Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

КРИВОРІЗЬКИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Технологічна мінералогія гіпергенно змінених залізних руд Інгулецького родовища Криворізького басейну

04.00.20 - мінералогія, кристалографія

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеню

кандидата геологічних наук

Беспояско Едуард Олександрович

Кривий Ріг - 2005

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Криворізькому технічному університеті Міністерства освіти і науки України.

Захист відбудеться "10" лютого 2005 р. о 12 ⁰⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 09.052.04 у Криворізькому технічному університеті (50002, м. Кривий Ріг Дніпропетровської обл., вул. Пушкіна, 37. Тел. 23-24-25).

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Криворізького технічного університету за адресою: 50002, м. Кривий Ріг Дніпропетровської обл., вул. Пушкіна, 37.

Автореферат розісланий "6" січня 2005 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради К 09.052.04 кандидат геолого-мінералогічних наук, доцент Трунін О.М.

Загальна характеристика роботи

аналіз результатів попередніх мінералогічних і мінеролого-технологічних досліджень гіпергенно змінених залізистих кварцитів Інгулецького родовища;

детальне вивчення з використанням даних автора дисертації, а також за літературними і фондовими даними існуючих у межах родовища мінеральних відмін гематитових кварцитів;

гематитовий кварцит інгулецьке родовище

мінералогічне і технологічне опробування гіпергенно змінених бідних залізних руд верхньої частини розрізу саксаганської світи на різних гіпсометричних горизонтах кар'єру ІнГЗКу;

дослідження мінерального і хімічного складу, структурно-текстурних особливостей мартитових і залізнослюдко-мартитових кварцитів як сировини для одержання високоякісного гематитового концентрату;

вивчення морфології, анатомії кристалів мартититу та залізної слюдки і особливостей їх просторових співвідношень з індивідами і агрегатами інших рудоутворюючих і другорядних мінералів;

дослідження поведінки рудних мінералів і їх мінералів-супутників у процесі дроблення, подрібнення і збагачення гематитових кварцитів;

визначення за мінералогічними даними оптимального гранулометричного складу подрібненого матеріалу для забезпечення найбільшої ефективності процесу збагачення;

розробка мінералогічного обґрунтування ефективної технології збагачення гематитових кварцитів.

Об'єктом дослідження у дисертаційній роботі є кора вивітрювання залізорудної товщі саксаганської світи Інгулецького родовища Криворізького басейну.

Предмет дослідження - гематитові кварцити п'ятого і шостого залізистих горизонтів саксаганської світи, які за показниками мінерального і хімічного складу, структурно-текстурними характеристиками, фізичними і технічними параметрами можна розглядати як бідні гематитові руди, що потребують збагачення.

Методи дослідження:

топомінералогічний - для визначення особливостей просторового розподілу мінералів у розрізі кори вивітрювання залізорудної товщі родовища;

мінеролого-онтогенічний - для вивчення особливостей кристалізації індивідів і агрегатів мінералів, набуття ними сучасних морфологічних, анатомічних, фізичних та інших показників, які визначають їх здатність до збагачення;

мікроскопічний - для виявлення особливостей кількісних і просторових відносин між рудоутворюючими, другорядними і акцесорними мінералами;

повний хімічний силікатний і фазовий аналізи заліза - для встановлення хімічного складу залізистих кварцитів і сланців дослідженого розрізу саксаганської світи родовища, характеру розподілу основних рудогенних хімічних компонентів і мінералів, які їх концентрують;

методи визначення фізичних і технічних характеристик гематитових кварцитів різних мінералогічних різновидів;

мінералого-технологічний - для дослідження поведінки рудо - і породоутворюючих мінералів у підготовчих процесах і при збагаченні гематитових кварцитів, а також для мінералогічного обґрунтування розробки ефективної технології одержання з них високоякісного гематитового концентрату.

При зборі, обробці і аналізі даних і при підготовці, оформленні дисертаційної роботи використовувались також численні допоміжні методи і методики: мінералогічного і мінеролого-технологічного опробування; мікрофотографування; статистичні методи обробки мінералогічної інформації; стандартні і оригінальні методи комп'ютерного збору, обробки і аналізу даних.

Наукова новизна дисертаційної роботи визначається:

уточненням просторових і генетичних співвідношень між покладами бідних магнетитових і гематитових руд, мінералогічних особливостей перехідних зон між ними;

уточненням особливостей вертикальної і горизонтальної мінералогічної зональності кори вивітрювання залізистих і сланцевих горизонтів саксаганської світи;

одержанням додаткових відомостей про мінеральний склад, структуру і текстуру гематитових кварцитів як основних чинників, що визначають їх здатність до збагачення;

уточненням для умов Інгулецького родовища характеру залежності хімічних показників бідних гематитових руд від їх мінерального складу;

вперше виконаним дослідженням характеру впливу гіпергенних мінералогічних змін залізистих кварцитів на їх фізичні і технічні характеристики;

одержанням додаткових даних про збагачуваність гематитових кварцитів родовища;

вперше виконаною розробкою мінералогічних рекомендацій для вибору оптимальної схеми збагачення гематитових кварцитів з метою одержання високоякісного гематитового концентрату.

Основні наукові положення, які захищаються у дисертаційній роботі:

1. Простий мінеральний склад первинних магнетитових кварцитів п'ятого і шостого залізистих горизонтів Інгулецького родовища (кварц + магнетит + залізна слюдка) обумовив простий - практично бімінеральний - склад продуктів їх вивітрювання: гематит (мартит + залізна слюдка) - 32 об'ємн. % - і кварц - 64 об'ємн. %. Кількість другорядних мінералів (гетиту, дисперсного гетиту, дисперсного гематиту, каолініту - продуктів вивітрювання залізовмісних силікатів і карбонатів) незначна, у середньому для товщі бідних гематитових руд становить 4 об'ємн. %.

