СПОСОБ ЭКСПРЕССНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТЕПЕНИ ОКИСЛЕННОСТИ СУЛЬФИДНЫХ РУД Российский патент 1997 года по МПК G01N27/26 G01V11/00 

Изобретение относится к методам экспресс-анализа горнорудной массы (ГРМ) в коренном залегании и в транспортных емкостях при проведении поисково-разведочных и эксплуатационных работ на сульфидных и золотосульфидных месторождениях.

Известно, что критерием для отнесения золотосульфидных руд к определенным технологическим типам: окисленным, частично окисленным и первичным является степень окисления железа в геологических пробах, определенная фазовым анализом. Зеленов В. А. Методика исследования золото- и серебросодержащих руд. М. Недра, 1989).

Такой способ является трудоемким и обладает низкой оперативностью получения результатов, а его применение для сортировки ГРМ по технологическим сортам в процессе горной добычи экономически нецелесообразно.

В качестве прототипа способа экспрессного определения степени окисленности сульфидных руд можно использовать авт. св. N 182255 Способ геофизического исследования скважин. (Опубл. 25.05. 1966. Бюл. N 11).

Сущность известного способа заключается в том, что в скважине производят искусственную обработку ее стенок химическим реагентом, например соляной кислотой, усиливающей окислительно-восстановительный потенциал за счет перевода нерастворимых минеральных форм элементов с переменной валентностью в растворимое состояние, и через некоторое время необходимое для растворение пород, измеряют новое значение окислительно-восстановительного потенциала по схеме потенциала собственной поляризации (ПС).

Практическое применение известного способа каротажа для оценки степени окисленности возможно, если сопоставлять данные ПС до и после обработки химическим реагентом тех скважин, которые пересекают рудные интервалы. Этот способ также может быть применен для оценки степени окисленности ГРМ, загруженной в транспортную емкость.

Существенным недостатком известного способа является необходимость использования химического реагента дополнительно окисляющего ГРМ. Измерение ПС выполняют после некоторой задержки, чтобы окислительно-восстановительные процессы стабилизировались. Использование химического реагента увеличивает затраты и ухудшает локальную экологическую обстановку в зоне рудоконтрольной станции (РКС) и на складах ГРМ. Временная задержка перед измерением ПС не обеспечивает экспрессности на РКС, что вызывает снижение производительности горной добычи. В условиях работающего карьера наблюдаются интенсивные электрические помехи, обусловленные работой горнодобывающей техники, что предъявляет высокие требования к помехозащищенности измерительной аппаратуры.

Отмеченные выше недостатки известного способа определили техническую задачу создания способа для определения степени окисленности сульфидных руд, который бы позволил упростить измерительную аппаратуру, полностью исключить возможность нарушения экологической обстановки. Одновременно с этим обеспечил высокую экспрессность оценки степени окисленности и тем самым позволил бы оперативно вести управление качеством добычи.

Техническая задача решается предлагаемым изобретением, согласно которому достигается высокий технический результат от его использования, благодаря предварительному выделению руды из общего потока ГРМ по данным рентгенорадиометрических измерений, благодаря тому, что стабилизированный по току импульс пропускается через питающие электроды, введенные в ГРМ или контактирующие с рудой в скважине и с помощью которых затем регистрируют скорость спада потенциала вызванной поляризации (ВП). При этом величина потенциала ВП имеет высокое значение и для ее регистрации не требуется использование сложных схем усиления и их помехозащищенность.

Сущность предлагаемого изобретения, обеспечивающего решение поставленной задачи с достижением технического результата заключается в следующем.

Согласно изобретению предлагается способ экспрессного определения степени окисленности сульфидных руд.

