Содержание к диссертации
Введение
1. Магнетитовые руды уральской железорудной провинции и технологическая минералогия железных руд 14
1.1. Общие сведения об Уральской железорудной провинции 14
1.2. Месторождения скарново-магнетитовых руд 16
1.3. Месторождения руд железистых кварцитов 17
1.4. Технологическая минералогия железных руд 17
1.4.1. Этапы развития технологической минералогии 17
1.4.2. Технологическая минералогия железных руд 18
2. Особенности вещественного состава железистых кварцитов рудопроявления ман -9 19
2.1. Геологическое строение и изученность рудопроявления МАН-9 19
2.2. Текстурно-структурные особенности и минеральный состав руд 22
2.3. Химический состав руд 44
2.4. Фация метаморфизма и протолитруд 47
2.5. Элементы сходства с известными объектами и рудно-формационная принадлежность 50
3. Особенности состава и строения скарново-магнетитовых руд рудопроявлений а4 и южно-чернореченское 53
3.1. Геологическое строение и изученность рудопроявления А4 53
3.2. Минеральные ассоциации скарново-магнетитовых руд рудопроявления А4 и последовательность их образования 56
3.2.1. Особенности вещественного состава руд 56
3.2.2. Оптические характеристики минералов 58
3.2.3. Взаимоотношения минералов 62
3.2.4. Минеральные ассоциации и последовательность минералообразования 70
3.3. Геологическое строение и изученность рудопроявления Южно-Чернореченское73
3.4. Особенности состава и строения руд Южно-Чернореченского рудопроявления.75
3.4.1. Вещественный состав и текстурно-структурные особенности руд 75
3.4.2. Взаимоотношения магнетита с породообразующими минералами и его типоморфизм 79
3.4.3. Сульфиды и золото 87
3.4.4. Нерудные минералы 93
3.5 Сравнительная характеристика рудопроявлений А4 и Южно-Чернореченского 98
4. Прогнозная минералого-технологическая оценка руд по малообъемным минералогическим пробам на ранних стадиях изучения выявленных объектов 101
4.1. Прогноз технологических свойств руд рудопроявления МАН-9 101
4.2. Прогноз технологических свойств руд рудопроявления А4 108
4.3. Прогноз технологических свойств руд рудопроявления Южно-Чернореченского 112
Заключение 115
Список использованной литературы 118
- Месторождения руд железистых кварцитов
- Текстурно-структурные особенности и минеральный состав руд
- Минеральные ассоциации скарново-магнетитовых руд рудопроявления А4 и последовательность их образования
- Прогноз технологических свойств руд рудопроявления Южно-Чернореченского
Введение к работе
Актуальность работы. Минерально-сырьевая база черной металлургии играет важнейшую роль в развитии промышленного потенциала России. По запасам железорудного сырья наша страна занимает первое место в мире, располагая почти 100 млрд. т руды, что составляет почти треть мировых запасов этого полезного ископаемого. Однако существующая база характеризуется невысоким качеством сырья и неблагоприятным географическим положением основных железорудных месторождений, значительно удаленных от главных центров металлургической промышленности [48, 49, 85, 86, 87, 88, 89]. Проблема обеспечения сырьем перерабатывающих предприятий возникла уже в настоящее время. Особенно острая ситуация сложилась на Урале, где дефицит местной сырьевой базы по железу составляет более 15 млн.т. Потребности промышленности в сырье вынужденно покрываются за счет импортных поставок и собственных, но территориально удаленных источников, что делает продукцию металлургических предприятий неконкурентоспособной.
Северные районы Урала, по прогнозным оценкам, располагают значительным сырьевым потенциалом в отношении железорудного сырья, способным при его реализации обеспечить потребности уральского металлургического комплекса. Поэтому основным направлением решения сырьевой проблемы должно стать выявление в регионе новых железорудных месторождений, в том числе и на Приполярном Урале, где складывается благоприятная экономическая ситуация в зоне влияния намечаемой к строительству железнодорожной магистрали Ивдель -Лабытнанги, создаваемой в рамках федерального проекта «Урал Промышленный -Урал Полярный». В настоящее время в этом районе рядом геологических организаций активно проводятся работы по выявлению новых и переоценке известных железорудных месторождений и рудопроявлений. Основные изучаемые объекты представлены рудами скарново-магнетитового промышленного типа. К ним относятся ныне разведуемые и оцениваемые проявления А-4 и Южно-Чернореченское, ставшие объектами диссертационного исследования. Кроме того, на Приполярном Урале активно изучается объект нового для этих районов промышленного типа руд железистых кварцитов (рудопроявление МАН-9), представляющийся весьма
перспективным, поскольку именно с этим типом связана большая часть балансовых запасов железных руд в западных районах страны.
На ранних стадиях геологоразведочных работ всегда возникает проблема выбора первоочередных объектов исследования, что требует их ранжирования по перспективности. Одним из важнейших факторов, определяющих промышленную ценность месторождений, при прочих равных условиях является качество руд. Прогнозная оценка этого параметра минерального сырья, в том числе и выход на аналогичный объект в банке данных по сырьевой базе, может быть проведена на основе использования малозатратных и экспрессных методов технологической минералогии. Эти методы обеспечивают получение достаточно полных сведений о минеральном составе, текстурно-структурных характеристиках руд, тонких, в том числе типоморфных особенностях состава и строения рудных и сопутствующих минералов, определяющих их поведение в технологических процессах. Все это позволяет внести существенный вклад в прогнозную оценку разведуемого объекта на ранних этапах его изучения.
