Міністерство освіти і науки України

Криворізький технічний університет

Стеценко В'ячеслав Валерійович

УДК 553.31:549.623.52 (477.63)

Прикладна мінералогія мусковіт-вміщуючих порід скелеватської світи криворізького басейну

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

Науковий керівник –

Євтєхов В.Д., доктор геолого-мінералогічних наук професор, завідуючий кафедрою мінералогії, кристалографії та родовищ корисних копалин Криворізького технічного університету

Офіційні опоненти:

Матковський О.І., доктор геолого-мінералогічних наук професор кафедри мінералогії Львівського національного університету;

Хартанович П.М., кандидат геолого-мінералогічних наук, провідний спеціаліст геологічної служби Північного гірничо-збагачувального комбінату (м. Кривий Ріг).

Провідна установа –

Інститут геохімії, мінералогії та рудоутворення НАН України, відділ регіональної мінералогії

Захист відбудеться "27" серпня 2001 р. о 9 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. т. 23-24-25).

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

Автореферат розісланий 19 липня 2001 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради К 09.052.04

кандидат геолого-мінералогічних наук доцент О.М.Трунін

______________________________________________________________

Загальна характеристика роботи

Суть і стан наукової проблеми. Значна частина виробництва промислової продукції України пов'язана з використанням мінеральної сировини. Біля 50% валового національного продукту України пов'язана з видобутком і переробкою корисних копалин. Значна частина видобутку мінеральної сировини належить Криворізькому басейну – одному з унікальних геологічних об'єктів України і всієї планети. На його базі за більш ніж 100 років експлуатації залізорудних покладів було створено потужний гірничо-видобувний і збагачувальний комплекс, який забезпечує залізорудною сировиною металургійні заводи України та інших регіонів СНД і Східної Європи.

Перебудова промисловості України протягом останніх 10 років висунула перед гірничими підприємствами басейну вимогу покращення економічних показників діяльності. Одним з важелів цього є підвищення ступеню комплексного використання корисних копалин, розробка безвідходних технологій переробки мінеральної сировини. В зв'язку з цим у Кривбасі було виявлено біля 50 металевих і неметалевих корисних копалин, які локалізуються як у продуктивних так і у вміщуючих товщах [В.Д.Євтєхов, І.С.Паранько та ін., 1997-2001]. До них відносяться мусковітові кварцити і кварц-мусковітові сланці скелеватської світи, що розглядаються як вихідний матеріал для одержання цінної дефіцітної в Україні мінеральної сировини – дрібнолускуватого мусковіту [1, 2, 4, 8].

Актуальність теми. Мусковітові кварцити і кварц-мусковітові сланці скелеватської світи криворізької підстеляють залізорудні поклади родовищ басейну. Їх мінеральний склад, структурно-текстурні особливості та інші характеристики, що визначають можливість одержання з цих порід високоякісного мусковітового концентрату, в межах різних родовищ басейну суттєво відрізняються. Для розробки оптимальної технології збагачення мусковіт-вміщуючих порід необхідне поглиблене дослідження їх топомінералогії, мінерального складу, мінералого-технологічних властивостей, а також морфології, хімічного складу і фізичних властивостей мусковіту. Дослідження мінералогії цих порід має також важливе теоретичне значення, оскільки сприяє поглибленню існуючих уявлень про природу унікальних геологічних утворень – залізисто-кременистих формацій докембрію.

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є дослідження топомінералогії мусковіт-вміщуючих порід скелеватської світи Криворізького басейну, морфології, хімічного складу і фізичних властивостей мусковіту, а також розробка з використанням одержаних теоретичних даних мінералогічного обгрунтування технології одержання мусковітового концентрату.

Автором були поставлені і вирішені наступні задачі:–

аналіз літературних і фондових даних з геології і мінералогії мусковіт-вміщуючих порід Кривбасу;–

детальне мінералогічне опробування мусковіт-вміщуючих порід скелеватської світи Криворізького басейну і Ганнівського родовища, яке було обране основним полігоном досліджень;–

вивчення топомінералогічних особливостей мусковіт-вміщуючих порід;–

дослідження морфології, хімічного складу і фізичних властивостей мусковіту з метою визначення їх ролі як типоморфних показників мінералу, що обумовлюють здатність мусковіт-вміщуючих порід до збагачення;–

експериментальні мінералого-технологічні дослідження з метою розробки мінералогічного обґрунтування оптимальної технології одержання високоякісного мусковітового концентрату;

Наукова новизна одержаних результатів. В процесі підготовки дисертації були одержані такі нові дані:–

розроблено схему мінералогічної зональності мусковіт-вміщуючих порід по простяганню Криворізького басейну і встановлено закономірності розподілу мусковіту у товщі метакластолітів Ганнівського родовища;–

виявлено закономірності зміни хімічного складу мусковіту в залежності від ступеню метаморфізму вміщуючих кластогенних утворень;–

визначено особливості взаємного зв'язку між хімічним складом мусковіту і його фізичними властивостями;–

встановлено морфологічні і фізичні характеристики мусковіту, які обумовлюють можливість одержання високоякісного мусковітового концентрату при збагачення мусковіт-вміщуючих сланців;–

проведено мінералого-технологічну оцінку мусковіт-вміщуючих порід як сировини для виробництва дрібнолускуватого мусковіту;–

запропоновано ефективні методи збагачення мусковіт-вміщуючих сланців.

Практичне значення одержаних результатів полягає у: 1) виявленні особливостей морфології, хімічного складу і фізичних властивостей мусковіту, які визначають його технологічні і технічні показники; 2) встановленні родовищ і ділянок Криворізького басейну, в межах яких мусковіт-вміщуючі породи характеризуються високою якістю як мусковітова сировина; 3) розробці мінералогічних рекомендацій по створенню технології збагачення мусковіт-вміщуючих порід з одержанням високоякісного мусковітового концентрату; 4) виявленні типоморфних показників мусковіту, які можуть використовуватись при мінералого-технологічному картуванні мусковіт-вміщуючих порід.

