Плотность является одним из фундаментальных свойств кристаллических веществ, поэтому им можно пользоваться как надежной характеристикой данного минерала. Кроме того, определение плотности не требует разрушения материала (за исключением легко растворимых минералов). При определении плотности важно, чтобы образец был однороден (без посторонних включений других минералов), поэтому лучше пользоваться мелкими зернами минерала.
Полезным показателем при оценке плотности служит такой простой факт, что образец минерала ощущается в руке легким или тяжелым относительно его размера. Если образец (мономинеральный) весит не менее 30 г, можно приблизительно оценить его плотность, плавно приподнимая или опуская на руке.
Минералы, содержащие тяжелые атомы – Fe и находящиеся за ними в периодической системе, – имеют, естественно, большую массу. Иногда может оказаться информативной зависимость между плотностью и цветом. Так, темноокрашенные минералы часто бывают относительно тяжелыми, а светлоокрашенные – легкими. Однако, имеются исключения из этого правила: например, темный графит (2,23 г/см 3 ) ощущается на руке легким, тогда как барит (BaSO 4 – 4,5 г/см 3 ) неожиданно оказывается тяжелым несмотря на его светлую окраску. Такая качественная оценка плотности приносит большую пользу в практической работе при идентификации минералов в поле.
Определение средней плотности минерального порошка
Для некоторых минералов существуют простейшие тесты, позволяющие геологам в полевых условиях отличить один важный минерал от другого. Примером могут служить два часто вместе встречающихся и внешне друг на друга похожих минерала гранитных пегматитов: танталит (Fe,Mn) (Ta2O6) и колумбит (Fe,Mn) (Nb2O6). При этом танталит имеет плотность 7,95, а колумбит 5,2.
В колумбите может присутствовать примесь тантала. Поскольку тантал более ценен, чем ниобий, важно правильно оконтурить территорию, где встречается именно танталит. Для этого используют какую-либо узкую и высокую емкость, заполненную вязкой жидкостью, например, подсолнечным маслом. По скорости осаждения этих двух минералов отличают танталит от колумбита.
Из лабораторных методов определения плотности наиболее распространены следующие: 1) образец взвешивается, а объем определяется по принципу Архимеда; 2) образец взвешивается, а объем определяется по весу жидкости, вытесненной образцом в пикнометре; 3) плотность минерала определяется путем непосредственного сравнения с плотностью тяжелой жидкости.
В первом из методов объем определяется по кажущейся потере веса минералом при погружении его в жидкость (рис. . Кусочек минерала вытесняет объем жидкости, равный его собственному объему, и его вес уменьшается на столько, сколько весила вытесненная жидкость (это удельный вес). Если В1 – вес кусочка материала в воздухе, а В2 – его вес в жидкости с плотностью П, то искомая плотность G минерала составит G=В1/(В1–В2) ·П.
В качестве жидкости часто используют воду, т. к. она всегда под рукой и ее плотность близка единице. Поэтому П в формуле можно опустить. Однако при более точных исследованиях вода не самая подходящая жидкость, т. к. обладает большим поверхностным натяжением и не всегда хорошо смачивает образец (сохраняет на нем пузырьки воздуха), а также она может оказывать выталкивающее действие на тонкую проволоку, на которой подвешен образец. Все это приводит к занижению плотности образца.
Ареометрический метод определения плотности
Рис. 16 Пружинные весы Джолли, используемые для
определения плотности (по Х. Батти, А. Принг, 2001).
Пикнометр, применяемый при втором методе, представляет собой всего лишь маленькую стеклянную колбочку с пробкой, которая вмещает определенный объем жидкости. Объем твердого образца с известным весом определяется по весу замещенной жидкости. Если G – плотность образца, П – плотность используемой жидкости, В1 – вес пустого пикнометра; В2 – вес пикнометра с твердым образцом; В3 – вес пикнометра с образцом, заполненного жидкостью; В4 – вес пикнометра без образца, целиком заполненного жидкостью, то G=П(В2–В1)/(В4–В1)–(В3–В2).
Принцип третьего метода, основанного на применении тяжелых жидкостей, очень прост. Зерна исследуемых минералов погружают в соответствующую жидкость и определяют, всплывают они или осаждаются на дно. Если они всплывают, то жидкость слегка разбавляют другой жидкостью с меньшей плотностью. Затем снова проверяют, всплывают или оседают зерна минерала.
Если зерна оседают с самого начала, то повышают плотность жидкости, добавляя жидкость с большей плотностью. Затем определяют плотность получившейся жидкости с помощью эталонов плотности (ареометров). Преимущество данного метода заключается в возможности определения плотности очень мелких зерен и определения плотности сразу нескольких сравниваемых минералов.
Для определения плотности методом тяжелых жидкостей чаще всего используют следующие жидкости (плотность в г/см 3 ): Бромоформ CHBr3 – 2,89; Иодистый метилен CH2I2 – 3,32; Жидкость Клеричи (соединения таллия) – 4,2 (эта жидкость очень токсична). Чтобы изменять плотность этих жидкостей пользуются ацетоном (0,79), а жидкость Клеричи разбавляют водой. Применяют также и другие тяжелые жидкости.
