Минералогический и микроструктурный анализ анизотропных пород: Гнейс из Эрцгебирге как пример исследования

Анизотропия является одной из наиболее важных характеристик, которые необходимо учитывать при оценке измельчения. Оценка физических и минералогических свойств обеспечивает параметры для оптимизации процесса измельчения с использованием естественного поведения сырья при дроблении, которое в основном связано с текстурой и структурой горных пород. Минералогические и петрографические характеристики играют важную роль и должны быть максимально точными, чтобы предсказать реакцию горных пород на механическое воздействие. В данной статье представлены первые результаты определения характеристик с использованием интеграции методов оптической микроскопии с численным описанием с помощью количественного микроструктурного анализа (QMA), трехмерной характеристики с помощью микрокомпьютерной томографии (µCT) и экспериментов по дилатометрии. Интеграция этих методов в первую очередь направлена на то, чтобы увидеть применимость QMA к анизотропным материалам и получить текстурные и структурные параметры. Анализы проводились на гнейсах из шахтерского района Саксонии, Эрцгебирге (Рудные горы), Германия.

Браво A. Х., Попов Г., Попов O., Либервирт Х. Минералогический и микроструктурный анализ анизотропных пород: Гнейс из Эрцгебирге как пример исследования // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 9−1. — С. 87—102. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_101_0_87.

исследования проведены при поддержке Sächsische Aufbaubank (SAB) в сотрудничестве с Европейским социальным фондом (ESF, номер заявки: 100270113), финансирование проекта InnoCrush.

Браво А. Х., кандидат технических наук, научный сотрудник, Фрайбергская горная академия (TUBAF) Фрайберг, Германия, e-mail : bravo@iart.tu-freiberg.de ORCID ID: 0000-0002-8125-4760;
Хайде Г., проф., доктор технических наук, Руководитель Института минералогии, Фрайбергская горная академия (TUBAF) Фрайберг, Германия, e-mail : gerhard.heide@mineral.tu-freiberg.de;
Либервирт Х., профессор, доктор технических наук, руководитель Института технологий машин для переработки полезных ископаемых и систем рециркуляции (IART), Фрайбергская горная академия (TUBAF) Фрайберг, Германия, e-mail: Holger.Lieberwirth@iart.tu-freiberg.de, ORCID ID : 0000-0002-5207-4138;
Попов O. — доктор-инженер, Институт технологии машин для переработки полезных ископаемых и систем рециркуляции (IART), Фрайбергская горная академия (TUBAF) Фрайберг, Германия, e-mail: Oleg.Popov@iart.tu-freiberg.de.

1. Saroglou, H., Marinos, P., Tsiambaos, G. (2003). The anisotropic nature of selected metamorphic rocks from Greece. 10th ISRM Congress, 1019−1023.

2. Cacciari, P. P., Futai, M. M. (2019). Effects of mica content on rock foliation strength. International. Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 124, DOI: 104143:10.1016/j. ijrmms.2019.104143.

3. Plinninger, R. J., Alber, M. (2015). Assessment of intact rock strength in anisotropic rock – Theory, experiences and implications on site investigation. EUROCK 2015 & 64th Geomechanics Colloquium, Schubert & Kluckner (eds), 297−302.

4. Ündül, Ö., Amann, F., Aysal, N., Plötze, M. (2015). Micro-Textural Effects on crack Initiation and Crack Propagation of andesitic Rocks. Engineering Geology. 193, 267−275. DOI: 10.1016/j.enggeo.2015.04.024.

5. Rybak J., Khayrutdinov M. M., Kuziev D. A., Kongar-Syuryun Ch. B., Babyr N. V. (2022). Prediction of the geomechanical state of the rock mass when mining salt deposits with stowing. Journal of Mining Institute, 253, 61−70. DOI: 10.31897/PMI.2022.2.

6. Popov, O., Talovina, I. (2020). Quantitative Microstructural Analysis and X-Ray Computed Tomography of Ores and Rocks—Comparison of Results. Minerals. 10(2), 1−18. DOI: 10.3390/min10020129.

7. Awuah-Offei, K. (2016). Energy efficiency in mining. A review with emphasis on the role of operators in loading and hauling operations. Journal of Cleaner Production, 117, 89−97. DOI: 10.1016/j.jclepro.2016.01.035.

8. Klein, B., Wan, C., Nadolski, S. (2018). Energy-efficient comminution: Best practices and future research needs. In: K. Awuah-Offei. Energy Efficiency in the Minerals Industry, 197−211. DOI: 10.1007/978−3-319−54199−0_11.

9. Ballantyne, G. R., Powell, M. S. (2014). Benchmarking comminution energy consumption for the processing of copper and gold ores. Minerals Engineering. 65, 109−114. DOI: 10.1016/j.mineng.2014.05.017.

10. Lisin, E., Kurdiukova, G. (2021). Energy Supply System Development Management Mechanisms from the Standpoint of Efficient Use of Energy Resources. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 666(6), 062090. DOI: 10.1088/1755−1315/666/6/062090.

