Курс лекций по предмету «Технология обогащения нерудных полезных ископаемых» для магистров по специальности 5А540205 «Обогащение полезных ископаемых»

Вопросы для повторения:
1) Какая разница между металлическими и неметаллическими рудами?
2) Технологическая классификация полезных ископаемых.
3) Основные технические требования при применении сырья
4) Каково значение обогащения полезных ископаемых?
Лекция 2


Характеристика алмазов и методы извлечения алмазов


План:
1. Общая характеристика алмазов.
2. Характеристика руд и россыпей месторождений алмазов.
3. Методы извлечения алмазов.


Цель занятий: Ознакомить магистров с основными характеристиками и методами извлечения алмазов


1. Алмаз представляет собой одну из кристаллографических модификаций чистого углерода. Бесцветные разновидности алмазов содержат очень мало примесей (0,001—0,06 %), в ок­рашенных и непрозрачных алмазах их содержание может дос­тигать нескольких процентов. Кристаллы алмазов правиль­ной формы встречаются сравнительно редко, основная масса их имеет искаженную форму. Несмотря на высокую твердость (10 по шкале Мооса), алмаз хрупок. Средняя плотность алма­зов равна 3520 кг/м³.
Аполярный характер углерода предопределяет понижен­ную смачиваемость алмаза водой, т. е. его гидрофобность. Алмазы из коренных месторождений обычно имеют чистую поверхность, обладающую значительной гидрофобностью, алмазы из россыпных месторождений чаще покрыты пленкой, которой и объясняется хорошая смачиваемость их водой.
Абсолютно прозрачные алмазы — голубовато-белые кри­сталлы, или алмазы «чистой воды» — довольно редки и очень дорого ценятся. В настоящее время алмазы можно окраши­вать в голубой цвет искусственно — путем соответствующей бомбардировки электронами или гамма-лучами.
Под действием некоторых лучей алмазы излучают види­мый свет — люминесцируют. В обогатительной практике применяют в основном рентгеновские лучи, которые обеспе­чивают высокую селективность и почти полное свечение в них кристаллов алмаза.
Алмаз не магнитен, но отдельные его разновидности об­ладают слабыми парамагнитными свойствами, близкими к свойствам кварца.
Обычные алмазы не электропроводны, но некоторые раз­новидности обладают пиро и пьезоэлектрическими свойст­вами. В результате облучения отдельных кристаллов алмаза ультрафиолетовыми лучами или другими лучами они приоб­ретают свойство фотопроводимости — начинают заметно проводить электричество. При трении кристаллов о сукно они электризуются положительным зарядом.
Алмазы не растворяются в кислотах и царской водке да­же при нагревании. В расплаве соды или калиевой селитры или при кипячении со смесью двухромового калия и сер­ной кислоты поверхность алмаза окисляется. Алмаз хорошо проводит тепло. При нагревании без доступа воздуха до 2000—3000 °С алмаз переходит в графит.
Крупность алмазов измеряется в метрических каратах; один метрический карат равен 0,2 г. Кристаллы крупнее 1 ка­рата встречаются редко.
По назначению алмазы разделяют на ювелирные и тех­нические.
Ювелирные алмазы должны иметь совершенную форму, высокую прозрачность, красивую и равномерную окраску без трещин и включений. После огранки ювелирные алмазы на­зывают бриллиантами.
К техническим относят алмазы, непригодные для юве­лирных целей. Среди них различают несколько сортов: борт, карбонадо, баллас. В число технических алмазов включают также алмазы ювелирного размера, но не обладающие каче­ствами, позволяющими использовать их как ювелирные.
К бортам относят недостаточно чистые камни или срост­ки кристаллов. Карбонадо — разновидность алмазов мелко­кристаллической структуры и темной окраски: от черного до темно-серого. Балласы — это те же борты, но шарообразной формы.
Исключительные оптические свойства алмазов поставили их на первое место среди других драгоценных камней.
Алмазы нашли широкое применение в машинострои­тельной, авиационной, автомобильной, станкостроительной, электронной, электротехнической, горно-добывающей и дру­гих отраслях промышленности, где требуется большая ско­рость и точность обработки металлов и других материалов, а инструмент из самой твердой легированной стали оказывает­ся недостаточно прочным.
