МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

КРИВОРІЗЬКИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

СМІРНОВА

Ганна Ярославівна

УДК 553.31 : 549.642.31 (477.63)

ПРИКЛАДНА МІНЕРАЛОГІЯ СУЛЬФІДІВ

ЗАЛІЗОРУДНої товщі ІНГУЛЕЦЬКОГО РОДОВИЩА

(КРИВОРІЗЬКИЙ БАСЕЙН)

04.00.20 - мінералогія, кристалографія

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеню

кандидата геологічних наук

Кривий Ріг – 2001

Дисертацією є рукопис

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

Науковий керівник: | доктор геолого-мінералогічних наук, професор Євтєхов Валерій Дмитрович, завідуючий кафедрою мінералогії, кристалографії та родовищ корисних копалин Криворізького технічного університету, Міністерства освіти і науки України.

Офіційні опоненти: | доктор геолого-мінералогічних наук, професор Пирогов Борис Іванович, кафедра мінералогії і геохімії Московської державної геологорозвідувальної академії, Міністерства освіти Російської федерації.

кандидат геолого-мінералогічних наук Педан Михайло Васильович, співробітник науково-дослідного і проектного інституту “Механобрчормет” Державного комітету промислової політики Міністерства економіки України (м. Кривий Ріг).

Провідна установа: | Інститут геохімії, мінералогії і рудоутворення НАН України (м. Київ)

Захист відбудеться " 27 " серпня 2001 р. о 900 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 09.052.04 Криворізького технічного університету (50027, м. Кривий Ріг Дніпропетровської обл., вул. 22-го партз'їзду, 11).

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці КТУ за адресою 50002, м. Кривий Ріг Дніпропетровської обл., вул. Пушкіна, 37.

Автореферат розісланий " 8 " липня 2001 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради К 09.052.04

кандидат геолого-мінералогічних наук, доцент Трунін О.М.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Суть і стан наукової проблеми. Сульфіди відносяться до групи минералів, постійно присутніх у незначній кількості (до 1 об’ємн.%) в залізних рудах Iнгулецького та інших родовищ Криворізького басейну. Оскільки сульфіди є шкідливою домішкою у залізних рудах, в більшості попередніх робіт вивчалась, передусім, їх поведінка при збагаченні руд. Теоретичні дослідження сульфідів були спрямовані, переважно, на з'ясування співвідношення ізотопів сірки у їх складі, геохімічної спеціалізації сульфідних проявів (Я.М.Бєлєвцев та ін., 1962; Б.І.Пирогов, 1969; Е.К.Лазаренко та ін., 1977; Б.І.Пирогов та ін., 1989). Проблеми топомінералогії сульфідів, технологічної мінералогії окремих їх генетичних груп досліджені відносно слабко.

Актуальність теми. З позицій теоретичної мінералогії актуальність теми дисертації визначається важливістю дослідження сульфідів як показників умов утворення залізних руд і вміщуючих порід родовища, а також як самостійного відносно слабко вивченого мінералогічного об'єкту. Практична актуальність роботи обумовлена необхідністю визначення закономірностей варіацій вмісту сульфідів у залізних рудах різного мінерального складу, які формують розріз продуктивної товщі родовища, і виявлення особливостей їх поведінки в процесі виробництва магнетитового концентрату.

Зв'язок роботи з науковими програмами. Дисертаційна робота виконувалась у відповідності з Регіональною науковою програмою вивчення альтернативної мінерально-сировинної бази Криворізького басейну, а також у відповідності до Програми наукової співпраці геологічної служби Iнгулецького гірничо-збагачувального комбінату (ІнГЗКу) і кафедри мінералогії, кристаллографії та родовищ корисних копалин Криворізького техничного унивеситету (КТУ).

Мета і задачі дослідження. Метою дисертації є вивчення на прикладі мінерального комплексу залізистих кварцитів і сланців Інгулецького родовища закономірностей просторового розподілу сульфідів у межах його продуктивної товщі а також встановлення закономірностей поведінки піриту і піротину у процесі збагачення бідних магнетитових руд.

Автором було поставлено і вирішено такі основні задачі:–

уточнення основних закономірностей топомінералогії залізистих і сланцевих горизонтів родовища;–

мінералогічне і мінералого-технологічне опробування гірничих виробок кар'єру Iнгулецького гірничо-збагачувального комбинату (IнГЗКу);–

мінералогічне дослідження магнетитових руд і вміщуючих сланців саксаганської світи;–

ідентифікація мінеральних видів сульфідів і вивчення їх розповсюдження в межах продуктивної і вміщуючих товщ родовища;–

дослідження морфолого-анатомічних особливостей сульфідів і характеру зростання їх індивідів з індивідами і агрегатами інших мінералів залізистих кварцитів різних зон продуктивної товщі родовища;–

визначення впливу умов утворення руд (осадконагромадження, динамотермальний метаморфізм, метасоматоз, гіпергенез) на загальний вміст у них сульфідів і співвідношення їх основних мінеральних видів – піриту і піротину;–

вивчення особливостей поведінки сульфідів різних мінеральних відмін залізних руд в процесі їх збагачення.

Об’єкт дослідження – продуктивна товща Інгулецького родовища Криворізького басейну.

Предмет дослідження – сульфіди (пірит і піротин) бідних залізних руд (магнетитових кварцитів) саксаганської світи Інгулецького родовища, їх топомінералогія і технологічна мінералогія.

