Міністерство освіти і науки України

Криворізький технічний університет

Ковальчук Любов Миколаївна

УДК 553.31:549.623.52 (477.63)

Технологічна мінералогія гранат-вмісних сланців Ганнівського родовища криворізького басейну

04.00.20 – мінералогія, кристалографія

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеню

кандидата геологічних наук

Кривий Ріг – 2003

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Криворізькому технічному університеті

Науковий керівник –

Євтєхов Валерій Дмитрович, доктор геолого-мінералогічних наук професор, завідувач кафедрою мінералогії і збагачення корисних копалин Криворізького технічного університету Міністерства освіти і науки України.

Офіційні опоненти:

Пирогов Борис Іванович, доктор геолого-мінералогічних наук професор кафедри мінералогії і геохімії Московської державної геологорозвідувальної академії Міністерства освіти Російської Федерації;

Хартанович Петро Миколайович, кандидат геолого-мінералогічних наук, провідний спеціаліст геологічної служби Північного гірничозбагачувального комбінату (м. Кривий Ріг).

Провідна установа:

Кримське відділення Українського державного геологорозвідувального інституту Міністерства екології та природних ресурсів (м. Сімферополь).

Захист відбудеться "28" лютого 2003 р. о 14.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 09.052.04 у Криворізькому технічному університеті (50027, м. Кривий Ріг Дніпропетровської обл., вул. 22-го партз'їзду, 11. Тел. 23-24-25).

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

Автореферат розісланий "27" січня 2003 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. Гранат вiдноситься до породоутворюючих мiнералiв сланцiв саксаганської свiти криворiзької серiї, якi метаморфiзованi в умовах епiдот-амфiболiтової та амфiболiтової фацiй (Жовторiченське, Ганнiвське, Первомайське, Рахманiвське, Iнгулецьке та деякі інші родовища). До останнього часу цi породи, як i сланцi iнших залiзорудних родовищ Кривбасу, в процесі видобутку руд вивозились у вiдвали як розкривнi породи. В той же час досвід експлуатації численних родовищ за кордоном засвідчив, що гранат-вмісні сланці можуть використовуватись для одержання гранатового концентрату – матеріалу для виробництва абразивів різних напрямків використання, високоякісного наповнювача водних фільтрів; імпрегнаторів водних струменів для швидкісної різки металів, бетону та інших міцних матеріалів, для виконання екологічно безпечних піскоструменевих робіт; для імпрегнації нафто- і газоносних пластів з метою підвищення їх газо- і нафтовіддачі тощо.

До останнього часу гранат залізисто-кременистої формації Українського щита, в тому числі Криворізького басейну досліджувався, переважно, як мінералогічний і петрологічний об'єкт. В численних роботах 50-90-х років ХХ століття розглядались, головним чином, теоретичнi питання петрологiї гранат-вмiсних порід, хiмiчний склад гранату і парагенних з ним мiнералiв, визначення за цими даними термодiнамiчних умов метаморфiзму залiзистих порiд. Значно менша кiлькiсть робіт була присвячена вивченню морфологiї кристалiв і агрегатiв гранату, його фiзичних властивостей.

Наприкiнцi 80-х – початку 90-х рокiв минулого столiття було здійснено спробу поєднати наукові i прикладні напрямки дослiджень гранат-вмiсних сланцiв. Спiвробiтники Криворiзького технiчного унiверсiтету (В.Д.Євтєхов та iн. 1989-1994 рр.) провели систематичне вивчення гранат-вмiсних сланцiв як сировини для виробництва абразивного гранату. Цi роботи певною мірою стали продовженням дослiджень Б.I.Горошникова (1963), який вперше оцiнив абразивнi властивiстi гранату зі сланцiв Криворізького басейну. В.Д.Євтєхов та ін. на основi визначення особливостей локалiзацiї, морфологiї, анатомiї, хiмiчного складу, фiзичних властивостей гранату разробили мiнералогiчне обгрунтування технологiї одержання високоякiсного гранатового концентрату i методики мiнералого-технологiчного картування товщ гранат-вмiсних сланцiв. Були також проведенi попереднi мiнералого-технологiчнi випробування сланцiв, на основi чого сировину було роздiлено на декiлькa технологiчних сортiв. Особливiсть наукової спрямованості цих робiт виявилась причиною того, що питання поведiнки гранату в процесi рудопiдготовки i збагачення грунтовно досліджені не були.

Актуальність теми. В зв'язку з конверсуванням залiзорудної промисловостi України на більшості родовищ Кривбасу протягом останнiх рокiв ведуться роботи по довивченню та переоцiнцi їх мiнерально-сировинної бази. Основною метою цих дослiджень є пiдвищення ступеню комплексностi використання мiнеральної маси, що видобувається з надр. В межах продуктивних залiзорудних товщ родовищ Кривбасу виявленi i вивчаються близько 50-ти металевих i неметалевих корисних копалин. До прiоритетних належать гранат-вмiсні сланцi, при збагаченні яких з застосуванням досить простої технологiї можливе одержання абразивної сировини, що за якiсними показниками вiдповiдає свiтовим стандартам. Окрiм пiдвищення ефективностi роботи гiрничовидобувної промисловостi, залучення до видобудку гранат-вмiсних сланцiв буде мати значний соцiальний ефект. В науковому вiдношеннi мiнералого-технологiчнi дослідження гранатової сировини дозволить поглибити існуючі уявлення про парагенетичні асоцiацiїї мінералів гранат-вмiсних сланців, морфологію, анатомію, хімічний склад i деякі фізичні властивості гранату. Все зазначене обумовлює наукову i прикладну актуальність дисертаційної роботи.

Мета і задачі дослідження. Метою дослідження є визначення мінералогічних особливостей поведінки гранату та інших мінералів гранат-вмісних сланців при їх підготовці до збагачення та в процесі збагачення з метою розробки мінералогічних рекомендацій, спрямованих на максимальне використання технологічного потенціалу гранатової сировини і одержання високоякісного гранатового концентрату.