Цель работы - прогнозная оценка качества железорудного сырья методами технологической минералогии на ранних стадиях изучения месторождений.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
Изучение вещественного состава руд рудопроявлений МАН-9, А-4 и Южно-Чернореченского комплексом минералого-аналитических методов.
Установление вероятной принадлежности изучаемых объектов к определенным формационным типам железорудных месторождений на основе выявленных особенностей вещественного состава руд и вмещающих пород.
Прогнозная оценка качества минерального сырья упомянутых рудопроявлений на основании полученных данных о вещественном составе руд с учетом материалов по месторождениям-аналогам.
Фактический материал. Работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательском институте минерального сырья им. Н.М. Федоровского (ФГУП «ВИМС») в рамках договорных работ с ОАО «Сосьвапромгеология», ОАО «Уральская геофизическая экспедиция», ООО ГП «Березовское» по прогнозной минералого-технологической оценке руд скарново-магнетитовых рудопроявлений А4 и Южно-Чернореченского, а также метаморфизованных руд рудопроявления МАН-9
(Маньхамбо). Непосредственными объектами диссертационного исследования являлись руды указанных рудопроявлений:
две керновые минералогические пробы руд рудопроявления А4 массой 10,6 и 11,4 кг, отобранные из разведочных скважин 5 и 6, дополненные отдельными образцами из керна скважин 49, 50 и разведочной канавы 201,
бороздовая минералогическая проба руды из разведочной канавы на рудопроявлений МАН-9 массой 27 кг,
- керновая минералогическая проба руды рудопроявления Южно-Чернореченское
массой 7,4 кг.
В процессе исследований изучено более 150 прозрачных, полированных шлифов и брикетов; в работе использованы данные химических (17 проб - аналитический отдел ФГУП «ВИМС»), микрорентгеноспектральных (более 100 - к.г.-м.н. Н.И. Чистякова), Мёссбауэровских (14 проб - МИСиС), рентгенографических (30 проб - И.С. Наумова), оптико-геометрических (20 аншлифов и брикетов - Кривощеков Н.Н.) анализов. Для определения параметров элементарной ячейки предположительно нового минерала использованы данные микродифракции. Помимо этого, использованы результаты определений физических свойств (плотности, микротвердости, магнитных свойств) рудных и породообразующих минералов и фракций проб.
Методы исследований. Основной объем минералого-аналитических исследований выполнен во Всероссийском институте минерального сырья им. Н.М. Федоровского (ФГУП «ВИМС») в минералогическом и аналитическом отделах в соответствии с нормативно-методическими документами НСАМ и НСОММИ. Для решения поставленных задач были использованы следующие методы исследования:
оптическая микроскопия (петрографический, минераграфический, оптико-минералогический и оптико-геометрический методы) для изучения минерального состава и текстурно-структурных особенностей руд и вмещающих пород. Аппаратура: поляризационные микроскопы ПОЛАМ Р-112, Nikon Optihot-Pol, Leica RD-DM (автоматический оптико-геометрический анализ на системе анализа изображений TomAnalysis), стереомикроскоп МБС-1,
рентгенографический количественный фазовый анализ (РКФА) для количественной оценки содержания минералов в рудах, определения параметров элементарной ячейки магнетита. Аппаратура: рентгеновский дифрактометр XTert PRO PANalytical,
микрорентгеиоспектральный анализ (МРСА) для определения элементного состава минералов и особенностей распределения в них примесей по площади выделений. Аппаратура: микрозонд JEOL JXA-8100,
просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ) для определения параметров элементарной ячейки предположительно нового минерала методом микродифращии. Аппаратура: просвечивающий электронный микроскоп Tecnai 12В,
Мёссбауэровская спектроскопия (ЯГРС) для определения особенностей распределения железа двух- и трехвалентного по минералам руд, определения структурных особенностей магнетита. Аппаратура: спектрометр электродинамического типа Msl 104Em с источником Со57 в матрице хрома,
методы определения физических свойств минералов и фракций:
о микровдавливания для определения микротвердости магнетита на
полуавтоматическом микротвердометре ПМТ-ЗМ, о объемометрический для измерения плотности рудных и породообразующих
минералов на установке Василевского М.М. в барометрической трубке, о каппаметрический для измерения удельной магнитной восприимчивости
магнетита на установке Kappabridge KLI-2 с напряженностью поля 300 А/м. Научная новизна работы.
Подтверждена принадлежность рудопроявлений А4 и Южно-Чернореченского к скарново-магнетитовому классу и определена принадлежность магнетитовых руд рудопроявления МАН-9 к формации железистых кварцитов, а пород рудовмещающего комплекса этого объекта - к эпидот-амфиболитовой фации метаморфизма. Определен возможный протолит для этих пород.
Выявлены минеральные ассоциации магнетитовых руд рудопроявления А4 и установлена последовательность минералообразования.
Впервые установлены: в рудах рудопроявления А4 «мирмекитоподобные» магнетит-пиритовые субграфические агрегаты, характерные для гипогенного окисления пирротина, в рудах Южно-Чернореченского рудопроявления - ранее неизвестная минеральная фаза (СиРегБ/і), предположительно являющаяся новым минеральным видом.
Практическая значимость.
Проведена прогнозная оценка качества руд трех рудопроявлений на основе минералого-аналитических исследований с учетом литературных сведений по месторождениям-аналогам и рудным формациям, к которым принадлежат изученные объекты.
Выявлено наличие существенной примеси меди и повышенных количеств золота в рудах проявления Южно-Чернореченского, что при их попутном извлечении повысит экономический эффект отработки этого объекта. Обращено также внимание на возможность попутного использования крупнокускового материала хвостов рудоподготовки на изученных объектах в стройиндустрии.
