Міністерство освіти і науки України

Криворізький технічний університет

Мядзель Володимир Вікторович

УДК : 549.642.3 : 553.31 (477.63)

типоморфізм і прикладна мінералогія егірину з натрієвих метасоматитів залізисто-кременистої формації докембрію криворізького басейну

04.00.20 – мінералогія, кристалографія

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеню

кандидата геологічних наук

Кривий Ріг – 2004

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Криворізькому технічному університеті

Науковий керівник –

Євтєхов Валерій Дмитрович, доктор геолого-мінералогічних наук професор, завідувач кафедри теоретичної і прикладної мінералогії Криворізького технічного університету Міністерства освіти і науки України.

Офіційні опоненти:

Павлишин Володимир Іванович, доктор геолого-мінералогічних наук професор кафедри мінералогії, геохімії і корисних копалин Київського Національного університету імені Тараса Шевченка;

Ахкозов Юрій Леонтійович, кандидат геолого-мінералогічних наук, доцент, завідувач відділу Державного науково-дослідного гірничорудного інституту (м. Кривий Ріг).

Провідна установа:

Інститут геохімії, мінералогії і рудоутворення НАН України (м. Київ).

Захист відбудеться “24” грудня 2004 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 09.052.04 у Криворізькому технічному університеті (50002, м. Кривий Ріг Дніпропетровської обл., вул. Пушкіна, 37. Тел. 23-24-25).

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

Автореферат розісланий “23” листопада 2004 р.

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

Загальна характеристика роботи

Стан наукової проблеми. Формування сучасного вигляду залізорудної товщі Криворізького басейну, як і аналогічних утворень інших регіонів планети відбувалось внаслідок седиментації, магматизму, метаморфізму, гідротермальних і метасоматичних процесів, гіпергенезу та інших геологічних процесів. Суттєву роль у визначенні мінерального складу залізних руд, їх структури і текстури, присутності супутніх корисних компонентів тощо відігравав натрієвий метасоматоз. Він був активно проявлений у продуктивних товщах низки родовищ Криворізького басейну – Первомайського, Ганнівського, Петровського, Інгулецького, Глеєватського, Артемівського та ін. У процесі метасоматозу первинні гематит-магнетитові, магнетитові, силікат-магнетитові, магнетит-силікатні кварцити і різного складу сланці заміщувались егіриновими, рібекітовими, альбітовими метасоматитами. В зонах інтенсивного прояву метасоматозу відбувалось утворення егірину – одного з типоморфних мінералів натрієвих метасоматитів.

Егірин привертав увагу до себе багатьох дослідників. Його поширення у залізорудних товщах, морфологія індивідів і агрегатів, особливості хімічного складу і деяких фізичних властивостей розглядались у роботах М.І.Світальского та ін. (1932), П.М.Каніболоцького (1946), Ю.Ір.Половинкіної (1949, 1951, 1953), О.І.Стригіна (1959, 1962, 1978), М.О.Єлісеєва та ін. (1961), О.П.Нікольского (1956, 1973), В.Г.Кушева (1972), В.Д.Євтєхова та ін. (1975, 1988, 1989, 1990, 1992), В.М.Харитонова (1997, 1998) та ін.

Протягом останніх років у процесі експлуатаційної розвідки родовищ Кривбасу накопичився значний об’єм новітніх даних, які дозволяють по-новому розглянути існуючі загальні положення про мінералогію егірину, а також виявити нові окремі риси варіаціативності морфології його кристалів і агрегатів, хімічного складу, властивостей, особливості змінності цих показників у зв’язку з епігенетичними процесами. Ці параметри досліджувались автором дисертації з метою визначення типоморфних ознак егірину як основного мінералу деяких різновидів залізних і рідкіснометальних руд.

Актуальність теми дисертації в теоретичному відношенні визначається важливістю мінералогічного дослідження егірину і егіринових метасоматитів для уточнення відомих і встановлення нових закономірностей утворення залізисто-кременистої формації Криворізького басейну. З позиції прикладної мінералогії тема дисертації є актуальною оскільки дозволяє: 1) встановити закономірності змінності технологічних показників егіринових метасоматитів як бідних залізних руд, що потребують збагачення; 2) уточнити їх потенціал як рідкіснометальної сировини; 3) за мінералогічними ознаками внести корективи до існуючої методики геолого-технологічного картування залізорудних родовищ з активним проявом у їх продуктивних товщах натрієвого метасоматозу.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалась у відповідності з Програмою науково-дослідних робіт Криворізького технічного університету (КТУ) по довивченню і уточненню мінерально-сировинної бази залізорудних родовищ Криворізького басейну, у зв’язку з виконанням Програми наукової співпраці кафедри теоретичної і прикладної мінералогії КТУ з геологічними службами Криворізької комплексної геологорозвідувальної партії, Інгулецького, Центрального і Північного гірничозбагачувальних комбінатів, а також у відповідності з програмами госпдоговірних і держбюджетних науково-дослідних робіт.