Особистий внесок здобувача полягає у зборі значного за об'ємом і систематично підібраного фактичного матеріалу, який є основою дисертаційної роботи; узагальненні і аналізі фондових і літературних даних; виконанні оптимального об'єму мінералогічних досліджень з використанням як традиційних так і новітніх методів; мінералогічному обгрунтуванні і адаптації існуючих методів технологічних досліджень і проведенні мінералого-технологічних експериментів; грунтовному і всебічному узагальненні і аналізі одержаних даних з використанням сучасних комп'ютерних технологій.

Апробація результатів дисертації. Результати досліджень, використаних у дисертаційній роботі, були представлені на Регіональній науковій конференції "Современные проблемы геологии и минералогии железисто-кремнистых формаций и их обрамления" (Кривий Ріг, 11-12 квітня 1996 р.), на Другій Міжнародній науковій конференції студентів, аспірантів і молодих вчених ім. академіка М.А.Усова "Проблемы геологии и освоения недр" (Томськ, 6-11 квітня 1998), на Науково-практичній конференції "Основные направления развития горнопромышленного комплекса (ГПК) Украины в условиях перехода к рыночной экономике" (Кривий Ріг, 15-16 жовтня 1998 р.), на Науково-технічній конференції "Актуальные проблемы геологии и рационального природопользования" (Дніпропетровськ, 5-7 травня 1999 р.), на III Регіональній науковій конференції "Геологія і мінералогія рудних районів" (Кривий Ріг, 24-25 червня 1999 р.), а також на щорічних науково-технічних конференціях Криворізького технічного університету (1993-2001 рр.).

Публікації. Основні положення дисертаційної роботи висвітлені у 8 публікаціях, з них 1 одноосібна, 3 опубліковані у фахових виданнях.

Структура і об'єм роботи. Дисертація складається з вступу, 5 розділів, які включають 25 рисунків і 14 таблиць, висновків, списку літератури з 182 найменувань, 7 додатків. Текстова частина дисертаційної роботи викладена на 85 машинописних сторінках.

На всіх етапах підготовки і написання дисертації автор користувався допомогою і консультаціями докторів геологічних наук, професорів І.С.Паранька, А.І.Каталенця, Б.І.Пирогова, В.М.Трощенка, В.Я.Легедзи, В.М.Тарасенка, кандидатів геологічних наук доцентів О.М.Труніна, В.Д.Блохи, В.М.Харитонова, асистента Д.М.Каруци, аспірантів Є.В.Євтєхова, Д.М.Меншикова, Ю.М.Бублика, наукових співробітників Л.М.Ковальчук, І.А.Федорової, Л.П.Мосінцової, Л.О.Виговської, А.П.Шмагайлової, О.І.Гончарова. Всім їм автор висловлює свою подяку.

Найщирішу подяку автор висловлює своєму науковому керівникові доктору геолого-мінералогічних наук професору, завідуючому кафедрою мінералогії Криворізького технічного університету Валерію Дмитровичу Євтєхову.

Зміст роботи

В першому розділі “Короткий геологічний опис криворізького басейну” наведені основні відомості про стратиграфічний поділ, тектоніку, магматичні, метаморфічні, метасомантичні, гідротермальні, гіпергенні процеси, дається загальна характеристика металевих і неметалевих корисних копалин Криворізького басейну. Зазначається, що в будові розрізу криворізької серії беруть участь верхньоархейські (конкська серія), нижньо- (криворізька серія) і середньопротерозойські (глеєватська світа) утворення. До перших віднесені метабазити підніжжя розрізу Саксаганського та Південного районів, а також розріз Східно-Ганнівської смуги, складений (знизу догори) метабазитами, кварцито-сланцевою асоціацією, тальк-вмісними і залізисто-кременистими утвореннями. Нижньопротерозойський розріз представлений криворізькою серією, у складі якої виділяються (знизу догори) новокриворізька (хлорит-вмісні сланці біотитового, амфібол-біотитового складу з підпорядкованим розвитком метапісковиків і сланцевих метаконгломератів), скелеватська (олігоміктові метапісковики, метагравеліти, метаконгломерати, філітоподібні і тальк-вмісні сланці), саксаганська (чергування сланцевих та залізистих горизонтів) і гданцевська світи (метапісковики, безрудні та залізисті кварцити, багаті залізні руди, слюдисто-хлоритові, графіт-слюдисті сланці, карбонатні породи та метапісковики), яка з кутовим та стратиграфічним неузгодженням залягає на породах саксаганської. Глеєватська світа, що завершує розріз Криворізької структури, представлена метаконгломератами, метапісковиками, різними за складом сланцями і належить до утворень середнього протерозою.

Згідно з сучасними уявленнями, Криворізька структура є монокліналлю з крутим падінням порід, ускладненою серією насувів та складок вищих порядків. Розломами субмеридіонального та субширотного простягання вона розбита на низку блоків другого порядку.

В товщах криворізької серії та її обрамлення виділяють два основних комплекси магматичних порід, кожен з яких у різній мірі проявився в межах різних районів Криворізького басейну. Перший з них представлений власне магматичними утвореннями: архейські гранітоїди, а також пізньопротерозойські діабази, трахіандезити, трахіліпарити і аплітоподібні плагіоклаз-мікроклінові граніти. До другого відносяться метаморфізовані відміни основних та ультраосновних магматичних порід, які складають конкську серію та тальковий горизонт скелеватської світи криворізької серії. Найбільш давніми магматичними породами, які користуються повсюдним поширенням, і підстеляють метавулканогенно-осадові породи Криворізької структури, є гранітоїди дніпропетровського (середній архей) та саксаганського (верхній архей) комплексів.