Методи дослідження – топомінералогічний і мінералого-генетичний – для визначення умов розповсюдження піриту, піротину в залізистих кварцитах і сланцях саксаганської світи родовища; онтогенічний, мікроскопічний, мікрокристалографічний, гранулометричний – для виявлення особливостей морфології і анатомії індивідів і агрегатів сульфідів, особливостей їх зростання з іншими мінералами руд; повний хімічний силікатний і фазовий аналіз заліза – для вивчення хімічного складу залізистих кварцитів і сланців продуктивної товщі родовища, характеру розподілу сірки у зональних геологічних утвореннях різного генезису (залізисті горизонти, метасоматичні тіла, кора вивітрювання рудних покладів); петрохімічний – для одержання кількісних характеристик мінеральних відмін залізних руд різного походження і складу, а також для виявлення закономірностей розподілу сульфідів у розрізі продуктивної товщі родовища; експериментальний для моделювання умов розповсюдження сірки; мінералого-технологічний – для з’ясування розподілу сульфідів по бідних залізних рудах родовища, які відносяться до різних відмін за технологічними показниками; експериментальний технологічний – з метою визначення закономірностей розподілу сульфідів по продуктах збагачення магнетитових кварцитів(концентрат, відходи збагачення); кореляційний, факторний, кластерний та інши статистичні методи для обробки мінералогічної інформації; стандартні і оригінальні комп’ютерні програмні продукти для збору, обробки, аналізу даних і оформлення дисертаційної роботи.

Наукова новизна одержаних результатів. Автором були одержані наступні результати, які визначають наукову новизну дисертаційної роботи:–

уточнені загальні закономірності топомінералогії продуктивної товщі родовища;–

виявлені основні закономірностей розподілу найбільш поширених мінеральних відмін сульфідів – піриту і піротину – в розрізі залізисто-кременистої формації, а також в розрізах окремих залізистих і сланцевих горизонтів, зон динамотермального метаморфізму різних фацій, метасоматичних тіл і кори вивітрювання продуктивної товщі;–

виявлений характер впливу на вміст і розподіл сульфідів у рудних покладах особливостей седиментації, динамотермального метаморфізму, натрієвого метасоматозу, гіпергенезу;–

досліджений гранулометричний склад сульфідів, морфологія і анатомія їх індивідів і агрегатів, особливості зростання їх з індивідами і агрегатами інших мінералів;–

визначені мінералогічні фактори, які обумовлюють поведінку сульфідів у процесі збагачення бідних залізних руд, перерозподіл їх між магнетитовим концентратом і відходами збагачення;–

встановлено з використанням екпериментальних мінералого-технологічних даних мінеральні відміни руд, які обумовлюють підвищений вміст сірки у магнетитовому концентраті ІнГЗКу.

Основні наукові положення, що захищаються у дисертаційній роботі.

1. Розподіл сульфідів (піриту і піротину) у залізорудній товщі саксаганської світи Інгулецького родовища підпорядковані закономірностям її ритмичної будови. Існує три рівні ритмічних варіацій вмісту сульфідів у залізистих кварцитах. Найнижчий рівень відповідає закономірному збільшенню кількості сульфідів від центральних зон залізистих горизонтів, складених гематит-магнетитовими кварцитами, через проміжні зони магнетитових і магнетит-силікатних кварцитів до периферійних зон залізистих горизонтів, складених магнетит-силікатними кварцитами, і подальшому зменшенню кількості сульфідів в напрямку до центральних зон сланцевих горизонтів, сладених високоглиноземистими відмінами сланців. Ритміка середнього рівню полягає у почерговому збільшенні (сланцеві горизонти) і зменшенню (залізисті горизонти) кількості сульфідів у породах, які складають розріз саксаганської світи. Найвищій рівень ритміки видображає поступове збільшення кількості сульфідів від першого залізистого горизонту до третього сланцевого горизонту і поступове зменшення їх вмісту догори за розрізом до п’ятого залізистого горизонту.

2. Постседиментаційні процеси суттєво вплинули на вміст сульфідів і розподіл сірки між двома основними її мінеральними формами – піритом і піротином. Зростання ступеню динамотермального метаморфізму залізистих порід супроводжувалось на тлі поступового зменшенням загальної кількості в них сульфідів – підвищенням вмісту піротину і зменшенням – піриту. Максимальні концентрації піротину при цьому утворювались у магнетит-силікатних кварцитах приконтактових зон залізистих горизонтів і у прилягаючих до них пластах, складених високо залізистими відмінами сланців. Натрієвий метасоматоз супроводжувався незначним підвищенням загального вмісту сульфідів, головним чином, піриту. Гіпергенні процеси викликали стадійне заміщення сульфідів заліза, спочатку сульфатами заліза (ярозит, копіапіт), а потім оксидами і гідроксидами заліза (дисперсний гематит, дисперсний гетит). Сірка виносилась з зон гіпергенезу у вигляді сульфат-іону. Незначна її кількість концентрувалась у вигляді марказиту у найглибших частинах кори вивітрювання.

3. Різні показники питомої магнитної сприйнятливості піриту і піритину, варіації характеру зростання їх індивідів з індивідами магнетиту і інших мінералів визначають різний характер прерозподілу сірки між магнетитовим концентратом і відходами збагачення бідних залізних руд різного мінерального складу і різного походження. Найвищі кондиції за сульфідоємкістю мають залізні руди центральних частин залізистих горизонтів (залізнослюдко-магнетитові, магнетитові кварцити). Суттєве переважання в них піриту над піротином спричиняє максимальне надходження сульфідів до відходів збагачення і мінімальний їх вміст у магнетитовому концентраті. Проміжне положення займають слабко метаморфізовані магнетит-силікатні кварцити периферійних частин залізистих горизонтів, а також егірин- і рибекіт-вмісні натрієви метасоматити. Найгіршими показниками за загальною сульфідоємкістю і вмістом магнітної мінеральної форми сірки – піротину – характеризуються високометаморфізовані бідні магнетитові руди (магнетит-кумінгтонітові кварцити) приконтактових частин залізистих горизонтів. Їх залучення до рудної маси, яка спрямовується на збагачувальну фабрику спричиняє підвищення загального вмісту сірки у концентраті до 0,1-0,3 мас.%, що суттєво перевищує вимоги світового ринку залізорудної сировини.

