Дәріс. Минералдардың қасиеттері

Кенді пайдалану мақсатымен оның ішіндегі линзаларды бір-бірінен ажыратуда, бөлуде олардың қасиеттерінің арасындағы айырмашылықтар пайдаланады. Бұл параграфта тек физикалық қасиеттер қаралады. Олардың кейбірі кен өңдеуде жиі, ал кейбірі сирек қолданылады.

Физикалық қасиеттерге жататындар: кристалдық құрылымы, табиғатта кездесетін формасы, түсі, жылтырлығы, жымдастығы, жарылуы, қаттылығы, серпімділігі, меншікті салмағы, магниттігі, электрлік, оптикалық, радио-активтілік қасиеттері. Енді осылардың кен байытуда жиірек қолданатындарына тоқталайық.

Меншікті салмақ, тығыздық. Заттың салмағын көлеміне бөлсек меншікті салмақ шығады. Оның өлшем бірлігі г/см³ немесе кг/м³.

Минералдың меншікті салмағы оның ішіне кіретін атомдардың иондар-дың атомдық салмағына, элементтің иондық радиусына, валенттілігіне және кристалдық тор құрылысына байланысты. Сондықтан минералдың молекула-лық салмағы мен меншікті салмағының арасында үлкен айырмашылық бар. Мысалы, мыстың атомдық салмағы күмістікінен екі есеге таяу жеңіл (мыстікі–63,57, күмістікі–107,88) болса ал олардың меншікті салмақтарының айырмашылығы болымсыз ғана (мыстікі–8,9, күмістікі–10,5) болады.

Меншікті салмақтың атомдық құрылысқа тығыз байланысты екенін графит пен алмазды салыстырудан көреміз. Олардың екеуіде көміртектен тұрады, бірақ атомдық құрылысы екі түрлі болғандықтан( графиттің меншікті салмағы– 2,2, алмаздікі–3,5) алмаз ауыр.

Минералдардың әрбір белгілі топтарының меншікті салмағы өзіне тән шектен асып кетпейді. Органикалық минералдардың меншікті салмағы 1-ден көп аса қоймайды (көмірдікі–1,1-1,3, мұнайдікі–0,8). Жеңіл элементтердің тұз-дары мен тотықтарының меншікті салмағы 2,0-3,5 шамасында болады. Ауыр металдардың қосындыларының меншікті салмақтары 3,0-10,0 шегінде өзгереді.

Меншікті салмағы ең ауыр минералдар жеке түрінде кездесетін ауыр металдар. Мысалы, мыс (8,9), күміс (10-11), сынап (13,6), алтын (15-19), платина тобы (14-20), иридий мен осмии тобы (17-23).

Минералдардың меншікті салмақ аралығындағы айырмашылық кен байыту саласында кеңінен қолданылады. Осыған негізделген әдісті гравитация-лық байыту әдісі деп аталады.

Кеннің негізі алюмосиликаттан тұрады .Оны құрайтын минералдардың меншікті салмағы орташа 2,6–2,7. Ал бағалы минералдардың меншікті салмағы 3,0-тен кем болмайды, демек оларды бос жыныс минералдарынан оңай бөлуге болады. Гравитациялық әдіспен алтын, темір, вольфрам, қалайы, кендері, көмір және т.б. байытылады.

Магниттік. Минералдар осы қасиетіне қарай үш топқа бөлінеді:

1) ферромагнитті, яғни күшті магнитті,

2) парамагнитті, яғни әлсіз магнитті

3) диамагнитті болып.

Ферромагниттік қасиеті бар минералдарға жататындар: магнетит, никельді темір, ферроплатиналардың кейбір түрі.

Магнитттік қасиет минерал құрамына магниттік моменті бар атомдардың кіру не кірмеуіне тәуелді. Атомдарында магниттік моменті бар элементтерге жататындар: темір, никель, кобальт және маргенец. Бірақ олар құрамдарына кіретін кез келген минералдарда магниттік қасиет бола бермейді. Олай болса оған басқада факторлар әсер етеді. Оларға жататындар: магнитті моменті бар атомдардың белгілі қосылысында валенттіліктерінің және атомдар арасындағы байланыс түрлері.

Мысал үшін темірдің екі минералын магнетит және гематитті алайық. Бірінші минералдың магнитті қасиеті күшті ал екіншісінікі болымсыз. Екеуіде оттектен тұрады. Олардың айырмашылығы - темір атомдарының валенттілігі екеуінде екі түрлі гематит үшке тең ал магнетитте аз және олардың кристалдық құрылымдары әр түрлі. Жалпы заттардың магниттік қасиетін анықтайтын белгілі бір теориялық заңдылық жоқ.