Породи криворізького розрізу метаморфізовані в умовах епідот-амфіболітової (Інгулецький і Північний залізорудні райони) та зеленосланцевої (Південний і Саксаганський райони) фацій.

У відкладах скелеватської світи динамотермальний метаморфізм, зумовив формування у породах скелеватської світи двох мінеральних парагенезисів. В центральному районі Кривбасу в умовах метаморфізму зеленосланцевої фації утворювалась асоціація кварц + серицит, для південого і особливо для північного флангів басейну, де динамотермальний метаморфізм відповідав эпідот-амфіболітовій, а інколи амфіболітовій фаціям, характерною є асоціація кварц + мусковіт. Динамометаморфізм спричиняв брекчіювання, катаклаз, мілонітизацію метакластолітів світи і не супроводжувався суттєвими змінами їх мінерального складу.

Метасоматичний процес у породах скелеватської світи проявився відносно слабко. Іноді тут відмічається формування незначних за потужністю (до 50-100 см) зон обкварцування кварц-мусковітових сланців і мусковітових кварцитів, формування зон сульфідного метасоматозу (пірит, арсенопірит, піротин), та зон флогопітизації мусковіту.

Утворення гідротермальних жил супроводжувало процеси метаморфізму, метасоматизму, а на деяких родовищах Криворізького басейну вони проявились як самостійний етап мінералоутворення. В породах скелеватської світи гідротермальні процеси проходили відносно слабко. Тут відмічені жили, складені кварцом, іноді сульфідами (пірит, арсенопірит, халькопірит, галеніт, сфалерит), карбонатами (кальцит, доломіт, анкерит) та силікатами (хлорит, серицит, мусковіт).

В породах скелеватської світи головним гіпергенним процесом є каолінізація мусковіту або серициту. Другорядну роль відіграє заміщення гідроксидами заліза сульфідів, а також залізистих карбонатів і силікатів. Кварц в корі вивітрювання суттєвих змін не зазнавав.

Головною корисною копалиною родовищ Криворізького басейну є магнетитові кварцити – бідні залізні руди, які потребують збагачення. Інші гірські породи та мінерали, які входять до складу продуктивних та вміщуючих товщ родовищ, до останнього часу як корисні копалини не розглядались і не вивчались. Однією з таких корисних копалин є мусковіт-вміщуючі породи – об'єкт дослідження у дисертаційній роботі, вони утворюють пласти, потужність яких досягає 70-80 і більше м. Запаси мусковітових кварцитів і кварц-мусковітових сланців дозволяють розглядати Ганнівське родовище як одну з головних баз по видобутку мусковітової сировини в межах Криворізького басейну.

У розділі 2 “Вихідний матеріал і методика досліджень” розглянуто історію мінералогічного вивчення мусковіту, особливості його локалізації у розрізі криворізької серії, його хімічний склад і фізичні властивості. Також розглядається питання використання мусковіту. У розділі зазначається, що мусковіт присутній у породах практично всіх підрозділень криворізької серії. Але найбільш поширений він у метакластолітах скелеватської світи, яка займає підстеляюче положення по відношенню до залізорудної товщі саксаганської світи. В межах інших стратиграфічних підрозділів криворізької серії мусковіт відіграє другорядну роль. У розділі наводиться аналіз опублікованих даних про геологічні, мінералогічні особливості мусковіт-вміщуючих порід, відзначається, що найбільш повний мінералогічний опис мусковіту наведено у роботі Є.К.Лазаренко (1977).

Основою власних мінералогічних досліджень була колекція 397 мінералогічних проб мусковітових кварцитів і кварц-мусковітових сланців, а також фондові матеріали (11 джерел), описи забоїв кар'єрів і природних відслонень (11 пог. км), описи свердловин розвідувального буріння (3,2 пог. км), результати мікроскопічних досліджень 1984 прозорих і полірованих шліфів, дані визначення оптичних властивостей (26 проб) і гранулометричних показників мусковіту (476 аналізів), результати 96 мінералого-технологічних експериментів.

Розділ 3 “Топомінералогія мусковіту Криворізького басейну” поділяється на для підрозділи. У підрозділі 3.1 “Локалізація мусковіт-вміщуючих порід” наголошується, що мусковіт зустрічається в породах всіх світ криворізької серії і архейського фундаменту [Я.Н.Белевцев и др. 1962; Е.К.Лазаренко 1977]. Верхньоархейські кристалічні породи представлені гранітами і близькими до них за складом метаморфічними породами, в яких мусковіт присутній в незначній кількості – до 4-5 об'ємн.% (Акименко и др., 1957; Белевцев и др., 1962). Новокриворізька світа представлена, метабазитами – амфіболітами, біотит-кварц-плагіоклаз-роговообманковими сланцями. Серед них зрідка зустрічаються лінзи і пласти кварц-мусковітових, мусковіт-кварц-біотитових сланців (Акименко и др., 1957; Белевцев и др., 1962). Скелеватська світа складена двома комплексами гірських порід, які різко відрізняються за складом та походженням. В її основі залягають серицит або мусковіт-вміщуючі кварцові, іноді польовошпат-кварцові метапісковики, рідше метаконгломерати. Вміст серициту або мусковіту в них змінюється від 0-5 до 15-20 об'ємн.%. Вище залягає горизонт кварц-серицитових або кварц-мусковітових сланців, вміст слюди в яких досягає 70-80 і більше об'ємн.%. Потужність нижнього та середнього горизонтів скелеватської світи в межах різних родовищ коливається від 15-20 до 180-200 м. Верхня частина розрізу скелеватської світи представлена горизонтом тальк-вміщуючих сланців (метаультрабазитів), які не містять мусковіту (Белевцев, 1955; Белевцев и др., 1962, 1992; Щербак и др 1988). Саксаганська світа складена сланцевими і залізистими горизонтами, які перешаровуються. Мусковіт у кількості від 0-5 до 20-25 об'ємн.% присутній в центральних частинах сланцевих горизонтів, які мають найбільш чітко виражену аутигенно-метаморфогенну мінералогічну зональність (Пирогов и др. 1989). Гданцевська та глеєватська світи представлені слабко метаморфізованими теригенними породами. Тут зустрічаються верстви і лінзи метапелітів потужністю до 50-70 та більше м, які вміщують серицит. Мусковіт-вміщуючі їх відміни спостерігаються в Північному районі Кривбасу (Східно-Ганнівська залізорудна смуга), де їх геологічна позиція і мінеральний склад вивчені порівняно слабко.