Мета і задачі дослідження. Мета дисертаційної роботи – вивчення закономірностей локалізації, морфології, хімічного складу, фізичних властивостей егірину як його типоморфних ознак і визначення впливу цих показників на якісні характеристики егіринових метасоматитів як залізних і рідкіснометальних руд.

Досягненню мети дисертації сприяло вирішення наступних задач: 1) ґрунтовне вивчення, узагальнення результатів раніше виконаних мінералогічних досліджень егіринових метасоматитів Криворізького залізорудного басейну і аналогічних об’єктів інших регіонів Українського щита; 2) визначення геологічно обґрунтованої методики і проведення мінералогічного опробування егіринових метасоматитів продуктивних товщ залізорудних родовищ Кривбасу; 3) аналіз умов локалізації метасоматичних тіл і уточнення існуючих уявлень про геологічну позицію егіринових метасоматитів; 4) морфологічні дослідження егірину, визначення основних закономірностей зміни морфології індивідів і агрегатів мінералу в залежності від умов його кристалізації і перекристалізації; 5) вивчення хімічного складу егірину досліджених автором проб, зіставлення отриманих даних з результатами попередніх досліджень і внесення коректив до існуючих мінералого-геохімічних схем еволюції складу мінералу; 6) дослідження фізичних властивостей егірину і виявлення основних закономірностей їх зміни у зв’язку з варіаціями хімічного складу та інших показників мінералу; 7) вивчення особливостей гіпогенних і гіпергенних вторинних змін егірину, встановлення стадійності цих процесів і мінерального складу продуктів вторинних змін мінералу; 8) аналіз фондових даних про збагачуваність незмінених залізистих кварцитів і продуктів їх егіринізації, визначення характеру впливу метасоматичного процесу на технологічні показники егіринових метасоматитів як бідних залізних руд, що потребують збагачення; 9) вивчення особливостей змін вмісту рідкісних і розсіяних елементів у складі егірину і впливу епігенетичних перетворень мінералу на якісні показники егіринових метасоматитів як рідкіснометальних руд.

Об’єктом дослідження були егіринові метасоматити залізисто-кременистої формації Криворізького басейну і прилягаючих залізорудних районів і родовищ.

Предметом досліджень був егірин як мінерал, що формувався у зонах найбільш активного прояву натрієвого метасоматозу порід залізисто-кременистої формації.

Методи досліджень обирались у відповідності з задачами, які були поставлені у дисертаційній роботі. У якості основних методів були використані: 1) топомінералогічний (з метою дослідження особливостей локалізації егірину в продуктивних товщах родовищ Кривбасу); 2) кристаломорфологічний і онтогенічний (для встановлення закономірностей змін морфології індивідів і агрегатів егірину в залежності від умов їх утворення і вторинних змін); 3) повний хімічний силікатний аналіз і напівкількісний спектральний аналіз (для вивчення варіативності хімічного складу егірину і вмісту в його кристалічній гратці хімічних елементів-домішок); 4) кристалооптичний, рентгеноструктурний та метод визначення густини мінералів (для встановлення фізичних характеристик егірину і закономірностей їх змін на топомінералогічному фоні); 5) мінералого-технологічний (з метою встановлення залежності збагачуваності егіринових метасоматитів як бідних залізних руд від інтенсивності прояву егіринізації первинних залізистих кварцитів); 6) рентгеноспектрально-флуоресцентний метод (для встановлення вмісту у складі егірину рідкісних і розсіяних металів, визначення якісних показників егіринових метасоматитів як рідкіснометальних руд); 7) математико-статистичний, сучасні комп’ютерні технології (з метою накопичення, обробки, узагальнення і аналізу мінералогічних даних і для оформлення дисертаційної роботи).

Наукова новизна одержаних результатів визначається: 1) ґрунтовним узагальненням результатів раніше виконаних мінералогічних досліджень егіринових метасоматитів; 2) уточненням існуючих уявлень про особливості локалізації егірину і егіринових метасоматитів у розрізах продуктивних товщ родовищ Криворізького басейну і прилягаючих залізорудних районів; 3) уточненням існуючих уявлень про залежність морфології егірину від складу первинних порід і встановленням закономірностей зміни морфології індивідів і агрегатів приховонокристалічного егірину у зв’язку з їх епігенетичною перекристалізацією; 4) виявленням мінералогічної спрямованості гіпогенних і гіпергенних вторинних змін егірину, встановленням стадійності цих процесів, дослідженням парагенетичних асоціації вторинних мінералів; 5) виявленням закономірностей еволюції хімічного складу і фізичних властивостей егірину в залежності від складу первинних залізистих кварцитів, інтенсивності процесу і особливостей епігенетичних перетворень мінералу; 6) виявленням характеру впливу егіринізації на технологічні показники егіринових метасоматитів як бідних залізних руд, що потребують збагачення; 7) визначенням рідкіснометальності егірину різних морфологічних відмін і уточненням якісних показників егіринових метасоматитів як рідкіснометальних руд.