Указано на возможность присутствия ухудшающего качество сырья пирротина на глубоких горизонтах разведуемых объектов (А4, Южно-Чернореченское) на основе выявленных характерных пирит-магнетитовых микроструктурных агрегатов.
Применен метод корреляционного анализа для определения формы присутствия элементов-примесей в магнетитах, позволяющий выделить среди них примеси структурные и «механические», что подтверждено методом ЯГР-спектроскопии.
Результаты проведенных исследований вошли в качестве отдельных глав в производственные отчеты по каждому из рассмотренных объектов.
Защищаемые положения
1. В рудоносном комплексе на рудопроявлений МАН-9 установлены
генетически связанные между собой железистые кварциты и магнетитсодержащие
плагиогнейсы, для которых выявлены микроплойчатые текстуры, минеральная
ассоциация кварца, кислого плагиоклаза, мусковита и эпидота, а также типоморфные
свойства магнетита. Эти особенности в совокупности с химическим составом руд
позволяют отнести рудопроявление к классу месторождений метаморфизованных руд
(железистых кварцитов) и определить принадлежность рудоносного комплекса к
эпидот-амфиболитовой фации метаморфизма.
2. Выявлены основные черты сходства железорудных рудопроявлений А4 и
Южно-Чернореченского, выражающиеся в близкой геологической позиции,
известково-скарновой минеральной ассоциации руд, реликтовых текстурах и
структурах протолита и особенностях состава и строения магнетита. По комплексу
признаков эти объекты относятся к месторождениям скарново-магнетитового класса складчатых областей фанерозоя.
3. Морфоструктурные характеристики магнетита - главного рудного минерала изученных рудопроявлений, низкие содержания изоморфных примесей, отсутствие структур распада, близкие к теоретическим плотность и микротвердость, особенности ассоциирующих с ним минералов позволяют рекомендовать магнитные методы обогащения для руд А4 и МАН-9, а для руд Южно-Чернореченского рудопроявления -комплексную технологию, включающую химическое обогащение.
Личный вклад. Автор принимал участие в качестве минералога в проведении всех этапов исследований: подготовка каменного материала к исследованиям, оптико-минералогическое изучение дробленого материала руд, петрографическое и минераграфическое изучение руд и вмещающих пород, определение физических свойств рудообразующих минералов, систематизация, обработка и интерпретация результатов химических, микрорентгеноспектральных, рентгенофазовых и мессбауэровских анализов.
Апробация работы. Результаты исследований и основные положения диссертации докладывались и обсуждались на конференциях и совещаниях различного уровня: на научно-практической конференции молодых ученых и специалистов -ВИМС, Москва, 2008 г., на Международном минералогическом семинаре «Структура и разнообразие минерального мира», г. Сыктывкар, 2008 г., на 5-ой Международной школе молодых ученых и специалистов ИПКОН РАН, Москва, 2008 г. (доклад отмечен грамотой), на IX Международной конференции "Новые идеи в науках о Земле" РГГРУ, г. Москва, 2009 г., на XV геологическом съезде республики Коми - «Геология и минеральные ресурсы европейского Северо-востока России», г. Сыктывкар, 2009 г. Результаты исследований соискателя опубликованы в восьми статьях, в том числе в одной статье в журнале, перечисленном в списке ВАК.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы (113 наименований). Общий объем работы 125 страниц, в том числе 37 рисунков и 44 таблицы. Во введении обоснована актуальность работы, обозначены цели, задачи, показана научная новизна и практическая значимость проведенных исследований, сформулированы защищаемые положения. В первой главе приводятся общие сведения о железорудных месторождениях Урала, а также проведен анализ литературных материалов,
посвященных исследованиям в области технологической минералогии железных руд. Во второй главе охарактеризовано геологическое строение и изученность рудопроявления МАН-9, помещены результаты исследований особенностей вещественного состава руд, их фации метаморфизма и обоснована формационная принадлежность рудопроявления. В третьей главе рассмотрены геологическое строение и изученность рудопроявления А4, выявленные особенности состава, строения руд и последовательность минералообразования. В этой же главе приведены результаты минералого-аналитического изучения руд Южно-Чернореченского рудопроявления. Четвертая глава посвящена обобщению собранных материалов по особенностям вещественного состава руд изученных объектов, которые позволили дать прогнозную минералого-технологическую оценку сырья. В заключении перечислены основные научные и практические результаты работы.
За неоценимую помощь в написании диссертационной работы, советы, критические замечания и поддержку автор признателен своему учителю - кандидату геолого-минералогических наук В.И. Кузьмину. Автор выражает глубокую благодарность своему научному руководителю доктору геолого-минералогических наук Е.Г. Ожогиной. Кроме того, автор признателен за помощь в проведении исследований, за обсуждение результатов и поддержку: кандидату геолого-минералогических наук СВ. Соколову, кандидату геолого-минералогических наук Н.И. Чистяковой, В.А. Рассулову, КС. Наумовой, кандидату геолого-минералогических наук Г.К. Кривоконевой, Н.Н. Кривощекову, кандидату геолого-минералогических наук Е.Ю. Кустову, Е.В. Зублюк, Н.Г. Летуновой. Автор благодарит за помощь и поддержку геологов производственных организаций СИ. Комарицкого, А.В. Буханова. За поддержку и ценные консультации автор глубоко признателен докторам геолого-минералогических наук И.Г. Печенкшу и профессору П.А. Игнатову.