Практичне значення одержаних результатів. Результати досліджень впроваджуються у виробництво на Iнгулецькому гірничозбагачувальному комбінаті, де використовуються при мінералогічному і мінералого-технологічному картуванні рудних покладів Інгулецького родовища і при розробці заходів, спрямованих на підвищення якості магнетитового концентрату, зменшення в ньому вмісту сульфідів. Крім того одержанні дані планується використовувати при пошуках і оконтурюванні проявів золота і срібла в межах залізорудної товщі родовища.

Особистий внесок здобувача. Автором дисертації виконано грунтовний аналіз фондових і літературних даних з питань топомінералогії, систематичної і технологічної мінералогії родовища; проведено детальне мінералогічне опробування сульфід-вміщуючих порід і руд; виконано макро- і мікроскопічні мінералогічні дослідження; з використанням комп’ютерних технологій узагальнено і проаналізовано одержані мінералогічні дані; вперше для родовища розроблено схеми мінералогічної зональності залізистих і сланцевих горизонтів з зон прояву динамотермального метаморфізму різних фацій; визначено особливості мінералогічної зональності всіх стратиграфічних горизонтів саксаганської світи, розподілу у їх розрізах піриту і піротину; для всіх основних мінеральних відмін руд родовища виконано мінералого-технологічні експерименти по виявленню закономірностей перерозподілу сульфідів між магнетитовим концентратом і відходами збагачення; розроблено мінералогічні рекомендації, спрямовані на підвищення якості магнетитового концентрату ІнГЗКу, зниження в ньому вмісту сульфідів.

Апробація результатів дисертації. Результати досліджень, що висвітлюють основний зміст дисертаційної роботи, були представлені на ІІ Регіональній науковій конференції “Cучасні проблеми геології і мінералогії залізисто-кременистих і вміщуючих їх формацій” (Кривий Ріг, 11-14 жовня), на ІІ Міжнародній науковій конференції студентів, аспірантів і молодих вчених ім. академіка М.А.Усова “Проблемы геологии и освоения недр” (Томськ, 6-11 квітня 1998 р.), на Науково-практичній конференції “Основные направления развития горнопромышленного комплекса (ГПК) Украины в условиях перехода к рыночной экономике” (Кривий Ріг, 15-16 жовня 1998 р.), на ІІІ Регіональній конференції “Геологія і мінералогія рудних районів” (Кривий Ріг, 15-16 квітня 1999 р.), на Науково-технічній конференції “Актуальные проблемы геологии и рационального природопользования” (Дніпропетровськ, 5-7 травня 1999 р.), на ІІ Науковій конференції “Нестеренківські читання” (Дніпропетровськ, 27-29 червня 2001 р.), на ІV Регіональній науковій конференції “Проблеми геології і мінералогії залізистокременистих формацій Криворізького басейну” (Кривий Ріг, 24 квітня 2001 р.), а також на щорічних науково-технічних конференціях Криворізького технічного університету (1995-2001 рр.).

Публікації. За матеріалами дисертаційної роботи автором було опубліковано 11 робіт, в тому числі 1 одноосібно; з них у фахових – 4 роботи.

Структура і об’єм дисертацйної роботи. Работа складається з вступу, п’яти розділів, 6 таблиць, 48 рисунків, 16 додатків, списку літератури обсягом 230 назв; повний обсяг дисертації 222 стор., текстову частину роботи викладено на 150 стор.

На всіх етапах виконання досліджень автор користувався допомогою і консультаціями, за які щиро вдячний головним геологам Інгулецького гірничо-збагачувального комбінату Л.П.Пановій і С.О.Чупрію, докторам геологічних наук професорам кафедри геології Криворізького технічного університету І.С.Параньку і А.І.Каталенцю, кандидату геолого-мінералогічних наук Ю.Л.Ахкозову, викладачам Є.В.Євтехову і В.В.Стеценку, співробітникам кафедри мінералогії, кристалографії та родовищ корисних копалин Криворізького технічного університету: докторам геолого-мінералогічних наук професорам Б.І.Пирогову, В.М.Трощенку, кандидатам геолого-мінералогічних наук доцентам В.Я.Легедзі, В.М.Тарасенку, О.М.Труніну, асистенту Д.М.Каруці, співробітникам кафедри Л.П.Мосінцовій, А.П.Шмагайловій, О.І.Гончарову, Л.О.Виговській, Л.М.Ковальчук, Д.М.Меньшикову.

Автор висловлює почуття щирої подяки своєму науковому керівникові доктору геолого-мінералогічних наук професору завідуючому кафедрою мінералогії, кристалографії та родовищ корисних копалин Криворізького технічного університету Валерію Дмитровичу Євтехову.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Розділ 1 “Короткий геологічний нарис Інгулецького родовища” містить сучасні дані про будову, історію формування і мінерально-сировинну базу родовища. Iнгулецьке родовище бідних залізних руд (магнетитових кварцитів) розташоване на південному фланзі Криворізького бассейну, приурочене до замкової частини Лихманівської синкліналі. Потужність товщі метаморфічних порід криворізької серії в межах родовища змінюється від 1200 до 400 м.В геологічній будові родовища беруть участь гранітоїди архею, метаморфічні породи нижнього протерозою і осадові відклади кайнозою (Н.М.Акименко и др., 1957; Я.Н.Белевцев и др., 1962; Н.П.Щербак и др., 1988, I.С.Паранько, 1992).

