Лабораторные испытания нерудного сырья

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 
Казанский национальный исследовательский 
технологический университет 
А. В. Корнилов, Л. Н. Нажарова, А. И. Хацринов 
ЛАБОРАТОРНЫЕ ИСПЫТАНИЯ
НЕРУДНОГО СЫРЬЯ 
Учебно-методическое пособие 
Казань 
Издательство КНИТУ 
2023 
1 

УДК 622.3(075) 
ББК 33я7  
К67 
Печатается по решению редакционно-издательского совета  
Казанского национального исследовательского технологического университета 
Рецензенты: 
д-р техн. наук, проф. Э. Р. Галимов  
канд. техн. наук, доц. Р. А. Ибрагимов 
К67 
Корнилов А. В. 
Лабораторные испытания нерудного сырья : учебно-методическое пособие / А. В. Корнилов, Л. Н. Нажарова, А. И. Хацринов; Минобрнауки 
России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. – Казань : Изд-во КНИТУ, 
2023. – 148 с. 
ISBN 978-5-7882-3366-6 
Рассмотрены отдельные виды горнохимического и горнотехнического сырья. Приведены сведения о природных и технологических типах сырья и подготовке проб для лабораторных испытаний, представлены типовые программы аналитико-технологических испытаний с перечнем определяемых характеристик для 
различных направлений использования сырья с указанием нормативной документации, методики проведения лабораторных работ. 
Предназначено для бакалавров и магистров всех форм обучения по направлению подготовки «Химическая технология» и для специалистов, обучающихся 
по направлению «Горное дело». Может быть полезно работникам различных организаций, занимающихся изучением состава и свойств нерудного сырья.   
Подготовлено на кафедре технологии неорганических веществ и материалов. 
УДК 622.3(075) 
ББК 33я7 
ISBN 978-5-7882-3366-6 
© Корнилов А. В., Нажарова Л. Н., 
Хацринов А. И., 2023 
© Казанский национальный исследовательский 
технологический университет, 2023 
2 

С О Д Е Р Ж А Н И Е  
Введение 
......................................................................................................................... 4 
1. ГОРНОХИМИЧЕСКОЕ СЫРЬЕ ............................................................................. 6 
1.1. Калийные и калийно-магниевые соли .............................................................. 6 
1.2. Фосфатное сырье 
............................................................................................... 10 
1.3. Баритовые руды 
................................................................................................. 17 
1.4. Борные руды ...................................................................................................... 21 
2. ГОРНОТЕХНИЧЕСКОЕ СЫРЬЕ .......................................................................... 29 
2.1. Глинистое сырье 
................................................................................................ 29 
2.2. Карбонатное сырье............................................................................................ 60 
2.3. Кварцевые пески ............................................................................................... 77 
3. ПОДГОТОВКА ПРОБ НЕРУДНОГО СЫРЬЯ К ЛАБОРАТОРНЫМ 
ИСПЫТАНИЯМ 
.......................................................................................................... 83 
4. МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ 
................................. 90 
4.1. Химический анализ нерудных полезных ископаемых 
.................................. 90 
4.2. Минералогические исследования 
.................................................................... 93 
4.3. Определение влажности и потери при прокаливании .................................. 96 
4.4. Определение истинной, средней и насыпной плотности, сыпучести ......... 99 
4.5. Определение зернового состава природного строительного песка 
........... 107 
4.6. Определение гранулометрического состава нерудного сырья  
лазерным дифракционным методом .................................................................... 110 
4.7. Скорость растворения зерен минералов и кусков соляной породы 
в условиях естественной конвекции .................................................................... 114 
4.8. Исследование нерудных полезных ископаемых методами  
термического анализа ............................................................................................ 119 
4.9. Обогащение каолинового сырья методом отмучивания 
............................. 123 
4.10. Обогащение нерудного сырья методом магнитной сепарации 
................ 126 
Заключение ................................................................................................................ 130 
Список использованных источников ...................................................................... 132 
Приложение ............................................................................................................... 136 
Нормативные документы ...................................................................................... 136 
3 

