От чего зависит вкрапленных руд ? host rock

host rock
water
От чего зависит “интенсивность” и “скорость” ВП
вкрапленных руд ?
Гурин Г.В., Тарасов А.В., Ильин Ю.Т., Титов К.В.
Содержание:
1. Методология экспериментов:
- характеристика используемых моделей;
- лабораторная установка.
2. Параметры характеризующие “инт енсивност ь” и “скорост ь”
ВП.
3. Влияние петрофизических характеристик вкрапленной руды
на “инт енсивност ь” и “скорост ь” ВП:
- размера вкрапленников и их объемного содержания;
- солености электролита;
- минерального состава вкрапленников;
4. Обсуждение результатов.
Содержание:
1. Методология экспериментов:
- характеристика используемых моделей;
- лабораторная установка.
2. Параметры характеризующие “инт енсивност ь” и “скорост ь” ВП
3. Влияние петрофизических характеристик вкрапленной руды
на “инт енсивност ь” и “скорост ь” ВП:
- размера вкрапленников и их объемного содержания;
- солености электролита;
- минерального состава вкрапленников.
4. Обсуждение результатов.
Характеристика использованных моделей
Объемное содержание электронопроводящих
минералов (ξ ), %
r, мм
0.6
1.3
2.5
5
0.045
+
0.055
+
+
0.125
+
+
+
0.2
+
0.375
+
+
0.55
+
+
+
10
20
Пирит
Fe S2
30
Галенит
Pb S
+
+
+
+
+
+
Полиминеральные зерна: пирит 30% + магнетит 30% + пирротин 30% +халькопирит 10%
r, мм
Галенит
Пирит
Графит
Пиролюзит
0.125
0.25
+
+
+
+
+
+
+
+
0.375
+
+
+
+
+
0.55
+
+
+
+
+
объемное содержание минералов ξ = const = 10 %
Графит
С
Магнетит
Пиролюзит
MnO2
Лабораторная установка
A
Питающий латунный
электрод
Неполяризующиеся
хлор-серебрянные
электроды
y
x
x
A
y
z
6 см
M
6 см
N
x
y
2.4 см
6 см
Соляной
мостик
Исследуемое
вещество
B
Питающий латунный
электрод
Блок схема лабораторных измерений
A
Измерения ВП во временной области
Г
6 см
M
И
6 см
6 см
N
B
3.10-5
10-3
Результаты тестов используемой аппаратуры и лабораторной
установки
а – измерения на активных сопротивлениях (0.3, 1.6 и 10 кОм); б – измерения на
RC цепочках (с постоянной времени 0.2, 6 и 200 мс), в – измерения на водных
электролитах (с электропроводностью 10 и 100 Омм).
Содержание:
1. Методология экспериментов:
- характеристика используемых моделей;
- лабораторная установка.
2. Параметры характеризующие “инт енсивност ь” и “скорост ь” ВП
3. Влияние петрофизических характеристик вкрапленной руды на
“инт енсивност ь” и “скорост ь” ВП:
- размера вкрапленников и их объемного содержания;
- солености электролита;
- минерального состава вкрапленников.
4. Обсуждение результатов.
Измерения ВП во временной области: переходная характеристика, дифференциальная
поляризуемость (В.А. Комаров, О.М. Шаповалов, В.Ю. Черныш и др.)
“Интенсивность” ВП
1. Поляризуемость:
постоянная времени ВП
2. Заряжаемость:
i 
U (ti )
U ПР
t
2
1
m
 (t )dt

(t 2  t1 ) t1
Т  t 2  t1 - длительность зарядки
“Скорость” ВП
3. Постоянная времени ВП ( )
Идея оценки РВР (Дебаевская декомпозиция)
Z

100
40
1+2+3+4+5
1+2+3+4+5
 t 
i   Z j  exp  i 
j 1
 j 
5
1
2
10
30
3
1
2
3
4
5
4
1
c
20
c
c
0.1
5
c
c
0.001
0.01
0.07
0.5
5
Z,%
c

