Введение к работе
Гранат является породообразующим минералом сланцев саксаган-ской свиты криворожское серии, метаморфизованных в условиях эпидот-амфиболнтовой фации. В сланцах, испытавших метаморфизм зеленос-ланцевой фации, гранат относится к акцессорным минералам. Распространенность гранат-содержащнх пород в толще саксаганской свиты месторождений Северного и Ингулецкого районов Кривбасса сравнима с распространенностью железистых кварцитов - основного сырья горнообогатительных комбинатов и некоторых шахт бассейна.
В предыдущих исследованиях основное внимание уделялось изучению вариаций химического состава граната, некоторых его физических свойств, решению с использованием этих данных вопросов петрологии железисто-кремнистой формации. Многие проблемы минералогии граната и гранат-содержащнх пород изучены недостаточно.
В 90-х годах текущего столетия гранат-содержащие сланцы начали рассматриваться как один из альтернативных видов полезных ископаемых Кривбасса- сырье для производства образивного граната. Успешное решение проблемы их разработки и обогащения невозможно без глубокого минералогического изучения граната и вмещающих его сланцев.
Актуальность диссертационной работы с позиции теоретической минералогии обусловлена большим объемом минералогической информации, содержащейся в кристаллах граната и парагенных с ним минералов, а с прикладной - необходимостью минералогического изучения гранат-содержаших сланцев Криворожского бассейна как ценного сырья для производства мягких абразивных материалов.
Целью диссертации является всестороннее минералогическое исследование граната железисто-кремнистой формации Криворожского бассейна (на примере Анновского месторождения) с разработкой на основе полученных данных минералогического обоснования технологии производства гранатового концентрата.
В процессе работы автор диссертации решал следующие частные задачи. 1. Анализ распространенности гранат-содержащих сланцев в пределах Криворожского железорудного бассейна и выбор объекта для проведения детальных минералогических исследований. 2. Изучение то-поминералогии граната Анновского месторождения и составление минералогической карты пласта гранат-содержащих сланцев. 3. Исследование изменчивости морфологии, химического состава, физических свойств граната Анновского месторождения на топоминералогическом фоне. 4. Выделение типоморфных признаков граната из разных минеральных ас-
социаций гранат-содержащих сланцев на основе компьютерной обработки полученной минералогической информации. 5. Изучение обогатимо-сти гранаг-содержащих сланцев, разработка принципиальной схемы получения из них гранатового концентрата, составление минералого-технологнческой классификации гранат-содержащих сланцев. 6. Построение геолого-технологической карты пласта гранат-содержащих сланцев Анновского месторождения.
Фактической основой диссертационной работы является материал, собранный автором в 1989-1996 гг. в ходе минералогических исследований гранат-содержащих сланцев Кривбасса, а также при детальном минералогическом изучении этих пород в пределах Анновского месторождения. Были проанализированы имеющиеся в более чем 400 литературных и 27 фондовых источниках данные о распространенности, морфологии, составе и свойствах граната Анновского месторождения и Криворожского бассейна в целом. В процессе работы были изучены около 3500 минералогических проб (из них 243 пробы - детально), отобранных из сланцевых толщ месторождений Криворожского бассейна. Исследования проводились с использованием традиционных (кристалломорфологи-ческий, онтогенический, иммерсионный и др.) и современных (электрон-номикроскопический, иифракрасноспектроскопический, рентгенострук-турный, микрозондовын и др.) методов изучения минерального вещества. Для обработки минералогической информации применялись стандартные и оригинальные компьютерные программы.
Научная значимость и новизна диссертационной работы состоит во исестороннем исследовании граната и гранат-содержащих сланцев железисто-кремнистой формации Кривбасса. В работе впервые решены следующие проблемы. 1. Выполнено минералогическое картирование толщи гранат-содержащих сланцев как в пределах Криворожского бассейна, так и на более детальной основе - в границах Анновского месторождения. 2. Изучены факторы локализации граната в породах железисто-кремнистой формации Кривбасса и дана оценка их значимости при проведении то-поминералогических исследований различного масштаба. Построена гео-лого-мннералогическая карта горизонта гранат-содержащих сланцев. 3. Исследованы закономерности изменчивости морфологии, состава и свойств граната на топоминералогическом фоне. 4. Выделены типоморф-н ые характеристики граната, отражающие особенности зарождения, роста и изменения его индивидов и агрегатов в породах различного исходного состава. 5. Проведена оценка минералогических параметров, определяющих обогзтимость гранат-содержащих сланцев, определено
соответствие характеристик граната техническим требованиям, нредьяв-ляемым к нему как к абразивному сырью.
Практическое значение диссертационной работы обусловлено проведением впервые для железисто-кремнистых формаций Украины и других регионов комплексной минералого-технологнческой и технической оценки граната и гранат-содержащих пород как сырья для получения мягких абразивов. Впервые была изучена обогатимость гранат-содержащих сланцев, разработана их минералого-технологическая классификация, построена геолого-технологическая карта горизонта гранат-содержащих сланцев, которая является основной для их разработки в качестве одного из альтернативных видов минерального сырья на Анновском месторождении Северного горнообогатнтельного комбината.
В диссертационной работе защищаются следующие основные положения.