Метаморфічні породи криворізької серії залягають на вивітреній поверхні архейських гранитів та мігматитів. Товща криворізької серії у межах Інгулецького родовища поділена на чотири світи (знизу до гори за розрізом): новокриворізьку, скелеватську, саксаганську, гданцевську. Новокриворізька світа представлена амфіболітами, які підстеляють породи скелеватської світи в східному крилі і у зоні замикання Лихманівської синкліналі; у західному крилі зустрічаються у вигляді окремих реліктів серед мігматитів. Підпорядковане значення мають кварц-плагіоклаз-біотит-роговообманкові сланці і біотит-мусковітові кварцити Породи скелеватської світи неузгоджено залягають на розмитій поверхні порід новокриворізької світи, що було спричинене перервою у осадконагромадженні між товщами порід новокриворізької та скелеватської світ. Традицїйно в межах Iнгулецького, як і в інших родовищ Кривбасу, скелеватська світа поділена на три підсвіти: нижню ("аркозову"), складену мусковітовими кварцитами, метагравелітами; середню ("філітову"), представлену кварц-мусковітовими сланцями; і верхню ("талькову"), яку складають метаультрабазити – тальк-вміщуючі сланці. Саксаганська світа в межах родовища, як і всього басейну, складена сланцевими та залізістими горизонтами. Починається розріз світи першим сланцевим, завершується п'ятим залізистим горизонтом. Присутні на інших родовищах шості та сьомі залізисті і сланцеві горизонти на Iнгулецькому ро-довищі не проявлені внаслідок їх фаціального виклинювання на південь від центральної частини Криворізького басейну. Гданцевська світа слабко проявлена на родовищі, складена графіт-серицит-хлоритовими, кварц-біотитовими сланцями і слюдистими кварцитами.

Інгулецьке родовище залізистих кварцитів у структурному відношенні приурочене до замкової частини Лихманівської синкліналі. Замок її має коритоподібну форму. Східне крило синкліналі має субмеридіональне простягання і західне, часто зворотне падіння, воно простежується далеко на північ, де переходить у західне крило Тарапако-Лихманівської антикліналі. Західне крило Лихманівської синкліналі не витримане по простяганню, у межах родовища воно частково зрізане Криворізько-Кременчуцьким розломом і у півночній частині родовища проявляється слабко. Розривні порушення у межах Iнгулецького родовища користуються широким розвитком. Більшість з них суттєвої ролі в структурі родовища не відіграють. Найбільше значення мають Західний насув, який відділяє породи криворізької серії від мігматитів, і два повздовжних разривних порушення в центральній та східній частинах родовища.

Найбільш активно проявленими гіпогенними процесами в межах родовища були магматизм, метаморфізм, метасоматизм і гідротермальні прояви. Магматичні породи родовища представлені гранітоїдами середнього і верхнього архею, метаморфізованими єфузивами нижнього протерозою (амфіболіти новокриворізької світи і талькові сланці верхньої підсвіти скелеватської світи) і діабазовими дайками середнього протерозою. Метаморфізм у породах залізисто-кремнистої формації родовища проходив у декілька етапів і представлений трьома відмінами: динамотермальний; термальний і динамометаморфізм. Динамотермальний метаморфізм, вік якого складає 2200100 млн.років (Я.Н.Белевцев и др., 1992), відбувався в умовах епідот-амфіболітової фації, хоча в межах родовища існують ділянки, де залізисті кварцити і сланці зазнали метаморфізму в умовах, перехідних віх зеленосланцевої до епідот-амфіболітової фації. В з'вязку с цим у продуктивній товщі родовища зустрічаються парагенетичні асоциації мінералів, типоморфні для обох фацій. Динамометаморфізм неодноразово відбувався вздовж нечисленних розривних порушень родовища. Найбільш активно проходив у зоні глибинного Криворізько-Кременчуцького розлому. Проявлений у вигляді січних тіл брекчій, мілонітів "глинок тертя". Помітних процесів мінералогенезу в зв'язку з динамометаморфізмом не відбувалось. Термальний метаморфізм найбільш слабко проявлений в межах родовища. Його прояви представлені малопотужними (до 25 см) зонами загартування вміщуючих порід різного складу вздовж контактів діабазової дайки, яка розташована в північній частині родовища. Метасоматизм в межах родовища спричинив утворення декількох мінеральних комплексів різного складу, віку, термодинамічних умов формування. Найдревнішими (1800100 млн. років – А.И.Тугаринов и др., 1960; Я.Н.Белевцев и др., 1992) і набільш поширеними є натрієви (егіринові, рибекітові і альбітові) метасоматити. Крім того метасоматичне походження мають зони карбонатизації, сульфідизації, обкварцування, які тяжіють до зони Криворізько-Кременчуцького розлому. Утворення гідротермальних жил супроводжувало процеси метаморфизму, метасоматозу, а також проявилося як самостійний этап мінералоутворення (Н.М.Акименко и др., 1957; Я.Н.Белевцев и др., 1962; Е.К.Лазаренко и др., 1977; Б.И.Пирогов и др., 1989).

Процеси вивітрювання відбувались у породах залізисто-кременистої формації і її обрамлення неодноразово в з’вязку з декількома переривми в осадкоутворенні (Я.Н.Белевцев и др., 1959, 1962; Л.И.Мартыненко и др., 1961; Э.В Дмитриев, В.М.Кравченко, 1965; А.Д.Додатко, Я.З. Дорфман, 1973, 1974; Е.К.Лазаренко и др., 1977). Найбільший вплив на сучасний склад залізистих порід має сучасних (неоген-антропогеновий) етап гипергенезу.

Інгулецьке родовище досліджене і експлуатується як родовище бідних залізних руд, що вимагають збагачення. Сировинною базою Інгулецького гірничозбагачувального комбінату є гематит-магнетитові, магнетитові силікат-магнетитові і магнетит-силікатні кварцити першого, другого, третього, четвертого і п’ятого залізистих горизонтів. Останнім часом активно вивчаються супутні користі копалини родовища: граніт, мігматит, амфіболіт, тальк-вмісний сланець, кварц-мусковітовий сланець і мусковітовий кварцит, гранат-вмісний сланець, вохра сурик, мумія, суглинок, пісок, вапняк тощо.

У розділі 2 “Фактичний матеріал та методика досліджень” зазначається, що основою для написання дисертаційної роботи були одержані за період з 1995 по 2001 р результати власних мінералогічних досліджень, а також даних з літературних (понад 200) і фондових (14) джерел. Власні дослідження автора були спрямовані на уточнення існуючих положень систематичної мінералогії Інгулецького родовища, його топомінералогії і технологічної мінералогії, а також на визначення нових закономірностей варіацій мінерального складу руд, розподілу сульфідів у продуктивній товщі родовища, поведінки сульфідів у процесі збагачення руд.