Досягненню мети сприяло вирішення автором дисертації наступних конкретних задач: 1) аналіз результатів попередніх мінералогічних і мінералого-технологічних досліджень гранат-вмісних сланців Ганнівського родовища; 2) визначення за літературними і фондовими даними, а також з використанням власних даних автора пріоритетних за збагачуваністю мінеральних відмін гранатової сировини; 3) дослідження мінерального складу, структурно-текстурних особливостей гранат-кварц-біотитових сланців як оптимальної сировини для одержання високоякісного гранатового концентрату; 4) вивчення морфології, анатомії кристалів гранату і особливостей їх просторових співвідношень з індивідами і агрегатами інших породоутворюючих і другорядних мінералів; 5) розробка мінералогічно обгрунтованої схеми збагачення гранат-кварц-біотитових сланців; 6) дослідження поведінки гранату і його мінералів-супутників у процесі подрібнення гранатової сировини; 7) вибір методів подрібнення і виділення оптимальних гранулометричних фракцій подрібненого матеріалу для забезпечення найбільшої ефективності процесу збагачення; 8) вивчення поведінки гранату і його мінералів-супутників у процесі збагачення; 9) розробка мінералогічного обгрунтування ефективної схеми технологічного ланцюгу по одержанню гранатового концентрату.

Об'єкт досліджень – гранат і гранат-вмісні сланці першого і третього-п'ятого сланцевих горизонтів саксаганської світи Ганнівського родовища Криворізького басейну.

Предмет дослідження – особливості локалізації, морфології, анатомії, хімічного складу і фізичних властвостей гранату, які визначають здатність гранат-вмісних сланців до збагачення, можливість одержання з них високоякісного гранатового концентрату.

Наукова новизна одержаних результатів визначається: 1) узагальненням результатів попередніх геологічних і мінералогічних досліджень і визначенням Ганнівського залізорудного родовища як пріоритетного в Криворізькому басейні родовища гранатової сировини; 2) визначенням підстеляючих продуктивну залізорудну товщу родовища двох сланцевих горизонтів як товщ, що містять цінну супутню корисну копалину – гранат-вмісні сланці,– що сприяє переводу родовища до категорії комплексних; 3) виділенням в межах першого і третього-п'ятого сланцевих горизонтів Ганнівського родовища двох типів гранатової сировини – гіпергено незмінених гранат-вмісних сланців і їх вивітрених відмін; 4) визначенням технологічного потенціалу всіх виділених раніше відмін гранат-вмісних сланців і розділенням гранатової сировини обох типів на легко-, важкозбагачувані гранат-вмісні сланці і такі що не піддаються збагачуванню; 5) дослідженням поведінки індивідів гранату та інших породоутворюючих і другорядних мінералів сланців при їх підготовці до збагачення і збагаченні; 6) розробкою мінералогічного обгрунтування оптимальної технології подрібнення вивітрених і невивітрених гранат-вмісних сланців; 7) розробкою на основі мінералогічних даних і результатів мінералого-технологічних експериментів технологічних схем збагачення гранатової сировини обох типів; 8) вивченням впливу природних і техногенних факторів на тріщинуватість часток гранату у концентраті.

Положення, що захищаються :

1. Оптимальне співвідношення морфологічних і анатомічних ознак кристалів гранату (співвідношення габітусних форм кристалів, їх тріщинуватість, наявність і кількість пойкілобластів тощо), характеру зростання кристалів гранату з індивідами інших породоутворюючих мінералів сланців, фізичних властивостей гранату (густина, твердість та ін.) визначають здатність гранат-вмісних сланців Ганівського родовища до збагачення з одержанням високоякісного гранатового концентрату.

2. Склад первинних осадових утворень, характер метаморфічного мінералогенезу і синметаморфічних контактово-метасоматичних процесів у периферійних зонах сланцевих горизонтів, інтенсивність прояву діафторезу та деякі інші чинники обумовили різну збагачуваність гранат-вмісних сланців родовища. Гіпергенні процеси обумовили більш активне вивітрювання породоутворюючих мінералів сланців у порівнянні з гранатом, суттєво вплинули на характер поверхонь зростання кристалів гранату з кристалами цих мінералів, і, як наслідок, на здатність гранатової сировини до збагачення. Це обумовило існування двох типів гранатової сировини Ганівського родовища – гіпергенно незмінених і вивітрених гранат-вмісних сланців,– які збагачуються за різними технологіями. Для кожного з них виділяється по три сорти гранатової сировини: І – легко збагачувані сланці (гранат-кварц-біотитові, гранат-мусковіт-кварц-біотитові) з високим (понад 10%) виходом і високою якістю (понад 95 мас.%) гранатового концентрату; ІІ – легко збагачувані сланці (ставроліт-біотит-кварц-мусковітові з гранатом) з низьким виходом (до 10%) і високою якістю (понад 95 мас.%) концентрату; ІІІ) важко збагачувані сланці (кумінгтоніт-гранат-кварц-біотитові і гранат-біотит-кварц-кумінгтонітові) з низькими виходом (до 10%) і якістю (до 90 мас.%) концентрату.

3. Вплив природних факторів (умови росту кристалів, особливості прояву тектогенезу тощо), технологія видобутку гранатової сировини і її подрібнення при підготовці до збагачення обумовлюють значення показників тріщинуватості (природної у поєднанні з техногенною) часток гранату у концентраті – важливого показника його якості. Для концентрату Ганівського родовища питома тріщинуватість часток коливається від 2,73 до 4,19 мм-1, що характеризує його як такий, що відповідає вимогам абразивної та інших галузей промисловості.