2. Процеси вивітрювання магнетитових кварцитів спричинили суттєві зміни їх фізичних і технічних характеристик. З наростанням інтенсивності гіпергенних змін залізистих кварцитів саксаганської світи спостерігається збільшення їх пористості з 5,28% до 7,34% і питомої продуктивності млину за новоутвореним класом (-0,074 мм) з 0,249 до 0,295 кг/лгод., а також зменшення їх об'ємної щільності з 3,218 до 3,09 г/см³, дійсної щільності з 3,397 до 3,337 г/см³, коефіцієнту міцності порід за М.М. Протод'яконовим з 15,45 до 12,88 відносних одиниць. Виявлені тенденції є основою прогнозу енерговитратності і ефективності дроблення, подрібнення гематитових кварцитів, розкриття рудних мінералів і визначення потенційної збагачуваності руд.

3. Бідні гематитові руди родовища складені, переважно, двома мінералами - гематитом і кварцом, - що обумовлює можливість розробки простої і ефективної технології їх збагачення, основаної на суттєвій різниці мінералів за фізичними властивостями (у першу чергу, за щільністю і питомою магнітною сприйнятливістю). Це визначає гравітаційну і магнітну технології як основні при збагаченні досліджених руд. Налипання переподрібненого рудного і нерудного матеріалу (розмір часток до 0,005 мм) на поверхні більш крупних (0,05-0,074 мм) часток кварцу і гематиту, а також флокуляція часток гематиту, яка супроводжує магнітну сепарацію подрібненого рудного матеріалу, спричиняють надходження до кінцевого продукту значної кількості кварцу і, як наслідок, низьку якість концентрату (загальний вміст заліза не перевищує 60-61 мас. %). Значно ефективнішою є гравітаційна технологія: вона забезпечує значно більш високий вміст заліза у концентраті - 67-68 мас. %.

Практична цінність результатів роботи визначається:

1) уточненням просторових і генетичних співвідношень між покладами бідних магнетитових і гематитових руд, а також особливостей їх мінералогічної зональності, що може використовуватись при геологічному і мінералого-технологічному картуванні покладів залізних руд родовища;

2) встановленням характеру розподілу в корі вивітрювання продуктивної товщі родовища основних рудо - і породоутворювальних мінералів і хімічних елементів, які входять до їх складу, що необхідно для складання оцінки гематитових кварцитів як бідних залізних руд;

3) встановленням особливостей зміни основних фізичних і технічних показників порід кори вивітрювання продуктивної товщі родовища, що використовується при проектуванні буро-вибухових робіт в кар'єрі ІнГЗКу і може бути використано при прогнозі виробничих показників роботи гірничого і збагачувального обладнання;

4) визначенням мінералогічних засад, необхідних для вибору оптимальної схеми збагачення гематитових руд;

5) визначенням можливості розширення мінерально-сировинної бази Інгулецького родовища за рахунок залучення до видобутку і збагачення нового виду залізних руд - гематитових кварцитів.

Особистий внесок здобувача полягає у:

1) систематичному і ґрунтовному аналізі результатів попередніх мінералогічних і мінеролого-технологічних досліджень;

2) систематично проведеному зборі представницької колекції проб гіпергенно змінених і незмінених бідних залізних руд родовища;

3) детальному мінералогічному дослідженні виділених автором мінеральних різновидів гематитових кварцитів з використанням традиційних і новітніх методів вивчення мінеральної сировини;

4) виконанні порівняльних мінеролого-технологічних експериментів за магнітною і гравітаційною методиками і визначенні ефективності збагачення гематитових кварцитів за різними технологічними схемами;

5) складанні мінералогічних рекомендацій до розробки оптимальної схеми збагачення гематитових кварцитів родовища.

6) визначенні фізичних і технічних показників гіпергенно змінених бідних залізних руд родовища.

Апробація результатів дисертації. Результати досліджень, одержаних в процесі роботи над дисертацією, були представлені на Науково-практичній конференції "Основные направления развития горнопромышленного комплекса (ГПК) Украины в условиях перехода к рыночной экономике" (м. Кривий Ріг, 15-16 жовтня 1998 р.), на Науково-технічній конференції "Актуальные проблемы геологии и рационального природопользования" (м. Дніпропетровск, 5-7 травня 1999 р.), на ІІІ Регіональній науковій конференції "Геологія і мінералогія рудних районів" (м. Кривий Ріг, 15-16 квітня 1999 р.), на ІІ Науковій конференції "Нестеренківські читання" (Дніпропетровськ, 27-29 червня 2001 р.), на ІV Регіональній науковій конференції "Проблеми геології і мінералогії залізисто-кременистих формацій Криворізького басейну" (Кривий Ріг, 24 квітня 2001 р.), на Науково-технічній конференції "Проблемы развития Криворожского железорудного басейна" (Кривий Ріг 12-13 грудня 2002 р.), на Міжнародній науково-технічній конференції "Сталий розвиток гірничо-металуршійної промисловості" (Кривий Ріг, 18-22 травня 2004 р.), а також на щорічних науково-технічних конференціях Криворізького технічного університету (1998-2004 рр.) і численних технічних радах Інгулецького гірничозбагачувального комбінату (1999-2004 рр.).

Публікації. Основні положення дисертаційної роботи висвітлені у 8 публікаціях, з яких 2 одноосібні, 6 опубліковані у фахових виданнях.

