Минералогический и химический состав горных пород, руд и минералов меди

Дата: 2025-05-01; Просмотры: 5

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Скачать

По минералогическому составу и характеру вмещающей породы различают несколько типов медных руд. Промышленные типы медных руд следующие:

-- Пластовые руды (монометаллические руды);

-- Медные nорфировые руды, это монометаллические руды, содержащие иногда молибден. Вмещающая порода – гранит-порфиры, гранодиорит-порфиры и др. Первичные руды содержат 2 – 5% халькопирита и пирита, реже встречается халькозин. 90 – 95% общей массы руды составляют кремнийсодержащие минералы, среди которых преобладает кварц (60 – 95%); остальная часть породы представлена серицитом;

-- Колчеданные руды. В этих рудах 95% и более от общей массы руды составляют сульфиды железа – пирит и, редко, пирротин. Колчеданные руды делятся по содержанию меди, цинка и серы. Серный колчедан с содержанием ниже 0,7% Си, ниже 2% Zn, выше 35% S, ниже 16% нерастворимого остатка. Медистый колчедан с содержанием 0,7% Си и выше, ниже 2% Zn. Цинково-медистый колчедан с содержанием выше 0,7% Си и 2% и выше Zn;

-- Медно-молибденовые и медно-никелевые руды.

Известно около 170 минералов, содержащих медь. По своему химическому составу они разделяются на следующие группы: самородная медь, сульфиды и арсено-сульфиды, селениды и теллуриды, галоидные соединения, окислы, карбонаты, силикаты, фосфаты, сульфаты.

Промышленное значение имеют следующие минералы:

-- Халькопирит, медный колчедан CuFeS₂ или Сu₂SFе₂S_З Первичный сульфид, встречается почти во всех месторождениях медных руд; часто в тесном срастании с пиритом;

-- Борнит, 2Cu₂S∙CuFe₂S. Первичный минерал меди.

-- Халькозин, медный блеск, Cu₂S;

-- Ковеллин, CuS. Оба минерала являются вторичными сульфидами, которые образовались при взаимодействии продуктов окисления халькопирита с пиритом и сульфатом меди;

-- Куприт, красная медная руда, Сu₂О. Продукт окисления сульфидов меди; встречается в сочетании с другими окисленными минералами меди;

-- Тенорит, СuО. В мелкозернистой форме называется мелаконитом;

-- Атакомит, ремолинит, СuСI₂∙ЗСu(ОН)₂. Основной хлорид меди, встречается как вторичный минерал в зоне окисления;

-- Диоптаз, аширит, медный изумруд H₂CuSi0₄. Кислая кремнекислая медь, прозрачные кристаллы;

-- Хризоколла H₂CuSi0₄ Н₂О или СuSiO₃·2Н₂О – водная кислая кремнекислая медь;

-- Малахит, медная зелень СuСО₃ Си(ОН)₂ – основной карбонат меди, образуется в результате окисления сульфидов меди в сульфаты и взаимодействия последних с известняком;

-- Азурит, медная лазурь, медная синь 2СuСО_з· Си (ОН)₂ – основной карбонат меди, соль, более бедная медью, чем малахит;

-- Халькантит, или медный купорос или сульфат меди – CuS0₄ 5Н₂О; синий минерал, растворимый в воде.

Как видно из перечисленного списка руд, содержание меди в рудах 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.

Определение меди(II) методом йодометрии

Йодометрический метод определении Cu(II) основан на реакции восстановления йодидом калия двухвалентной меди до одновалентной формы; при этом выделяются мало растворимый в разбавленных кислотах йодид одновалентной меди и элементарный йод:

2CuSO₄ + 4KJ = 2CuJ ¯ + J₂ + 2K₂SO₄ (1)

Выделившийся йод титруют раствором тиосульфата натрия. Реакция протекает по уравнению

J₂ + 2Na₂S₂O₃ = 2NaJ + Na₂S₄O₆ (2)

По окислительным потенциалам систем J₂/2J^- (0,62 В) и Cu²⁺/Cu⁺ (0,17 В) реакция (1) должна протекать справа налево (т. е. йод должен окислять одновалентную медь). Но йодид меди (І) – малорастворимая соль, поэтому потенциал системы Cu²⁺, J^-/CuJ↓ возрастает до 0,86 В вследствие очень высокой концентрации ионов двухвалентной меди по сравнению с ионами одновалентной меди, и реакция количественно протекает слева направо.