В В Е Д Е Н И Е  
Оценка качества нерудного сырья проводится в соответствии 
с требованиями промышленности, изложенными в нормативно-методической документации (типовых программах и методиках, методических указаниях, ГОСТ, ОСТ, ТУ и др.), и согласно «Положению о лабораторном контроле качества физико-механических испытаний». 
Для эффективного аналитико-технологического изучения нерудного 
сырья требуется наличие современной актуализированной нормативнометодической базы. Совершенствование отечественных стандартов 
должно проводиться с учетом их гармонизации с зарубежными нормативными документами. Отсутствие стандартов на сырье и соответствующей справочно-методической литературы и, как следствие, объективной и достоверной информации о свойствах сырья отрицательно сказывается на качестве производимой из него готовой продукции. Решение 
вопросов стандартизации, связанных с установлением норм, правил 
и характеристик в целях обеспечения качества, экологической безопасности сырья и продукции на его основе, является важной задачей.  
Нормативную базу условно можно подразделить:  
1) на основополагающую нормативно-методическую документацию, определяющую требования к качеству природного сырья применительно к какой-либо сфере его использования (в основном это различные ГОСТ, ОСТ, ТУ);  
2) документацию, регламентирующую процесс изучения минерального сырья и устанавливающую общие организационно-технические положения для определенных видов деятельности. Это ГОСТ, 
ОСТ, инструкции, методические рекомендации, указания, пособия, 
справочники, направленные на управление качеством аналитических 
и технологических работ, на определение алгоритма проведения тех 
или иных исследований; 
3) документацию, регламентирующую собственно процедуры 
определения тех или иных показателей. В основном это стандарты на 
методы, способы, методики выполнения измерений. 
Все методы, используемые для оценки качества нерудного сырья, 
должны быть обеспечены методиками анализа, аттестованными в соответствии с требованиями ГОСТ Р ИСО 5725 «Точность (правильность 
и прецизионность) методов и результатов измерений», и отвечать требованиям ГОСТ Р 8.563 «Методики (методы) измерений». Требования 
4 

к лабораториям, контролю качества лабораторных работ и методикам 
выполнения измерений регламентируются ГОСТ ISO/IEC 17025 «Общие требования к компетентности испытательных и калибровочных лабораторий» и ГОСТ 5725. 
Одним из основных способов контроля достоверности результатов лабораторно-аналитических исследований и источником информации о качестве анализов является проведение межлабораторных сличительных испытаний, которые проводятся в соответствии с требованиями руководящего документа РД «Управление качеством аналитических и минералогических работ. Организация и проведение сравнительных испытаний в лабораторной службе МПР России». 
Важной операцией, от которой в значительной мере зависит достоверность полученных результатов по аналитико-технологическому 
изучению нерудного сырья, является подготовка проб к лабораторным 
испытаниям. Основным источником всех погрешностей при выполнении отдельных видов исследований являются ошибки пробоподготовительных работ. По результатам лабораторных испытаний нерудного 
сырья дают первоначальную оценку его качества и определяют направления использования.  
Действующие в Российской Федерации национальные и межгосударственные стандарты, отраслевые стандарты и стандарты организаций, технические условия и методические рекомендации, в основном 
на которые сделаны ссылки, включены в Приложение «Нормативные 
документы». Представленная нормативно-методическая база актуализирована с учетом современных требований промышленности.  
Представленные в пособии лабораторные работы по аналитикотехнологическим испытаниям нерудного сырья содержат методики 
определения его химического и минерального составов, физико-химических и технологических свойств, методики обогащения. Объектами 
исследования являются горнохимическое (калийные, калийно-магниевые и фосфатные породы, баритовые и борные руды, а также руды, содержащие серу, мышьяк, бром и йод) и горнотехническое  (различные 
виды глин, кварцевый песок, карбонатные и кремнистые породы, гипс 
и др.) сырье. 
5 