Минералдардың электр тоғын өткізгіштігі. Электр тоғы электрод-тардың бір бағытта қозғалысынан пайда болатыны белгілі. Мұндай қасиет барлық металдарға тән. Оларға электрондар еркін қозғалыста. Минералдарда атомдар бір-бірімен ионды, ковалентті, ионды ковалентті, ал атом топтары кейде молекулалық байланыс арқылы әрекеттеседі. Енді қандай жағдайда минералдарда аздап болса да ток өткізгіштік қасиет пайда болатынын қарастырайық. Егер минералда атомдар тек ионды байланыспен әрекеттессе, валентті электрондар өздерін тартқан атомдарда тұрақты түрде қалады. Демек электрондар қозғалыссыз күйде болады. Мұндай минералдарда тоқ өткізгіштік қасиет жоқтың қасы, не болмайды.

Егер атомдар минералдарда ковалентті байланыспен әрекеттессе, онда көрші орналасқан атомдар электрондарын ортақтастырады. Демек, электрондар бір мезгілде бір атомға ауысса, екінші мезгілде екінші атомға ауысады. Соның нәтижесінде олардың еріктілік дәрежесі артады. Бұған себеп болатын жай атомның қозуы, басқаша айтқанда электронның энергиясының жоғарылауы. Осындай күйге, мысалы, жарық сәуле және жылу энергиясының әсерімен келеді, демек олардың өткізгіштігі температураға тәуелді. Бірақ бұл жайдың әсері мардымсыз, тағы бір себеп болатын жай минерал құрамына кіретін атомдардың біреулері жетіспеуі, демек екіншісінің артықшылығы, немесе минерал құрамына валенттігі басқа бөтен элементтердің атомдар кіруі. Осындай минералдар жартылай тоқ өткізгіштік қасиеттері барларға жатады. Оған көптеген мысал келтіруге болады. Физикадан белгілі жартылай өткіз-гіштер электронды не кемтікті болып екі топқа бөлінеді.

Минералдардың жартылай өткізгіштік қасиеті кен байытуда қолданылатын флотациялық процесте минерал түйіршігінің бетіне түрлі химиялық қосылыстардың (флотореагенттердің) адсорбциялануларында үлкен роль атқарады. Сонымен қатар электрлік байыту процесінде минералдардың тоқ өткізгіштігіне негізделген.

Минералдардың қаттылығы. Жалпы заттардың қаттылығы табиғат-тарда және техникада өте маңызды роль атқарады. 1811 жылы неміс минер-ологы Ф. Моос эталон ретінде он минерал алып қаттылықтарын салыстырған. Моос шкаласындағы он минералдардың бірінші, ең қаттысы оныншы болып нөмірленген. Әрбір үлкен нөмірлі минерал өзінен бұранғы нөмерлі минералдардың бетіне сызық түсіре алады. Ол минералдар мыналар:

Тальк –Mg3[Si4O10] [OH]2	Ортоклаз – K(AiSi3O8)
Гипс – CuSO4 * 2H2O	Кварц – SiO2
Кальцит – CuCO3	Топаз – Al2 (SiO4) (FOH)2
Флюорит – СаF2	Корунд – Al2O3
Апатит – Ca5(PO4)3F	Алмаз – С

Әрине, қаттылықты осылайша сипаттау тек шартты түрде ғана қолданылады. Кейіннен қаттылықты анықтаудың сандық әдістері табылды.

Минералдардың (жалпы заттардың) қаттылығы үш фактормен анық-талады: элементтердің валенттілігі иондық радиусы және кристалдық тордың түрі. Минералдардың құрамына кіретін элементтердің валеттілігі неғұрлым жоғары болса, ал иондық радикстары неғұрлым кіші болса қаттылық артады.

Минералдардың қаттылығы кен байытуда да, металлургиялық өңдеуде де маңыздық роль атқарады. Көпшілік бағалы минералдар қаттылығы төмен, демек морт келеді, үгілгіш келеді. Ал бос жыныс минералдарын негізінде алюмосиликаттар құрайды да, олардың қаттылығы жоғары. Кен байытуда бағалы минералдардың шамадан тыс үлгілі кетуі зиянды, технологиялық көрсеткіштер төмендейді. Сол сияқты бағалы минералдар сульфидті түрде болса, олардың металлургиялық өңдеуде балқытылуы не еруі, тотықты минералдарға қарағанда көбірек энергияны шығындауға мәжбүр етеді. Сондықтан балқыту не еріту алдында сульфидтерді күйдіру арқылы тотықтарға айналдыру қажет. Бұл барлық зауыттарда міндетті түрде жүргізілетін процесс.