Месторождения руд железистых кварцитов
Технологическая минералогия - современное научное направление прикладной минералогии, включающее весь комплекс минералогических исследований, целью которого является интенсификация использования минеральных ресурсов недр [14]. Технологическая минералогия как самостоятельное научное направление сформировалось в тридцатые годы прошлого столетия и связано с деятельностью выдающегося минералога и организатора Н.М. Федоровского. Он разработал и ввел в практику геологоразведочных работ комплексный метод изучения месторождений, суть которого заключается в том, что «должен быть проведен определенный цикл научных исследований, где одновременно должны участвовать и геологи, и минералоги, и петрографы, и физики, и химики, и технологи, и обогатители, и экономисты» [90]. Именно такое направление исследований является рациональным. Созданный в стенах Института прикладной минералогии (ныне ФГУП «ВИМС») данный подход нашел широкое применение в ЦНИГРИ, МЕХАНОБР-е, ГИРЕДМЕТ-е и других научных и производственных организациях. В становлении этого направления большую роль сыграли работы А.А. Глаголева, Я.Д. Готмана, В.Н. Зуева, Е.В. Рожковой, М.В. Соболева, Ю.Г. Гершойга, В.А. Глазковского, В.В. Доливо-Добровольского, А.И. Гинзбурга, Б.И. Пирогова [12, 15, 68].
На раннем этапе деятельность минералогов сводилась к решению узко прикладных задач, постановка которых осуществлялась технологами. К кругу таких задач относилась информационная поддержка обогатителей в отношении минерального состава исходных руд и продуктов из обогащения, определение поминерального баланса и характеристик раскрытия минералов и т.п. С появлением и развитием различных физических методов исследования вещества (рентгенографический, микрорентгеноспектральный анализы, мёссбауэровская, инфракрасная спектроскопия, растровая и просвечивающая электронная микроскопия и некоторые другие), начиная с 70х годов прошлого столетия, минералогия получила инструментальную базу, позволившую качественно изменить её роль в разработке технологических схем. Комплексируя информацию, полученную традиционными и прецизионными методами минералог получил возможность проводить прогнозные минералого-технологические исследования: прогнозировать поведение минералов в технологических процессах и оценивать возможное качество получаемых продуктов, решать вопросы повышения комплексного использования сырья. К концу 80х годов технологическая минералогия формируется как самостоятельное научное направление.
Основы технологической минералогии железных руд создаются в тридцатых годах прошлого столетия В.А. Глазковским, который впервые выдвигает геолого-минералогические факторы их обогатимости. Новый импульс направление испытывает в шестидесятых годах в связи с вовлечением в отработку месторождений КМА. Наиболее значимые работы этого периода принадлежат Б.И. Пирогову [12] и Ю.Г. Гершойгу [71], исследовавших связь вещественного состава и технологических свойств железистых кварцитов. Вопросам типоморфизма одного из главнейших промышленных минералов железорудных месторождений - магнетита, посвящена детальная работа Л.В. Чернышевой [94]. Позднее на основании изучения геолого-минералогических факторов в связи с обогатимостыо железистых кварцитов были выявлены типоморфные признаки, определяющие их технологические особенности [81], к числу которых относится: - соотношение форм железа в определенных минеральных ассоциациях - содержание минеральных форм железа - особенности неоднородности состава и свойств магнетита - количество гипогенного гематита - морфология, гранулометрия магнетита и типы срастаний его с сосуществующими минералами - химический состав и свойства нерудных минералов - степень и характер изменчивости руд метасоматическими процессами Для скарново-магнетитовых руд Б.И. Пироговым [81] выявлены следующие геолого-минералогические факторы обогатимости: - полиминеральный состав руд - текстурно-структурные особенности руд - варьируемость в содержании полезных и вредных компонентов в рудах - значительное содержание карбонатов и других нерудных минералов изоморфизм, наличие продуктов распада твердого раствора и тонких микровключений и нерудных минералов в магнетите - широкое развитие процессов гипергенеза, с которыми связано образование мартитовых разновидностей руд. Рудопроявление МАН-9 расположено в приосевой части Приполярного Урала, в верховьях рек Няйс и Укъю, в ста семидесяти километрах к юго-западу от п. Саранпауль (Березовский р-н Тюменской обл. Ханты-Мансийского АО) в зоне проектируемой трассы железной дороги Ивдель-Лабытнанги в рамках федерального проекта «Урал Промышленный - Урал Полярный» (см рис. 1.1). Рудопроявление было открыто при наземной заверке аэромагнитной аномалии выявленной в I960 году [ПО]. Сведения по геологическому строению рудопроявления приводятся по данным СИ. Комарицкого [108], И.Н. Шиятого [113] и Е.В. Зублюк [38]. В геолого-структурном отношении рудопроявление МАН-9 находится в пределах Центрально-Уральского поднятия, в Центральной подзоне Ляпинской структурно-формационной зоны Приполярного Урала [111], вблизи восточного экзоконтакта Сальнеро-Маньхамбовского массива. В геологическом строении района рудопроявления участвуют образования верхнепротерозойского, кембрийского и ордовикского возраста (рис.2.1, 2.2.). В состав верхнепротерозойских образований входят отложения маньхамбовской, хобеинской, саблегорской и мороинской свит, выполняющие синклинорные зоны сложной конфигурации. Они сформировались в результате наложения более поздних структур на мегасинклинории, образовавшиеся в раннюю фазу байкальской складчатости. К синклинальным структурам субмеридионального простирания, выполненным отложениями маньхамбовской свиты, приурочены наиболее мощные зоны магнетитового оруденения. Породы верхнего протерозоя прорываются дайками долеритов парнукского комплекса, а также гранитами, гранодиоритами и аплитами Сальнеро-Маньхамбовского массива, образующими в пределах участка выходы небольшой площади. Рудопроявление располагается в зоне пересечения разломов северо-западного, субширотного, субмеридионального простираний. Северо-западные нарушения представлены преимущественно сдвигами с амплитудой в сотни метров. В структуре месторождения сдвиговые деформации привели к формированию лежачих складок, к крыльям которых приурочено оруденение. Оруденение локализуется в отложениях верхней части маньхамбовской свиты. В составе отложений преобладают слюдистые сланцы, в основании которых выделяется пачка слюдистых и аркозовых кварцитов (гнейсов). Рудовмещающими породами являются магнетитсодержащие биотитовые, биотит-мусковитовые плагиогнейсы и хлорит-серицит-кварцевые, мусковит-кварцевые сланцы. Выявленные рудные тела мощностью 3-5м, протяженностью по падению в первые сотни метров, имеют линзовидно-пластообразную форму, вытянуты в северо-западном направлении согласно общему простиранию и падению рудовмещающих пород под углами 50-70 на северо-восток.