Практичне значення одержаних результатів полягає у: 1) уточненні особливостей локалізації егіринових метасоматитів у розрізах конкретних родовищ, що може бути використане при геологічному і мінералогічному картуванні їх продуктивних товщ; 2) встановленні закономірностей зміни хімічного складу егірину, вмісту елементів-домішок, що необхідно для уточнення якісних і кількісних показників егіринових метасоматитів як рідкіснометальних руд; 3) виявленні спрямованості зміни мінералого-технологічних показників залізистих кварцитів як бідних залізних руд у зв’язку з їх егіринізацією; 4) використанні одержаних даних для переоцінки мінерально-сировинної бази залізорудних родовищ Криворізького басейну як комплексних.

Положення, що захищаються у дисертаційний роботі:

1. Утворення егірину в породах залізисто-кременистої формації Криворізького басейну має всі ознаки одноактного безперервного процесу, у зв’язку з цим виділення генерацій егірину слід вважати необґрунтованим. Формування двох морфологічних різновидів егірину – крупнокристалічного і прихованокристалічного – обумовлене складом первинних порід. Перший з них утворився за рахунок, головним чином, безсилікатних гематит-магнетитових і магнетитових кварцитів, другий, здебільшого, за рахунок силікат-вмісних куммінгтоніт-магнетитових кварцитів, магнетит-куммінгтонітових кварцитосланців, а також брекчій змішаного складу. Фактор часу і вплив епігенетичних розчинів сприяв перекристалізації прихованокристалічного егірину з утворенням послідовно: ізольованих голчастих кристалів > радіальнопроменистих агрегатів > дрібних (1-3 мм) різноорієнтованих стовпчастих кристалів > крупних (5-10 мм) короткостовпчастих кристалів у зальбандах альпійських жил.

2. Хімічний склад егірину характеризується наявністю різної кількості ізоморфних домішок. Більш близький до стехіометрічного складу крупнокристалічний егірин, прихованокристалічний містить до 20 мол.% жадеїтового, діопсидового, геденбергітового, авгітового та інших міналів. Для обох морфологічних різновидів егірину властиве збільшення вмісту ізоморфних домішок зі збільшенням вмісту силікатів у первинних породах. Мінералоутворюючи і другорядні компоненти егірину поділяються на принесені метасоматизуючими розчинами (Na, Sc, V), запозичені з первинних порід (Si, Fe2+, Fe3+, Mn) і такі, що мають подвійну природу (Al, Ti, Mg). Кількість ізоморфних домішок обумовлює мінливість фізичних властивостей егірину. Загальною закономірністю є зменшення значень показників заломлення, двозаломлення, кутів cNp і густини, а також збільшення кута -2V з підвищенням вмісту ізоморфних домішок у складі егірину обох морфологічних різновидів.

3. Епігенетичні зміни егірину відбувались у гіпогенних і гіпергенних умовах. У першому випадку в залежності від хімічного складу, температури та інших параметрів епігенетичних розчинів відбувалось заміщення (іноді з утворенням псевдоморфоз) егірину рибекітом, селадонітом, гідрослюдами, карбонатом, кварцом, магнетитом, залізною слюдкою. В гіпергенних умовах спостерігається заміщення егірину спочатку гідрослюдою, а потім агрегатом кварцу і дисперсного гетиту.

4. Егіринізація залізистих кварцитів спричиняла суттєві зміни їх текстури і структури, а також морфології індивідів і агрегатів магнетиту, характеру їх зростання з індивідами нерудних мінералів. Це суттєво вплинуло на технологічні показники егіринових метасоматитів як бідних залізних руд. Загальною закономірністю є зменшення вмісту заліза у магнетитовому концентраті від 67,0-67,5 мас.% (незмінені гематит-магнетитові і магнетитові кварцити) до 64,0-64,5 мас.% (рібекіт-магнетит-егіринові метасоматити). Якість егіринових метасоматитів як рідкіснометальних руд залежить від ступеню нестехіометричності складу егірину. З підвищенням у складі егірину вмісту ізоморфних домішок зростає вміст Sc, V, Y, TR та інших рідкісних і розсіяних металів. Епігенетичні прояви (альпійський процес, гіпогенне і гіпергенне заміщення егірину) супроводжуються виносом рідкісних і розсіяних елементів з його кристалічної гратки.