Найбільше значення як сировина для одержання мусковітового концентрату є мусковіт-вміщуючі породи скелеватської світи.

У підрозділі 3.2. “Топомінералогія мусковіт-вмісних порід скелеватської світи” розглянуто особливості варіацій вмісту породоутворюючих і другорядних мінералів метаклатолітів у межах Ганнівського родовища і Криворізького басейну в цілому. Кількісні мінералогічні підрахунки було зроблено для 397 проб метакластолітів з 14 родовищ і ділянок басейну. Кількість проб для окремих родовищ коливалась від 20 до 36. Були використані також фондові дані науково-дослідних організацій і підприємств Кривбасу.

Проблемою було віднесення досліджуваного мінералу до мусковіту або до його дрібнолускуватого різновиду – серициту. Впевнена ідентифікація цих мінеральних видів можлива тільки за даними вивчення їх хімічного складу (встановлення вмісту Н2О і де яких мінералоутворюючих і другорядних хімічних компонентів) або рентгеноструктурних досліджень (відношення до тих або інших політипних модифікацій мінералу). Однак використання цих методів неможливе при масових визначеннях. Використовуючи відому особливість серициту утворювати дрібнолускуваті індивіди, автор роботи умовно приймав за мусковіт індивіди, які мають розмір за найбільшим виміром більше ніж 0,1мм. Кристали слюди меншого розміру відносились до серициту. Результати контрольних рентгеноструктурних досліджень підтвердили цю статистичну закономірність з вірогідністю близько 75-85 %.

Результати розрахунків співпадають з раніше одержаними даними про закономірності зміни вмісту мусковіту, серициту і їх мінералів-супутників у метаморфізованих уламкових породах скелеватської світи [Я.Н.Белевцев и др., 1962; Р.Я.Белевцев и др., 1989]. В межах Саксаганської залізорудної смуги вміст серициту у вивчених породах є максимальним: середня його кількість в породах "аркозового" і філлітового" горизонтів змінюється від 7 до 25 об'ємн. %. Максимальна кількість серициту встановлена в найбільш слабко метаморфізованих породах ділянки замикання Основної Криворізької синклиналі (Скелеватське-Магнетитове родовище) – 24,3 об'ємн. %. Тут відзначається також мінімальний вміст мусковіту – 2,5 об'ємн. %. На північ (Ганнівське родовище) та на південь (Інгулецьке родовище) від Саксаганського рудного поля в зв'язку зі зростанням фації метаморфізму порід залізисто-кременистої формації середній вміст мусковіту в метакластолітах зростає до 24-25 об'ємн. %, а серициту – знижується до 1 та менше об'ємн. %. Одночасно в зазначеному напрямку закономірно змінюється вміст другорядних мінералів метакластолітів: підвищується кількість біотиту і зменшується – хлориту, карбонатів.

Таким чином, головним фактором, який контролює топомінералогічні особливості розподілу мусковіту в товщі метакластолітів скелеватської світи на регіональному рівні, є ступінь динамотермального метаморфізму первинних осадків. Близькість сумарних значень середнього вмісту мусковіту і серициту (23-26 об'ємн. %) є свідченням того, що вихідний склад уламкових осадків по простяганню Криворізького басейну змінювався слабко і внаслідок цього вирішальним чином не впливав на топомінералогію мусковіту і серициту.

Для більш дрібних геологічних об'єктів (окремі родовища і ділянки Кривбасу) головною топомінералогічною закономірністю для товщі метакластолітів скелеватської світи є поступове і закономірне зростання вмісту мусковіту і серициту від підошви світи вгору за її розрізом. Однак від цього правила є відхилення: в межах Ганнівського родовища, як правило, не вдається провести межу між так званими "аркозовим" і "філітовим" горизонтами. Кварц-мусковітові сланці утворюють декілька відносно малопотужних (звичайно, не більше 10-12 м) пластів серед товщ мусковіт-вміщуючих або мономінеральних кварцитів. Характерна для родовищ південної частини Криворізького басейну закономірність еволюції гранулометричного складу метакластолітів в розрізі світи (від метапсефітів і метапсамітів в базальній її частині до метаалевритів і метапелітів в її верхній частині) для Північного району Кривбасу не характерна. В розрізі світи в межах Ганнівського родовища спостерігається чергування трьох відмін метакластолітів які складають елементарні ритми товщі мусковіт-вмісних порід. Периферійні зони ритмів складають мономінеральні кварцити (метапсаміти), проміжні зони – мусковітові кварцити (метаалеврити), центральні – кварц-мусковітові сланці (метапеліти). В різних ділянках Ганнівської смуги у метакластолітовому розрізі скелеватської світи виділяється від 3 до 7 ритмів.

Одержані дані свідчать про різний режим седиментації метакластолітів Північного та інших залізорудних районів Кривбасу.