Структура і об'єм роботи. Дисертація складається зі вступу, 5 розділів, які включають 32 рисунки і 11 таблиць, висновків, списку літератури з 258 найменувань, 6 додатків. Текстова частина дисертаційної роботи викладена на 101 сторінці.

На всіх етапах виконання досліджень автор користувався допомогою і консультаціями головного геолога Інгулецького гірничозбагачувального комбінату С.В. Чупрія, заступника начальника центральної комплексної лабораторії О.Т. Мачадо, інженерів-геологів І.А. Копертєхіна, Л.І. Овчиннікової, Л.С. Варченко, інженерів-технологів М.В. Міхіди Т.П. Нащокіної, В.М. Чабаненка, Л.С. Подрухіної.

Велику допомогу консультаціями, обговоренням одержаних автором результатів, порадами у визначенні методів їх обробки, узагальнення, аналізу тощо автору дисертації надали провідні геологи-науковці кафедр теоретичної і прикладної мінералогії, загальної геології і розвідки родовищ корисних копалин Криворізького технічного університету доктори геолого-мінералогічних і геологічних наук професори Б.І. Пирогов, В.М. Трощенко, І.С. Паранько, В.Я. Легедза, кандидати геолого-мінералогічних і геологічних наук доценти Г.Я. Смирнова, О.М. Трунін, Є.В. Євтехов, В.В. Стеценко, В.М. Харитонов, Л.М. Ковальчук, наукові співробітники В.В. Філенко, Д.М. Каруца, Г.А. Пирогова, Є.В. Шостак, О.І. Гончаров, Л.О. Виговська Н.А. Єфременко, Ю.М. Бублик, Л.П. Мосінцова.

Автор користувався також допомогою співробітників Науково-дослідного гірничорудного інституту (м. Кривий Ріг) кандидата геолого-мінералогічних наук доцента Ю.Л. Ахкозова і Науково-дослідного і проектного інституту "Механобрчормет” (м. Кривий Ріг) кандидата геолого-мінералогічних наук М.В. Педана. Всім названим колегам автор дисертації щиро вдячний.

Автор висловлює також почуття щирої подяки своєму науковому керівникові завідувачу кафедри теоретичної і прикладної мінералогії Криворізького технічного університету доктору геолого-мінералогічних наук професору Валерію Дмитровичу Євтєхову.

Основний зміст роботи

У розділі 1 "Короткий геологічний нарис" відзначається, що Інгулецьке родовище залізистих кварцитів розташоване у центральній частині Українського щита, входить до складу Інгулецького (Лихманівського) залізорудного району Криворізького басейну, який локалізований у його південній частині. Залізорудна товща родовища входить до складу вузької смуги метаморфічних порід, витягнутої у меридіональному напрямку на західному схилі ріки Інгулець. Загальна довжина родовища 5,3 км, ширина - від 0,5 до 1,3 км. Метаморфічні породи залягають на архейських гранітоїдах дніпропетровського комплексу. У їх розрізі виділяються стратиграфічні підрозділи, характерні для всіх родовищ Криворізького басейну. Базальну частину метаморфічної товщі складають метабазити конкської серії верхнього архею. Вище залягає товща нижньопротерозойської криворізької серії, яку складають полімінеральні сланці і кварцити новокриворізької світи, мусковітові метакластоліти і талькові сланці (метаультрабазити) скелеватської світи, залізисті породи продуктивної саксаганської світи. У будові останньої виділяються (за традиційною стратиграфічною схемою) п'ять сланцевих і п'ять залізистих горизонтів, які чергуються. Завершують розріз криворізької серії метакластоліти гданцевської світи. Докембрійські кристалічні породи перекриті чохлом осадових порід (пісок, глина, вапняк) кайнозойського віку.

У структурному відношенні родовище пов'язане з виходом на поверхню розмиву кристалічних порід ядра Лихманівської синкліналі, шарнір якої круто (до 30-35) занурюється на північ (Я.Н. Белевцев и др., 1962). Найбільшим тектонічним порушенням родовища є Західний насув, який розглядається як прояв Криворізько-Кременчуцького розлому. Він зрізає західне крило синкліналі, що надає їй асиметричну будову. Східне її крило в межах родовища має субмеридіональне простягання, західне, часто зворотнє падіння. Центральну і східну частину родовища ускладнює серія розривних порушень, які характеризуються субмеридіональним простяганням та крутим падінням. Однією з особливостей порід Лихманівської синкліналі є інтенсивний розвиток тріщин сколювання, розриву і кліважу.

Магматичні породи родовища умовно можна поділити на три групи. До найбільш древніх відносяться граніти дніпропетровського комплексу. До другої групи відносяться метаморфізовані ефузивні породи основного (конкська серія) та ультраосновного (тальковий горизонт скелеватської світи) складу. Найбільш молодими магматичними породами родовища є діабази, які утворюють малопотужну (10-30 м) дайку субширотного простягання, розташовану у його північній частині.

З гіпогенних процесів у межах Інгулецького родовища найбільш активно проявлені динамотермальний метаморфізм і натрієвий метасоматоз. Термодинамічні умови динамотермального метаморфізму залізистих порід відповідали перехідним від зеленосланцевої до епідот-амфіболітової фації (Р.Я. Белевцев, 1970). У зв'язку з цим у межах родовища зустрічаються парагенетичні асоціації мінералів, які є типоморфними для обох фацій. Метасоматоз у межах родовища проявлений відносно слабко. У залізистих кварцитах саксаганської світи він супроводжувався егіринизацією, ребікитизацією, обкварцуванням і карбонатизаціїєю залізистих кварцитів, а також слабкою альбітизацією і рибекітизацією різного складу сланців (Н.А. Елисеев и др., 1961; А.И. Стрыгин, 1959). Утворення гідротермальних жил супроводжувало процеси метаморфізму (альпійські жили), а також проявлялося як самостійний етап мінералоутворення.