Особистий внесок здобувача полягає у: 1) ґрунтовному аналізі результатів раніше проведених мінералогічних досліджень егірину і егіринових метасоматитів; 2) систематичному мінералогічному опробуванні зон прояву егірину у продуктивних товщах Ганнівського, Первомайського, Глеєватського, Петровського, Інгулецького родовищ; 3) вивченні закономірностей локалізації егірину в розрізах продуктивних товщ досліджених родовищ; 4) детальному морфологічному вивчені індивідів і агрегатів егірину; 5) визначені хімічного складу і фізичних властивостей егірину, встановленні закономірностей їх варіативності; 6) ґрунтовному аналізі даних про збагачуваність і рідкіснометальність егіринових метасоматитів і встановленні змін цих властивостей від характеру метасоматичного процесу; 7) виявленні стадійності вторинних гіпогенних і гіпергенних змін егірину.

Апробація результатів дисертації. Результати досліджень, які лягли в основу дисертаційної роботи, були представлені на наступних наукових конференціях і нарадах: 1) Регіональна наукова конференція „Современные проблемы геологии и минералогии железисто-кремнистых формаций и их обрамления” (м. Кривий Ріг, 11-12 квітня 1996 р.); 2) Науково-технічна конференція „Основные направления развития горнопромышленного комплекса (ГПК) Украины в условиях перехода к рыночной экономике” (м. Кривий Ріг, 15-16 жовтня 1998 р.); 3) Науково-практична конференція „Актуальные проблемы геологии и рационального природопользования” (м. Дніпропетровськ, 5-7 травня 1999 р.); 4) Регіональна наукова конференція „Геологія і мінералогія рудних районів” (м. Кривий Ріг, 24-25 червня 1999 р.); 5) Науково-технічна конференція „Проблеми розвитку Криворізького залізорудного басейну” (м. Кривий Ріг, 12-13 грудня 2002 р.); 6) Міжнародна науково-практична конференція „Проблемы комплексного освоения горнодобывающих регионов” (м. Дніпропетровськ, 15-20 вересня 2003 р.); 7) Міжнародна науково-технічна конференція „Сталий розвиток гірничо-металургійної промисловості” (м. Кривий Ріг, 18-22 травня 2004 р.); а також на щорічних науково-технічних конференціях Криворізького технічного університету (1995-2004 рр.) і на технічних нарадах на Південному, Інгулецькому, Центральному гірничозбагачувальних комбінатах і у Криворізькій комплексній геологорозвідувальній партії.

Публікації. Основні положення дисертаційної роботи висвітлені у 7 публікаціях, з них 2 одноосібні, 5 опубліковані у фахових виданнях.

Структура і об’єм роботи. Дисертація складається з вступу, 6 розділів, висновків, списку літератури з 207 найменувань і включає 22 рисунків та 8 таблиць. Текстова частина викладена на 92 друкованих сторінках. Загальний обєм дисертації 160 сторінок.

На всіх етапах підготовки і написання дисертації автор користувалася допомогою і консультаціями докторів геолого-мінералогічних і геологічних наук професорів І.С.Паранька, А.І.Каталенця, В.М.Трощенка, Б.І. Пирогова, В.Я.Легедзи, кандидатів геолого-мінералогічних і геологічних наук В.М.Харитонова, Л.М Ковальчук, Є.В.Євтєхова, О.М.Труніна, В.В.Іванченка, В.В.Стеценка, наукових співробітників Д.М.Каруци, І.А.Федорової, О.І.Гончарові, Є.В.Шостака.

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

Зміст роботи

У розділі 1 „Короткий геологічний нарис” показано, що Криворізький залізорудний басейн представляє собою вузьку (0,2-16,0 км) смугу докембрійських метаморфічних порід криворізької серії, яку обрамляють гранітоїди архейського і протерозойського віку. Метаморфічні породи перекриті кайнозойськими осадовими відкладами. Басейн розташований на межі двох різновікових блоків Українського щита – Кіровоградського, складеного метаморфізованими вулканогенно-осадовими і гранітоїдними утвореннями палеопротерозою, і Придніпровського, представленого плагіогранітоїдами мезоархею, які вміщують зеленокам’яні структури мезоархейського віку. В структурному відношенні Криворізький басейн являє собою монокліналь, ускладнену шар'яжеподібними насувами і складками вищих порядків. Породи Криворізької структури формувались у віковому інтервалі від 2600 до 570 млн. років (Белевцев и др., 1991).

Найбільш давніми метаморфічними утвореннями Криворізької структури є метакластоліти, метабазити з підпорядкованим поширенням силiкат-магнетитових кварцитів аульської серії мезоархею, які спостерігаються у вигляді реліктів серед мезоархейських плагiогранiтiв і мігматитів інгулецького комплексу. Більш пізні неоархейськi метабазити , а також метаультрабазити, метакластоліти конкської серії складають низи розрізу Криворізької структури і картуються вздовж її східного крила у замкових частинах Основної і Лихманівської синкліналей, а також входять до складу розрізу Схiдно-Ганiвської смуги (Паранько та ін. 1992). Потужність розрізу серії досягає 1000-1100 м.