У четвертому розділі “Типоморфізм мусковіту скелеватської світи криворізького басейну” розглядаються особливості будови кристалічної гратки мусковіту, його політипії, а також хімічні та фізичні його властивості. У підрозділі 4.1 містяться загальні відомості про будову кристалічної гратки мусковіту, наведена коротка характеристика основних його політипних модифікацій. Відзначається, що для мусковіту з порід криворізької серії, в тому числі скелеватської світи характерні дві з них – lMd (неупорядкований cepицит) та 2M1 (упорядкований мусковіт); існують також проміжні модифікації, наприклад 1М. Підвищення ступеню метаморфізму супроводжувалось наступною схемою політипних перетворень: 1Md>1М>2М1.(Лазаренко и др., 1977). У підрозділі 4.2 “Хімічний склад мусковіту” наведено данні про варіації складу мусковіту в залежності від складу вихідних осадків і ступеню їх метаморфізму. Виділено від 7 до 12 міналів у складі мусковіту з різних родовищ Кривбасу. Мусковіт з підвищеним вмістом заліза (зі значною домішкою фенгітового і марипозитового компонентів), хрому (з підвищеною кількістю фукситового і марипозитового компонентів), натрію (парагонітового компоненту), марганцю (алургітового) характерний для ділянок і родовищ Кривбасу з проявом динамотермального метаморфізму осадків в умовах зеленосланцевої фації (Південий і Саксаганський залізорудні райони басейну). Підвищення ступеню динамотермального метаморфізму супроводжувалось зменшенням у його складі вмісту домішок (Інгулецький і Ганівський залізорудні райони). Таким чином, від центральної частини Кривбасу у південному та північному напрямках спостерігається стійка тенденція до спрощення хімічного складу мінералу, наближення його до стехіометричного. Від родовища рудника ім. С.М. Kipoвa до Ганнівського родовища у складі мусковіту поступово і суттєво зменшується вміст SiO2 (з 47,61 до 46,32 мас.%), H2О (від 5,07 до 4,82 мас.%) і підвищується вміст А12О3 (з 35,39 до 36,95 мас.%), К2О (від 7,66 до 8,98 мас.%). Кількість елементів-домішок (ТіО2, Fе2О3, FeO, MgO, MnO, CaO i Na2O). Виключенням є Сг3О3, кількість якого у складі мусковіту Ганнівського родовища набагато вища у порівнянні з мусковітом родовищ з ділянок прояву зеленосланцевої фації метаморфізму. На думку автора, це пояснюється підвищеним вмістом хроміту у первинних осадках.

Зазначені закономірності варіацій складу мусковіту, визначають наявність досить тісних кореляційних зв'язків між хімічними компонентами його складу. Найбільш значущими для мінералоутворюючих компонентів мусковіту є парні кореляційні зв'язки:–

для SiO2 – позитивні з Fe2O3 (r=0,69), FeO (r=0,80), МnО (г=0,б2), MgO (r=0,59), СаО (г=0,б5), H20+(r=0,б9) i негативні з А12О3 (r= -0,79), K2O (r= -0,81);–

для А12О3 – позитивні зв'язки відсутні, негативні з SiO2 (г= -0,79), Fe2O3 (г= -0,77), Fe0 (r= -0,81), МnО (r= -0,67), СаО (г= -0,54), Na2O (r= -0,51) H2O+ (r= -0,60);–

для K2О – позитивні з Сr2Оз (r= 0,53), негативні з SiO2 (r= -0,81), Fe2O3 (-0,67), FeO (r= -0,77), MgO (r= -0,66), СаО (r= -0,61), Na2O (r= -0,5l), H2O+ (r= -0,66);–

для Н2О+ – позитивні з SiO2 (r= 0,69), FeO (r= 0,63), МnО (r= 0,68), MgO (r= 0,56), негативні з А12О3(r= -0,62), K2O (r= -0,57).

Результати кореляційного аналізу підтвердили близькість геохімічних трендів Al2O3 i К2О у складі мусковіту.. Близькість трендів поведінки SiO2 i H2O+ також підтверджена результатами кореляційного аналізу i є відображенням їx спільного входження до складу фенгітового компоненту досліджених мусковітів. У підрозділі 4.3 “Фізичні властивості мусковіту” наголошується, що основним фактором, який визначав коливання показників фізичних властивостей, як і хімічного складу мусковіту, був ступінь динамотермального метаморфізму. 3 одержаних даних видно, що значення показника Ng мусковіту криворізьких родовищ змінюється від 1,581 до 1,612, в середньому складає 1,599. Значення Nm коливається від 1,576 до 1,605, середнє його значення – 1,594, значення Np змінюється від 1,544 до 1,569, в середньому –1,560. Аналіз даних для окремих родовищ свідчить про закономірне зменшення середніх значень показників заломлення мусковіту з півдня (родовище рудника ім. С.М.Кірова) на північ (Первомайське i Ганнівське родовища). Це пов'язане зi складом мусковіту: відзначається наявність зв'язку значень показників заломлення мусковіту i його хімічного складу. Між вмістом Fe2O3 i FeO, з одного боку, i показниками заломлення, з другого, існує досить тісний позитивний кореляційний зв'язок, значення коефіцієнту парної кореляції r перевищує 0,7. Більш низькі значення r (близько 0,5) характеризують зв'язок показників заломлення мусковіту з вмістом SiO2. Негативні значення r (близько -0,7) характеризують зв'язок показників заломлення і вмісту глинозему. Варіаціями вмісту заліза у складі мусковіту, на погляд автора дисертації, пояснюються особливості зміни двозаломлення мусковіту. Підвищені значення цього показника властиві для південної групи родовищ, де вони коливаються від 0,039 до 0,042, в середньому складають для родовища шахти "Октябрська" 0,0405, а для родовища рудника ім. С.М.Кірова – 0,0403. Для північної групи родовищ характерні коливання значень Ng-Np від 0,036 до 0,041. В середньому вони становлять для Первомайського родовища 0,0380, для Ганнівського 0,0382. Зв'язок значень двозаломлення з вмістом SiO2, як i показників заломлення, дещо послаблений – r = 0,56. А зв'язок цього показника з вмістом у мусковіті глинозему – негативний r = -0,7. Результати виміру кута 2V мусковіту також свідчать про закономірність його зміни по простяганню Криворізької структури. Від родовища рудника ім. C.M.Kipoвa до Ганнівського родовища середнє значення 2V збільшується від -37,33° до -41,79°. Зменшення з півдня на північ Криворізької структури вмісту заліза у складі мусковіту пояснює, вірогідно, також зниження його густни. Цей показник становить для мусковіту родовища рудника ім. С М.Кірова 2908,3 кг/м3, для мусковіту родовища шахти Октябрська – 2847,2 кг/м3 i для мусковіту Первомайського родовища – 2808,5 кг/м3. В цілому для густити мусковіту властивий надійний негативний кореляційний зв'язок з вмістом у його складі А12О3 (r = -0,7) i дещо слабкіший позитивний зв'язок з вмістом Fe2О3, (r = 0,62), FeO, (r = 0,53), SiO2,(r = 0,47).