Минералдардың түсі. Табиғат көріністерін тамашалағанда, түрлі құбылыстарды қызықтағанда, заттардың әдемілігін бағалаған кезде түстің ерекше орын алатыны белгілі. Түсті айыру үшін көзбен көру керек. Түстің табиғаты көп уақыт адамзатқа белгісіз болып келді. Бұл қасиеттің сырын алғаш рет Ньютон ашты. Ол ақ жарық үш қырлы призмадан өткенде түрлі түстерге бөлінетінін байқады. Соны зерттей келе мынадай жаңалықтар ашылды:

1) Ақ түс қарапайым түстердің қосындысы;

2) Әр түрлі түсті жарық белгілі заттан өткенде әр түрлі дәрежеде сынады;

3) Әр түстің өзіне тән толқын ұзындығы бар, соның нәтижесінде жарық сәуле ағынын зат жұтады белгілі мөлшерде, сындырады және шашыратады. Егер заттың жарық жұту қасиет жоқ болса, мұндай зат мөлдір болады. Жұтуы көбейген сайын түсі қоңырлана береді.

Егер заттың бетінде жарықтың шағылуы күшті болса, ол ақ болып көрінеді. Жарықтың қай түсі зат бетінен көбірек шағылса, зат сол түске боялады. Жарықтың шағылуы күшті болса, соғұрлым жылтырлығы артады.

Минералдардың осы қасиеті пайдаланылады, деген сұрақ туады. Металлургиялық өңдеуде заттың түсі ешқандай рөл ойнамайды деуге болады. Кен байытуда да тікелей пайдаланылмасада кейбір жағдайда қажеті бар. Мысалы, қазылып алынған кен ішінен кейде кейбір бағалы минералдардың қолға үстауға келетін ірілігі болғанда, соларды түсіне қарап танып, қолмен теріліп алынады.

Минералдардың кристалдарының формалары.Кен байтуда минерал-дарды пішініне қарап бөлу сирек қолданылады. Оның себебі кен ішінде минерал кристалдар өте ұсақ күйде кездеседі. Дегенмен, тау жынысы минералдарынан тек кристалл формасының айырмашылығын пайдалану арқылы бөлінетін бір минералы бар, ол асбест. Оның кристалл формасы талшықты, жіп тәріздес жұмсақ иілгіш. Осы талшықтардан құралатын қатпар-лар желі тәрізді созылып жатады.

Минералдардың химиялық және физикалық қасиеттерінің айырма-шылығы кен байытуда да металлургиялық өңдеуде де кеңінен пайдаланылады.

Кен байытуда кеңінен қолданылатын флотациялық процесс минерал бетінің сумен әрекеттесуіне негізделген, демек минералдардың бет қасиетімен. Бет қасиеттерді бірдей минералдар болмайды, тек айырмашылықтары әр түрлі болуы мүмкін. Бет қасиеттері минерал кристалының құрылымымен ал ол өз кезегінше атомдардың өзара байланыс түрлерімен, иондық радиустарымен және валенттіліктеріне тәуелді. Осыған байланысты олардың қасиеттеріне үнемі белгілі мөлшерде айырмашылық болады. Кен байытуда осы жай өте тиімді пайдаланылады.

Минералдардың бет қасиетінің өзгеруіне олардың суда ерігіштік қасиеті әсер етеді.

Кеннен алынған бағалы өнім (концентрат) металлургиялық зауытқа түскенде не пирометаллургиялық (балқыту) не гидрометаллургиялық(ерудің) әдістермен өңделеді. Соңғы әдіспен өңдегенде минералдардың қышқылды орталарда, не сілтілерде еру қасиеттірі кеңінен пайдаланылады.

Әдебиет: 1-[101-122]

Бақылау сұрақтары:

1) Минералдардың тығыздығы, қандай байыту әдісінде пайдаланылады

2) Минералдардың магнитті қасиеттері

3) Минералдардың тоқөткізгіш қасиеттері

4) Минералдардың қаттылығы неге байланысты

5) Минералдардың меншікті салмағы

6) Минералдардың әр түрлі түсті болу себептері

7) Минералдардың физикалық, химиялық, және физико-химиялық қасиеттері.