Текстурно-структурные особенности и минеральный состав руд
На основании минералогических исследований в рудах выделено два типа рудоносных пород: биотит-магнетитовые кварциты и магнетитсодержащие плагиогнейсы. Среди железистых кварцитов (богатых руд) по текстурным особенностям и минеральному составу выделено три подтипа по количеству примеси слюды): 1) массивные руды, содержащие до 5-10% слюды (28 мас.% от массы исходной пробы), 2) полосчатые (слабо сланцеватые) руды, содержащие 10-25% слюды (10 мас.%), и 3) полосчатые, часто катаклазированные руды (10 мас.%). Последний подтип, по сути, является переходной разновидностью к плагиогнейсам. Плагиогнейсы (52 мас.%) по минеральному составу подразделяются на магнетит-мусковит-биотитовые (преобладают) и магнетит-роговообманково-биотитовые плагиогнейсы.
Богатые руды первых двух подтипов представляют собой биотит-магнетитовые кварциты, характеризующиеся вкрапленной, пятнистой, полосчатой, микроплойчатой и сланцеватой текстурами. Пятнистая и полосчатая текстуры обусловлены различными количественными соотношениями рудного и породообразующих минералов, а также присутствием участков с различной структурой. Полосы, преимущественно состоящие из слюд, придают руде сланцеватую текстуру. В относительно обедненных магнетитом участках руды преобладает вкрапленная текстура. К структурам биотит-магнетитовых кварцитов относятся тонко-мелкозернистая, тонко-среднезернистая, гетеробластовая, лепидогранобластовая и сидеронитовая. Главные минералы - это рудный минерал (магнетит) 50-75%, кварц 15-40%, биотит 5-25%. Обычными второстепенными минералами являются мусковит 1-2% (редко до 10%), ортоклаз (менее 1%), хлорит (от десятых долей до 3%), а также в виде незначительной примеси - альбит, гидроксиды железа и роговая обманка. Среди акцессориев выделяются апатит (менее 1%) и минералы группы эпидота (ортит и собственно эпидот). Содержания минералов группы эпидота в отдельных участках руды увеличивается до 30%, но обычно количество собственно эпидота не превышает 1%, а ортит встречается в виде единичных выделений. К акцессорным минералам относятся и пирит, образующий, хотя и крупные, но крайне редкие выделения, иногда с включениями мельчайших зерен халькопирита, а также единичные выделения манганильменита.
Полосчатые, иногда катаклазированные, богатые руды представляют собой переходную разновидность от богатых руд к вмещающей породе. С первыми их сближает наличие полос (часто микроплойчатых) с большим содержанием магнетита и характерными структурами. Со вторыми - появление минеральной ассоциации преимущественно безмагнетитовых полос, в которых наряду с кварцем присутствует большое количество альбита.
Магнетит-мусковит-биотитовые плагиогнейсы характеризуются сланцеватыми, полосчатыми, микроплойчатыми текстурами, обусловленными такситовым распределением скоплений магнетита, кварца и альбита, эпидота, слюд. Рудные полосы в породе приобретают местами вкрапленную текстуру. Структуры тонко-среднезернистые, гетеробластовые, лепидогранобластовые. Среди главных минералов выделяются: кварц (35-40%), альбит (30-35%), магнетит (5-10%), биотит (5-10%) и мусковит (5-10%). Акцессорные минералы: эпидот ( 1%), ортит, апатит, титаномагнетит и сфен. Магнетит-роговообманково-биотитовые плагиогнейсы отличаются от описанных появлением в минеральном составе роговой обманки и в целом более крупнозернистыми структурами (до средне-крупнозернистой) и меньшим содержанием слюд.
При изучении особенностей минерального состава руд применялся развернутый комплекс методов минералогического анализа. В рудах выявлено 20 минералов (таблица 2.1), из числа которых 6 присутствуют в количестве более 1 процента и фиксируются количественным рентгенофазовым методом анализа (таблица 2.2).
Самым распространенным минералом является магнетит, содержание которого в средней пробе руды достигает 36%. Содержания двух наиболее распространенных породообразующих минералов: кварца и плагиоклаза составляют 27% и 23% соответственно. В количестве первых процентов оценивается присутствие слюд (мусковита и биотита), хлорита и эпидота. Остальные минералы встречаются не во всех исследованных препаратах, и их среднее содержание в пробе находится за пределом порога обнаружения методом РКФА. Повышенные количества других минералов, содержащих в своем составе железо, не обнаруживаются и достаточно чувствительным методом Мё ссбауэровской спектроскопии, что также подтверждает результаты РКФА.