Практичне значення одержаних результатів полягає у: 1) мінералого-технологічній оцінці гранат-вмісних порід двох сланцевих горизонтів Ганнівського родовища; 2) визначені відмін сланців, які відносяться до легкозбагачуваної гранатової сировини; 3) виділенням гіпергено змінених відмін гранат-вмісних сланців як самостійного технологічного типу гранатової сировини; 4) розробкою мінералогічного обгрунтування економічно доцільної і екологічно безпечної технології підготовки і збагачення гранат-вмісних сланців; 5) створенням засад для підвищення рівня використання мінеральної маси, що видобувається з надр, зростання економічної ефективності гірничого виробництва, вирішення низки соціальних і економічних проблем.

Особистий внесок здобувача полягає у:

1) виділені гіпергенно змінених відмін гранат-вмісних сланців як самостійного технологічного типу гранатової сировини Ганнівського родовища;

2) розробці мінералогічного обгрунтування оптимальної технології подрібнення вивітрених і невивітрених гранат-вмісних сланців;

3) розробці мінералогічного обгрунтування технологічних схем збагачення невивітрених і вивітрених відмін гранатової сировини на основі мінералого-технологічних експериментів;

4) оцінці якості гранатового концентрату, одержаного з гранат-вмісних сланців Ганівського родовища, за допомогою одного з найбільш важливих його показників – тріщинуватості часток гранату в концентраті; порівнянні тріщинуватості часток гранатового концентрату Ганівського родовища з аналогічним показником концентратів інших родовищ, які експлуатуються тривалий час (Emerald Creek, Bengal Bay, Заваллівське, Іванівське).

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 Регіональній науковій конференції "Геологія і мінералогія рудних районів" (м. Кривий Ріг, 24-25 червня 1999 р.), на Науковій конференції "Геологічна наука та освіта в Україні на межі тисячоліть: стан, проблеми, перспективи" (м. Львів, 27-28 жовтня 2000 р.), на Науковій конференції "Громадянська ініціатива інтелігенції Кривбасу у формуванні культурно-індустріального обличчя регіону ХХІ сторіччя" (м. Кривий Ріг, 25-26 червня 2001 р.), на Науково-технічній конференції “Проблемы развития Криворожского железорудного бассейна” (м. Кривий Ріг, 12-13 грудня 2002 р.).

Публікації. Основні положення дисертаційної роботи висвітлені у 10 публікаціях, з них 1 одноосібна, 5 опубліковані у фахових виданнях.

Структура і об'єм роботи. Дисертація складається зі вступу, 6 розділів, які включають 45 рисунків і 18 таблиць, висновків, списку літератури з 209 найменувань, 28 додатків. Текстова частина дисертаційної роботи викладена на 101 сторінці.

На всіх етапах підготовки і написання дисертації автор користувалася допомогою і консультаціями докторів геолого-мінералогічних і геологічних наук, професорів І.С.Паранька, Б.І.Пирогова, А.І.Каталенця, В.М.Трощенка, В.Я.Легедзи, кандидата технічних наук доцента Е.Г.Кірносова, кандидатів геолого-мінералогічних і геологічних наук доцентів О.В.Плотникова, Ю.Л.Ахкозова, О.М.Труніна, В.В.Іванченка, В.М.Харитонова, В.В.Стеценка, Є.В.Євтєхова, наукових співробітників Л.Т.Дудар, Д.М.Каруци, Т.Є.Бутиріної, І.А.Федорової, аспіранта Д.М.Меньшикова. Велику допомогу автору у зборі первинного матеріалу, виконані мінералого-технологічних експериментів, обговорені одержаних результатів надали співробітники фірми "Промторгінвест-компані" О.О.Бабенко, Д.Ф.Толкачов, Г.Я.Бєлих. Всім їм автор висловлює свою подяку.

Найщирішу подяку автор висловлює своєму науковому керівникові доктору геолого-мінералогічних наук професору, завідувачу кафедри мінералогії і збагачення корисних Криворізького технічного університету Валерію Дмировичу Євтєхову.

Зміст роботи

У розділі 1 “Короткий геологічний опис Ганнівського родовища” показано, що родовище відноситься до Північного залізорудного району Криворізького басейну, локалізується в межах так званої Східно-Ганнівської залізорудної смуги. Смуга має меридіональне простягання, довжина її близько 17 км, максимальна потужність у південній частині досягає 800-1000 м. Існує декілька точок зору на геологічну будову родовища (Я.М.Бєлєвцев та ін., 1962; М.П.Щербак та ін., 1988; І.С. Паранько та ін., 1992). За традиційною, яка використовується місцевими геологами, Східно-Ганнівська смуга є північним продовженням саксаганської світи криворізької серії (Е.В.Дмитрієв і ін., 1987; М.П.Щербак та ін., 1988).

Залізисті породи Східно-Ганнівської смуги згідно залягають на тальк-вмісних сланцях і метакластолітах скелеватської світи, які в свою чергу нижче за розрізом змінюються метабазитами і метакластолітами новокриворізької світи, верхньоархейськими метабазитами конської серії. Останні залягають на середньоархейських гранітоїдах Придніпровського комплексу. Залізорудна товща родовища перекрита нерозчленованим комплексом метакластолітів і доломітових мармурів об'єднаної гданцевської і глеєватської світ.

В розрізі саксаганської світи родовища виділяється перший (потужність 25-60 м) і об'єднаний третій-п'ятий (потужність 20-75 м) сланцеві горизонти, об'єднані перший-другий (5-20 м) і п'ятий-шостий (50-150 м) залізисті горизонти. Завершує розріз саксаганської світи слабко розчленована монотонна за складом товща магнетит-силікатних кварцитів об'єднаного сьомого сланцево-залізистого горизонту.

Основний об'єкт дисертаційної роботи – гранат-вмісні сланці складають перший і третій-п'ятий сланцеві горизонти. В деяких породах інших стратиграфічних підрозділів гранат міститься в кількості не вище 1-2 об'ємн.%.

В структурному відношенні Східно-Ганнівська смуга розглядається як монокліналь або як східне крило синклінорію, західне крило якого проявлено так званими Дальніми Західними Ганнівськими смугами (Я.Н.Белевцев и др.., 1962, 1989; Н.П.Семененко и др., 1978). Глибина проведення розвідувальних робіт поки що не дозволяє вирішити це питання неоднозначно. Кути падіння пластів залізистих кварцитів і сланців змінюються від 60-70 до 85-90о ,простягання їх у північній частині родовища становить 5-10о, в південній 15-35о. Залізорудна смуга має S-подібну форму в плані.

