлена для государственных стандартных образцов состава вещества (ГСО), менее точно – для отраслевых стандартных образцов (ОСО), ещё менее точно – для стандартных образцов состава вещества предприятий (СОП). При отсутствии в продаже ГСО или ОСО могут быть использованы СОП.

СОП может изготовить любая аналитическая лаборатория в виде смеси химических реактивов, отражающих химический состав вещества горных пород, руд или минералов. Эти образцы могут быть использованы в лаборатории как вещества сравнения для выполнения химических анализов и в качестве рабочих эталонов для оценки качества результатов анализа.

Изготовление стандартных образцов состава минерального сырья заключается в отборе вещества, его измельчении и перемешивании (гомогенизации), оценке однородности распределения компонентов в пробе вещества, установлении содержания компонентов на основании проведения межлабораторного аттестационного анализа.

Процесс изготовления стандартных образцов состава минерального сырья является чрезвычайно трудоёмким. Первое важное требование, предъявляемое к стандартным образцам состава минерального сырья – это однородность по химическому составу вещества. Для этого пробу минерального сырья необходимо перевести в порошкообразное состояние с размером частиц менее 1 мм. Однако, отдельные компоненты в зависимости от их физических свойств переходят в процессе дробления и измельчения в ту или иную фракцию готового вещества. Межфракционные различия состава наиболее существенно влияют на химическую однородность вещества стандартных образцов, так как зерна разной крупности склонны к сегрегации в процессе смешивания, транспортировки и использования образца. Неоднородность фракционного состава может привести к значимым различиям в химическом составе отдельных проб от аттестованного содержания компонентов.

После измельчения вся масса пробы усредняется в смесителях различных конструкций (вращающийся стол, конусные смесители и др.). Для изготовления стандартных образцов предприятий отбирают вещество массой в несколько килограммов (3~5 кг). Усреднение такай массы не требует использования специального оборудования и может быть достигнуто известными приемами (методами кольца и конуса).

Второе важное требование, предъявляемое к стандартным образцам состава, – это требование сохранения аттестованных значений содержания компонентов в пределах установленной погрешности в течение установленного срока годности образца.

Нарушение стабильности аттестованных значений содержания компонентов в стандартных образцах состава минерального сырья и горных пород может быть вызвано разными причинами. Так, существует опасность расслоения порошка. Расслоение может происходить из-за различия в плотности, размерах, конфигурации частиц, под действием поверхностных эффектов, электростатических сил и т. д. Расслоению способствует также вибрация, воздействию которой подвергаются в разной степени все стандартные образцы, начиная с момента изготовления и далее при транспортировке, хранении и использовании. При дополнительной обработке, например, дополнительном измельчении отобранной части стандартного образца, следует исключить возможность внесения загрязнений из истирающих механизмов или ступок (лучше всего дополнительно истирать пробу в агатовой ступке).

Химический состав порошковых проб изменяется со временем. Это связано с тем, что между находящимися в твердом состоянии компонентами протекают, хотя и медленно, твердофазные химические реакции. Наиболее подвержены изменениям за счет процессов окисления сульфидные руды. Скорость изменения содержаний цинка, меди, свинца, их форм нахождения в сульфидных рудах различных месторождений зависит от минерального состава, структурных особенностей руды, крупности частиц, условий хранения. Однако и в других природных объектах, таких как бокситы, железная и оловянная руда, под воздействием различных факторов (паров HCl, СО₂, Н₂О и повышенной температуры) происходят значительные изменения их минерального состава и агрегатного состояния. Любое изменение минерального или химического состава, а также агрегатного состояния стандартного образца приводит к тому, что он перестает быть веществом сравнения – мерой количества определяемого компонента («эталоном»).

Поэтому стандартные образцы хранят в условиях, исключающих вибрацию, в чистом и сухом помещении, свободном от пыли и агрессивных газов. Гигроскопичные в порошкообразном состоянии стандартные образцы перед употреблением должны быть высушены при соответствующей температуре до постоянной массы. Банки со стандартными образцами при хранении должны быть плотно закрыты.

Аттестуемые значения содержаний компонентов и погрешность аттестации получают путём многократных определений в нескольких (более 6-и) лабораториях и статистической обработкой результатов аттестационных анализов. Она включает в себя расчет средних содержаний компонентов, исключение аномальных результатов, проверку гипотезы о нормальности эмпирического распределения независимых средних результатов; расчет общего среднего, являющегося аттестованным содержанием данного компонента, и оценку погрешности аттестации (обычно с доверительной вероятностью 0,95).

 

Содержание меди в рудах составляет менее 1 %. Для таких объектов применяют физические методы химического анализа. Химические методы химического анализа применяют в основном для анализа состава минералов при содержании минералообразующих элементов в них более 1 %.

Из химических методов определения минералообразующих элементов в минералах, таких как медь, сурьма, цинк, олово, мышьяк, селен, теллур, применяется метод йодометрии.