Ниже приводится описание всех выявленных в рудах минералов в порядке их значимости. МАГНЕТИТ - главный рудный и количественно преобладающий минерал руд отмечается в виде зерен различной крупности и разной степени идиоморфизма (рис.2.3а). Отдельные зерна наблюдаются в виде рассеянной вкрапленности, особенно в плагиогнейсах, а агрегаты зерен играют важную роль в формировании различных выше описанных типов текстур и структур. Размер зерен магнетита варьирует от нескольких тысячных и сотых долей миллиметра, изредка достигая 1-2 миллиметра. Зерна размером менее 0,05 миллиметра, как правило, проявляют признаки кристаллографической огранки (частично или полностью идиоморфны), в то время как более крупные - всегда ксеноморфны и встречаются в сложных по морфологии агрегатах. Такие морфологические черты свойственны магнетитам зеленосланцевой фации регионального метаморфизма метаморфогенных месторождений железа [94].
Количество и характер сростков магнетита с различными породообразующими минералами определяется количеством этих минералов в разных участках руды. Наиболее широко распространены сростки магнетита с кварцем, биотитом и мусковитом, редко с эпидотом. В плагиогнейсах в описанном комплексе минералов срастаний появляется плагиоклаз.
По текстурно-структурным признакам выделяются следующие агрегаты магнетита: 1) массивной или пятнистой текстуры и сидеронитовой (рис.2.36), мелко-среднезернистой структуры, 2) густовкрапленной (см. рис.2.3а), нередко полосчатой или пятнистой, микроплойчатой (рис.2.3в) текстуры, тонко-, мелко-среднезернистой структуры, 3) вкрапленной, полосчатой, микроплойчатой текстуры (рис.2.3г), тонко-, мелко-среднезернистой структуры. Первые две текстурно-структурные разновидности магнетита характерны для богатых руд (железистых кварцитов). Они тесно ассоциированы и характеризуются наличием взаимных переходов. Необходимо подчеркнуть гетеробластовый, разнозернистый характер выделений магнетита. Всегда, даже в участках руды, характеризующихся среднезернистой сидеронитовой структурой, повсеместно присутствуют мелко- и тонкозернистые выделения магнетита. Для плагиогнейсов, на долю которых приходится почти половина материала средней пробы руды, характерна третья текстурно-структурная разновидность агрегатов магнетита, однако отмечаются отдельные полосы и участки с текстурно-структурными разновидностями первых двух типов.
Основную часть магнетита по морфологии выделений и характеру распространения следует отнести близким к одновременным образованиям с основными породообразующими минералами - кварцем, плагиоклазом, слюдами, эпидотом. Однако встречаются крайне редкие единичные выделения магнетита, указывающие на его более поздний генезис. Отмечаются чешуйки биотита и мусковита, в которых зерна магнетита ориентируются вдоль направлений трещин спайности (рис.2.3д). Более того, встречаются листочки биотита, частично замещённые магнетитом. В таких случаях форма выделений магнетита ограничивается контурами чешуек слюды и трещинами спайности (рис.2.3е). Данные взаимоотношения можно объяснить либо наличием двух генераций магнетита, либо длительностью процесса его минералообразования, частично выходящим за временные рамки образования слюд.
Минеральные ассоциации скарново-магнетитовых руд рудопроявления А4 и последовательность их образования
В рудах выделяются две основные текстурно-структурные разновидности, одновременно являющиеся и разновидностями, существенно отличающимися по количественному минеральному составу, в том числе и содержанием магнетита. Это богатые вкрапленные магнетитовые руды мариалит-эпидот-диопсидового и эпидот-диопсидового состава (43,6% Fe общ.) и оруденелые пятнистые, вкрапленные иногда брекчиевидные магнетитовые скарны мариалит-диопсидового состава (19,5% Fe общ.) (таблица 3.1, 3.2). Кондиции руд по содержанию железа взяты по аналогии со схожими по составу рудами месторождений Тагило-Кушвинского железорудного узла (Гороблагодатское, Лебяжинское, Высокогорское и др.), на которых бортовое содержание колеблется от 20 до 25% [31]. Несмотря на различия по текстурно-структурным особенностям, минеральный состав выделенных типов руд и пород в значительной степени однообразен. Выявлено 20 минералов (таблица 3.3). Однако главных, содержание которых в отдельных участках руд достигает десятков процентов, не более пяти. Это магнетит и обычно сопутствующие ему диопсид, скаполит (мариалит) и более поздние роговая обманка и эпидот. Остальные 15 минералов присутствуют в меньших количествах - это цеолит (ломонтит), пренит, анальцим, кальцит, олигоклаз, калиевый полевой шпат, эгиринсодержащий авгит, актинолит, хлорит и тонкодисперсный глинистый, точнее не идентифицированный, минерал. Рудные сульфидные минералы - пирит и халькопирит, отмечаются спорадически в небольшом количестве и в сумме их содержание не превышает одного процента.
Прежде чем перейти к описанию особенностей состава и строения минералов слагающих руды А4 приведем краткую характеристику оптических свойств (констант) на основании которых базировалась их диагностика. Нижеследующее описание приводится в порядке убывания значимости минералов.
МАГНЕТИТ образует по морфологии выделений две разновидности - это относительно крупные (от 0,3 до 1,5 мм) зерна, по очертаниям близкие к изометричным, в отдельных участках руд образующие фрагменты хорошо оформленных граней; и мелкозернистые выделения магнетита (от 10-15 до 100-120 мкм) угловатой, ксеноморфной формы с выщербленной поверхностью. Этот агрегат как бы окаймляет зерна и сростки зерен крупнозернистого магнетита первой разновидности. Выделяющиеся по морфологии разновидности магнетита, как правило, разделяются четкими трещинными границами. Отражение магнетита заметно выше нерудных фаз и значительно ниже сульфидов. Цвет минерала серый со слабым коричневатым оттенком, минерал оптически изотропный, рельеф заметно выше пирита и халькопирита.