В межах родовища дуже поширені розривні порушення. Зі сходу і заходу залізорудна товща обмежена Східним і Західним розломами субмеридіального простягання. У південному напрямку вони губляться у складній системі розривних порушень зони перетину Криворізького і Девладівського глибинних розломів, яка розташована у крайній південній частині Ганнівського родовища і по якій останнє контактує з Первомайським родовищем Саксаганського залізорудного району.

Численними субширотними порушеннями, кількість яких зменшується з півдня на північ родовища, Східно-Ганніська смуга розбита на окремі блоки, розмір яких по простяганню залізистих порід змінюється від 15-20 до 250-300 м. У цих розломах більшість блоків зсунута один по відношенню до другого, це обумовило ступінчату будову залізорудної товщі. Останнє є причиною контакту по простяганню залізорудної товщі гранат-вмісних сланців з залізними рудами або з тальк-вмісними, кварц-мусковітовими сланцями і мусковітовими кварцитами.

Гіпогенні процеси в межах Ганнівського родовища проявлені магматизмом, метаморфізмом, метасоматозом і гідротермальними явищами. Найбільш значущим проявом магматизму є крупне (довжина до 10 км, потужність до 100 м) тіло плагіоклаз-мікроклінового граніту в зоні контакту сакса ганської і гданцевської світ. До дрібних магматичних проявів відносяться дайкоподітні тіла трахіліпариту і трахіту південної частини родовища і пегматоїдного граніту у його південній частині.

Динамотермальний метаморфізм порід залізисто-кременистої формації родовища відбувався за умов, які відповідають епідот-амфіболітовій, а в північній частині смуги – амфіболітовій фації. Такий рівень динамотермального метаморфізму обумовив утворення гранату, який є об'єктом дослідження в дисертаційній роботі. До локально проявлених різновидів метаморфізму відносяться динамометаморфізм залізистих порід (брекчіювання та мілонітизація) вздовж числених розривних порушень і термальний метаморфізм у при контактових зонах гранітоїдного масиву.

Метасоматизм проявлений переважно в межах продуктивної залізорудної товщі родовища, представленою п'ятим-шостим залізистим горизонтом (Н.А.Елисеев и др., 1961; В.Г.Кушев, 1962; В.Д.Евтехов и др., 1988). Основними проявами його були егіринізація, рибекітизація, обкварцування і альбітизація сланців. Гранат-вмісні сланці зазнали метасоматизму у дуже незначній мірі.

Гідротермальні процеси супроводжували діагенез, динамотермальний метаморфізм залізистих кварцитів і сланців сакса ганської світи (альпійські жили), завершували етап метасоматизму і проявились як самостійний етап мінералоутворення (Я.Н.Белевцев и др., 1962; Е.К. Лазаренко и др. 1977; Б.И. Пирогов и др., 1989).

В сланцях гідротермальні жили проявлені локально і суттєво не вплинули на їх мінеральний склад і будову.

Завершувальним процесом 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 мінеральний склад, в тому числі гранат-вмісних сланців. По відношенню до останніх процеси вивітрювання обумовили поліпшення деяких мінералогічних і технологічних показників їх, як гранатової сировини.

Різноманітний склад первинних осадових утворень, численні епігенетичні процеси обумовили присутність в межах залізорудної і вміщуючої товщ родовища низки металевих і неметалевих корисних копалин. Основною є бідні залізні руди, представлені залізнослюдко-магнетитовими магнетитовими, силікат-магнетитовими і магнетит-силікатними залізистими кварцитами і метасоматитами. В якості супутніх корисних копалин виявлені і в різній мірі досліджені поклади і прояви покладів германію, скандію, ванадію, вольфраму, молібдену, мусковіту, тальку, вохри, суріку, мумії, амфіболіту, мусковітового кварциту та інших корисних копалин. До них відноситься гранат-вмісні сланці які можна розглядати серед приоритетних альтернативних корисних копалин родовища.

У розділі 2 “Вихідний матеріал і методика досліджень” зазначається , що основою для написання дисертаційної роботи були одержані за період з 1997 по 2002 р. результати власних мінералогічних і мінералого-технологічних досліджень автора, а також дані з літературних (понад 200 найменувань) і фондових (близько 20) джерел. Власні мінералогічні і мінералого-технологічні дослідження автора були спрямовані на всебічне вивчення гранат-вмісних сланців першого і третього-п'ятого сланцевих горизонтів Ганнівського родовища; уточнення їх топомінералогії; виділення мінералого-технологічних типів гранатової сировини; розробку методик мінералогічного аналізу продуктів збагачення гранат-вмісних сланців, розробку мінералогічного обґрунтування оптимальних схем підготовчих до збагачення процесів і процесу збагачення.

Відбір проб мінералогічних (105 проби), мінералого-технологічних (27 проб), укрупнених мінералого-технологічних (3 проби) проводився на гіпсометричних горизонтах +30 м, +45 м, +60 м, +72 м, +84 м, +96 м Ганнівського кар'єру місцях розповсюдження гранат-вмісних сланців. В роботі були використані апробовані методи мінералогічних досліджень: мікроскопічні дослідження (використано 402 прозорі і поліровані шліфи, 22 мономінеральні фракції гранату), кількісні визначення морфології (53 заміри), гранулометричного складу (315 замірів) зерен гранату, визначення показників вивітреності сланців (52 заміри) та тріщинуватості (48 визначень) часток гранату з концентрату. Мінералого-технологічні експерименти включали 108 попередніх дослідів, 178 визначень мінерального складу продуктів підготовчих процесів (дроблення, подрібнення) і 396 визначень мінерального складу продуктів збагачення гранат-вмісних сланців.