Завершальним етапом мінералоутворення був гіпергенез (Н.М. Акименко и др., 1957; Я.Н. Белевцев и др., 1962; Е.К. Лазаренко и др., 1977), який суттєво вплинув на сучасний вигляд порід родовища. Процеси вивітрювання відбувались у породах залізисто-кременистої формації неодноразово в зв'язку з перервами в осадконакопичені. Під час останнього етапу вивітрювання (протерозой-кайнозой), який триває і у поточний час, з порід активно виносились і виносяться K, Na, Ca, Mg, Si, а накопичуються Fe₂O₃, Al₂O₃. Разом з кремнеземом і водою вони є породо- та мінералоутворюючими хімічними компонентами порід кори вивітрювання саксаганської світи Інгулецького родовища.

Основною корисною копалиною Інгулецького родовища є магнетитові кварцити. У якості додаткового різновиду мінеральної сировини найбільш перспективними є продукти їх вивітрювання - бідні гематитові руди (сировина для виробництва гематитового концентрату). Крім того у вміщуючих товщах родовища присутні тальк - і гранат-вмісні сланці, вапняки, глини, мінеральні пігменти (сурик, вохра, селадоніт) та ін.

У розділі 2 "Вихідний матеріал і методика досліджень” зазначається, що для написання дисертаційної роботи були використані результати власних мінералогічних і мінеролого-технологічних досліджень автора, а також дані з літературних (258) і фондових (26) джерел. Дослідження виконувались з використанням матеріалу 160 мінералогічних і 21 мінеролого-технологічної проби, які відбирались у кар'єрі ІнГЗКу на горизонтах ведення гірничих робіт - 15 м, - 60 м і - 105 м. Були використана низка апробованих методів досліджень: мікроскопічний (360 прозорих і полірованих шліфів), мінеролого-геохімічний (71 проба), методи визначення фізичних і технічних показників залізних руд і вміщуючих сланців (105 визначень), мінеролого-технологічний (67 експериментів) та ін. Результати мінералогічних, фізичних, технічних, хімічних і технологічних досліджень опрацьовувались з використанням новітніх комп'ютерних технологій. Всі дослідження виконувались у лабораторіях кафедри теоретичної і прикладної мінералогії Криворізького технічного університету і Центральної комплексної лабораторії Інгулецького гірничозбагачувального комбінату.

У розділі 3 "Особливості будови зони гіпергенних змін продуктивної товщі родовища” розглянуті питання локалізації і морфології покладів бідних гематитових руд. У підрозділі 3.1 "Варіації потужності кори вивітрювання продуктивної товщі" наголошується, що гіпергенних змін у різній мірі зазнали всі породи саксаганської світи родовища. Глибина поширення зони вивітрювання залежить від мінерального складу первинних порід і від ступеню їх тектонічної підготовки. Для Інгулецького родовища характерним є збільшення потужності кори вивітрювання з півдня на північ. Породи сланцевих горизонтів родовища внаслідок пластичності і незначної водопроникності меншою мірою у порівнянні з залізистими кварцитами зазнали впливу агентів вивітрювання. Наслідком є значно менша потужність кори вивітрювання в межах сланцевих горизонтів (від 15-20 до 40-50 м) ніж у залізистих (від 25-30 до 50-70, іноді до 300 м). Максимальну потужність кори вивітрювання має п'ятий залізистий горизонт. Навіть у південній частині родовища цей його показник майже вдвічі вищий у порівнянні з іншими залізистими горизонтами. У північній частині родовища кора вивітрювання його порід досягає позначки - 290 м. З огляду на цю особливість горизонту, яка обумовлює його роль як основного джерела бідних гематитових руд, він був обраний основним об'єктом досліджень автора.

Підрозділ 3.2 "Вертикальна мінералогічна зональність кори вивітрювання п'ятого залізистого горизонту" містить відомості про вертикальну зональність зони гіпергенних змін магнетитових, залізнослюдко-магнетитових кварцитів п'ятого залізистого горизонту. Виділяються три зони (знизу догори за розрізом):

1) зона гематит-магнетитових кварцитів, у яких гематит представлений первинною залізною слюдкою і гіпергенним мартитом;

2) зона гематитових (мартит-залізнослюдкових, залізнослюдко-мартитових, мартитових, дисперсногематит-мартитових) кварцитів;

3) зона гематит-гетитових кварцитів з лепідокрокітом і дисперсним гетитом.