.  Г О Р Н О Х И М И Ч Е С К О Е  С Ы Р Ь Е  
1 . 1 .  К а л и й н ы е  и  к а л и й н о - м а г н и е в ы е  с о л и  
Минеральные (калийные и калийно-магниевые) соли – природные, нередко легко растворимые в воде соединения, образуемые щелочными (натрий и калий) и щелочноземельными (магний и кальций) металлами с различными анионами неорганических кислот. Они сложены 
довольно большим количеством калийсодержащих минералов, но к породообразующим относится только часть их. Это сильвин (KCl), карналлит (KMgCl3·6H2O), каинит (KMg[SO4]Cl·3H2O), лангбейнит 
(K2Mg2[SO4]3), 
кизерит 
(MgSO4·H2O) 
и 
полигалит 
(K2Ca2Mg 
[SO4]4·2Н2О). Содержание калийных и калийно-магниевых минералов 
в породах колеблется от 10–20 до 40–50 %. Остальные слагает вмещающая калийные минералы каменная соль (NaCl) с примесью несоляных 
минералов. В качестве примеси обычно присутствуют ангидрит, кальцит и доломит – часто переменного состава, алевритовый материал и 
глинистое вещество. Алевритовый материал представлен зернами 
кварца, полевых шпатов, листочками слюды и хлорита и целым рядом 
акцессорных минералов (гранат, турмалин, рутил, эпидот и др.). В составе глинистого вещества присутствуют минералы групп гидрослюды, 
а также монтмориллонита, который значительно ухудшает технологические свойства калийных и калийно-магниевых пород. 
Сильвиниты состоят в основном из минералов сильвина и галита 
(NaCl) и слагают в различных количественных соотношениях породы, 
которые наиболее широко распространены в калийных бессульфатных 
месторождениях. Выделяют несколько типов сильвинитов: для бессульфатных калийных меcторождений – красный и пестрый сильвиниты; для сульфатных – каинитовый, кизеритовый, лангбейнитовый, 
полигалитовый и ангидритовый сильвиниты. 
В карналлитовой породе в зависимости от количественного соотношения основных компонентов, слагающих породу, выделяются галито-карналлитовая и карналлито-галитовая разновидности. В бессульфатных калийных месторождениях карналлит ассоциируется с сильвинитом, ангидритом и карбонатами (в основном более магниевого 
6 

состава); в месторождениях сульфатного типа наблюдаются парагенезисы карналлита с сильвином, каинитом, кизеритом, шенитом, эпсомитом, лангбейнитом, бишофитом и полигалитом.  
Каинитовая порода широко развита среди калийных месторождений 
сульфатного типа. В качестве примеси в породе присутствуют полигалит 
и глинистое вещество. Сильвин встречается в виде незначительной примеси, отмечаются единичные зерна кизерита. Лангбейнито-каинитовая 
порода имеет более сложный минеральный состав. В нее входят галит, 
каинит, лангбейнит, сильвин, кизерит, глинистый материал.  
В состав лангбейнитовой породы, помимо лангбейнита, в качестве 
породообразующего минерала входит галит. Кроме того, наблюдается 
парагенезис лангбейнита с каинитом, сильвином, кизеритом, полигалитом, ангидритом, шешитом, эпсомитом, редко с карналлитом и глазеритом. 
Полигалитовая порода имеет довольно широкое распространение 
в калийных месторождениях сульфатного типа. Выделяется несколько 
разновидностей полигалитовых пород: полигалитово-галитовая, магнезито-полигалитовая, ангидрито-полигалито-галитовая, галит-ангидрито-полигалитовая, ангидрит-полигалитовая, редко мономинеральнополигалитовая.  
Промышленность добывает и перерабатывает природные калийные и калийно-магниевые соли, находящиеся в ископаемых и современных отложениях, а также в подземных водах и рассолах. Различные 
формы и условия нахождения солей в сочетании с их вещественным составом и характерными свойствами предопределяют их природные 
и технологические типы. 
Несмотря на весьма большое количество видов калийных и калийно-магниевых пород, число их технологических типов (освоенных 
галургической промышленностью) непосредственно на эксплуатируемых месторождениях солей сравнительно ограничено. 
Наиболее распространен технологический тип природных бессульфатных месторождений. По своему минеральному составу он, 
кроме галита, в основном представлен калийными и калийно-магниевыми хлоридными минералами – сильвином и карналлитом. Причем 
в одних месторождениях резко преобладает сильвин, в других – карналлит, но имеются и месторождения, где данные минералы встречаются 
почти в равных соотношениях. В отдельных случаях отмечается наличие примесей полигалита и кизерита. Другие сульфатные минералы, 
в значительных количествах присутствующие в данных месторожде7 