В настоящее время осваивается производство искусствен­ных алмазов высокой прочности для изготовления алмаз­ных инструментов, пригодных для резки особо твердых мате­риалов.
2. Алмазы добывают из коренных и россыпных месторож­дений. Среди коренных месторождений различают два типа — кимберлитовый и перидотитовый. Все известные промыш­ленные месторождения алмазов принадлежат к кимберлито-вому типу. Кимберлиты залегают в месторождениях преиму­щественно в виде трубчатых тел, реже встречаются жилы и дайки. Диаметр трубок изменяется от 40 до 60 м.
Трубки заполнены ультраосновной глубинной плотной туфообразной породой — кимберлитом, главной составной частью которой является оливин. Помимо оливина, в состав кимберлита входят пироп (красно-фиолетовый гранат), хром-диопсид (моноклинный пироксен), шпинель, хромит, корунд, рутил, ильменит, кальцит, доломит, халцедон и другие извер­женные, метаморфические и осадочные породы.
Содержание алмазов в отдельных частях трубок подвер­жено большим колебаниям. В наиболее богатых трубках оно достигает нескольких карат на 1 м³ породы. С глубиной со­держание алмазов обычно уменьшается.
Среди алмазных россыпей выделяют: элювиальные, де­лювиальные, ложковые и морские россыпи. Современные россыпи состоят большей частью из рыхлых пород — гравия, песка и глины.
Основным источником добычи алмазов из россыпей яв­ляются аллювиальные россыпи. Длина их обычно не превы­шает нескольких километров при ширине 100—200 м. Мощ­ность алмазоносного пласта небольшая: 0,2—0,8 м и редко более I м. Среднее содержание в разрабатываемых россыпях обычно не ниже 0,1 кар/м³.
Прибрежно-морские россыпи широко распространены вдоль атлантического побережья Африки. Содержание алма­зов местами достигает 100—200 кар/м³. Обычно же в разраба­тываемых россыпях оно находится в пределах 0,5 кар/м³
Алмазы из каждого месторождения отличаются типич­ной формой кристаллов. Типичны также цвета и оттенки камней.
Важной характеристикой является содержание спутников в алмазоносном материале месторождения. К спутникам от­носят минералы и породы плотностью более 2950 кг/м³. Со­став спутников влияет на выбор процессов и может влиять на степень концентрации при обогащении этими методами руд и россыпей.
3. Извлечение алмазов отличается от извлечения других по­лезных ископаемых некоторыми особенностями, обусловлен­ными чрезвычайно низким содержанием ценного компонента, по сравнению с другими видами минерального сырья, и его свойствами. В рудах и россыпях одна часть алмазов прихо­дится в среднем на 20 млн частей руды. В процессе обработки руды необходимо осторожно применять операции дробления и измельчения ввиду хрупкости алмазов и резкого снижения их ценности с уменьшением размеров кристаллов; алмазы нельзя нагревать в воздухе до высоких температур и, следова­тельно, для их извлечения не могут быть использованы про­цессы обжига, плавки, возгонки и др.
Большая стоимость алмазов требует применения таких процессов, которые обеспечили бы высокую степень извлече­ния. Иногда один только кристалл высокого качества, остав­шийся в хвостах, представляет собой крупные потери.
Технология извлечения алмазов обычно включает про­цессы: дезинтеграции исходного сырья для освобождения ал­мазов от их связи с другими компонентами; получения пер­вичных концентратов, в которых сконцентрированы алмазы; извлечения алмазов из первичных концентратов. При обога­щении кимберлитов и песков россыпных месторождений применяют в основном одни и те же процессы.
Для получения грубых концентратов используют грави­тационные процессы, основанные на несколько большей плот­ности алмаза, по сравнению с минералами пустой по­роды.
Обработка гравитационных концентратов для сокраще­ния их объема и извлечения алмазов осуществляется различ­ными методами. Для этой цели используют обогащение на липких поверхностях (жировой процесс), электрическую сепа­рацию, избирательное измельчение, рентгенолюминесцентную сепарацию, пленочную флотацию, разделение в тяжелых жидкостях, ручную сортировку и другие методы обогащения.