11. Milukov, I. A., Rogalev, A. N., Sokolov, V. P., Shevchenko, I. V. (2017). Efficiency improvement of technological preparation of power equipment manufacturing. Journal of Physics: Conference Series, 891(1), 012282. DOI: 10.1088/1742−6596/891/1/012282.

12. Hesse, M., Popov, O., Lieberwirth, H. (2016). Increasing efficiency by selective comminution. Minerals Engineering, 103−104. DOI: 10.1016/j.mineng.2016.09.003.

13. Grafe, B., Bravo, A. H., Hesse, M., Morgenstern, R., Rosin, K., Schlothauer, T., Talovina, I. W., Nikiforova, V. S. (2018). Innocrush: New solutions for highly selective process chains. Challenges and Prospects – 11th Russian-German Raw Materials Conference, 21−37.

14. Ivannikov, A., Chumakov, A., Prischepov, V., Melekhina, K. Express determination of the grain size of nickel-containing minerals in ore material. Materials Today: Proceedings, 2020, 38, стр. 2059−2062. DOI: 10.1016/j.matpr.2020.10.141.

15. Popov, O., Lieberwirth, H., Folgner, T. (2014). Quantitative Charakterisierung der Festgesteine zur Prognostizierung des Gesteinseinflusses auf relevante Produkteigenschaften und Systemkenngrößen. Teil 1: Anwendung der quantitativen Gefügeanalyse. AT Miner. Process., 07–08, 76–88.

16. Kravcov, A., Konvalinka, A., Vinnikov, V. A., Shibaev, I. A., Ivanov, P. N. (2017). On the issue of typical grain size assessment by the methods of broadband laser optoacoustics. Key Engineering Materials, 755, 212–218. DOI: 10.4028/www.scientific.net/ KEM.755.212M.

17. Nicco, E. Holley, P. Hartlieb, R. Kaunda and P. P. Nelson. (2018). Methods for characterizing Cracks Induced in Rocks. Rock Mechanics and Rock Engineering. 51, 2075−2093. DOI: 10.1007/s00603−018−1445-x.

18. Eremenko, V. A., Vinnikov, V. A., Kosyreva, M. A., Lagutin, D. V. (2022). Identification of rock jointing parameters by borehole imaging and interval geotechnical documentation of non-oriented drill cores. Gornyi Zhurnal, (1), 21–26. DOI: 10.17580/gzh.2022.01.04.

19. Chumakov, V. Prischepov, K. Melekhina, A. Ivannikov. (2021). Improving the control system of concentration plants based on express control of dissemination of magnetic minerals. IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science, 684, 012005. DOI: 10.1088/1755−1315/684/1/012005.

20. Morgenstern, R., Konietzky, H. (2019). Thermomechanische Modellierung anisotroper Gesteine mittels Diskreter Elemente am Beispiel von Gneis. 79 Jahrestagung der deutschen geophysikalischen Gesellschaft (DGG), 46.

21. Schreiber, S. Beitrag zur Quantitativen Gesteinscharakterisierung zur Beurteilung von Gesteinen hinsichtlich Ihrer Festigkeiten. TU Bergakademie Freiberg: Freiberg.

22. Tichimirowa, M., Sergeev, S., Berger, H. J., Leonhardt, D. (2012). Inferring protoliths of high-grade metamorphic gneisses of the Erzgebirge using zirconology, geochemistry and comparison with lower-grade rocks from Lusatia (Saxothuringia, Germany), Contributions to Mineralogy and Petrology, 164, 375–396. DOI 10.1007/s00410−012−0742−8.

23. Klichowicz, M., Lieberwirth, H. (2016). Modelling of Realistic Microstructures as Key Factor for Comminution Simulations. In Proceedings of the XXVIII International Mineral Processing Congress (IMPC), 1–10.

24. Zhang, W., Sun, Q., Hao, S. (2016). Experimental study on the variation of physical and mechanical properties of rock after high temperature treatment. Applied Thermal Engineering, 98, 1297–1304. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2016.01.010.

25. Costa, K. O. B., Xavier, G. C., Marvila, M.T, Alexandre, J., Azevedo, A. R. G., Monteiro, S. N. (2021). Influence of high temperatures on physical properties and microstructure of gneiss. Bulletin of Engineering Geology and the Environment, 80(9), 7069–7081. DOI: 10.1007/s10064−021−02362−8.

26. Rocha, G., Correia, B., Martins, M., Cabral, J. M. (2009). Dilatometer for characterization of thermal expansion of ceramic samples. 35th Annual Conf. of IEEE Industrial Electronics, 1853−1858. DOI: 10.1109/IECON.2009.5414829.

27. Evans, C. L., Wightman, E. M., Yuan, X. (2015). Quantifying mineral grain size distributions for process modelling using X-ray micro-tomography. Minerals Engineering, 82, 78–83. DOI: 10.1016/j.mineng.2015.03.026