Протерозойськi відклади представлені утвореннями криворізької серії, поділеної на чотири світи (знизу догори): новокриворізьку, скелеватську, саксаганську і гданцевську. Новокриворізька зі стратиграфічним неузгодженням залягає на конкській серії, має потужність від 20 до 300 м і представлена, переважно, метакластолітами (різного складу безрудними кварцитами і сланцями). Скелеватська світа згідно залягає на новокриворізькій, має потужність від 10 до 360 м, складена мономінеральними, польовошпатовими, мусковітовими кварцитами, кварц-мусковітовими і тальковими сланцями. Продуктивна залізорудна саксаганська світа згідно залягає на скелеватській, має потужність від 50 до 1400 м, складена 7 залізистими і 7 сланцевими горизонтами, які чергуються. Залізисті горизонти у центральних зонах їх розрізів представлені гематит-магнетитовими і магнетитовими кварцитами, у периферійних – силікат-магнетитовими і магнетит-силікатними кварцитами. До складу силікатів входять (в залежності від ступеню динамотермального метаморфізму залізистих порід) хлорит, біотит, кумінгтоніт. Сланцеві горизонти у приконтактових із залізистими горизонтами зонах складені високозалізистими (в залежності від ступеню метаморфізму – сидероплезит- або кумінгтоніт-вмісними різновидами), у центральних – високоглиноземистими (відповідно, серицит-кварц-хлоритовими і мусковіт-кварц-бiотитовими сланцями). Гданцевська свiта зі стратиграфічим неузгодженням залягає на породах саксаганської, має потужність 1200 м, у її розрізі переважають різного складу метакластоліти і доломітові мармури. Завершує розріз метаморфічних утворень Кривбасу складена метакластолітами глеєватська світа, потужність якої досягає 2500 м. Пласти кайнозойських глин, пісків, вапняків залягають горизонтально на товщі метаморфічних порід і обрамляючих їх гранітоїдів.

Магматичні породи басейну представлені, головним чином, мезоархейськими плагiогранiтоїдами iгулецького комплексу, які поширені на захід від Крiворiзько-Кременчуцького розлому, неоархейськими гранітоїдами саксаганського і токiвського комплексів, розташованих на схiд від Криворізької структури, а також протерозойськими діабазами, які утворюють дайки потужністю 10-40 м субширотного простягання, що перетинають товщу залізистих порід.

Метасоматичні утворення присутні в комплексах порід архею і протерозою. Вони представлені у гранітоїдах і кристалічних сланцях, здебільшого, зонами альбітизації, мікроклінізації, обкварцування, а у породах залізисто-кременистої формації – егіриновими, рибекітовими, альбітовими метасоматитами і ореольними зонами карбонатизації, обкварцування. Вік найбільш поширених натрієвих метасоматитів близько 1800 млн. років.

В будові кристалічного фундаменту району беруть участь антиформні та синформнi структури. До перших належать Iнгулецький вал, Саксаганський і Демуринський куполи, між якими розташована синформна Криворізька структура. У відповідності з сучасними уявленнями, вона являє собою моноклiналь, ускладнену шар’яжеподiбними насувами, іншими розривними порушеннями та складками вищих порядків (Я.Н.Бєлєвцев и др., 1958; Н.П.Семененко та ін., 1959; Я.Н.Бєлєвцев та ін., 1962; Г.І.Каляєв, Є.В.Глеваський, Г.Х.Дімітров, 1984), що зумовило її сучасний загальний блоково-лускуватий вигляд. В будові структури беруть участь сім блоків вищих порядків, обмежених розривними порушеннями мантiйно-корового та корового закладення: Схiдно-Ганiвський, Первомайський, Саксаганський, Новокриворiзький, Основний, Катерининський і Лихманiвсько-Тарапакiвський. Особливості історії їх формування обумовили різний прояв у їх межах натрієвого метасоматозу.