Відбір 158 мінералогічних проб проводився автором у співпраці з співробітниками геологічної служби ІнГЗКу. Проби відбирались практично на всіх гіпсометрічних рівнях розповсюдження гіпергенно незмінених залізних руд всіх п’яти залізистих горизонтів, які складають продуктивну товщу Інгулецького родовища. В роботі були використані апробовані методи мінералогічних досліджень: мінералогічне картування, мікроскопічні мінералогічні дослідження (використано 420 прозорих і полірованих шліфів), методи систематичної мінералогії, мінералого-технологічні експерименти (158 досліджень), кількісні визначення вмісту, морфології і анатомії піриту і піротину, а також вмісту сірки у вихідній залізорудній сировині і продуктах збагачення руд (понад 1000 визначень у 236 скріплених прозорих і полірованих шліфах, виготовлених з продуктів збагачення руд), встановлення технологічних показників (якість магнетитового концентрату тощо) 316 проб магнетитових руд 5 залізистих горизонтів родовища, які складають його сировинну базу. Результати мінералогічних і мінералого-технологічних досліджень були опрацьовані за допомогою методів математичної статистики з використанням сучасних комп’ютерних технологій.

У розділі 3 “Закономірності топомінералогії Інгулецького родовища” розглянуто варіації мінерального складу залізистих порід саксаганської світи, характер її мінералогічної ритміки, яка проявлена у різних масштабах – від чергування сланцевих і залізистих горизонтів у її розрізі до перешарування магнетитових, силікатних і кварцових прошарків у залізистих кварцитах і сланцях. Провідним проявом мінералогічної зональності родовища є аутигенна мінералогічна зональність залізистих і сланцевих горизонтів саксаганської світи (Я.Н.Белевцев и др., 1962; Н.М.Страхов, 1962; Б.И.Пирогов и др., 1989).

Суттєвий вплив на топомінералогію родовища мав динамотермальний метаморфізм. Відомо, що Iнгулецьке родовище характеризується метаморфізмом залізистих порід, перехідним від зеленосланцевої до епідот-амфіболітової фації з переважанням останньої (Р.Я.Белевцев и др., 1989; Б.И.Пирогов и др., 1989). Ділянки з проявом метаморфізму в умовах зеленосланцевої фації у вигляді плям присутні, головним чином, у замковій частині Лихманівської синкліналі.

В зонах прояву метаморфизму зеленосланцевої фації для залізистих горизонтів в узагальненому вигляді характерною є така послідовність мінеральних відмін порід у напрямку від центру до периферії горизонту: кварцит магнетит-гематитовий кварцит гематит-магнетитовий кварцит магнетитовий кварцит хлорит-карбонат-магнетитовий кварцит магнетит-хлорит-карбонатний. Iдеальний розріз сланцевого горизонту в цих ділянках має вигляд (у такому ж напрямку): сланець серицит-кварц-хлоритовий сланець кварц-хлоритовий сланець карбонат-кварц-хлоритовий сланець кварц-карбонат-хлоритовий

В межах ділянок Інгулецького родовища, де умови метаморфизму відповідали епідот-амфіболітовій фації, відбувалось заміщення кумінгтонітом Fe-Mg-карбонату і частково – кварцу і хлориту, хлорит також заміщувався біотитом, серіцит – мусковітом, гранат (альмандин) утворювався за рахунок хлориту і карбонату. Внаслідок цього мінералогічна зональність залізистих горизонтів набувала такого вигляду: кварцит магнетит-гематитовий кварцит гематит-магнетитовий кварцит магнетитовий кварцит кумінгтоніт-магнетитовий кварцит біотит-магнетит-кумінгтонітовий. Для сланцевих горизонтів характерна така зміна мінеральних відмін сланців в напрямку від їх центральних до периферійних частин: сланець мусковіт-кварц-біотитовий з гранатом сланець гранат-кварц-біотитовий сланець гранат-кумінгтоніт-кварц-біотитовий сланець гранат-біотит-кварц-кумінгтонітовий.

Неоднорідність умов осадконагромадження порід різних стратиграфічних горизонтів і різний ступень їх метаморфізму спричинили відмінність стратиграфічних горизонтів за мінеральним складом. Для всього розрізу саксаганської світи автором дисертації вперше було проведено детальне визначення середнього мінерального складу порід усіх стратиграфічних горизонтів. Аналіз одержаних даних засвідчив особливості неідеальної мінералогічної зональності п’яти сланцевих і п’яти залізистих горизонтів світи. Для першого і третього залізистих горизонтів властива атрофованість центральних зон, відсутність гематит-вміщуючих залізистих кварцитів у їх розрізах. Близькою до нормальної є мінералогічна зональність другого і четвертого залізистих горизонтів, у розрізах яких присутні як гкматит- так і силікат-вмісні залізисті кварцити. У розрізі п’ятого залізистого горизонту гіпертрофовано представлені гематит-вмісні залізисті кварцити і майже відсутні їх силікат-вмісні відміни. Серед сланцевих горизонтів найбільш досконалу мінералогічну зональність мають перший і другий сланцеві горизонти. В розрізах третього і четвертого сланцевих горизнтів відсутні високоглиноземисти (серицитові, мусковітові, хлоритові і біотитові) відміни сланців. П’ятий сланцевий горизонт у мінералогічному відношенні є виродженим – його складають магнетит-силікатні і силікат-магнетитові кварцити.