Результати мінералогічних та мінералого-технологічних досліджень були опрацьовані за допомогою сучасних комп'ютерних технологій.

В розділі 3 “Топомінералогія гранатової сировини“ розглянуто розповсюдження гранату в залывзистих породах Східно-Ганнівської залізорудної смуги. Відзначено, що у різній кількості він присутній у метабазитах і метакластолітах новокриворізької світи, породах сланцевих і в меншій мірі залізистих горизонтах саксагнської світи, а також у метакластолітах гданцевської світи. За даними попередніх досліджень (О.Ламрані, 1997), найбільший вміст гранату властивий для порід першого і третього-п'ятого сланцевих горизонтів саксаганської світи в середньому 15 об'ємн. %. В межах обох горизонтів розповсюдженість гранату знаходиться у тісному зв'язку з мінеральним складом вміщуючих сланців. Така закономірність пов'язана, за даними В.Д.Євтєхова та ін. (1990-94), з аутігенно-метаморфогенною мінералого-геохімічною зональністю первинних осадових утворень. Особливістю останньої є зменшення у напрямку від зон контактів сланцевих і залізистих горизонтів до центральних зон сланцевих горизонтів залізистої складової осадків і збільшення в цьому напрямку вмісту в них глинозему (Я.Н.Белевцев, 1955; Я.Н.Белевцев и др., 1962; Н.А.Плаксенко, 1966). Внаслідок динамотермального метаморфізму, який відбувався в умовах епідот-амфіболітової фації (Р.Я.Белевцев, 1970; Р.Я.Белевцев та ін., 1989) та супроводжувався контактово-реакційними процесами (В.Д.Евтехов, 1975; В.Д.Евтехов, О.К.Валеев, 1992), мінеральний склад сланців Ганнівського родовища закономірно змінюється від суттєво кумінгтонітового у приконтактових зонах сланцевих горизонтів через суттєво біотитовий до біотит-мусковітового у їх центральних зонах. Вміст гранату в напрямку від периферії третього-п'ятого сланцевого горизонту (13,3 об'ємн. %) зростає і досягає максимуму у пластах, складених гранат-кварц-біотитовими сланцями (за уточненими даними автора дисертації, 21,6 об'ємн. %), і зменшується в напрямку до центральних зон горизонту до 1,1 об'ємн. %. Наведені дані свідчать, що за кількістю гранату найвищу цінність як гранатова сировина мають гранат-кварц-біотитові сланці першого та третього-п'ятого сланцевих горизонтів родовища. Вони були обрані основним об'єктом досліджень автора дисертації.

У розділі 4 “Мінералогічне обґрунтування технології одержання гранатового концентрату” наголошується, що окрім виділених п'яти мінеральних відмін гранат-вмісних сланців велике значення як сировина мають продукти їх гіпергенних змін, що найбільш активно проявлені на рівні верхніх гіпсометричних горизонтів Ганнівського родовища – від +45 м до +96 м. Попередні мінералого-технологічні дослідження автора показали, що подрібнення і збагачення незмінених і вивітрених гранат-вмісних сланців відбувається по-різному, оскільки обумовлене різними мінералогічними показниками. В зв'язку з цим вивітрені і не вивітрені гранат-вмісні сланці були виділені як два самостійних мінералого-технологічних типи гранатової сировини, для яких обґрунтування технології підготовки і збагачення, а також мінералого-технологічні досліди проводилось окремо.

В підрозділі 4.1 "Невивітрені гранат-вмісні сланці наводится мінералогічне обґрунтування технології дроблення, подрібнення і збагачення гіпергенно незміненої гранатової сировини. Показано, що після мінералогічної ідентифікації п'яти відмін гранат-вмісних сланців для кожної з них були проведені попередні дослідження збагачуваності за єдиною схемою. Одержані дані дозволили поділити гранатову сировину за мінералого-технологічними показниками на дві групи: 1) сланці, з яких можливе отримання концентрату з вмістом гранату понад 95,0 мас.% (ставроліт-біотит-кварц-мусковітові з гранатом, гранат-мусковіт-кварц-біотитові і гранат-кварц-біотитові сланці); 2) сланці, з яких отримання концентрату з вмістом гранату понад 95 мас.% неможливе (кумінгтоніт-гранат-кварц-біотитові, гранат-біотит-кварц-кумінгтонітові). Технологічні параметри гранатової сировини обумовлювались трьома мінералогічними показниками: а) різницею у розмірі кристалів гранату (для групи 1 – 0,5-3,0 мм; для групи 2 – 1,0-5,0, іноді до 30,0 мм); б) практичною відсутністю пойкілобластів кварцу, кумінгтоніту, біотиту у кристалах гранату з гранатової сировини групи 1 і їх велика кількість у кристалах гранату зі сланців групи 2; в) характером зростання кристалів гранату з індивідами інших мінералів: для сланців групи 1 – проста форма кристалів внаслідок високого ступеню їх ідіоморфізму; для порід групи 2 – складні, хвилясті поверхні зростання кристалів гранату та інших мінералів, тісне проростання кристалів гранату голчастими та пластинчастими індивідами кумінгтоніту і біотиту. За результатами цих дослідів було зроблено висновок про недоцільність детального мінералого-технологічного дослідження сланців другої групи як низькосортної гранатової сировини. В підрозділі наведені також детальні мінералогічні описи породоутворюючих мінералів сланців [1, 7, 10]