У розділі 2 „Вихідний матеріал і методика досліджень” зазначається , що основою для написання дисертаційної роботи були одержані з 1996 по 2004 р. результати власних мінералогічних і мінералого-технологічних досліджень автора, а також дані з літературних (понад 200 найменувань) джерел. Вивчались егіринові метасоматити практично всіх залізорудних родовищ Криворізького басейну, в продуктивних товщах яких проявлений натрієвий метасоматоз: Первомайського, Ганнівського, Глеєватського, Інгулецького, Петровського. Польові дослідження включали: 1) геологічні маршрути по гірничих виробках рудодобувних кар’єрів Північного, Центрального і Інгулецького гірничозбагачувальних комбінатів загальною довжиною 120 пог. км; 2) вивчення 58 метасоматичних тіл; 3) відбір 157 мінералогічних проб масою до 10 кг, з матеріалу яких були виготовлені понад 450 прозорих і полірованих шліфів, досліджених з використанням петрографічних і мінераграфічних методів; крім того були вивчені 593 шліфи з фондів Криворізького технічного університету, Криворізької комплексної геологічної партії, Північно-Криворізької геологорозвідувальної партії. За даними макро- і мікроморфологічних досліджень були зроблені 215 визначень показників морфології індивідів і агрегатів егірину. Були виділені понад 60 мономінеральних фракцій егірину, для яких були проведені 28 напівкількісних спектральних аналізів, 48 повних силікатних аналізів, 22 аналізи вмісту рідкісних елементів-домішок методом рентгеноспектрального флуоресцентного аналізу, а також 7 визначень мінерального складу продуктів вторинних змін егірину методом рентгеноструктурного фазового аналізу. У фондах Північного ГЗКу і КТУ були зібрані результати 50 мінералого-технологічних експериментів по встановленню впливу процесу егіринізації на збагачуваність бідних магнетитових руд, а також дані 27 визначень вмісту рідкісних і розсіяних елементів у складі егірину і егіринових метасоматитов методом рентгеноспектрально-флуоресцентного аналізу. Всі дослідження виконувались за стандартними або адаптованими методиками у лабораторіях Криворізького технічного університету, Інститутів експериментальної мінералогії і фізики твердого тіла Російської АН, Північного ГЗКу, ДП “Центрукргеологія”, Інспекції “ДІЯПруда”, Криворізької комплексної геологічної партії.

Розділ 3 „Локалізація егірину“ містить в узагальненому вигляді результати робіт попередніх дослідників (Н.И.Свитальский и др., 1932; Н.А.Елесеев и др., 1961; В.Г.Кушев, 1972; А.И.Стрыгин, 1959, 1960; В.Д.Евтехов, 1992) і дані власних топомінералогічних спостережень автора дисертації для геологічних об’єктів двох рівнів: 1) тіл егірин-вмісних натрієвих метасоматитів у товщі залізисто-кременистої формації; 2) зон егіринизації у межах метасоматичних тіл. Зазначається, що локалізацію егірин-вмісних натрієвих метасоматів контролюють три основних групи факторів: 1) геологічні, 2) мінералогічні, 3) фізико-хімічні. Дані раніше виконаних досліджень, а також результати спостережень автора дисертації на прикладі понад 50 метасоматичних тіл у техногенних відслоненнях гірничих виробок діючих кар’єрів показали, що спільним для всіх факторів загальним результатом їх дії є приуроченість метасоматичних тіл до центральних частин залізистих горизонтів, у розрізах яких найбільш повно проявлена аутигенно-метаморфогенна мінералогічна зональність, тобто центральні частин яких складені гематит-магнетитовими і магнетитовими кварцитами. Наголошується, що максимальне поширення егірин-вмісних натрієвих метасоматитів властиве для родовищ, залізисті породи яких метаморфізовані в умовах епідот-амфіболітової фації. У розрізах родовищ з більш низькими або більш високими термодинамічними показниками динамотермального метаморфізму поширення натрієвих метасоматитів помітно менше (рис. 1).

В межах усіх досліджених метасоматичних тіл егіринові зони займають центральне положення. Це обумовлено тим, що, як показали результати термодинамічних розрахунків і експериментального моделювання метасоматичного процесу (В.Д.Евтехов и др., 1988), утворення егірину відбувалось при максимальних значеннях температури метасоматизуючих розчинів, активності в них натрію і фугітивності кисню. У переважній більшості досліджених автором дисертації метасоматичних тіл зони егіринізації просторово тяжіють до тріщин, зон брекчіювання або зім’яття залізистих кварцитів, які відігравали роль каналів міграції метасоматизуючих розчинів. Для більшості метасоматичних тіл властива зональність. У напрямку від зон егіринізації до незмінених залізистих кварцитів спостерігається такий порядок зміни мінеральних зон: рибекитізації обкварцування карбонатизації незмінені залізисті кварцити. Форма егіринових зон жило-, лінзоподібна, потужність коливається від декількох сантиметрів до 100-200 м, довжина – від 1-2 до 500-700 м, положення їх по відношенню до вміщуючи товщ згідне або січне.

У розділі 4 „Типоморфні ознаки егірину” викладені результати вивчення морфології кристалів і агрегатів егірину, його хімічного складу і фізичних властивостей, які можуть бути використані як його типоморфні ознаки.