У підрозділі 3.3 "Горизонтальна мінералогічна зональність кори вивітрювання п'ятого залізистого горизонту" детально охарактеризовані три товщі порід, які виділяються у складі гіпергенно зміненої частини п'ятого залізистого горизонту. Вони розрізняються за мінеральним складом, вмістом заліза та текстурно-структурними особливостями. Нижня товща складена залізнослюдко-мартитовими, мартитовими і дисперсногематит-мартитовими кварцитами. Середній вміст кварцу у її породах становить 62,65 об'ємн. %, мартиту - 22,96%, залізної слюдки - 7,91%, магнетиту - 4,42%, загальна кількість інших мінералів (кумінгтоніт, хлорит, біотит, Fe-тальк, селадоніт, гранат, різного складу карбонати та ін.) - 2,06%. Середній розмір кристалів мартиту 0,072 мм, залізної слюдки - 0,023 мм. Середнє значення загального вмісту заліза 33,95 мас. %, заліза, яке входить до складу магнетиту, - 4,09 мас. %. У будові середньої товщі беруть участь 3-4 пласти магнетит-кумінгтоніт-гранат-хлоритових сланців потужністю від 1-1,5 до 3-5 м, які перешаровуються з 2-3 пластами мартитових і залізнослюдко-мартитових кварцитів потужністю 3-12 м. Верхню товщу складають залізнослюдко-мартитові і мартит-залізнослюдкові кварцити. На відміну від нижньої вона характеризується більш високим середнім вмістом кварцу (65,47 об'ємн. %,) і залізної слюдки (13,99 об'ємн. %). Сумарна кількість інших мінералів значно нижча (0,97 об'ємн. %). Більш низький тут середній розмір кристалів мартиту (0,060 мм), у той час як середній розмір кристалів залізної слюдки близький до такого ж показника порід нижньої товщі (0,027 мм). Середнє значення загального вмісту заліза 33,08 мас. % і заліза, яке входить до складу магнетиту, - 2,75%. Автор підтримує пропозицію попередніх дослідників (І.С. Паранько, В.Д. Євтєхов, О.Т. Мачадо) про необхідність і обґрунтованість розділення п'ятого залізистого горизонту родовища на три самостійні стратиграфічні горизонти - власне п'ятий залізистий, у складі якого слід залишити нижню товщу, шостий сланцевий горизонт (середня товща), шостий залізистий горизонт, до якого слід віднести верхню товщу.

Розділ 4 "Мінералогічні показники бідних гематитових руд, які визначають їх технічні і технологічні властивості" складається з двох підрозділів. Підрозділ 4.1 "Мінеральний склад і текстурно-структурні особливості руд" містить коротку характеристику рудоутворюючих (гематит, кварц), другорядних (магнетит, гетит, дисперсний гетит, лепідокрокіт та ін.), а також акцесорних та рідкісних мінералів. Дана детальна характеристика основного рудного мінералу - гематиту, який представлений мартитом, меншою мірою залізною слюдкою і дисперсним гематитом. Описані структури і текстури руд. У рудах п'ятого залізистого горизонту переважають блокова, стрічковидна і гілчаста структури рудних прошарків, у рудах шостого - блокова, гілчаста і вкраплена. Текстура руд шостого залізистого горизонту більш тонкошарувата (середня потужність прошарків 2,91 мм) у порівнянні з рудами п'ятого залізистого горизонту (4,89 мм). Наголошується, що для руд п'ятого залізистого горизонту характерний підвищений вміст реліктів магнетиту і відносно низький вміст залізної слюдки. Специфіку руд шостого залізистого горизонту визначає високий (у окремих пластах дорівнює кількості мартиту) вміст залізної слюдки. Ці особливості значною мірою впливають на фізичні, технічні властивості і збагачуваність бідних гематитових руд і повинні бути враховані при розробці мінералогічного обґрунтування оптимальної технології їх збагачення.

Підрозділ 4.2 "Мінеролого-геохімічні особливості руд" присвячений розгляду закономірностей поширення в корі вивітрювання трьох виділених стратиграфічних горизонтів основних рудо - і породоутворюючих мінералів а також пов'язаних з ними хімічних компонентів. Показано, що гематитові кварцити родовища відрізняються від аналогічних порід інших родовищ Кривбасу більш низьким вмістом заліза (близько 33 мас. % проти 37-39%), підвищеним вмістом кремнезему (відповідно, 60-65 мас. % і 50-55%). Через незначний вміст силікатів і карбонатів кількість хімічних компонентів-домішок (Al₂O₃, MgO, CaO та ін.) у досліджених породах низька - не більше 0,5 мас. % кожного, загалом до 3%. Активний прояв вивітрювання обумовив розкладення шкідливих мінералів-домішок - піриту, піротину, апатиту. Внаслідок цього за середнім вмістом S і P₂O₅ (відповідно, 0,014-0,016 і 0,030-0,060 мас. %) гематитові кварцити родовища повністю відповідають кондиціям бідних гематитових руд.

У розділі 5 "Фізичні, технічні властивості і збагачуваність руд" наведені результати вивчення варіативності фізичних, технічних показників і збагачуваності бідних гематитових руд п'ятого і шостого залізистих горизонтів в залежності від їх мінералогічної природи. Звертається увага на те, що збагачуваність руд досліджена досить глибоко і всебічно. В той же час їх фізичні і технічні характеристики, необхідні для вибору збагачувального обладнання, розрахунку режимів збагачення тощо, вивчені недостатньо.