Таким чином у розрізі саксаганської світи знизу догори чітко просліджується тенденція до збільшення ролі у первинних осадках хемогенного залізисто-кременистого компоненту і зменшення – вулканогенно-кластогенного глиноземно-кременистого. Це підтверджують дані про розподіл у розрізі саксаганської світи головних типоморфних мінералів порід залізистих горизонтів. Максимальний вміст магнетиту характерний для порід другого, четвертого і п’ятого залізистих горизонтів, де він близький, або перевищує 30 об’ємн. %. Значно нижчий вміст магнетиту в породах першого і третього залізистих горизонтів – близько 20 об’ємн.%. Вміст залізної слюдки догори за розрізом саксаганської світи збільшується від n0,01 об’ємн. % у межах першого і третього залізистих горизонтів до 3,24 об’ємн. % – другого і до 8,58 об’ємн. % – п’ятого залізистого горизонту. Для силікатів властива зворотна тенденція: кількість хлориту зменшується від 6,04 у породах першого залізистого горизонту до 0,41 об’ємн. % – п’ятого. Вміст біотиту у цьому ж напрямку зменшується від 3,84 до 0,14 об’ємн. %, кумінгтониту – від 11,93 до 3,65 об’ємн. %, гранату – від 0,42 до 0,00 об’ємн. %, селадоніту – від 1,65 до 0,43 об’ємн. % [10].

У породах сланцевих горизонтів коливання мінерального складу більш явно залежні від ступеню метаморфізму порід. Оскільки в межах Інгулецького родовища він має плямистий прояв, це ускладнює характер кривих зміни вмісту силікатів у породах сланцевих горизонтів. Чітко просліджується зменшення від першого до п’ятого сланцевих горизонтів кількості хлориту, для інших силікатів криві варіації їх вмісту мають більш складний характер.

У розділі 4 “Топомінералогія сульфідів залізорудної товщі родовища” наголошується, що розподіл сульфідів у розрізі продуктивної товщі Інгулецького родовища тісно пов’язаний з особливостями мінерального складу вміщуючих залізистих порід. Вміст сульфідів у породах кожного з сланцевих горизонтів у 1,5-3,5 рази вище у порівнянні з породами відповідних залізистих горизонтів. Існує загальна для розрізу світи тенденція: від першого сланцевого горизонту (середній вміст піриту 0,31 об’ємн.%, піротину – 0,12%) догори за розрізом світи вміст сульфідів поступово збільшується і досягає максимуму у породах третього сланцевого горизонту, який займає центральне положення у розрізі (вміст піриту 0,91 об’ємн.%, піротину – 0,17%). Вище спостерігається падіння вмісту сульфідів, мінімальне його значення (для піриту 0,10 об’ємн.%, піротину 0,03 %) – у породах п’ятого залізистого горизонту (рис.1). Результати мінералогічних спостережень підтверджуються даними хімічних аналізів. Середній вміст сірки у породах сланцевих горизонтів (0,351 мас.%) у 1,5-2,0 раза вищий ніж у породах залізистих горизонтів (0,188 %). Максимальний вміст сірки (0,855 мас.%) відмічається у породах третього сланцевого горизонту, мінімальний (0,085 мас.%) – п’ятого залізистого горизонту [8].

Таким чином, існує дві основні тенденції зміни вмісту сульфідів і, відповідно, сірки у розрізі саксаганської світи. Перша полягає у почерговому підвищенні (сланцеві горизонти) і зниженні (залізисті горизонти) вмісту сульфідів у породах світи, спричинена, вірогідно, різницею термодінамічних умов нагромадження яшмоїдів (залізисті горизонти) і вулканогенно-кластогенних утворень (сланцеві горизонти). Друга тенденція є більш узагальненою для світи і свідчить про повільну еволюцію умов осадження сірки. Один її повний цикл завершився на протязі формування п’яти повних циклів утворення залізистих і сланцевих горизонтів. Максимуму у відкладенні сірки система досягла під час формування третього сланцевого горизонту, мінімуму – при нагромадженні п’ятого залізистого горизонту [1].

xf, xs – середній вміст сірки у породах залізистих і сланцевих горизонтів.

Більш детальне дослідження порід усіх залізистих і сланцевих горизонтів виявило закономірність зміни кількості сульфідів у їх розрізах. Від контакту зі сланцевими до центральних частин кожного з залізистих горизонтів кількість сульфідів поступово зменшується у стандартній послідовності мінеральних відмін порід: кварцити магнетит-силікатні (вміст сірки коливається в межах 0,4-1,0 мас.%) кварцити силікат-магнетитові (0,1-0,7%) кварцити магнетитові (0,05-0,5%) кварцити гематит-магнетитові (0,00-0,2%) кварцити магнетит-гематитові (0,00-0,15%).

Зазначена тенденція є характерною як для піриту так і для піротину. Але відносне збільшення вмісту останнього у напрямку від центральних до периферійних зон залізистих горизонтів є більш суттєвим (для різних горизонтів у 3-10 разів) ніж піриту (у 2-5 разів).

Для сланцевих горизонтів тенденція зміни вмісту сульфідів є аналогічною: найвища кількість піриту і піротину характерна для порід приконтактових зон. Середній вміст сірки у цих породах складає 0,915 мас.% (коливання від 0,2 до 1,1%). У напрямку до центральних частин сланцевих горизонтів спостерігається поступове зменшення кількості сульфідів: вміст сірки у сланцях тут коливається від 0,1 до 0,7 мас.%.

Суттєвий вплив на розподіл піриту і піротину у продуктивній залізорудній і вміщуючих сланцевих товщах родовища мав динамотермальний метаморфізм. Відомо, що породи Інгулецького родовища були метаморфізовані в умовах епідот-амфіболітової фації (Р.Я.Белевцев и др., 1989). Але внаслідок плямистого прояву метаморфізму в межах залізистих і сланцевих горизонтів (головним чином, у замковій частині Лихманівської синкліналі) виділяються незначні за площею ділянки прояву метаморфізму в умовах зеленосланцевої фації. Одержані автором дисертації дані свідчать, що зростання ступеню метаморфізму супроводжувалось зниженням вмісту сірки в залізистих кварцитах, причому, головним чином, за рахунок зменшення (для різних за складом залізистих кварцитів від 1,29 до 1,57 рази) вмісту піриту. Кількість піротину при цьому, навпаки, збільшується (у 1,18-1,88 рази). Одержані дані пояснюються формуванням піротину за рахунок піриту (Ю.Л Ахкозов, 1994), частковою десульфуризацією залізистих порід з підвищенням ступеню їх метаморфізму.