Способ экспрессного определения степени окисленности сульфидных руд, заключающийся в измерении потенциала поляризации двумя электродами с разными стандартными электродными потенциалами, контактирующими с анализируемой рудой, отличающийся тем, что предварительно по рентгенорадиометрическим измерениям выделяют рудную зону и оценивают качественно степень окисленности по величине мощности электрического поля, создаваемого анализируемой рудой и измерительными электродами, воздействуют на руду двумя стабилизированными по току импульсами через фиксированный промежуток времени, после прекращения воздействия каждого импульса регистрируют скорость спада потенциала ВП в двух интервалах его значения, соответствующих сортовой градации руд по степени окисленности для данного месторождения и по разности скоростей спада определяют коэффициент окисленности К_ок по формуле:

q_ок= a₁•ΔVIIВП

±a₂•ΔVIВП содержание полезных компонентов в окисленной руде,
q_оп= a₃•ΔVIВП±a₄•ΔVIВП содержание полезных компонентов в неокисленной руде,
ΔVIВП,ΔVIIВП разность скорости спада потенциала ВП, после пропускания первого и второго импульса тока, в первом и во втором интервале регистрации,
а₁ и a₃ коэффициенты пропорциональности,
а₂ и a₄ коэффициенты, учитывающие взаимовлияние.

На фиг. 1 и 2 приведены схемы измерений в условиях разведочноэксплуатационных скважин и в автосамосвалах.

На фиг. 3 и 4 показаны экспериментальные зависимости коэффициента К_ок от величины потенциала ВП через 6 мс, после окончания каждого импульса тока.

На фиг. 5 и 6 приводятся результаты каротажа двух скважин, полученные с использованием предлагаемого способа.

На фиг. 1 показана упрощенная схема -конструкция зонда, опускаемая в скважину, содержащая электроды 1, закрепленные на рессорах и соединенные с наземным контрольно-измерительным пультом 2.

На фиг. 2 приведена схема конструкции и измерений на рудоконтрольной станции (РКС). Электроды 1 вводятся с помощью или гидрозадавливателя, или специального электромеханического устройства 3 в дробленную ГРМ, загруженную в транспортные емкости (автосамосвалы, шахтные вагонетки, железнодорожные вагоны).

Основой способа оценки степени окисленности сульфидных руд является зависимость величины потенциала ВП от содержания сульфидной формы полезного компонента. На фиг. 3 приведена такая зависимость, где с уменьшением коэффициента окисленности, т.е. с увеличением содержания сульфидов при сохранении общего содержания полезного компонента (окисленная плюс неокисленная форма) значение потенциала ВП возрастает. Потенциал ВП также будет возрастать при увеличении содержания полезного компонента (окисления плюс неокисленная форма) значение потенциала ВП возрастает. Потенциал ВП также будет возрастать при увеличении содержания полезного компонента в окисленной форме, но характер роста будет отличаться от неокисленных руд.

Для сокращения затрат предварительно выделяют рудные интервалы в скважине или рудные емкости в потоке ГРМ. Для этого используют рентгенорадиометрические измерения, т. е. анализируемый объект облучают низкоэнергетическим гамма-излучением и регистрируют рентгеновское, характеристическое излучение отдельных элементов, входящих в состав минералов. В зависимости от содержания этих элементов (Fe в пирите: Fe, Cu в халькопирите: Pb в галените и другие) анализируемый объект относят к руде, забалансовой руде или пустой породе.

В зоне окисления сульфидных руд протекают сложные физико-химические процессы различной интенсивности с участием материала электродов. При различном значении их стандартного электродного потенциала во внешней цепи может протекать электрический ток за короткий период времени, т.е. на нагрузке может выделяться мощность.

Исходя из такой предпосылки можно предварительно и только качественно оценить наличие окисленных рудных интервалов по величине мощности, выделяемой на сопротивлении нагрузки при протекании через него естественного тока.