У підрозділі 4.2 “Вивітрені гранат-вмісні сланці” показано, що в процесі вивітрювання гранат-вмісних сланців відбувалось поступове стадійне заміщення силікатів. Початкові форми їх гіпергенних змін (гідробіотит, гідромусковіт, слабко гідратований кумінгтоніт) розповсюджені на рівні гіпсометричних горизонтів +30 і +45 м. Гранат тут зберігає властивий йому первинний фіалково-червоний колір, прозорість, відсутні прояви заміщення його гіпергенними мінералами Вище, на рівні горизонтів +60 і +72 м спостерігаються більш глибокі гіпергенні зміни мінералів – гідробіотит заміщується селадонітом, хлоритом, каолінітом з вивільненням надлишкового заліза у формі гетиту, дисперсного гетиту, рідше гематиту. Кумінгтоніт заміщується агрегатом монтморилоніту, халцедону, дисперсного гематиту або гетиту. Мусковіт частково заміщується каолінитом. Гранат тут частково заміщується дисперсним гематитом або гетитом, а також халцедоном. На рівні горизонтів +84 і +96 м спостерігається інтенсивне заміщення всіх мінералів сланців, у тому числі гранаті кварц-суриковим або кварц-вохровим матеріалом. Таким чином, за мінералогічними даними зона гіпергенних змін гранат-вмісних сланців була поділена на три підзони: 1) нижня – з слабким проявом вивітрювання (горизонти +30 і +45 м); 2) середня – з помірним його проявом (горизонти +60 і +72 м) і 3) верхня – з інтенсивним вивітрюванням сланців (+84 і +96 м). Гранат-вмісні сланці останньої внаслідок практично повної дезінтеграції гранату не розглядались як гранатова сировина [5, 8].

В розділі 5 “Мінералогія підготовчих процесів” детально розглянуті мінералогічні особливості подрібненого в різних умовах матеріалу невивітрених та вивітрених гранат-вмісних сланців. На основі одержаних даних були обґрунтовані дві технології підготовки гранатової сировини до збагачення (окремо для кожного типу гранатової сировини) [2. 3].

В підрозділі 5.1 “Мінералогія процесу подрібнення невивітреної гранатової сировини” наведена методика компонування вихідної проби, яка, у відповідності з особливостями вміщуючи порід, складалась з гранат-кварц-біотитових сланців (87 мас.%) і домішок іншого складу сланців (10%) і некондиційних залізистих кварцитів (3%). Описані умови проведення двох серій мінералого-технологічних експериментів, за результатами яких було розроблене мінералогічне обгрунтування технології підготовки гранат-вмісних сланців до збагачення. Наведені дані про гранулометричний склад продуктів подрібнення, вміст гранату в їх різних фракціях, ступінь розкриття гранату, показано, що максимальний вміст “розкритого” гранату характерний для фракцій від -2,0 до +0,315мм. Розглянуто також розподіл по фракціях інших породоутворюючих мінералів та їх зростків.

У підрозділі 5.2 “Мінералогія процесу подрібнення гіпергенно зміненої гранатової сировини” наведені і проаналізовані результати подрібнення вивітрених гранат-кварц-біотитових сланців з використанням дробарок двох типів – щокової і молоткової. Дроблення вихідного матеріалу проводилось у дві стадії. Були одержані близькі (за гранулометричним складом продуктів дроблення, розподілом у них гранату тощо) результати, причиною чого, на думку автора, є значна різниця між механічними показниками гранату та інших породоутворюючих мінералів сланців. Але для подальших дослідів по збагаченню вивітрених гранат-кварц-біотитових сланців була обрана щокова дробарка, яка забезпечувала дещо більш високі мінералогічні і технологічні показники продуктів дроблення [2, 3].

В розділі 6 “Мінералогія збагачення гранат-вмісних сланців” наведені результати детального дослідження особливостей поведінки подроблених часток гранату і супутніх мінералів на всіх стадіях збагачення гранат-вмісних сланців. Підрозділ 6.1 “Мінералогія збагачення невивітреної гранатової сировини” містить результати мінералогічних досліджень, які свідчать, що для досягнення високих показників збагачення гранат-вмісних сланців, які не зазнали вивітрювання, необхідне застосування комбінованої магнітно-гравітаційної технології. Гравітаційним методом досягається відділення від подрібненої гранатової сировини біотиту, кварцу і полімінеральних зростків. Магнітне збагачення у слабкому полі сприяє видаленню з проміжного продукту збагачення магнетит-вмісних часток, доочищенню його з доведенням якості концентрату до 95-96 мас.% [9].

Розподіл мономінеральних часток гранату по гранулометричних фракціях продуктів збагачення на основних його етапах показаний на рис. 1. Їх вміст збільшується від 0,0-28,1 мас.% у матеріалі різних фракцій вихідного продукту (А) до 9,1-66,1 мас.% у продукті основної сепарації (Б) і до 79,1-88,0 мас.% у концентраті (В). Таким чином у вказаному напрямку не тільки збільшується вміст часток гранату в продуктах збагачення, але і зменшуються інтервали коливання цього показника по гранулометричних фракціях.

Досліджувалась також тріщинуватість часток гранату (густина тріщин, їх орієнтованість, глибина проникнення в тіло частки мінералу тощо) з концентрату Ганнівського родовища. Одержані дані засвідчили її комплексний природний і техногенний характер. Проведено порівняння тріщинуватості гранату з концентрату Ганнівського родовища і концентратів родовищ інших регіонів планети, які експлуатуються тривалий час і мають різне походження: Emerald Creek (Канадський щит), Bengal Bay (Індійський щит), Заваллівського, Іванівського, (Український щит),. Характер тріщинуватості часток гранату з концентратів досліджених родовищ, на прикладі часток фракції -2,0+1,0 мм, показаний на рис. 2.

За розробленою автором методикою був вирахуваний загальний показник тріщинуватості часток гранату названих родовищ. Він становить (коливання по гранулометричних фракціях): для родовища Emerald Creek. – 0,62-2,08; Bengal Bay – 0,72-1,68; Заваллівського – 4,73-7,52, Іванівського – 3,94-7,75; Ганнівького – 2,73-4,19. Одержані дані свідчать, що гранатовий концентрат Ганнівського родовища за цим важливим для оцінки його абразивних якостей показником займає проміжне положення між концентратами теригенно-осадових родовищ (Bengal Bay, Emerald Creek) і родовищ гнейсово-гранітних комплексів (Заваллівське, Іванівське) і відповідає вимогам світового ринку.