В п'ятому розділі “Технологічна мінералогія мусковіт-вміщуючих порід Ганнівського родовища” для мусковіту і кварцу як породоутворюючих мінералів метакластолітів скелеватської світи наведено характеристики основних їх показників, що визначають здатність мусковіт-вміщуючих порід до збагачення (електропровідність, питома магнітна сприйнятливість, густина, флотаційні та морфологічні властивості мінералів). Найбільш суттєвою є різниця конфігураційних особливостей індивідів та агрегатів мусковіту і кварцу. Для першого характерний лускуватий, пластинчастий вигляд кристалів, для другого – близький до ізометричного. Така різниця їх морфології дозволяє розраховувати на їхнє розділення за умов збагачення з використанням методів вібросепарації, на похилих поверхнях (концентраційний стіл), барабаного сепаратору та у повітряному потоці. За даними кристаломорфологічних досліджень, була визначена оптимальна крупність подрібнення мусковітової сировини, яка забезпечувала максимальний вихід фракції -1,0+0,1 мм. В матеріалі такої крупності практично всі індивіди кварцу і мусковіту є розкритими.

Досвід роботи збагачувальних фабрик по одержанню концентратів близьких за фізичними властивостями мінералів обумовив вибір автором дисертації трьох технологічних установок для вивчення їх можливостей по одержанню високоякісного мусковітового концентрату:

1) барабанний сепаратор;

2) повітряний класифікатор;

3) концентраційний стіл;

Барабанний сепаратор використовується для збагачення мінералів, які мають різні пружні властивості. Матеріал покриття барабану обирається емпірично; за результатами попередніх досліджень, було визнано, що оптимальним для виконання задач, які стояли перед автором, є сталеве покриття.

У процесі експериментів подрібнений матеріал спрямовувався на поверхню барабану. Через різні пружні властивості кварцу і мусковіту траєкторії руху їх часток помітно відрізнялись, мусковіт і кварц концентрувались у різних приємних бункерах. Мінералогічний аналіз результатів дослідів показав, що суттєво кварцова фракція мала такий середній склад: 92,0 мас. % кварцу, 7,5 мас. % мусковіту і 0,5 мас. % інших мінералів. Мусковітовий концентрат мав такий середній мінеральний склад: 76,2 мас. % мусковіту, 23,0 мас. % кварцу і 0,8 мас. % інших мінералів. Вихід мусковітового концентрату коливався від 2,1 % (кварцит) до 12,8 % (кварц-мусковітовий сланець).

Таким чином, з використанням барабанного сепаратора виявилось не можливим одержання високоякісного концентрату (вміст мусковіту понад 90 мас.%) з високим його виходом (20 і більше %).

Експерименти з застосуванням концентраційного столу без використання води мали за мету розділення кварцу і мусковіту у подрібненому матеріалі з використанням відмінності їх часток за формою (відповідно, ізометрична і лускувата), коефіцієнтом тертя (відповідно, 0,37 і 0,75) і, як наслідок, швидкістю і траєкторією пересування по поверхні столу. Важливим фактором ефективного розділення часток мінералів є кут нахилу деки концентраційного столу. Помітний рух часток ізометричної форми (кварц) на металевій поверхні починається при її нахилі під кутом 19-28о, а пластинчастої (мусковіт) – 28-41о.

В процесі експериментів матеріал на поверхні столу розподілявся на три сектори. За найбільш крутою траєкторією скочувались до прийомного бункеру ізометричні мономінеральні уламки кварцу. За проміжною траєкторією до іншого бункеру збирався проміжний продукт, до складу якого, головним чином, входили зростки з різним кількісним співвідношенням кварцу і мусковіту. В третьому бункері на дальньому кінці столу накопичувався мусковітовий концентрат. Вміст мусковіту в ньому практично незалежно від складу вихідних порід, коливався, за даними різних експериментів, у вузьких межах – від 65,3 до 68,7 мас.%, що свідчить, з одного боку, про стабільність збагачувального процесу, а з другого – про низьку його ефективність. Вихід концентрату знаходився у прямій залежності від вмісту мусковіту у вихідній сировині і складав менше 5 % для мусковітових кварцитів і близько 10 % для кварц-мусковітових сланців. Таким чином, описана технологія теж не забезпечує одержання мусковітового концентрату високої якості з високим показником його виходу.

Збагачення мусковіт-вміщуючих порід за допомогою концентраційного столу з використанням води суттєво відрізняється від описаного вище. Основні фактори, завдяки яким відбувається розділення кварцу і мусковіту при використанні безводної технології, майже не впливають на їх розділення при збагаченні за допомогою води. Для цієї технології одним з головних факторів є змочуваність кварцу і мусковіту. Вона залежить, головним чином, від конституційних особливостей мінералів, в меншій мірі – від форми кристалів та характеру їх поверхні.