ниях, представлены в основном ангидритом, реже гипсом. В бессульфатных месторождениях содержание нерастворимого в воде остатка калийных пород обычно не превышает 3 %. Однако все же на отдельных 
участках оно повышается до 10–15 %. 
Технологический тип природных месторождений сульфатно-хлоридных калийно-магниевых солей в Российской Федерации недостаточно разведан. Основная часть их приурочена к Прикаспийскому (Эльтонский купол) и Калининградско-Гданьскому (Нивенская площадь) 
бассейнам. Все они имеют более сложный минеральный состав и представлены не только водными и безводными сульфатами калия, магния, 
натрия, кальция, но и простыми и сложными хлоридами большинства 
этих элементов. В минеральном составе преобладают каинит, лангбейнит, сильвин, карналлит, галит, иногда полигалит; в значительно меньших количествах отмечаются ангидрит, гипс, кизерит, эпсомит, леонит, 
шенит, глазерит, сингенит, гергеит. Имеются площади, где сульфатные 
калийные минералы представлены только полигалитом (Шарлыкская 
в Предуралье, Восточно-Полесская и др. в Калининградской области). 
В РФ месторождения сульфатно-хлоридного технологического типа 
имеют более сложное строение по сравнению с бессульфатными.  
Отмечены два основных технологических типа руд, которые отвечают существующим группам калийных месторождений: хлоридные 
(относятся разрабатываемые сильвинитовые и карналлито-сильвинитовые руды) и сульфатно-хлоридные (относятся полиминеральные калийно-магниевые руды).  
Сильвинитовыми (карналлито-сильвинитовыми) рудами в России 
сложено Верхнекамское месторождение, а также Непское, Верхнепечорское и Гремячинское.  
Полиминеральные калийно-магниевые руды состоят из легкорастворимых (карналлит, сильвин, шенит, леонит, эпсомит), труднорастворимых (каинит, лангбейнит, кизерит) и практически нерастворимых 
(полигалит, ангидрит) минералов. По преобладающим калийным минералам выделяются сильвин-кизерит-карналлитовая, кизеритовая, сильвин-каинитовая, каинитовая, лангбейнитовая и лангбейнит-каинитовая 
природные сорта руд. В России данные руды пока не перерабатываются, они представлены на Эльтонском месторождении и на Перелюбской площади (Прикаспийский бассейн) и Нивенской площади (Калининградско-Гданьский бассейн).  
Программа исследования калийных и калийно-магниевых пород 
включает изучение вещественного состава калийных солей, калийно8 