I. Распространенность граната в составе сланцев железисто-
кремнистой формации Криворожского бассейна определяется двумя ос
новными факторами: аутигеиным и метаморфическим. Роль аутнгеипого
фактора фиксируется при изучении относительно мелких геологических
объектов: месторождений, отдельных сланцевых горизонтов. Она прояв
ляется в различной степени приближения исходного химического состава
сланцев к идеальному соотношению необходимых для образования гра
ната оксидов кремния, железа и алюминия, которое формировалось в хо
де накопления исходных корбонат-пелнтовых н псаммнт-пелптовых от
ложений. Аутигенный фактор обусловил минералогическую зональность
сланцевых горизонтов, которая проявляется а закономерной смене мине
рального состава сланцев в направлении от центральных частей к пери
ферии горизонтов: сланцы ставролит-биотит-кварц-мусковитовые с гра
натом —> сланцы гранат-мусковит-кварц-биотитовые > сланцы гра-
нат-кварц-биотнтовые —> сланцы куммингтонит-гранат-кварц-бнотнто-вые —> сланцы гранат-кварц'бнотит-куммингтонитовые, переходящие постепенно в различного состава магнетит-силикатные кварциты обрамляющих железистых горизонтов. Роль метаморфического фактора проявляется при изучении крупных геологических объектов, например, Криворожского бассейна. Она состоит в заметном увеличении количества граната при переходе ступени метаморфизма сланцев от условий зеленос-ланцевой к эпидог-амфиболитовой фации. Влиянием метаморфического фактора обусловлена региональная минералогическая зональность толщ гранат-содержащих сланцев Кривбасса: в пределах месторождений центральной части бассейна среднее содержание в них граната составлясі
0-1 объемн. %, к южному и северному флангам Кривбасса среднее содержание граната в сланцах возрастает до 15-20 и более объемн. %.
-
Морфология и анатомия кристаллов и агрегатов граната закономерно изменяется на топоминералогическом фоне. Для периферийных частей сланцевых горизонтов, сложенных гранат-кварц-биотит-кумминг-тонитовыми и куммингтонит-гранат-кварц-биотитовыми сланцами, характерны сложные срастания ксеноморфиых крупных (до 30-50 мм) интенсивно трещиноватых кристаллов граната с многочисленными включениями кварца, графита, куммингтонпта, биотита и других минералов. В центральных частях горизонтов, сложенных гранат-кварц-биотитовыми, гранат-мусковит-кварц-биотитовыми и ставролит-биотит-кварц-мускови-товыми сланцами, преобладают изолированные относительно мелкие (0,5-4,0 мм) идноморфные слабо трещиноватые кристаллы граната, практически не содержащие пойкклитовых включений. Основными габитус-ными формами кристаллов фаната являются ромбододекаэдр {11.0} и тетрагон-триоктаэдр {211}. Грани первого преобладают в мелких кристаллах граната из центральных частей сланцевых горизонтов, грани второго - в более крупных кристаллах из их периферийных зон,
-
Химический состав и физические свойства граната подвержены закономерным вариациям в разрезах сланцевых горизонтов. Состав граната отвечает альмандину (62-96 мол. %) с примесью пиропового (1-2! мол. %), спессартинового (0-4 мол. %), андраднтового (1-Ю мол. %), шорломитового (0-1 мол. %), гроссулярового (0-2 мол. %), хогаритового (0-2 мол. %) и скиагитового (0-4 мол. %) миналов. Вследствие близости термодинамических условий образования граната, соответствовавших для всех гранат-содержащих пород Анновского месторождения эпидот-амфиболитовой фации метаморфизма, заметных признаков влияния ступени метаморфизма на химический состав граната не обнаружено. Контролирует его, главным образом, состав вмещающих пород. Ог ставро-лит-биотит-кварц-мусковитовых сланцев центральных частей сланцевых горизонтов к гранат-кварц-биотнт-кумминггонитовым сланцам их периферийных частей содержание альмандинового минала в составе граната снижается, а содержание всех остальных миналов возрастает. В тесной связи с вариациями химического состава изменяются физические свойства граната: от центра к периферии сланцевых горизонтов значення твердости, плотности и показателя преломления граната заметно уменьшаются.
-
Морфологические особенности кристаллов граната определяют возможность получения из гранат-содержащих сланцев высококачественного гранатового концентрата по разработанной с участием автора
диссертации технологии, основанной на использовании различий морфологических особенностей кристаллов граната с одной стороны и кристаллов и агрегатов других породообразующих минералов сланцев - с другой. Наиболее высококачественный концентрат (95-99 мае. % фаната) получен из сланцев центральных частей сланцевых горизонтов, содержащих относительно мелкие хорошо ограненные кристаллы граната. Качество концентрата, получаемого нз сланцев периферийных частей горн-зонтов, для которых характерны значительно более крупные хсеноморф-ные трещиноватые индивиды и агрегаты граната, намного ниже - 50-80 мае. % фаната.
Внедрение результатов работы. Результаты исследований автора диссертации используются при проектировании цеха по производству фанатового концентрата на Северном горнообогатительном комбинате (г. Кривой Рог).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения, содержит 117 страниц текста, 32 таблицы (6 в тексте и 26 в приложениях) и 53 рисунка; список литературы включает 308 наименований.