Експерименти проводились на слабко нахиленому концентраційному столі з постійною подачею суміші вихідного матеріалу з водою. Дека столу здійснювала горизонтальні зворотно-поступові рухи, внаслідок чого матеріал на поверхні столу розподілявся наступним чином. Частки мусковіту, які мають лускувату форму, підхоплювались потоком води і зносились до правого нижнього кута столу (концентрат). Зростки кварцу і мусковіту, а також крупні зерна кварцу не відносились водою і потрапляли у бункер-приймальник, розташований у лівому куті столу (відходи збагачення). Крупні за розміром луски мусковіту та дрібні кристали кварцу концентрувались між правим і лівим кутами столу і утворювали проміжний продукт. Цей продукт подавався на концентраційний стіл другої стадії збагачення.

За допомогою описаної технології був одержаний мусковітовий концентрат досить високої якості. Вміст мусковіту в ньому коливався у різних дослідах від 69,4 до 82,3 мас.%, вихід концентрату – від 2 до 8 %.

Збагачення у повітряному потоку було обране, з врахуванням різних вітрильних властивостей часток мусковіту і кварцу. Частки кварцу, як згадувалось вище, мають близьку до ізометричної форми, мусковіту –лускувату. При однаковій масі останні мають значно більшу площу опору повітряному потоку. Для проведення експерименту з міцного картону було виготовлено пристрій, схема якого наведена на рис 1. Корпус у перетині мав квадратну форму з ребром 18 см. У верхню частину корпусу для подачі подрібненого матеріалу було вмонтовано пластмасову лійку з діаметром нижнього отвору 7 мм. Такі ж три лійки були вмонтовані у нижню частину корпусу. Вони використовувались для розвантаження продуктів збагачення. До кінцевої частини корпусу було приєднано ємкість з цупкої шовкової тканини; її призначенням було очищення повітряного потоку від пелітоморфного матеріалу. Для створення повітряного потоку використовувався побутовий вентилятор, його відстань від отвору корпусу обиралась емпірично за найбільш високими показниками збагачення. Для підвищення якості мусковітового концентрату збагачення проводилось у дві стадії. На першій збагачувався подрібнений матеріал мусковіт-вміщуючих порід, на другій – продукт збагачення, який збирався з отвору 4.

Рис. 1. Схема збагачення мусковіт-вміщуючих порід у повітряному потоку.

І – вихідний матеріал; ІІ – мономінеральний кварц; ІІІ – проміжний продукт; ІV – мусковітовий концентрат; V – пелітоморфний матеріал; 1 –корпус; 2 – отвори подачі і розвантаження; 3 – ємкість для пилоподібного матеріалу; 4 – вентилятор.

З використанням повітряного потоку було одержано мусковітовий концентрат найбільш високої якості. Вміст мусковіту в ньому у різних дослідах колевався від 95 до 96 мас.%, кінцевий вихід концентрату складав 10,5-14,1 %.

Мінералого-технологічні дослідження підтвердили можливість одержання мусковітового концентрату з вміщуючих порід залізорудних родовищ Криворізького басейну. Якість одержаного дрібнолускуватого мусковіту відповідає вимогам світового ринку. Запаси мусковітової сировини можуть забезпечити повне задовільнення потреб у дрібнолускуватому мусковіті України і в значній мірі – країн ближнього зарубіжжя.

висновки

1. Породоутворюючими мінералами метакластолітів скелеватської світи є кварц, мусковіт і серицит. В межах окремих родовищ Криворізького басейну в кількості до 5-7, іноді більше об'ємн.% у цих породах присутні хлорит, біотит, мікроклін, плагіоклаз.

2. Кількісні співвідношення між мусковітом і серицитом, а також між більш рідкісними біотитом і хлоритом залежать від ступеню динамотермального метаморфізму порід. Для центральної частини Кривбасу (Саксаганський і Південий залізорудні райони) у вивчених породах переважає парагенезис кварц + серицит (+ хлорит). У напрямку північного (Ганнівський район) і південного (Інгулецький район) флангів басейну в зв'язку з підвищенням ступеню метаморфізму від умов зеленосланцевої до эпідот-амфіболітової фації спостерігається поступовий перехід до асоціації кварц + мусковіт (+ біотит).

3. Головними умовами утворення мусковіт-вміщуючих порід Ганнівського родовища, яке було основним об'єктом дослідженнь, є досить високий ступінь динамотермального метаморфізму вихідних високоглиноземистих відкладів, який відповідає эпідот-амфіболітовій, а у північній частині Східно-Ганнівської залізорудної смуги –амфіболітовій фації метаморфізму. Породоутворюючими мінералами мусковітових кварцитів і кварц-мусковітових сланців Ганнівського родовища є кварц і мусковіт. В незначній кількості (менше 3-5 об'ємн.%) присутні хлорит, біотит, гранат, магнетит, а також продукти їх вивітрювання – дисперсний гематит, дисперсний гетит, гідрослюди, каолініт т.і.

4. Головною топомінералогічною закономірністю товщі метакластолітів скелеватської світи більшості родовищ і ділянок Кривбасу є поступове і закономірне зростання вмісту мусковіту і серициту від підошви світи вгору за її розрізом. Однак в межах Ганнівського родовища, як правило, не вдається провести межу між так званими "аркозовим" і "філітовим" горизонтами. Кварц-мусковітові сланці утворюють декілька відносно малопотужних (звичайно, не більше 10-12 м) пластів серед товщі мусковіт-вміщуючих або мономінеральних кварцитів.