Підрозділ 4.1. „Морфологія егірину” містить відомості про морфологічну неоднорідність егірину. Детально досліджені два відомих (Н.А.Елисеев и др., 1961; В.Д.Евтехов, 1992) морфологічних різновиди егірину – крупнокристалічний і прихованокристалічний. Спостереження автора дисертації показали, що у розрізах залізистих горизонтів Криворізького басейну спостерігається закономірна зміна ступеню кристалічності індивідів егірину: для центральних частин залізистих горизонтів більш характерний крупнокристалічний егірин, для периферійних – його прихованокристалічний різновид, у проміжних частинах переважають перехідні форми. Морфологічна різноманітність індивідів і агрегатів крупнокристалічного егірину обумовлена комбінацією низки факторів (текстура первинної породи, її мінеральний склад, інтенсивність метасоматичного заміщення та ін.). Текстура первинних залізистих кварцитів (шаруватість, складчастість, тріщинуватість, брекчійованість) суттєво впливала на орієнтацію кристалів, їх розмір, видовженість тощо. Ступінь кристалічності мінералу залежала також від кількісного співвідношення у складі первинних залізистих кварцитів гематиту і силікатів (переважно, кумінгтоніту). Зі зменшенням кількості першого і збільшенням других у загальному випадку спостерігається зменшення розміру кристалів егірину, зростає показник їх видовженості. Прихованокристалічний егірин представлений фарфороподібним агрегатом зеленого, темнозеленого, бурого кольору. Цей різновид егірину оптично аморфний, але рентгеноструктурний аналіз підтверджує його кристалічну будову. Агрегати прихованокристалічного егірину складені індивідами розміром до 0,001 мм, для них характерні прояви процесу перекристалізації, головним чином, внаслідок локального впливу на прихованокристалічні егіринові метасоматити постметасоматичних флюїдів. Це підтверджується тісним зв’язком зон перекристалізації прихованокристалічного егірину з ділянками поширення епіметасоматичних жил карбонатів, кварцу, рибекіту.

Стадійність процесу була наступною: 1) утворення у прихованокристалічнії матриці окремих голчастих кристалів (довжиною до 0,1 мм) або їх віялоподібних агрегатів; 2) формування тичкуватих кристалів (довжина до 0,3 мм), які часто утворюють радіально-променисті агрегати; 3) появлення крупних (довжина 0,5-1,0 і більше мм) стовпчастих кристалів, звичайно по-різному орієнтованих в об’ємі породи (рис. 2).

Таким чином, морфологія егірину визначалась мінеральним складом і будовою первинних залізистих кварцитів, динамікою метасоматичного мінералоутворення і характером епіметасоматичної перекристалізації індивідів і агрегатів егірину.

У підрозділі 4.2. „Особливості хімічного складу егірину” розглядаються особливості нестехіометрії егірину, наявність у його складі від 1 до 18% діопсидового, авгітового, жадеїтового, геденбергітового та інших міналів. Кількість хімічних компонентів-домішок, які обумовлюють ізовалентне і гетеровалентне заміщення відповідними іонами катіонів Na+ і Fe3+ у кристалічній гратці егірину, коливається у таких межах: TiO2 0,00-0,022 мас.%, Al2O3 0,05-1,36%, FeO 0,39-1,61%, MnO 0,000-0,064%, MgO 0,08-1,14%. Статистичний аналіз отриманих даних показав, що між значеннями вмісту мінералоутворюючих хімічних компонентів егірину всіх досліджених родовищ (Fe2O3 і Na2O) існує значний позитивний кореляційний зв’язок (r = 0,689). Кореляційний зв’язок кожного з них з іншими хімічними компонентами, до яких відносяться ізоморфні (TiO2, Al2O3, FeO, MnO, MgO, CaO) і механічні (K2O, P2O5, CO2, S, HO+, HO-) домішки, стійкий негативний, значення коефіцієнтів парної кореляції в переважній більшості близьке до -0,700. Всередині груп хімічних компонентів – ізоморфних і механічних домішок спостерігаються значний позитивний зв’язок між значеннями їх вмісту (r = від 0,655 до 0,973). Результати факторного аналізу підтверджують ці дані: на факторних діаграмах фіксуються два поля поширення фігуративних точок хімічних компонентів. У межах одного – точки мінералоутворюючих катіонів, другого – всіх зазначених вище компонентів-домішок. Фігуративна точка кремнезему займає проміжне положення. Результати напівкількісного спектрального аналізу матеріалу мономінеральних фракцій егірину свідчать про наявність у його складі рідкісних, розсіяних і кольорових металів. Статистична обробка одержаних даних дозволила поділити їх на три групи (Cr, V, Ti), (Cu, C, Zr) і (Sn, La, Li, Yb). Всередині кожної значення вмісту компонентів мають позитивний кореляційний зв’язок, значення коефіцієнту парної кореляції r коливається від 0,521 до 0,873). Аналізуючи дані про хімічний склад егірину, автор дійшов висновку, що основним фактором, який його визначав, був мінеральний склад первинних залізистих кварцитів. Найбільш близьким до стехіометричного є хімічний склад егірину, утвореного за рахунок гематит-магнетитових кварцитів (середній вміст акмітового міналу складає 96,6 мол.%). Для егірину, утвореного за рахунок залізистих кварцитів іншого складу, цей показник становить: магнетитові кварцити – 96,0%, кумінгтоніт-магнетитові – 91,3%, магнетит-кумінгтонітові кварцитосланці – 85,0%, брекчії змішаного складу (залізисті кварцити + сланці) – 82,0%. Таким чином, з переходом від центральних частин залізистих горизонтів до їх периферії, хімічний склад егірину віддаляється від стехіометричного.