Источник: studfile.net
Методы определения плотности минералов
Основным разделительным признаком является плотность минералов. Для определения плотности минеральных зёрен используют различные методы:
1) Для относительно крупных кусков минерала плотность определяют путём их взвешивания на специальных весах – Марголена или Вестналя. При этом способе кусочек минерала сначала взвешивают на воздухе, а затем погружённым в воду, в которой его вес уменьшается согласно закону Архимеда: на вес объёма воды вытесненного тела. Разница в измеряемых весах даёт возможность вычислить плотность минералов. Данные весы устроены так, что стрелка сразу показывает искомую плотность.
2) Минерал взвешивается на воздухе, затем помещается в мерный стакан; фиксируют, на сколько поднялся уровень в нём, то есть находят массу зерна. Зная массу тела и объём, вычисляют плотность. Такой же способ используют для определения мелких зёрен – пиктометрический способ. Он заключается в следующем: взвешивают сначала мерный сосуд (пиктометр), далее с водой, налитой до метки; затем погружают туда частицы и взвешивают. Далее по формуле определяют плотность минералов и сростков:
А1, А2, А3, А4 – соответственно масса пустого пиктометра, масса пиктометра с минеральными зёрнами, масса пиктометра с минералами, наполненного водой до метки; масса пиктометра, наполненного водой.
Для повышения точности измерения используют дистиллированную воду; кипятят воду вместе с зёрнами, чтобы удалить остатки воздуха и пузырьки воздуха, прилипшие к поверхности частиц.
Значение плотностей чистых минералов можно найти в справочниках.
Источник: studopedia.su
Методы определения плотности минералов
Основным разделительным признаком является плотность минералов. Для определения плотности минеральных зёрен используют различные методы:
1) Для относительно крупных кусков минерала плотность определяют путём их взвешивания на специальных весах – Марголена или Вестналя. При этом способе кусочек минерала сначала взвешивают на воздухе, а затем погружённым в воду, в которой его вес уменьшается согласно закону Архимеда: на вес объёма воды вытесненного тела. Разница в измеряемых весах даёт возможность вычислить плотность минералов. Данные весы устроены так, что стрелка сразу показывает искомую плотность.
2) Минерал взвешивается на воздухе, затем помещается в мерный стакан; фиксируют, на сколько поднялся уровень в нём, то есть находят массу зерна. Зная массу тела и объём, вычисляют плотность. Такой же способ используют для определения мелких зёрен – пиктометрический способ. Он заключается в следующем: взвешивают сначала мерный сосуд (пиктометр), далее с водой, налитой до метки; затем погружают туда частицы и взвешивают. Далее по формуле определяют плотность минералов и сростков:
А1, А2, А3, А4 – соответственно масса пустого пиктометра, масса пиктометра с минеральными зёрнами, масса пиктометра с минералами, наполненного водой до метки; масса пиктометра, наполненного водой.
Для повышения точности измерения используют дистиллированную воду; кипятят воду вместе с зёрнами, чтобы удалить остатки воздуха и пузырьки воздуха, прилипшие к поверхности частиц.
Значение плотностей чистых минералов можно найти в справочниках.
Теоретические основы гравитационных процессов.
Общие положения.
Гравитационные методы обогащения до сих пор не имеют единой общепризнанной теории, а теоретические представления о них носят характер гипотез. Теория гравитационных процессов развивается в настоящее время по двум основным направлениям:
За основу при детеменистском направлении принимается закономерности движения в жидкости или газе отдельных разных по крупности и плотности классов частиц в свободных или стеснённых условиях.
Составляются и решаются уравнения движения частиц с учётом сил, действующих на них в рассматриваемом процессе. При этом следует учитывать влияние стеснённости процессов, а также присутствие в —- частиц других классов. Для объяснения закономерности перемещения зёрен используются законы классической механики, гидравлики, физики, гидро-, аэродинамики.
При статистическом наряжении суспенция растворяется как совокупность воды или воздуха и частиц, в которой перемещение каждой отдельной частицы является в значительной степени случайным, а применение теории случайных процессов даёт возможность установить распределение частиц по продуктам разделения.
Каждое из указанных направлений имеет определённое значение для разработки теории гравитационных процессов обогащения.
Первое направление – обычное для решения задач механики. При его использовании бессмысленно пытаться составлять и решать уравнения движения для каждой частицы, учитывая разнообразие плотностей, размеров и форм частиц. Однако можно составлять и решать уравнения движения средних частиц отдельных классов, имеющих определённый размер, плотность и форму.
-1 + 1,6 мм – кварц, ρт=2,65 г/см 3 , ω=0,8
-1 + 1,6 мм – магнетит, ρт=5,2 г/см 3 , ω=0,9
Детерменистское направление позволяет также учесть влияние параметров зерна и среды на результат расслоения смеси зёрен в обогатительном аппарате и количественно оценить влияние сил, вызывающих перемещение отдельной частицы, но оно не учитывает влияние случайных факторов и не раскрывает полностью сложного движения совместимости зёрен в средах.
Статистическое направление напротив не требует точного описания механизма разделения частиц; учитывает случайность их перемещения, являющуюся одним из основных свойств любого процесса обогащения. Это направление раскрывает закономерность движения совместимости зёрен в средах и процесс формирования слоёв, но не позволяет дать оценку влияния сил, вызывающих перемещенеие отдельной частицы. Оно также позволяет описать кинетику гравитационных процессов и в частности связать результаты обогащения с производительностью гравитационного аппарата. Поэтому правильными при разработке теории любого процесса является разумное сочетание обоих этих направлений.
Источник: megaobuchalka.ru