5. Мусковіт у вивчених породах утворює орієнтовані за шаруватістю луски і пластинки, які мають розмір за максимальним виміром від 0,1 до 1,5-2,0 мм. Кристали кварцу ксеноморфні, близькі до ізометричних або злегка видовжені за шаруватістю.

6. Результати дослідження мінералогічних особливостей мусковіту дозволили виділити основні його морфологічні і фізичні властивості, які визначають можливість ефективного розділення кварцу і мусковіту у продуктах подрібнення мусковіт-вміщуючих порід і одержання високоякісного мусковітового концентрату.

7. Мінералого-технологічні дослідження процесу збагачення мусковіт-вміщуючих порід довели, що найбільш ефективним способом збагачення є сепарація у повітряному потоку. Одержаний за такою технологією мусковітовий концентрат має високу якість (95-96 мас.%), яка практично не залежить від співвідношення в вихідній породі кварцу і мусковіту. Середній вихід концентрату для мусковітових кварцитів дорівнює 10,5%., для кварц-мусковітових сланців – 14,1%.

8 Прогнозні сумарні ресурси мусковітових кварцитів і кварц-мусковітових сланців Ганнівського родовища до глибини 300 м оцінюються у 2,5-3,0 млрд. т.

список робіт, опублікованих за темою дисертації

1. Евтехов В.Д., Стеценко В.В. Мусковит-содержащие породы – один из альтернативных видов минерального сырья Кривбасса // Сборник научных трудов Национальной горной академии Украины.– 1999.– Т.2.– №6.– С. 169-172.

2. Стеценко В.В. Минералогическое обоснование выбора технологии обогащения мусковит-содержащих пород Криворожского бассейна // Науковий вісник Національної гірничої академії України.– 2000.– №4.– С. 48-49.

3. Стеценко В.В., Євтєхов Є.В. Мусковіт Криворізького басейну // Мінеральні ресурси України.– 2001.– № 1.– С. 4-6.

4. Евтехов В.Д., Дударь Л.Т., Стеценко В.В., Мфуно Д. К решению проблемы получения мусковитового концентрата из вскрышных пород Кривбасса / Современные проблемы геологии и минералогии железисто-кремнистых формаций и их обрамления. Материалы Региональной научной конференции. Кривой Рог, 11-12 апреля 1996 г. // Кривой Рог: Контакт, 1996.- С. 38-39.

5. Стеценко В.В., Евтехов В.Д. Топоминералогия мусковит-содержащих пород Кривбасса // Відомості Академії гірничих наук України.– 1997.– №4.– С. 31-33.

6. Евтехов В.Д., Стеценко В.В Мелкочешуйчатый мусковит Криворожского бассейна / Основные направления развития горнопромышленного комплекса (ГПК) Украины в условиях перехода к рыночной экономике Материалы научно-технической конференции. Кривой Рог, 11-12 апреля 1996 г. // Кривой Рог.– 1998.– С. 42

7. Евтехов В.Д., Стеценко В.В. Топоминералогия мусковит-содержащих пород скелеватской свиты Анновского месторождения // Геолого-минералогічний вісник Криворізького технічного університету.– 1999.– №1.– С. 44-48.

8. Евтехов В.Д., Стеценко В.В., Решетняк В.В. К технологической минералогии мусковит-содержащих пород Анновского месторождения Кривбасса // Геолого-минералогічний вісник Криворізького технічного університету.– 2000.– №1-2.– С. 105-108.

анотація

Стеценко В.В. Прикладна мінералогія мусковіт-вміщуючих порід скелеватської світи Криворізького басейну.– Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата геологічних наук за спеціальністю 04.00.20 – мінералогія, кристалографія.– Криворізький технічний університет, Кривий Ріг, 2001.

Розглянуто закономірності зміни у розрізі і по простяганню Криворізької структури мінерального складу мусковіт-вміщуючих метакластолітів. Визначено вплив на топомінералогію метакластолітів їх первинного складу і термодинамічних умов динамотермального метаморфізму. Показано вплив на особливості хімічного складу і фізичних властивостей мусковіту умов кристаллография.– Криворожский технический университет, Кривой Рог, 2001метаморфізму первинних кластогенних осадків. З використанням даних мінералого-технологічних експериментів розроблено мінералогічне обгрунтування технології одержання високоякісного мусковітового концентрату.

Ключові слова: залізисто-кремениста формація, метакластоліти, мусковіт, топомінералогія, типоморфізм мінералів, технологічна мінералогія.

аннотация

Стеценко В.В. Прикладная минералогия мусковит-содержащих пород скелеватской свиты криворожского бассейна.– Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата геологических наук по специальности 04.00.20 – минералогия, кристаллография.– Криворожский технический университет, Кривой Рог, 2001.

Рассмотрены особенности минерального состава метакластолитов скелеватской свиты криворожской серии. Выявлены особенности соотношения кварцевой и мусковитовой составляющей метакластолитов в разрезе и по простиранию Криворожской структуры. Изучены причины изменения соотношения мусковита и серицита в зависимости от термодинамических условий динамотермального метаморфизма первичных обломочных пород. Определены закономерности изменения химического состава мусковита по простиранию Кривбасса в связи с условиями метаморфизма кластолитов. Выявлены связи между физическими свойствами и особенностями химического состава мусковита. Составлены минералогические рекомендации для разработки эффективной технологии получения высококачественного мусковитового концентрата. С использованием экспериментальных данных показано, что получение наиболее высококачественного концентрата (95 и более мас.% мусковита) с достаточно высоким его выходом, возможно при обогащении в воздушном потоке.

Ключевые слова: железисто-кремнистая формация, метакластолиты, мусковит, топоминералогия, типоморфизм минералов, технологическая минералогия.

summarY

Stetsenko V.V. The applied mineralogy of skelevatskaya suite muskovite- containing rocks, Krivoy Rog basin – The manuscript.

Thesis