Такой метод на практике апробировался с использованием обычного комбинированного прибора (тестера) типа Ц 4324 и двух электродов (медного и алюминиевого), прижимаемых с помощью рессор к стенке скважины. Электроды соединены каоксиальным кабелем с наземным приборов (Ц 4324). Каротаж выполнялся с шагом 0.5 м. Сначала измерялась разность потенциалов поляризации ΔU_пс, затем ток J_пс при замыкании электродов на шунт измеряемого диапазона прибора Ц 4324 и мощность оценивалась по формуле:
W_пс= ΔU_пс•J_пс;
Ток измерялся в течение 50-60 с, после переключения с измерения ΔU_пс в виде усредненного значения. После измерения J_пс, прибор переключался на измерение ΔU_пс и электроды перемещались на следующую точку и цикл операций повторяется.

Таким упрощенным методом можно качественно выделять зоны окисленных сульфидных руд по повышенным значениям мощности W_пс (см. фиг. 5 и 6, кривая 5).

Количественные определения степени окисленности и сульфидных руд будут искажаться влиянием поляризации измерительных электродов. Известно, что разность электродных потенциалов пары заземленных железных шпилек может достигать десятков и даже первых сотен милливольт, а ее изменение в течение нескольких минут единиц и первых десятков милливольт, в то время как у латунных электродов эти величины почти на порядок меньше. (Электроразведка. Справочник геофизика. М. Недра. 1980, с. 62).

Для уменьшения этого влияния целесообразно вести измерения не величины потенциала ВП, а скорость его спада (V_вп). Малое изменение скорости спада потенциала поляризации электродов позволит исключить его влияние путем измерения разности скоростей спада потенциала ВП от двух импульсов тока, возбуждающих среду через короткий (не более 1-2 мин), фиксированный промежуток времени.

Предлагаемый способ экспрессного определения степени окисленности сульфидных руд реализуется на практике в виде такой последовательности операций.

Электроды вводятся в контакт с рудой и через них пропускается первый стабилизированный импульс тока. На практике это 3.5 ма, длительность импульса 5.0 с и выбрана исходя из требований чувствительности определений на данном месторождении. По окончании действия импульса тока, автоматически за 6.0 мс (время переключения) электроды подключались к входу усилителя. Одновременно с коммутацией электродов включается регистрирующий прибор, где измеряется скорость его спада, которая представляется в виде суммы нормализованных по длительности импульсов (N_вп), с амплитудой в интервале значений потенциала ВП:
U₁-U₂= ΔU,
где U₁ и U₂ заданный верхний и нижний уровень значений потенциала,
ΔU ширина заданного интервала.

Скорость спада потенциала ВП будет определяться формулой:

где γ длительность нормализованного импульса. (На практике g60 мкс). Аналогично измеряется скорость спада потенциала ВП после пропускания второго импульса тока. Разность скоростей спада за промежуток времени а или количество нормализованных импульсов времени будут параметром, определяющим степень окисленности сульфидных руд:

Величина а выбирается исходя из требований чувствительности измерений и производительности работ. Значение γ устанавливается в регистрирующем приборе в зависимости от ожидаемой максимальной скорости спада потенциала ВП в пределах данного месторождения. При интерпретации результатов измерений можно использовать или значение скорости спада V_вп или количество зарегистрированных импульсов N_вп.

Для выбора интервалов значений потенциала при регистрации N_вп используют экспериментальную зависимость, устанавливаемую на конкретном месторождении К_ок и значением U_вп, пример ее показан на фиг. 3.

На практике нами были выбраны интервалы: первый канал 1.18 1.04 В; второй канал 0.73 0.66 В.

На фиг. 4 приведены экспериментальные зависимости коэффициента К_ок от количества зарегистрированных импульсов времени N_вп и от разности DN_ВП в первом и во втором каналах (кривые 1, 2 и кривые 3, 4), где видно, что отсутствие показаний в первом канале соответствует значению К_ок, находящемуся в пределах 70 100% Кроме того, чувствительность измерений по ΔN_ВП меньше, чем по N_вп, но при этом значительно меньше влияние поляризации электродов.