РОГОВАЯ ОБМАНКА образует голубовато-зеленые ксеноморфные и гипидиоморфные длиннопризматические выделения, размером от первых сотых долей миллиметра до 0,4 мм, с совершенной спайностью в двух направлениях, пересекающихся под углом 56, рельеф высокий положительный, но меньше чем у эпидота, максимальная интерференционная окраска индиго II порядка, соответствующая ng -np =0,020, погасание косое C:Ng =25, удлинение положительное, минерал двуосный отрицательный 2VNp=40o-50c , с дисперсией оптических осей r v, плеохроизм ярко выражен: от светло-коричневато-желтого по Np до оливково-зеленого по Nm и голубовато-зеленого по Ng , формула абсорбции Ng Nm Np .
ДИОПСИД образует гипидиоморфные, редко идиоморфные призматические бледно коричневатые кристаллы, размером от 0,01 мм до 0,9 мм (в среднем 0,3 мм), спайность совершенная в двух направлениях, пересекающаяся под прямым углом, рельеф высокий положительный, отмечаются полисинтетические двойники; максимальная интерференционная окраска зеленовато-синяя II порядка, соответствующая ng -np =0,025, погасание косое, C:Ng =42, удлинение положительное, минерал двуосный положительный, 2VNg=60.
СКАПОЛИТ (МАРИАЛИТ) представлен ксеноморфными бесцветными выделениями, размером от 0,1 мм до 3 мм, со спайностью в двух направлениях, пересекающимися под прямым углом (одно направление спайности совершенное, другое среднее). Промежуточные разрезы минерала разбиты многочисленными пересекающимися изогнутыми трещинами. Рельеф низкий положительный. Максимальная интерференционная окраска серая первого порядка, соответствующая ng -np =0,008, погасание прямое, однородное, удлинение отрицательное CNP ; Оптически одноосный отрицательный.
ЭПИДОТ образует светло-лимонно-желтые ксеноморфные выделения, слагающие прожилки различной мощности - от сотых долей до первых миллиметров, в соответствии с этим размер зёрен изменяется от 0,01 мм до 0,9 мм, с двумя системами совершенной спайности пересекающейся по углом 65, рельеф высокий положительный, максимальная интерференционная окраска аномальная зелёная III порядка, соответствующая ng -np =0,044, погасание косое, C:NP =6, удлинение отрицательное, оптически двуосный отрицательный 2Уыр=60, плеохроизм хорошо выражен, окраска по Ng светло-лимонно-желтая, по Np бледно-желтая, формула абсорбции прямая Ng Np .
ОЛИГОКЛАЗ. Минерал бесцветный, образует выделения неправильной формы, размером 0,01-0,1 мм с редкими трещинами совершенной спайности, шагреневая поверхность слабо выражена, рельеф низкий, максимальная интерференционная окраска светло-серая I порядка, соответствующая ng -np =0,007, погасание косое относительно трещин спайности под углом C:Np =2-5, однородное, удлинение отрицательное, в коноскопии при определении осности четкой фигуры не получено, но устанавливается отрицательный оптический знак.
СФЕН образует выделения различной степени идиоморфизма с преобладанием ксеноморфной формы, размер кристаллов колеблется в пределах 0,05-0,4 мм (в среднем 0,2 мм), спайность совершенная в двух направлениях, пересекающаяся под углом 60, рельеф очень высокий положительный, интерференционные окраски - перламутровые высших порядков. Минерал двуосный положительный с малым углом 2V, со слабо выраженным плеохроизмом от бледно-коричневатого до светло-буровато-коричневого;
АВГИТ ЭГИРИНСОДЕРЖАЩИЙ образует зеленые ксеноморфные выделения, крайне редко - идиоморфные призматические кристаллы, размером от 0,01-0,02 мм до 0,8-1,3 мм, спайность совершенная в двух направлениях, пересекающаяся под прямым углом, рельеф высокий положительный, максимальная интерференционная окраска желтовато-оранжевая II порядка, соответствующая ng -np =0,032, погасание косое, C:Ng =44, удлинение положительное, плеохроизм резко выражен от зеленого по Np до желтовато-коричневого по Ng\ формула абсорбции обратная: Np Ng . Минерал двуосный положительный, 2VNg=80, наблюдается дисперсия оптических осей, r v; по диаграмме, приведенной в справочнике Трёгера [83], по оптическим характеристикам в составе авгита участвует 10-15% минала NaFe3+(эгирин).