20
12
4.3
2
0.8
10
c
0.01
10-4 10-3 10-2 10-1 100 101 102
t, с
-4
-3
-2
10 10 10 10
-1
0
1
2
 , t, с
1. Постоянная времени ВП ( );
2. Стационарная поляризуемость:
M
smax
 Z (s)ds, где
smin
3
10 10 10 10
Z ( s)  весовая функция РВР;
s  ln(  )
Содержание:
1. Методология экспериментов:
- характеристика используемых моделей;
- лабораторная установка.
2. Параметры ВП характеризующие “инт енсивност ь” и “скорост ь” ВП
3. Влияние петрофизических характеристик вкрапленной руды на
“инт енсивност ь” и “скорост ь” ВП:
- размера вкрапленников и их объемного содержания;
- солености электролита;
- минерального состава вкрапленников.
4. Обсуждение результатов.
Зависимость заряжаемости и стационарной поляризуемости от размера (а) и
объемного содержания зерен электронопроводящих минералов (б).
а
Т = 2с
Полиминеральные зерна: пирит 30% + магнетит 30% + пирротин 30% +халькопирит 10%
б
Зависимость времени релаксации от размера (а) и объемного содержания зерен
электронопроводящих минералов (б).
Z, %
20
а)
0.045
Z, %
16
 5%
0.055
12
б)
26.7 %
r = 0.55 мм
12
9
0.125
17.8 %
8.9 %
8
2.2 %
1.1 %
0.6 %
6
0.2
4
0.3
0.55
 ,с
0
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
10 10 10 10 10 10 10 10
Спектр ВП для моделей, содержащих 5%
электронопроводящих
минералов
при
разном радиусе их зерен (0.045 – 0.5 мм).
4.5 %
3
c
0
10-4
10-3
10-2
10-1
100
101
102
Спектр ВП для моделей, содержащих разное
количество электронопроводящих минералов
при постоянном радиусе их зерен ( 0.55 мм)
 С 100
 МС 102
-1
10
1
10
-2
10
-1
-2
-3
10
-3
100
-4
-4
2
10
-5
y = 0.1 x
R2 = 0.7443
0
10
-6
r, мм
-5
10
-2
10
-1
10
0
10
1
10
Зависимости времени релаксации ВП от радиуса зерен электронопроводящих
минералов.
а) – сопоставление полученных времен релаксации () от размера зерен электронопроводящих минералов с
опубликованными результатами [Pelton et al, 1978; Wong, 1981, 1979; Zhdanov, 2008] (1-Wong, (6,3%), 1979;
2 - Collett, (3%),1959; 3 - настоящая работа, (5%), 2010; 4 - Grissemann (6.3%), 1971; 5 - Zhdanov, (халькопирит 7.5, %),
2008; 6 - Zhdanov, (пирит, 7.5 %), 2008).

Содержание:
1. Методология экспериментов:
- характеристика используемых моделей;
- лабораторная установка.
2. Параметры характеризующие “инт енсивност ь” и “скорост ь” ВП
3. Влияние петрофизических характеристик вкрапленной руды на
“инт енсивност ь” и “скорост ь” ВП:
- размера вкрапленников и их объемного содержания;
- солености электролита;
- минерального состава вкрапленников.
4. Обсуждение результатов.
Зависимость заряжаемости (а) и стационарной поляризуемости (б) от
электропроводности электролита насыщающего модели.
y = 0.75.x 0.4
R² = 0.96
y = 0.03.x 0.9
R² = 0.97
1 – пиролюзит (r = 0.2 мм);
2 – галенит (r = 0.55 мм);
3 – галенит (r = 0.125 мм)
ависимость времени релаксации от электропроводности внутрипоровог
электролита
  a
Галенит, r = 0.55 мм
ξ = 10%
1 – Slater, 2005, Fe, (r = 0.4 мм, ξ = 5)
2 – Галенит (r = 0.125 мм, ξ = 10 %)
3 – Пиролюзит (r = 0.2 мм, ξ = 10 %)
4 – Mahan, 1986, халькопирит,
(r = 0.55 мм, ξ = 6 %)
5 – Галенит (r = 0.125 мм, ξ = 10 %)
6 – Жандалинов, 2011, халькопирит
Содержание:
1. Методология экспериментов:
- характеристика используемых моделей;
- лабораторная установка.
2. Параметры характеризующие “инт енсивност ь” и “скорост ь” ВП
3. Влияние петрофизических характеристик вкрапленной руды на
“инт енсивност ь” и “скорост ь” ВП:
- размера вкрапленников и их объемного содержания;
- солености электролита;
- минерального состава вкрапленников.
4. Обсуждение результатов.
Влияние минерального состава на заряжаемость (а) и стационарную
поляризуемость (б)
1- постоянного минерального состава и разного ξ, 2 - разного минерального состава (ξ = 10%),
Уравнения регрессии вычислены для (1).
Спектры ВП для моделей содержащих зерна электронопроводящих минералов
различного минерального состава
Зависимость времени релаксации от электродного
потенциала минералов
Схема лабораторной установки использованной д
измерения
электродного потенциала
От чего зависит “инт енсивност ь” и “скорость” ВП вкрапленных
руд
1. Концентрации электронопроводящих минералов;
2. Размером зерен электронопроводящих минералов;
3. Электропроводности электролита насыщающего модели;
4. Минерального состава электронопроводящих зерен;
+
5. Электродного потенциала электронопроводящих зерен;
Существующие модели ВП электронопроводящих минералов не учитывают
наблюденные закономерности.
Содержание:
1. Методология экспериментов:
- характеристика используемых моделей;
- лабораторная установка.
2. Параметры ВП характеризующие “инт енсивност ь” и “скорост ь” ВП
3. Влияние петрофизических характеристик вкрапленной руды на
“инт енсивност ь” и “скорост ь” ВП:
- размера вкрапленников и их объемного содержания;
- солености электролита;
- минерального состава вкрапленников;
- рН электролита.
4. Обсуждение результатов.
 Г0
СГ 