Согласно закону эквивалентов в первой реакции

n_э(CuSO₄ ) = n_э(J 2 ),

Во второй реакции n_э(J 2 )= n_э(Na2S2O3).

Тогда n_э(CuSO₄ ) = n_э(Na2S2O3)

В лабораторной работе предлагается использовать способ заместительного титрования отдельной навески. В этом способе титрования точно измеренную массу пробы вещества растворяют в конической колбе для титрования в небольшом произвольном объёме растворителя. Добавляют в колбу необходимые реагенты и титруют далее выделившийся в эквивалентном количестве продукт реакции J₂.

Для расчета массы компонента А, m(A), используют формулу, полученную из закона эквивалентов:

; тогда ; (г);

где V_Э(B) – эквивалентный, измеренный бюреткой, объем титранта В, израсходованный на титрование растворенной навески вещества, содержащего компонент А, см³;

С_Э(В) – молярная концентрация эквивалентов титранта В, моль/дм³;

М_э(А) – молярная масса эквивалентов компонента А, г/моль .

Затем по найденной массе компонента А определяют его массовую долю, w(А), в навеске анализируемого вещества (m_вещ):

; %.

Способ титрования отдельных навесок, при котором объем измеряют только один раз бюреткой, дает более точные результаты, чем способ титрования аликвоты, при котором объем измеряют три раза (в мерной колбе, пипеткой и бюреткой). Однако способ титрования аликвоты требует меньшей затраты времени вследствие уменьшения количества взвешиваний.

Перевод пробы минерала в растворённое состояние. Для проведения анализа минерала методом йодометрии он должен быть переведен в растворенное состояние. Пример перевода образца минерала, содержащего медь в количестве 0.1 – 1%, в растворенное состояние: Навеску минерала, растертого в порошок, растворяют в соляной кислоте при нагревании, прибавляют азотную кислоту, нагревают до кипения и затем выпаривают раствор досуха. К сухому остатку прибавляют соляную кислоту и вновь выпаривают досуха. Соли растворяют в соляной кислоте при нагревании, переводят раствор в мерную колбу, доливают до метки водой и перемешивают. Полученный раствор фильтруют через сухой фильтр в сухой стакан. Если испытуемый минерал содержит неразлагаемые кислотами соединения меди, сухой остаток растворяют в соляной кислоте при нагревании, прибавляют воду, нагревают до кипения и фильтруют на фильтр средней плотности, содержащий фильтро-бумажную массу. Осадок на фильтре промывают n раз разбавленной соляной кислотой, затем горячей водой до исчезновения желтой окраски фильтра. Фильтр с осадком помещают в платиновый тигель, озоляют и прокаливают при 500 – 600 °С. К остатку прибавляют капли воды, капли серной кислоты, фтористоводородную кислоту и выпаривают досуха. Сухой остаток сплавляют с углекислым натрием в муфельной печи при 950 – 1000 °С. После охлаждения плав выщелачивают в соляной кислоте, и полученный раствор присоединяют к основному. Объединенный фильтрат выпаривают до определённого объёма, охлаждают, переносят в мерную колбу, доливают до метки водой и перемешивают.