У підрозділі 5.1 "Фізичні та технічні властивості”, за одержаними автором результатами дослідів, показано, що значення дійсної (с_t) і об'ємної (с_а) щільностей гематитових кварцитів родовища залежить від вмісту в їх складі рудних мінералів-концентраторів заліза (коефіцієнт парної кореляції загального вмісту заліза (Fe_заг.) з с_t с_а відповідно r = 0,985 і 0,971). Зменшення інтенсивності прояву гіпергенних змін у породах п'ятого і шостого залізистих горизонтів приводить до збільшення значень дійсної (з 3,337 до 3,397 г/см³), об'ємної (з 3,092 до 3,218 г/см³) щільностей, коефіцієнту міцності за М.М. Пртод'яконовим (з 12,875 до 15,450) та до зменшення коефіцієнту пористості (з 7,343 до 5,280%) і питомої продуктивності млину за новоутвореним класом (з 0,295 до 0,249 кг/л·год). Породи шостого сланцевого горизонту характеризуються більш низьким значенням дійсної, об'ємної щільностей, коефіцієнтів пористості і міцності (відповідно 2,841 г/см³, 2,685 г/см³, 5,508% і 12,717) у порівнянні з гематитовими рудами п'ятого і шостого залізистих горизонтів (відповідно 3,390 г/см³, 3,188 г/см³, 5,990% і 14,144). Породи кори вивітрювання шостого залізистого горизонту характеризуються підвищеними значеннями пористості (6,458%), міцності (15,567) і питомої продуктивності млину за новоутвореним класом (0,306 кг/л·год) у порівнянні з породами п'ятого залізистого і шостого сланцевого горизонтів (відповідно - 5,756 і 5,508%, 13,433 і 12,717, 0,235 і 0,258 кг/л·год). Для порід п'ятого залізистого і шостого сланцевого горизонтів східного крила Лихманівської синкліналі чітко фіксуються підвищені значення дійсної і об'ємної щільності, питомої продуктивності млину за новоутвореним класом, а також більш низькі - коефіцієнтів пористості і міцності у порівнянні з аналогічними породами західного крила.

Підрозділ 5.2 "Збагачуваність гематитових руд" містить детальний аналіз результатів раніше виконаних мінеролого-технологічних досліджень гематитових руд родовища, починаючи з сорокових років ХХ сторіччя до поточного часу. Існує три відносно ефективні методи збагачення гіпергенно змінених залізистих кварцитів: магнітний, флотаційний і гравітаційний. Наведені дані, які свідчать, що з використанням магнітної технології можливо отримати гематитовий концентрат з загальним вмістом заліза 60-62 мас. %, флотаційної - 62-65%, гравітаційної - 67-68% і комбінованої (магнітно-флотаційної, магнітно-гравітаційної та ін.) до 68%. Найбільш привабливою технологією вважається гравітаційна, яка дає можливість отримати у екологічно чистий спосіб високоякісний гематитовий концентрат без значних енергетичних витрат.

У мінералого-технологічних експериментах автор використовував у якості вихідного матеріалу три проби масою до 20 кг, представлені різними за складом бідними гематитовими рудами: маршалітизованим залізнослюдко-мартитовим (проба 1), мартитовим (проба 2) і залізнослюдко-мартитовим (проба 3) кварцитами.

Досліди по збагаченню руд проводились після двох основних підготовчих операцій - дроблення і подрібнення матеріалу проб. При дробленні руд відбувався перерозподіл рудного і нерудного матеріалу у продуктах різної крупності. Більш крихкий і менш твердий гематит (мартит і залізна слюдка) нагромаджувались у найбільш дрібнозернистому матеріалі (фракції - 0,05 мм, - 0,074+0,05 мм і - 0,14+0,074 мм). У крупнозернистих продуктах дроблення концентрувався кварц. Така ж тенденція спостерігалась і при подрібненні першої стадії. Але доподрібнення другої і третьої стадій, необхідне для переводу всього матеріалу у фракцію - 0,074 мм (у такій крупності спостерігається практично повне розкриття гематиту) супроводжувалось переподрібненням кварцу і нагромадженням значної його кількості у матеріалі фракції - 0,05 мм.

Для досліджених мінеральних різновидів бідних гематитових руд чітко простежується зростання здатності до дроблення і подрібнення у такому порядку: кварцит мартитовий п'ятого залізистого горизонту > кварцит залізнослюдко-мартитовий шостого залізистого горизонту > кварцит мартитовий маршалітизований п'ятого залізистого горизонту.

Технологічні експерименти проводились за магнітною і гравітаційною технологіями. Гравітаційне збагачення проводилося з використанням концентраційного столу за двома режимами: в одну і в дві стадії. Результати експериментів наведені у табл.1 і 2.

Таблиця 1.

Технологічні показники продуктів одностадійного гравітаційного збагачення

Таблиця 2.

Технологічні показники продуктів двостадійного гравітаційного збагачення

З отриманих даних видно, що з використанням двостадійного гравітаційного збагачення з бідних гематитових руд Інгулецького родовища можливо отримувати високоякісний концентрат. Сумарний вихід концентрату двох сортів біля 20%. Загальний вміст заліза в концентраті першого сорту перевищує 67 мас. %, другого - 65%, що відповідає вимогам світового ринку залізорудної сировини.

Збагачення руд магнітним способом виконувалось у одну стадію з застосуванням високоінтенсивного електромагнітного сепаратора 259 СЭ. Був отриманий концентрат з вмістом заліза 60-61 мас. % і виходом 20-22% (табл.3). Низька якість концентрату обумовлена проявом двох ефектів. По-перше, налипанням часток переподрібненого рудного і нерудного матеріалу (розмір часток до 0,005 мм) на поверхні більш крупних (0,05-0,074 мм) часток кварцу і гематиту (рис.1а, б). Другий негативний ефект - явище флокуляції часток гематиту в сильному магнітному полі, наслідком якого є залучення часток кварцу до тимчасових агрегацій гематиту (рис.1в) і потрапляння його до концентрату після магнітного збагачення.

Таблиця 3.

Технологічні показники продуктів одностадійного магнітного збагачення

Таким чином, магнітний концентрат не відповідає сучасним вимогам підприємств металургійної галузі до залізорудної сировини і може розглядатись як проміжний продукт, який потребує до збагачення.