Емкость слоя Гемгольца
Модель плоского
конденсатора
 – толщина слоя Гемгольца равная радиусу ионов;
СД 
4(2 0 RT ) C  q 2
F
2 RT
2
(
q  2 2 0 RT
)
 0 F 
C sh

 2 RT 
 ДЭС  С SRП
 ( Э ,  Э , r )
C Д CГ
CГ  C Д
RП 
Э 2
RT
Fi0
Плотность заряда диффузного слоя
Эквивалентная электрическая схема границы раздела металл
– электролит (модель ДЭС Штерна)
S  4r 2
С 
Емкость диффузного слоя
 50   Э
3/ 2
С 
C Д CГ
CГ  C Д
(
Q  2 20 RT
)
 K 2 F 
C sh

 2 RT 
К=1
φ2 = φ0 .K
2
Расчет емкости двойного электрического слоя на
поверхности плоского электрода при разной
электропроводности электролита
2
Влияние введенного коэффициента на зависимость
емкости от потенциала
 ДЭС  С SRП
Сопоставление расчетных и
экспериментальных данных
Зависимости времени релаксации ВП от радиуса зерен электронопроводящих
минералов и их минералогического состава
10
0
Psl
Psl
Deff = 10-6.5
Gal
10
-1
10
-2
φ = 380 мВ
Gal
φ = 240 мВ
Deff = 10-6
Py
Pr+Mgt+Py
10
-3
10
-4
φ = 150 мВ
Py
Pr+Mgt+Py
φ = 20 мВ
Deff = 10-5
10
-5
10
-2
10
-1
r, мм
10
0
10
r2
2/с.%);
Deff
 (3%); 3 - настоящая
(1-Wong, (6,3%);
2 - Collett,
работа,значение
(5%); 4 - Grissemann
5 - Zhdanov,
(халькопирит
, среднее
Deff для(6.3%);
растворов
порядка
10-9 м7.5,
2 [Pelton et al, 1978; Wong, 1981, 1979; Zhdanov, 2008]
6 - Zhdanov, (пирит, 7.5 %)).
1
ВЫВОДЫ:
1.
Время релаксации зависит от минерального состава зерен электронопроводящих
минералов, электропроводности электролита насыщающего модели, радиуса включений
и связано с их электродным потенциалом экспоненциальным законом.
2.
Проведенное
сопоставление
влияния
различных
петрофизических
характеристик вкрапленных руд на заряжаемость (m) и стационарную
поляризуемость
устойчивым
(M),
показывает,
параметром
ВП,
что
последняя
зависящим
только
является
от
наиболее
концентрации
электронопроводящих вкрапленников.
3.
Предложенный вариант расчета времени релаксации с учетом емкости ДЭС на
поверхности шарообразных включений позволяет учитывать влияние их размера,
минерального состава (электродный потенциал) и электропроводности насыщающего
модели электролита, и хорошо согласуется с экспериментальными данными.
Спасибо за внимание !!!
ЗАО «НПП Вирг-Рудгеофизика»
Санкт-Петербургский
Государственный Университет
ООО «Бюро геофизического консалтинга»
Сопоставление наблюденных значений m с расчетными
F (t )  M exp( t /  ДЭС )erfc( t /  ДЭС )
N
 (t )  M  (1) k F (t  2kT )  F (t  (2k  1)T )) 
k 0
m
t2
1
 (t )dt

(t 2  t1 ) t1
Т  t 2  t1
- длительность зарядки
Эмпирические модели ВП электронопроводящего зерна
Модель Пелтона (Коул-Коул)
«Неправильный резистор»
RП 
Э 2
RT
 40  Э
3/ 2
Fi0
 ДЭС  С SRП
«Неправильный конденсатор»
(iX )  c
1C
 R0 
  X 
m
Методика работ
Лабораторная
установка
Сложившееся в России представление о протекании процессов ВП
Рис. 5. Временная зависимость ВП образца пирита из полиметаллической руды (1 - ΔUВП; 2 dΔUВП/dlgT) [Комаров., 1980].
Выделяют перенапряжение трех видов [Кормильцев, 1980; Комаров, 1980]:
•
перенапряжением разряда – активационная поляризация (время релаксации –
соответствует ранней стадии ВП (РС-ВП));
2-10 мс,
•
перенапряжением адсорбции – химическая поляризация (время релаксации – 100-200 мс
до 1 с);
•
перенапряжением диффузии – концентрационная поляризация (время релаксации от
единиц секунд до нескольких минут и более).
Спектры ВП полученные при разной плотности тока
(пиролюзит, ξ = 10%, r = 0.375 мм).
170 мВ
500 мВ
2500 мВ
Штерна
Грэмма
Мямлина-Плескова
Модели строения ДЭС
Влияние рН раствора на спектры ВП
пиролюзит