Удаление мешающих компонентов. В медных рудах всегда присутствует железо. Если пробу разлагают царской водкой или азотной кислотой, то железо переходит в исследуемый раствор в виде ионов Fe³⁺, которые мешают йодометрическому определению меди, так как также выделяют йод из йодида калия. Реакция протекает по уравнению

2Fe³⁺ + 2J^- = 2Fe²⁺ + J₂

Чтобы сделать возможным йодометрическое определение меди в присутствии железа, к анализируемому раствору добавляют фторид калия или аммония, с которыми трехвалентное железо образует комплексный ион FeF₆^3-, не реагирующий с йодидом калия.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

1. Средства измерения, вспомогательное оборудование, реактивы и растворы:

-- Весы аналитические;

-- Бюретка вместимостью 25 см , 2-го класса точности по ГОСТ 29251 ;

-- Na₂S₂O₃ , стандартный р аствор с молярной концентрацией эквивалентов 0.05 моль/дм ;

-- Мерный цилиндр (мензурки) по ГОСТ 1770;

-- Колбы конические по ГОСТ 25336;

-- Стаканы химические термостойкие вместимостью 100 – 150 см³ по ГОСТ 25336 ;

-- Крахмал, свежеприготовленный 1%-ый раствор;

-- Йодид калия, KJ, 10%-ный раствор;

-- Серная кислота, H₂SO₄, 1 моль/дм³;

-- Вода дистиллированная по ГОСТ 6709.

Стандартный образец состава минерала халькантита приготовлен как стандартный образец состава предприятия из реактива сульфата меди – CuS0₄∙ 5Н₂О, х.ч., с добавкой хлорида натрия как аналога соли породообразующего элемента натрия, получающейся при растворении минерала в соляной кислоте.

2. Порядок проведения определений содержания меди в пробе вещества стандартного образца состава предприятия (СОП)

1. Закрытую банку с СОП медленно вращают в разных направлениях с целью устранения влияния расслоения твердой смеси, затем аккуратно перемешивают содержимое стеклянной палочкой. Необходимое для анализа количество вещества СОП отбирают шпателем в разных местах банки, где хранится СОП.

2. Взвешивают на аналитических весах 1,00 - 2,00 г вещества СОП с точностью до 0,01 г.

3. Ссыпают навеску вещества СОП в коническую колбу для титрования, добавляют в колбу мерным цилиндром 1 см³ 0,1 моль/дм³ раствора H₂SO₄ для предотвращения гидролиза соли меди (II) и растворяют в небольшом объеме дистиллированной воды, чтобы среда была слабокислой (рН 4 – 5). Известно, что в кислой среде J^--ион окисляется кислородом воздуха до молекулярного йода: (4J^-+0₂+4H⁺=2J₂+2H₂0). Эта побочная реакция мешает определению, так как выделится большее, чем эквивалентное, количество йода. Кроме того, молекулярный йод проявляет окислительные свойства в средах, близких к нейтральной, поэтому анализ следует вести в слабокислой среде.

4. Раствор тщательно перемешивают до полного растворения вещества СОП.

5. Добавляют в ту же колбу мерным цилиндром 10 см³ 10%-ного раствора KJ. В анализируемом растворе выпадает осадок CuJ¯ цвета слоновой кости и выделяется молекулярный йод, окрашивая раствор с осадком в коричнево-бурый цвет.

6. Ставят колбу, накрыв её часовым стеклом, в темное место на 5 минут для полного выделения йода.

7. Заполняют бюретку стандартным раствором титранта Na2S2O3, устанавливая уровень жидкости на нулевой отметке бюретки по нижнему краю мениска.

8 Титруют выделившийся в конической колбе йод стандартным раствором тиосульфата натрия Na2S2O3 до перехода коричнево-бурой окраски в соломенно-желтую.

9. Затем в коническую колбу прибавляют к анализируемому раствору 20 капель индикатора – раствора крахмала, после чего окраска раствора с суспензией CuJ¯ становится фиолетово-сине-серой.

10. Продолжают титрование раствора с суспензией CuJ¯ до исчезновения фиолетово-сине-серой окраски титруемого раствора и появления окраски суспензии CuJ цвета «слоновой кости» от одной лишней капли раствора титранта Na₂S₂O₃.

11. Измеряют по бюретке эквивалентный объём титранта с точностью до сотых долей, см³, записывают результат измерения в таблицу 1.

3. Обработка результатов определения

12. Рассчитывают %-ное содержание меди в пробе вещества СОП по формулам, табл.1.