Рис. 1. Пояснення в тексті.

Гранулометричні фракції (мм): І – +3,0 мм, ІІ – -3,0+2,0 мм, ІІІ – -2,0+1,0 мм, ІV – -1,0+0,5 мм, V – -0,5+0,315 мм, VI – -0,315+0,25 мм, VII – -0,25+0,16 мм, VIII – -0,16+0,1 мм, IX – -0,1 мм.

Рис. 2. Характер тріщинуватості часток гранату фракції –2,0+1,) мм концентратів досліджених родовищ.

Родовища: а) Emerald Creek; б) Bengal Bay; в) Ганнівське; г) Заваллівське; д) Іванівське

У підрозділі 6.2 “Мінералогія збагачення вивітреної гранатової сировини” показано мінералогічні особливості поведінки гранату та інших мінералів гіпергенно змінених гранат-вмісних сланців у процесі одержання гранатового концентрату. Полегшене вивільнення гранату з кварц-силікатної матриці, збереження природних кристалографічних форм гранату в ході подрібнення спричинили високу ефективність розділення кулеподібних кристалів гранату і сплощених, складних за формою кристалів і агрегатів силікатів (біотит, меншою мірою мусковіт, кумінгтоніт) і кварцу з використанням концентраційного столу. Відпрацьована з врахуванням мінералогічних даних технологія дозволила одержати високоякісний концентрат з вмістом гранату понад 98 мас.%. Тріщинуватість кристалів гранату з концентрату слабко відрізняється від їх природної тріщинуватості і є помітно нижчою у порівнянні з тріщинуватістю часток гранату з концентрату, одержаного шляхом збагачення невивітрених гранат-вмісних сланців [4, 6].

висновки

Ганнівське родовище Криворізького басейну з початку 70-х років 20-го століття розробляється Північним гірничозбагачувальним комбінатом як залізорудне. Протягом останніх років у межах продуктивної і вміщуючої товщ родовища було виявлено низку проявів металевих і неметалевих корисних копалин. Однією з них є гранат-вмісні сланці. Результати дослідження їх технологічної мінералогії дозволили автору дисертації зробити наступні висновки:

1. Гранат-вмісними сланцями складені перший і третій-п'ятий сланцеві горизонти, які підстеляють продуктивну залізорудну товщу Ганнівського родовища. Обидва горизонти складені п'ятьма мінеральними різновидами сланців, пласти яких, формуючи мінералогічну зональність горизонтів, закономірно змінюють один одного у напрямку від їх периферії до центральних зон: сланці гранат-біотит-кварц-кумінгтонітові (вміст гранату 8-12 об'ємн.%), сланці кумінгтоніт-гранат-кварц-біотитові (15-20%) сланці гранат-кварц-біотитові (20-30%), сланці гранат-мусковіт-кварц-біотитові (15-20%) і сланці ставроліт-кварц-двослюдяні з гранатом (0,5-5 об'ємн.%).

2. В межах верхніх гіпсометричних горизонтів родовища (від +45 м до +96 м) гранат-вмісні сланці зазнали гіпергенних змін. Процес вивітрювання сланців полягав у заміщені на перших стадіях біотиту і кумінгтоніту хлоритом, селадонітом і більш рідкісним стильпномеланом. Гранат на початкових стадіях вивітрювання сланців зберігав стійкість і помітних змін у його кристалах і агрегатах не спостерігається. На подальших стадіях вивітрювання хлорит, селадоніт, стильпномелан заміщувались прихованокристалічним агрегатом дисперсного гетиту і каоліниту. Одночасно відбувалось вивітрювання гранату шляхом заміщення його спочатку хлоритом, а потім агрегатом дисперсного гетиту і каоліниту.

3. Особливості мінералогічних змін сланців обумовили існування двох зон вивітреної гранатової сировини. На гіпсометричних рівнях від +45 м до +72 м обох сланцевих горизонтів родовища існує зона так званих "напівокислених" гранат-вмісних сланців. В межах цієї зони крім зазначених мінералогічних змін сланців спостерігається також послаблення поверхонь зростання кристалів гранату з вміщуючими їх кристалами і агрегатами силікатів, які складають основну тканину сланців. Це обумовлює полегшене "розкриття" кристалів гранату при підготовці гранатової сировини до збагачення.

4. На рівні верхніх гіпсометричних горизонтів родовища (+84 м і +96 м) гранат-вмісні сланці інтенсивно вивітрені. Процес розкладу і дезинтеграції мінералів тут захопив також кристали гранату. Сланці цього гіпсометричного рівня не можуть розглядатися як гранатова сировина.

5. Хімічний склад гранату відповідає альмандину з домішкою піропового, андрадитового, спесартинового, гросулярового, скіагітового, хогаритового фіналів. Твердість гранату коливається в межах від 11500 до 13000 МПа, густина – від 4000 до 4260 кг/м3.

6. Мінералого-технологічне дослідження не вивітрених сланців п'яти мінералогічних різновидів з врахуванням даних попередніх досліджень дозволило виділити в якості першосортної гранатової сировини гранат-кварц-біотитові сланці, а також близькі до них за мінералогічними ознаками більш слабко поширені гранат-мусковіт-кварц-біотитові сланці. Ставроліт-кварц-мусковіт-біотитові сланці, які складають центральні зони першого і третього-п'ятого сланцевих горизонтів через незначний вміст гранату і незначний розмір його кристалів (переважно, до 0,5 мм) не можуть бути віднесені до цієї групи сланців. Але оскільки їх пласти залягають серед пластів сланців цих мінеральних різновидів, їх селективний видобуток не може бути визнаний доцільним.