магниевых и вмещающих их пород с полнотой, обеспечивающей 
оценку их качества, определение содержания попутных полезных компонентов, полезных и вредных примесей: 
– химическими методами по НСAM № 450-C, НСAM № 341-XC, 
НСAM № 499-АЭС/МС, СТО 01423659А-114-2003; 
– спектральными методами по БГГЭ-МП-9С; НСАМ № 227-С; 
– рентгенофазовыми методами по СТО 01423659.А-108-2007, 
НСОММИ № 29, НСОММИ № 68; 
– минералогическими методами по СТО 01423659.Т-101-2006, 
с изучением минералого-петрографических и структурных особенностей 
пород с целью выделения их технологических типов и разновидностей. 
В процессе дробления руды на обогатительных фабриках в продукте преобладает размер мелких классов крупности, поэтому необходимо изучать калийные породы в том виде, в котором они были бы 
наиболее приближены к калийной руде, поступающей на обогащение 
(СТО 01423659.Т-101-2005). Мелкие классы (менее 1 мм) изучаются 
в двух вариантах: одна половина пробы изучается как представляющая 
собой часть собственно калийной руды, характерной для флотационного 
процесса обогащения, другая половина пробы – как характеризующая 
собой возможный состав несолевой составляющей (нерастворимый 
остаток) калийной руды после галургического процесса обогащения. 
Определение гранулярного состава и наработка материала для дальнейших исследований мелких классов крупности различных дроблений осуществляется методом седиментационного анализа в безводной жидкости 
(СТО 01423659.Т-101-1997). Выделенные мелкие классы крупности 
(меньше 0,1 мм), где сосредоточено подавляющее количество галопелитового материала, анализируются стандартными методами: 
– оптической микроскопии по СТО 01423659.Т-101-2006; 
– рентгенографического фазового анализа по СТО 01423659. 
А-108-2007, НСОММИ № 29, НСОММИ № 68; 
– определения удельной поверхности по СТО 01423659.Т-134-2002. 
Для крупных классов крупности проводится минералого-технологический анализ с применением поляризационных или других микроскопов в отраженном свете методом иммерсии (СТО 01423659. 
Т-101-2006), а также в виде фракционного анализа (СТО 01423659. 
Т-101-2006). По этим данным определяется степень раскрытия калийных минералов в полученных зернах (в процентах), а также их процентное содержание по составным минеральным компонентам дробленой породы. 
9 

Методы лабораторных исследований оценки качества и технологических свойств калийных пород обязательно основываются на полученных данных минералого-технологических исследований. Также 
изучаются те технологические свойства калийных солей, которые не 
могут быть изучены минералого-технологическими методами. К ним 
относятся: 
1) оценка процесса обесшламливания калийной породы по 
СТО 01423659.Т-103-2005; 
2) отмывка калийной породы от галопелитового материала по 
СТО 01423659.Т-103-2006; 
3) оценка способности калийной породы обогащаться методами: 
– флотации по СТО 01423659.Т-101-2011; 
– галургии по СТО 01423659.Т-101-2011, СТО 01423659.Т-102-2006; 
– выщелачивания по СТО 01423659.Т-105-2006; 
– электрической сепарации по СТО 01423659.Т-101-2005; 
– гравитационной сепарации по СТО 01423659.Т-101-2011; 
4) исследование физико-механических свойств калийных и вмещающих их пород по ГОСТ 21153; 
5) исследование возможности разработки калийных пород скважинным геотехнологическим способом по СТО 01423659.Т-102-2006 
с определением скорости их растворения с единицы объема в статическом и динамическом режимах при различных температурах и растворителях. 
1 . 2 .  Ф о с ф а т н о е  с ы р ь е  
Основным источником фосфатсодержащего сырья являются апатитовые и фосфоритовые руды. Мировой сырьевой потенциал природных 
фосфатов почти на 95 % представлен фосфоритами, на апатитовые руды 
приходится только 5 %. В России доля фосфоритов не превышает 20 %. 
Состав природного апатита учитывает все возможные изоморфные замещения, и он намного сложнее классической формулы 
[Са5(РО4)3 (ОН, F, Cl)]. В зависимости от количественного соотношения 
второстепенных анионов, а также от присутствия группы СО2-3 различают фтор-, фторгидроксил-, окси-, хлорапатиты и фторкарбонатапатиты (франколит или штаффелит). 
10