Таблица 1. Исходные данные, измеренные массы, эквивалентные объёмы, расчетная формула, результаты расчета

MЭ(Cu2+) = 63.55 г/мольCЭ(Na2S2O3) =0,05 моль/дм3 mсовка = г mсовка+вещ = г mвещ = г Vэ1= см3

= г   ω(Сu) = = (%)

13. Обрабатывают результаты определений, полученные в группе (n ≥6), методом математической статистики, табл.2.

Таблица 2. Результаты определений и оценка случайной составляющей погрешности результата определения %-го содержания меди в пробе вещества СОП

№	ω i		( - ω i)2
1				=	t0.95(5)=2.57 t0.95 (6)=2.45 t0.95(7)=2.37 t0.95(8)=2.31 t0.95(9)=2.26 t0.95 (10)=2.23 t0.95(11)=2.20 t0.95(12)=2.18 t0.95(13)=2.16	ε =   σR = ; %
2
3
4 5 6 7 8 9 10 11
	=		=

Примечание:

ω_i – результат определения % -го содержания меди в пробе вещества каждым студентом;

– среднее арифметическое результатов определения %-го содержания меди в пробе вещества;

n – число определений;

– стандартное отклонение результатов определения;

ε – оценка случайной составляющей погрешности результатов определения в абсолютных единицах;

t_0.95 (n-1) – коэффициент Стъюдента для доверительной вероятности Р = 0,95;

σ_R – оценка случайной составляющей погрешности результатов определения в относительных единицах (относительное стандартное отклонение результатов определения), %.

4. Приемлемость результатов определений (метрологические характеристики)

4.1 Межлабораторную приемлемость результатов определений оценивают исходя из следующего. Установлено требование, что для СОП аттестуемые значения содержаний компонентов должны быть определены со случайной составляющей погрешности в 2,5 раза меньшей, чем погрешность рядового определения, которую характеризуют допустимым относительным стандартным отклонением, σ_r, % . Например, для содержаний меди в пробах в различных диапазонах допустимые относительным стандартные отклонения, σ_r, %, рядового определения приведены в таблице 3. [Методические основы исследования химического состава горных пород, руд и минералов/Под ред. Г.В.Остроумова. – М.: Недра, 1979. – 400 с.]

Таблица 3. Допустимые относительным стандартные отклонения, σ_r, %

Следовательно, для содержаний меди в пробе вещества СОП в диапазоне (2,00 – 4,99 ) %, табл.3, допустимое относительное стандартное отклонение, σ_R, должно быть не более 1,4 % (3.5/2,5 = 1,4 %).

σ_R = ; % ≥ 1,4 % или ≤ 1,4 %

4.2 Правильность результатов определений в абсолютных единицах оценивают, исходя из условия ∆ = - ω_поз,,

где ω_поз – принятое опорное значение %-го содержания меди в веществе СОП, равное

∆ =

Правильность результатов определений в относительных единицах оценивают по формуле:

δ= ;% δ= %

5. Оформление результатов определения %-го содержания меди в пробе вещества СОП

За результат анализа стандартного образца состава вещества предприятия по показателю «содержание меди, %» принимают среднеарифметическое значение результатов определений в условиях воспроизводимости, , %;

14. Результат анализа пробы вещества стандартного образца состава по показателю «содержание меди, %» представляют в виде:

ω = , %, Р=0,95;

где ±ε – границы интервала, в котором случайная составляющая погрешности определения находится с доверительной вероятностью Р = 0,95

ω = ( ± ) %; Р=0,95;

Выводы по выполненной лабораторной работе

1. Объект химического анализа –

2. Определяемый компонент –

3. Выполненные виды химического анализа –

4. Метод химического анализа –

4.1. Принцип химического анализа –

4.2. Способ сравнения с эталоном –

4.3. Средства измерения –

4.4. Аналитический сигнал –

4.5. Способ получения результата анализа –

5. Результат химического анализа пробы вещества стандартного образца состава минерала –

6 Сравнение с допустимым относительным стандартным отклонением, σ_r, –

7. Качество полученного результата анализа стандартного образца состава минерала по показателю «содержание меди, %» –

Приемлемое Неприемлемое