Натрієвий метасоматоз, локально проявлений в породах другого, четвертого і п’ятого залізистих горизонтів (Н.А.Елисеев и др., 1962; В.Д.Евтехов и др., 1988), сприяв суттєвій зміні кількості сульфідів у бідних залізних рудах родовища. Кількісне співвідношення піриту і піротину помітно збільшується на користь першого від незмінених магнетитових кварцитів (відповідно, 0,13 і 0,11 об’ємн.%) через периферійні зони їх обкварцування (0,20 і 0,08%) і проміжні зони рибекітізації (0,25 і 0,05%) до центральних зон егіринізації (0.31 і 0,01%), що можна пояснити підвищеною фугитивністю сірки у метасоматизуючих розчинах [11].

Koра вивітрювання. Гіпергенні зміни проявлені в усіх породах саксаганської світи родовища. Найбільша потужність кори вивітрювання фіксується у межах п'ятого залізистого горизонту, на прикладі якого були вмвчені варіації середнього вмісту сірки, пов'язані зі змінами ступеню їх гіпергенної переробки. Для невивітрених залізистих кварцитів горизонту середній вміст сірки становить 0,085 мас.% (гіпсометричні горизонти -300, -285 і -270 м). Слабкі гіпергенні зміни залізистих кварцитів супроводжувались зниженням у них середнього вмісту сірки до 0,040-0,050 (горизонти -255 і -240 м). Для напівокислених залізистих кварцитів (горизонти від -255 до -180 м) відмічається подальше зниження вмісту сірки і стабілізація цього показника на рівні 0,020 мас.%. Такий вміст сірки в цілому характерний для окислених залізистих кварцитів (горизонти від -165 до -60 м). У зоні інтенсивних гіпергенних змін залізистих кварцитів (горизонти від -45 до 0 м) спостерігається подальше зниження середнього вмісту сірки до 0,007 мас.%. Мінералогічні зміни сульфідів відбувались у наступному порядку а) поступове руйнування кристалічних граток піриту і піротину; б) винесення сірки з залізистих кварцитів, що вивітрювались, у вигляді сульфат-іону; в) утворення за рахунок сульфідів – гідроксидів заліза або дисперсного гематиту; г) формування сульфатів заліза (ярозиту, копіапиту), (Я.Н.Белевцев и др., 1962; Е.К.Лазаренко и др., 1977), в яких нагромаджувалася частина сірки, що входила до складу вихідних залізистих кварцитів. Одним з основних позитивних наслідків гіпергенних змін бідних залізних руд родовища було суттєве зменшення вмісту в них сульфідів уже на початкових стадіях вивітрювання [7].

У розділі 5 “Технологічна мінералогія сульфідів” розглянуто особливості перерозподілу піриту і піротину у процесі збагачення залізистих кварцитів між магнетитовим концентратом і відходами збагачення. Відзначається, що якість концентрату через підвищений у його складі вміст сірки (від 0,1 до 0,3 і більше мас. %) не відповідає вимогам світового ринку залізорудної сировини (9). Основним мінералом, який обумовлює підвищений вміст сірки в концентраті, є піротин. Висока в порівнянні з піритом питома магнітна сприйнятливість обумовлює його надходження до залізорудного концентрату у процесі магнитної сепарації підготовленої до збагачення подрібної рудної маси. Частково до концентрату захоплюються також пірит – головним чином у вигляді зростків з магнетитом. Результати мінералого-генетичних, топомінералогічних і мінералого-технологічних досліджень дозволили виділити в межах продуктивної товщі родовища зони розповсюдження руд з різною сульфідоємкістю, різним співвідношенням піриту і піротину, різною здатністю до видалення сульфідів у процесі збагачення до шламів [5].

На прикладі руд четвертого залізистого горизонту показано, що значення аутигенно-метаморфогенної мінералогічної зональності рудних товщ родовища у цьому відношенні полягає в суттєвому збільшенні вмісту піриту (у 3 рази) і піротину (у 9 разів) у напрямку від гематит-магнетитових кварцитів, якими складені центральні зони дослідженого горизонту, до магнетит-силікатних кварцитів, які складають його периферійні зони. В процесі збагачення вміст піриту і піротину у концентраті зменшився, відповідно, для гематит-магнетитових кварцитів у 2,4 і 1,4 рази; для магнетитових кварцитів – у 3,3 і 1,5 рази; для силікат-магнетитових – у 5,7 і 1,7 рази; для магнетит-силікатних – у 5,0 і 1,7 рази. Зроблено висновок, що підвищений вміст піротину і незначні показники його відходження до шламів обумовлюють небажаність включення до рудної маси магнетит-силікатних кварцитів всіх залізистих горизонтів родовища [2].

Динамотермальний метаморфізм, як було показано вище, сприяв зниженню загального вмісту сірки в рудах, але спричинив підвищення співвідношення піротин/пірит. Наслідком цього є те, що вміст сірки у концентратах, одержаних з високометаморфізованих (епідот-амфіболітова фація) руд, приблизно у 1,5 рази вищий ніж у концентратах, одержаних з слабко (зеленосланцева фація) метаморфізованих. Для залізнослюдко-магнетитових кварцитів зеленосланцевої фації, вміст сірки у концентраті складає 0,032 мас. %, а для аналогічних за складом порід зон прояву метаморфізму епідот-амфіболітової фації – 0,051 мас. %. Для магнетитових кварцитів ці параметри, відповідно, складають 0,084 і 0,088 мас. %, для силікат-магнетитових – 0,125 і 0,189 мас. %, для магнетит-силікатних – 0,184 і 0,245 мас. %.