7. До низькосортної гранатової відносяться гранат-біотит-кварц-кумінгтонітові і кумінгтоніт-гранат-кварц-біотитові сланці периферійних зон обох сланцевих горизонтів. Для цих порід характерні значні розміри кристалів гранату (від 5-7 до 20-30 мм, іноді до 70 мм); інтенсивна їх тріщинуватість; складність поверхонь зростання кристалів гранату з кристалами кварцу, кумінгтоніту, біотиту; наявність у кристалах гранату великої кількості пойкілобластів кварцу, кумінгтоніту, біотиту, магнетиту та інших мінералів; неідеальність форми кристалів; значна розповсюдженість складних за формою агрегатів гранату і незначна кількість монокристалів. Ці мінералогічні показники обумовлюють неможливість одержання концентрату з вмістом гранату понад 80-82 мас.% при виході концентрату 8-9%.

8. Результати попередніх мінералого-технологічних досліджень автора дисертації дозволили виділити два типи гранатової сировини: І – гіпергенно незмінені і ІІ – помірно вивітрені гранат-вмісні сланці. Для кожного типу виділяються по два мінералого-технологічних сорти сланців – 1 – суттєво біотитові, мусковіт-біотитові (високоякісна гранатова сировина) і 2 – суттєво кумінгтонітові, кумінгтоніт-біотитові (низькосортна сировина). Детальні мінералого-технологічні виконувались з високоякісною сировиною обох типів.

9. Подрібнення невивітрених гранат-вмісних сланців виконувалось за декількома схемами. За мінералогічними даними, оптимальною була визнана крупніють продукту подрібнення -2,0 мм. Присутність у продукті подрібнення мінералів зі значною різницею у значенні густини (гранат, магнетит – мусковіт, біотит, кварц), ступеню досконалості спайності (біотит, мусковіт, кумінгтоніт – кварц, магнетит, гранат), питомої магнітної сприйнятливості (магнетит – гранат – біотит, кумінгтоніт, мусковіт) обумовила вибір комплексної магнітно-гранвітаційної технології збагачення гранатової сировини цього типу з використанням води. Вміст гранату в концентраті склав 95-96 мас.%, вихід його – 16,1%, вилучення гранату до концентрату – 62,4 мас.%.

10. Тріщинуватість часток гранату (важливий мінералогічний показник абразивних матеріалів) з концентрату, одержаного шляхом збагачення невивітреної сировини Ганівського родовища є проміжною між відповідними показниками концентратів кластогенних Emerald Creek, Bengal Bay і ультарметаморфічних (Заваллівське, Іванівське) родовищ. Узагальнений показник тріщинуватості становить, відповідно, 2,7-4,2 мм–1; 0,4-2,1 мм–1 і 3,9-7,8 мм–1.

11. Подрібнення вивітрених гранат-кварц-слюдяних сланців виконувалось з використанням різних механізмів; кінцева крупніють матеріалу, яка була обрана з врахуванням крупності кристалів гранату в сланцях, становила –3,0 мм. Перед збагаченням матеріал крупності +3,0 мм і –0,5 мм був відділений від основного продукту і через низький вміст кондиційних часток гранату був спрямований у відходи збагачення. Збагачення продукту подрібнення вивітреної гранатової сировини проводилось окремо для гранулометричних фракцій –3,0+2,0 мм, -2,0+1,0 мм, -1,0+0,5 мм з використанням безводних технологій. Був одержаний концентрати з вмістом гранату 98-99,5 мас.% при виході його до 10%.

12. Тріщинуватість кристалів гранату з концентрату, одержаного шляхом збагачення вивітреної гранатової сировини родовища, становила 1,33-2,92 мм–1.

13. Результати мінералого-технологічних досліджень гранат-вмісних сланців Ганнівського родовища свідчать, що з цих порід можливе одержання високоякісного концентрату з вмістом гранату від 95-96 мас.% (невивітрені гранат-вмісні сланці) до 98-99 мас.% (вивітрені відміни сланців). За основними показниками (твердість гранату, розмір часток, ступінь їх тріщинуватості тощо) гранатовий концентрат Ганнівського родовища відповідає вимогам світового ринку.

список робіт, опублікованих за темою дисертації

1. Евтехов В.Д., Ковальчук Л.Н., Ламрани О. Гранат-содержащие сланцы северного района Кривбасса – перспективное сырье для получения абразивного граната / Основные направления развития Горно-промышленого комплекса (ГПК) Украины в условиях перехода к рыночной экономике. Материалы докладов научно-практической конференции // Кривой Рог, 1998.– С. 44.

2. Ковальчук Л.Н., Евтехов В.Д. Минералогическое обоснование процесса подготовки гранат-содержащих сланцев к обогащению // Відомості Академії гірничих наук України.– 1997.– №4.– С. 49-51.

3. Ковальчук Л.Н., Евтехов В.Д. Минералогические особености процесса дробления гранат-содержащих сланцев Анновского месторождения Кривбасса // Сборник научных трудов Национальной горной академии Украины.– 1999.– Т. 2, №6.– С. 151-154.

4. Ковальчук Л.Н., Евтехов В.Д. Минералогические закономерности гравитационного обогащения гранат-кварц-биотитовых сланцев Северного района Кривбасса (без применения воды) // Геолого-мінералогічний вісник Криворізького технічного університету.– 1999.– №1.– С. 36-41.

5. Ковальчук Л.М., Євтєхов В.Д. Гранат – перспективна мінеральна сировина Криворізького басейну / Геологічна наука та освіта в Україні на межі тисячоліть: стан, проблеми, перспективи. Матеріали конференції, присвяченої 55-річчю геологічного факультету Львівського національного університету ім. Ів. Франка // Львів, 2000.– С. 34-35.

6. Ковальчук Л.Н., Евтехов В.Д. К минералогии гравитационного обогащения гипергенно измененных гранат-содержащих сланцев Анновского месторождения Кривбасса // Геолого-мінералогічний вісник Криворізького технічного університету.– 2000.– №1-2.– С. 72-76.

7. Ковальчук Л.М. Деякі риси геології і прикладної мінералогії Ганнівського родовища абразивного гранату // Науковий вісник Національної гірничої академії України.– 2000.– №4.– С.18-19

8. Ковальчук Л.Н., Евтехов В.Д. Гранат-вмісні сланці