Висновки

У дисертації міститься узагальнення даних про поширення кори вивітрювання у розрізах всіх стратиграфічних горизонтів продуктивної залізорудної саксаганської світи; вертикальну і горизонтальну мінералогічну зональність кори вивітрювання; текстуру і структуру руд п'ятого і шостого залізистих горизонтів, в межах яких кора вивітрювання проявлена максимальною мірою; морфологію індивідів і агрегатів гематиту, кварцу та інших рудоутворюючих і другорядних мінералів бідних гематитових руд; мінеролого-геохімічні особливості руд, обумовлені їх первинним станом і особливостями вивітрювання; фізичні, технічні властивості і збагачуваність бідних гематитових руд родовища.

Основною задачею роботи було встановлення характеру змінності мінерального складу, структури, текстури, фізичних і технічних властивостей бідних гематитових руд і складання мінералогічних рекомендацій для розробки ефективної технології їх збагачення з метою одержання високоякісного гематитового концентрату, підвищення ступеню комплексного використання мінеральної сировини Інгулецького родовища.

Одержані результати дозволили автору зробити такі висновки.

1. Мінеральний склад і ступінь тектонічної підготовки залізистих порід обумовили значно меншу потужність кори вивітрювання порід сланцевих горизонтів у порівнянні з залізистими. У напрямку з півдня на північ потужність зони гіпергенних змін порід зростає, максимальною (до гіпсометричного рівня - 290-310 м) вона є у розрізі п'ятого і шостого залізистих горизонтів. Ця обставина, а також значна загальна потужність горизонтів (до 500 м) визначили їх як основну сировинну базу бідних гематитових руд родовища.

2. У вертикальному розрізі кори вивітрювання п'ятого і шостого залізистих горизонтів чітко проявлена мінералогічна зональність. Виділяються такі основні зони:

1) зона гетитизації гематитових кварцитів (вертикальна потужність 5-15 м);

2) зона повної мартитизації первинних магнетитових кварцитів (потужність до 350 м);

3) зона часткової мартитизації первинних магнетитових кварцитів (потужність 50-70 м).

3. Горизонтальна мінералогічна зональність кори вивітрювання п'ятого і шостого залізистих, а також всіх інших горизонтів саксаганської світи значною мірою наслідує їх аутигенно-метаморфогенну мінералогічну зональність на глибоких гіпсометричних горизонтах, де залізисті породи не зазнали вивітрювання. Для п'ятого і шостого залізистих горизонтів вона проявлена закономірною зміною в напрямку від центральних до периферійних зон горизонтів пластів порід, які складені мартит-залізнослюдковими залізнослюдко-мартитовими мартитовими дисперсногематит-мартитовими мартит-дисперсногематитовими кварцитами.

4. Гематитові кварцити п'ятого і шостого залізистих горизонтів Інгулецького родовища помітно відрізняються від аналогічних інших родовищ Криворізького басейну більш низьким загальним вмістом заліза (30-33 проти 37-39 мас. %) і підвищеним вмістом кремнезему (60-65 проти 50-55 мас. %). Низький вміст силікатів і карбонатів у первинних магнетитових кварцитах є причиною низького вмісту в них глинозему, оксидів магнію та кальцію (кожного до 0,5 мас. %). Для бідних гематитових дослідженого розрізу характерний дуже низький вміст шкідливих домішок - сірки (0,014-0,016 мас. %) і фосфору (0,030-0,060%).

5. Породи кори вивітрювання п'ятого і шостого залізистих горизонтів мають практично бімінеральний гематит-кварцовий склад. Основною мінералогічною особливістю процесу їх гіпергенних змін є тенденція до спрощення мінерального складу продуктів вивітрювання у порівнянні з первинними породами. Практично незмінним залишається кварц. Спостерігається заміщення магнетиту мартитом, численних залізовмісних силікатів - агрегатом дисперсного гематиту і каолініту (при наявності глинозему у складі первинних мінералів) і кварцу, а карбонатів - дисперсним гематитом. У кількісному відношенні у вивітрених залізистих кварцитах переважають кварц (у середньому для дослідженої товщі біля 65 об'ємн. %) і гематит, представлений мартитом і залізною слюдкою (близько 31 об'ємн. %). Решта мінералів відіграє роль другорядних і акцесорних, сумарна їх кількість складає біля 4 об'ємн. %.

6. З наростанням інтенсивності гіпергенних змін залізистих кварцитів дослідженої товщі порід спостерігається збільшення значень показників пористості (з 5,28 до 7,34 %) і питомої продуктивності млину за новоутвореним класом (-0,074 мм) - з 0,249 до 0,295 кг/л·год. У цьому ж напрямку відбувається поступове і закономірне зменшення дійсної щільності (з 3,397 до 3,337 г/см³), об'ємної щільності (з 3,218 до 3,09 г/см³), коефіцієнту міцності порід за М.Н. Протод'яконовим (з 15,45 до 12,88 відносних одиниць).

7. Найбільш важливим параметром залізорудної сировини є розкриття рудних мінералів у процесі рудопідготовки. За даними мінералого-технологічних експериментів було встановлено що найбільш ефективним є розкриття маршалітизованих відмін гематитових кварцитів п'ятого залізистого горизонту (після дроблення 11%, після подрібнення 89,8%). Серед більш міцних немаршалітизованих залізистих кварцитів відносно крихкі руди шостого залізистого горизонту розкриваються дещо ефективніше (після дроблення 7,8%, після подрібнення 87,2%) у порівнянні з більш пластичними рудами п'ятого залізистого горизонту (відповідно, 5,3% і 80,9%).

8. Кварц, який має підвищену крихкість у порівнянні з мартитом і залізною слюдкою, у процесі подрібнення проявляє чітку схильність до концентрації у найбільш дрібнозернистих продуктах (-0,05 мм), обумовлюючі підвищену шламоємність цих гранулометричних фракцій.