Прогноз технологических свойств руд рудопроявления Южно-Чернореченского
На материале изученных руд можно с известной степенью условности прогнозировать их технологические свойства, поскольку состав и текстурно-структурные особенности обладают чертами сходства с рудами известных в Тагило-Кушвинском районе железорудных месторождений типа магнетитовых скарнов, которые, как правило, характеризуются рядом типичных характерных особенностей состава, правда, варьирующих в пределах рудных полей [59]. По содержанию в исходной пробе магнетитового железа руда соответствует магнетитовым рудам среднего качества (24,6% Fe мО- Общее содержание железа также соответствует параметрам руд среднего качества (33,4%). Количество силикатного железа находится в пределах 5,5-6,6%. Около 3% железа входит в состав сульфидных минералов: халькопирита и пирита. Исходя из содержаний в пробе главных шлакообразующих компонентов, руда по коэффициенту основности является кислой (0,31) с несколько повышенным кремневым модулем (2,6). По этим параметрам руда приближается к средним показателям скарново-магнетитовых месторождений Тагило-Кушвинского железорудного района Среднего Урала. При рудоподготовке и в процессе обогащения эти параметры будут улучшены за счет вывода большей части шлакообразующих примесей в хвосты. Содержания в руде ценных халькофильных-сидерофильных элементов-примесей (Си, Ni, V, Со, Zn) повышены. Особенно высоки содержания меди (1,29%), что позволяет рассматривать материал пробы как комплексную железо-медную руду. При переработке руды такого состава на основе комбинированной магнитно-флотационно-гидрометаллургической технологии (по аналогии с применяемой для руд Соколово-Сарбайского, Богословского и других месторождений) возможно попутное извлечение меди, ряда других компонентов и одновременная утилизация серы - обычно являющейся вредной примесью железных руд. В руде выявлено повышенное содержание благородного металла - золота, до 0,8 г/т, что существенно повышает потенциальную ценность руды. При микроскопическом изучении руды показана связь золота с халькопиритом. Другие благородные металлы не обнаружены. Содержания токсичных и радиоактивных элементов в руде не высоки, в связи с чем их присутствие не окажет негативного влияния на экологическую обстановку в районе работы предприятия. Присутствие незначительной примеси фосфора на уровне 0,09% не должно повлиять на качество продуктов обогащения, так как в процессе переработки руды вредная примесь фосфора, связанная в апатите - инертном минерале, будет в основном удалена в хвостах обогащения. При измельчении пробы основная часть материала оказалась в крупных классах ситового анализа (79,7% в классе -1+0,1 мм), что указывает на слабое ошламование руды в процессе дробления (Таблица 4.8).
Однако это предварительные данные, поскольку лабораторные результаты дробления не могут в полной мере соответствовать параметрам рудоподготовки в условиях производства. Особенности гранулометрического состава главного рудного минерала пробы -магнетита (таблица 4.9) свидетельствуют, что, в основном, он представлен мелкими зернами, менее 0,07 мм, доля которых составляет 97,8%. Однако по массе эти мелкие зерна в пробе составляют менее половины: 43,5%. Отмечено низкое раскрытие сростков магнетита в процессе дробления руды. Подавляющее количество зерен магнетита во всех классах измельченной пробы крупнее 0,045 мм находится в срастании с нерудными минералами. Чтобы получить высокие результаты при обогащении такой руды необходимо подобрать оптимальные способы дезинтеграции, обеспечивающие максимальную селективность измельчения с раскрытием сростков в более крупных классах. Магнетит по магнитным свойствам существенно отличается от остальных минералов руды и может быть селективно извлечен из дробленого материала сырья в магнитных полях низкой напряженности. По составу магнетит характеризуется незначительным содержанием структурных примесей и относительно высокой чистотой от «механических» включений нерудных фаз. Это позволяет прогнозировать возможность получения высококачественного магнетитового концентрата магнитной сепарации. Попутно извлекаемыми полезными компонентами изученной руды помимо упомянутых меди, золота и серы, могут быть хвосты магнитной сепарации - возможное сырье для стройиндустрии. При дальнейшем изучении месторождения и выявлении руд с повышенными концентрациями других попутных компонентов, прежде всего благородных металлов, ценность руды может существенно возрасти. Из выше изложенного вытекает третье защищаемое положение. Морфоструктурные характеристики магнетита - главного рудного минерала изученных рудопроявлений, низкие содержания изоморфных примесей, отсутствие структур распада, близкие к теоретическим плотность и микротвердость, особенности ассоциирующих с ним минералов позволяют рекомендовать магнитные методы обогащения для руд А4 и МАН-9, а для руд Южно-Чернореченского рудопроявления - комплексную технологию, включающую химическое обогащение.
Результаты проведенных работ показывают, что даже по малообъемным пробам, но представительных для данного объекта, на ранних стадиях ГРР по средствам изучения вещественного состава руд комплексом минералого-технологических методов (оптической и электронной микроскопии, рентгенографическом, микрорентгеноспектральном анализах, мёссбауэровской спектроскопии, методах определения физических свойств минералов и фракций и др.), используя аналогии с известными месторождениями схожего формационного типа, можно дать прогноз технологических свойств руд и оценить потенциальную значимость объекта в целом. В рудах рудопроявления МАН-9 выделены два принципиально различные типа пород (железистые кварциты и магнетитсодержащие плагиогнейсы) высоко контрастных по магнитным свойствам (из-за различий в содержании магнетита более чем в 9 раз) и окраске. По петрографическим данным установлено генетическое сродство указанных пород. Диагностирован и описан 21 минерал, в том числе-манганильменит впервые на обнаруженный объекте. Магнетит характеризуется низким содержанием изоморфных примесей Ті, Мп и неравномерным распределением ультрадисперсных примесей предположительно алюмосиликатной фазы, локализующийся по граням роста, и концентрирующей Si,Al,Ca,Na,K. Для магнетита установлены типоморфные признаки, свидетельствующие о его метаморфическом генезисе. Сделан вывод об условиях преобразования руд, соответствующих эпидот-амфиболитовой фации регионального метаморфизма. Предположительно установлен вулканогенно-осадочный тип протолита плагиогнейсов, переслаивающихся с железистыми кварцитами, на основе петрографических данных и интерпретации химического состава. МАН-9 отнесено к классу месторождений метаморфизованных руд (железистых кварцитов), а также установлено его сходство с терригенно-осадочной формацией нижнего протерозоя КМА (по Я.Н. Белевцеву).