Незважаюче на менший вміст піротину у рудах, кількість його в концентратах, одержаних з окремих різновидів руд перевищує кількість піриту. Особливо це характерно для руд з периферійних зон залізистого горизонту. Наприклад, у кумінгтоніт-магнетитових кварцитах вміст піриту і піротину складав відповідно 0,178 і 0,083 об’ємн. %, а в одержаних з них концентратах – 0,031 і 0,046 об’ємн. %. Такі ж показники для біотит-магнетит-кумінгтонітових кварцитів становлять – 0,227; 0,151 об’ємн. % і 0,040; 0,107 об’ємн. % [3].

Таким чином, максимальна кількість сірки у формі піротину потрапляє до концентрату при збагаченні високометаморфізованих залізних руд периферійних зон залізистих горизонтів, які представлені кумінгтоніт-магнетитовими, біотит-магнетит-кумінгтонитовими кварцитами.

Натрієвий метасоматоз спричинив на фоні збільшення загальної кількості сірки суттєве зниження вмісту в рудах піротину і підвищення вмісту піриту. Для останнього характерим є збільшення розміру і кристалографічної досконалості індивидів у зв’язку зі зростанням інтенсивності метасоматозу. Все це є причиною більш ефективного вилучення сульфідів з залізорудного концентрата у процесі магнитного збагачення руди. Таким чином, незважаючи на загальне підвищення вмісту сульфідів у залізних рудах родовища внаслідок натрієвого метасоматозу, концентрати, які одержуються з метасоматично змінених руд, характеризуються низьким вмістом сірки і за цим показником відповідають найвищим вимогам світового ринку до залізорудної сировини [4, 11].

ВИСНОВКИ

1. Унікальність Інгулецького родовища родовища для Криворізького басейну полягає в тому, що до його продуктивної товщі належить всі п’ять залізистих горизонтів саксаганської світи. Цє обумовлює строкатість мінерального складу та інших мінералогічних показників залізних руд, які визначають технологічні показники збагачення руд. Одним з проявів цієї неоднородності є значні коливання вмісту сірки у рудах – від сотих часток до 1 мас.%.

2. Вміст сульфідів у породах сланцевих горизонтів саксаганської світи (0,351 мас.% сірки) у 1,5-2 рази вищий ніж у породах залізистих горизонтів (0,188 мас.% сірки). Таким чином, у розрізі світи спостерігається сінусоідальне коливання вмісту сульфідів: мінімуми відповідають залізистим горизонтам, максимуми – сланцевим.

3. Ці варіації відбуваються на фоні зміни вмісту сульфідів більш високого порядку, один повний цикл якого відповідає всьому розрізові саксаганської світи. Мінімальне надходження сірки відповідало періодам накопичення осадових товщ першого і п’ятого залізистих горизонтів (вміст сірки близько 0,1 мас. %), максимальне – третього сланцевого горизонту (понад 0,8 мас. %).

4. Існує чіткий зв’язок між вмістом сульфідів і мінеральним складом залізистих порід, їх положенням у розрізі залізистих і сланцевих горизонтів. Від контакту зі сланцевими до центральних частин залізистих горизонтів, кількість піриту і піротину поступово збільшується у стандартній послідовності мінеральних відмін залізистих кварцитів: магнетит-гематитові гематит-магнетитові магнетитові силікат-магнетитові магнетит-силікатні. В межах сланцевих горизонтів найвища кількість піриту і піротину характерна для низькоглиноземистих сланців приконтактових зон горизонтів. У напрямку до їх центральних частин, складених високоглиноземними відмінами сланців спостерігається поступове зменшення вмісту сульфідів.

5. Динамотермальний метаморфізм сприяв падінню сумарного вмісту сульфілів у залізистих кварцитах і сланцях. Але на загальному фоні спостерігається значне зменшення вмісту в породах піриту (у 1,3-1,6 рази) і майже компенсуюче його збільшення вмісту піротину (у 1,2-1,9 рази).

6. Натрієвий метасоматоз спричинив незначні зміни сульфідів в межах продуктивної товщі. Підвищення вмісту цього показника спостерігається в центральних зонах метасоматичних тіл – у зв'язку з егіринизацією, в значно меншій мірі – з рибекітизацією залізистих кварцитів. В межах зон егіринізації кількісне співвідношення пірит / піротин помітно збільшене у порівнянні з вихідними залізистими кварцитами, в межах зон рибекітизації цей показник лише ненабагато перевищує його значення у первинних породах. В зонах обкварцування залізистих кварцитів значення цього показника близькі до його рівня у вміщуючих залізистих кварцитах.

7. Активно проявлені в межах родовища гіпергенні процеси сприяли значному зниженню вмісту сульфідів у залізистих породах. Вивітрювання супроводжувалось заміщенням піриту і піротину сульфатами заліза (ярозит, копіапіт), а потім його оксидами і гідроксидами (переважно, дисперсним гематитом і дисперсним гетитом) з одночасним виносом сульфат-іону за межі зони вивітрювання залізистих кварцитів.

8. У процесі збагачення бідних магнетитових руд (залізистих кварцитів) родовища методом магнитної сепарації відбувається суттєвий перерозподіл піриту і піротину між магнетитовим концентратом і відходами збагачення. Більша частина піриту потрапляє до останніх, підвищена ж питома магнітна сприйнятливість піротину обумовлює надходження у його помітній кількості до складу магнетитового концентрату. За даними мінералого-технологічних експериментів, найбільш значне надходження піротину до концентрату пов’язане з використанням високометаморфізованих руд з приконтактових частин залізистих горизонтів. Виключення їх з рудного потоку дозволить понизити вміст сірки у концентраті до 0,07-0,1 мас.%, що відповідаю сучасним вимогам до залізорудної сировини.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Євтехов В.Д., Смірнова Г.Я. Вариации содержания сульфидов в