9. Практично повне розкриття гематиту при подрібнені спостерігається у матеріалі гранулометричних фракцій - 0,074+0,05 (понад 60%) і - 0,05 (близько 90%). Тому при розробці технологічної схеми збагачення гематитових кварцитів родовища слід рекомендувати подрібнення вихідної сировини до крупності - 0,074 мм.

10. Мінералого-технологічні експерименти проводились за магнітною і гравітаційною технологіями. Збагачення у високоінтенсивному магнітному полі через активний прояв флокуляції часток гематиту і налипання на їх поверхні мікрочасток переподрібненого кварцу дозволило одержати концентрат з загальним вмістом заліза від 60,7 до 61,0 мас. % при виході концентрату 21-22%. Гравітаційне збагачення, яке виконувалось з використанням концентраційного столу, виявилось більш ефективним: якість концентрату становила близько 67 мас. % при його виході біля 20%.

Результати мінералогічного дослідження руд і мінералого-технологічних експериментів показали, що гематитові карцити Інгулецького родовища, є високоякісною залізорудною сировиною. Збагачення гематитових карцитів з одержанням концентрату понад 67 мас. % можливе за умови застосування гравітаційної технології.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Євтєхов В.Д., Смірнова А.Я., Мачадо О.Т., Беспояско Е.О. Топомінералогія сульфідів Інгулецького родовища // Геолого-мінералогічний вісник Криворізького технічного університету. - 2000. - № 1-2. - С.173-184.

2. Тарасенко В.Н., Кравцов Н.К., Мачадо О.Т., Кравцов В.Н., Педан М.В., Беспояско Е.О. Состав, морфология и свойства минералов гипергенно измененных железистых кварцитов и продуктов их обогащения // Геолого-мінералогічний вісник Криворізького технічного університету. - 2001. - №1. - С.54-65.

3. Смірнова Г.Я., Мачадо О.Т., Беспояско Е.О. Сульфіди залізистих порід Інгулецького родовища (Криворізький басейн) // Геолого-мінералогічний вісник Криворізького технічного університету. - 2001. - №2. - С.72-80.

4. Беспояско Э.А., Евтехов Е.В., Мачадо О.Т., Смирнова А.Я. Минералогические и геохимические особенности выветренных железных руд верхней части разреза саксаганской свиты Ингулецкого месторождения // Геолого-мінералогічний вісник Криворізького технічного університету. - 2001. - №2. - С.46-54.

5. Євтєхов В.Д., Мачадо О.Т., Беспояско Е.О. Топомінералогія кори вивітрювання саксаганської світи Інгулецького родовища // Геолого-мінералогічний вісник Криворізького технічного університету. - 2002. - №2. - С.5-17.

6. Беспояско Е.О. Вплив мінерального складу на фізичні та технічні властивості вивітрених залізистих порід Інгулецького родовища (Криворізький басейн) // Геолого-мінералогічний вісник Криворізького технічного університету. - 2004. - №1. - С.40-47.

7. Беспояско Е.О. Варіації потужності кори вивітрювання залізистих порід продуктивної товщі Інгулецького родовища / Новое в технологии, технике и переработке минерального сырья. Сборник научных трудов Научно-исследовательского и проектного института "Механобрчермет” // Кривой Рог, 2004. - С.117-121.

8. Евтехов В.Д., Филенко В.В., Беспояско Э.А., Матыс В.Б., Некоторые черты технологической минералогии гематитових кварцитов Ингулецкого месторождения Криворожского бассейна / Новое в технологии, технике и переработке минерального сырья. Сборник научных трудов Научно-исследовательского и проектного института "Механобрчермет” // Кривой Рог, 2004. - С.113-117.

Анотація

Беспояско Е.О. Технологічна мінералогія гіпергенно змінених залізних руд Інгулецького родовища Криворізького басейну. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеню кандидата геологічних наук за спеціальністю 04.00.20 - мінералогія, кристалографія. Криворізький технічний університет, Кривий Ріг, 2005.

Розглянуті особливості геологічної будови зони гіпергенних змін порід залізисто-кременистої формації родовища. За потужністю кори вивітрювання визначена основною сировинною базою бідних гематитових руд товща п'ятого і шостого залізистих горизонтів. Охарактеризована вертикальна і горизонтальна мінералогічна зональність кори вивітрювання цих стратиграфічних горизонтів. Показано, що за основними мінералогічними характеристиками гіпергенна зональність наслідує аутигенно-метаморфогенну мінералогічну зональність залізистих і сланцевих горизонтів. Наведені данні про мінеральний склад, структуру і текстуру гематитових кварцитів, як характеристики, що визначають їх фізичні, технічні показники і збагачуваність як бідних гематитових руд. Показано, що з підвищенням інтенсивності гіпергенних змін спостерігається помітне зростання середніх значень пористості руд і питомої продуктивності млину за новоутвореним класом, а також поступове зменшення дійсної і об'ємної щільності та міцності порід. За результатами вивчення збагачуваності бідних залізних руд, визначено, що їх мінералогічні показники обумовлюють більшу ефективність гравітаційної технології збагачення (якість концентрату 67 мас. %) у порівнянні з магнітною (60-62 %).

Ключові слова: залізисто-кремениста формація, кора вивітрювання, бідні гематитові руди, мінералогічна зональність, фізичні властивості руд, технічні показники руд, збагачуваність залізних руд.

Аннотация

Беспояско Э.А. Технологическая минералогия гипергенно измененных бедных железных руд Ингулецкого месторождения Криворожского бассейна. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата геологических наук по специальности 04.00.20 - минералогия, кристаллография. Криворожский технический университет, Кривой Рог, 2005.