Для количественных определений значений К_ок величина содержаний полезного компонента в окисленной и неокисленной форме будет вычисляться по следующим выражениям:

или

Коэффициенты пропорциональности а₁, a₃ и b₁, b₃, а также коэффициенты взаимовлияния а₂, a₄ и b₂, b₄ определяются или на моделях руд конкретного месторождения, или на участке месторождения с известным содержанием полезного компонента отдельно в окисленной и неокисленной форме.

На фиг. 5 и 6 для примера приведены диаграммы каротажа двух разведочно-эксплуатационных скважин: кривая 5 отображает распределение естественной мощности W_пс, кривые 6 и 7 это количество зарегистрированных импульсов времени в первом и во втором канале, кривая 8 - приращение ΔN_ВП импульсов времени после пропускания двух импульсов тока через а=30 с, кривая 9 содержание железа по данным рентгенорадиометрических измерений.

Из приведенных на фиг. 5 и 6 результатов видно, что зона залегания окисленных руд имеет различный характер, так по одной из скважин (фиг. 5) она расположена на забое, начиная с глубины 2.0 м, по другой (фиг. 6) в устьевой части до глубины 3.0 м. Причина такого различия обусловлена положением зон дробления и циркуляцией по ним водных растворов.

Практическое применение предполагаемого изобретения позволит оперативно определять степень окисленности сульфидных руд в коренном залегании и тем самым откроются возможности гибкого управления качеством добычи руды. Кроме того, изобретение позволит вести эффективную крупнопорционную сортировку добытой руды в транспортных емкостях и направлять ее на соответствующие технологические цепочки, что обеспечит более полное извлечение полезного компонента.

Относительная простота предлагаемого способа и измерительной аппаратуры позволит сократить затраты на ее приобретение и обслуживание. Простота интерпретации не потребует привлечения высококвалифицированных специалистов.

Способ экспрессного определения степени окисленности сульфидных руд может найти широкое применение при разведке и добыче сульфидных и золотосульфидных руд. Сущность: предварительно по рентгенорадиометрическим измерениям выделяют рудную зону и качественно оценивают степень окисленности по величине мощности электрического поля, создаваемого анализируемой рудой и измерительными электродами с разными стандартными электродными потенциалами. Воздействуют на руду двумя стабилизированными по току импульсами через фиксированный промежуток времени. После прекращения действия каждого импульса регистрируют скорость спада вызванной поляризации в двух интервалах его значения, соответствующих сортовой градации для данного месторождения и по разности скоростей спада определяют коэффициент окисленности. 6 ил.

Способ экспрессного определения степени окисленности сульфидных руд, заключающийся в измерении потенциала поляризации двумя электродами с разными стандартными электродными потенциалами, контактирующими с анализируемой рудой, отличающийся тем, что предварительно по рентгенорадиометрическим измерениям выделяют рудную зону и оценивают качественно степень окисленности по величине мощности электрического поля, создаваемого анализируемой рудой и измерительными электродами, воздействуют на руду двумя стабилизированными по току импульсами через фиксированный промежуток времени, после прекращения действия каждого импульса регистрируют скорость спада потенциала вызванной поляризации в двух интервалах его значения, соответствующих сортовой градации для данного месторождения и по разности скоростей спада определяют коэффициент окисленности К_о к по формуле

где q_ок= a₁•ΔVIIВП

±a₂•ΔVIВП- содержание полезного компонента в окисленной руде;
q_пок= a₃•ΔVIВП±a₄•ΔVIIВП - содержание полезного компонента в неокисленной руде;
ΔVIВП,ΔVIIВП - разность скоростей спада потенциала вызванной поляризации после пропускания первого и второго импульсов тока в первом и втором интервале регистрации;
а₁, а₃ коэффициенты пропорциональности;
а₂, а₄ коэффициенты, учитывающие взаимовлияние.