Підрозділ 4.3. „Фізичні властивості егірину” містить відомості про варіативність оптичних властивостей і густини егірину. Показано, що значення фізичних параметрів мають тісний звязок з показниками хімічного складу егірину. У загальному випадку збільшення вмісту ізоморфних домішок має наслідком зменшення значень показника заломлення Ng егірину від 1,833 (первинні породи – гематит-магнетитові кварцити) до 1,827 (первинні породи – магнетит-кумінгтонітові кварцитосланці), показника Np (відповідно) від 1,774 до 1,770, двозаломлення Ng-Np – від 0,060 до 0,057, кута cNp – від 7,0 до 5,6 і збільшення величини кута -2V – від 64,0 до 66,5. Густина егірину в цьому ж напрямку зменшується від 3620 до 3567 кг/м3. Тобто, у розрізі залізистого горизонту спостерігається закономірна зміна досліджених фізичних показників егірину в залежності від мінерального складу залізистих кварцитів, за рахунок яких формувались егіринові метасоматити.

У розділі 5 „Гіпогенні та гіпергенні перетворення егірину” розглянуті вторинні гіпогенні і гіпергенні зміни егірину. Перші проходили, головним чином, під впливом гідротермальних розчинів регресивної стадії натрієвого метасоматозу, другі – в умовах вивітрювання. Мінералогічне вивчення егіринових метасоматитів (Н.А.Елесеев и др., 1961; П.М.Каниболоцкий, 1946; В.Д.Евтехов, 1992) показало, що егірин зазнавав гіпогенного заміщення в різних термодинамічних умовах. Наслідком було утворення за його рахунок близько двадцяти мінералів: рибекіту, кварцу, магнетиту, гематиту, кальциту, доломіту, зрідка – апатиту, селадоніту, стильпломелану, палигорськиту, піриту та ін. Спостерігаються прояви фронтального, зонального, локального заміщення егірину, іноді фіксується утворення псевдоморфоз – звичайно полімінеральних, зрідка мономінеральних. Процес гіпергенного перетворення егірину досліджувався на прикладі у різній мірі вивітрених егіринових метасоматитів Глеєватського, Первомайського, Ганнівського, Інгулецького родовищ Кривбасу. Використовувались оптичні і рентгеноструктурні методи досліджень. Результати перших показали, що вивітрювання крупнокристалічного егірину починається з периферії його кристалів, потім продукти вивітрювання з’являються у тріщинах спайності. Кінцевим продуктом гіпергенних змін мінералу є утворення прихованокристалічних агрегатів кварцу і оксидів (дисперсний гематит) або гідроксидів заліза (дисперсний гетит). Результати рентгеноструктурного аналізу виявили наявність у продуктах вивітрювання проміжних мінеральних фаз, які мають шарувату структуру кристалічної гратки. Аналізуючи ці данні, автор дійшов висновку, що процес гіпергенних перетворень егірину має певну черговість. На початковій стадії за рахунок егірину утворюються шаруваті силікати (високозалізісті відміни стильпномелану, або, можливо, залізистого різновиду парагоніту). На наступній стадії у зв’язку з подальшим виносом натрію утворюються залізистий хлорит, також не стійкий в умовах вивітрювання. Кінцевим продуктом змін егірину є кварц, халцедон (зрідка опал), гематит, лепідокрокіт, гетит.

Розділ 6 „Прикладна мінералогія егірину” присвячений висвітленню прикладних аспектів вивчення егіринових метасоматитів. Розглянуті два аспекти: 1) вплив процесу егіринизації на технологічні показники бідних залізних руд, які потребують збагачення; 2) залежність вмісту рідкісних і розсіяних металів від особливостей формування і вторинних змін егірину і егіринових метасоматитів.

У підрозділі 6.1. „Вплив натрієвого метасоматозу на технологічні властивості бідних залізних руд” викладені результати мінералогічного дослідження і мінералого-технологічних експериментів по визначенню показників збагачення первинних залізистих кварцитів, а також у різній мірі егіринізованих їх різновидів. У якості первинних порід були обрані дві відміни залізистих кварцитів – гематит-магнетитові і магнетитові. В узагальненому вигляді результати експериментів показані на рис. 3.

Як видно, підвищення інтенсивності метасоматичної егіринізації має наслідком суттєве погіршення якості залізорудного концентрату (?), який був одержаний після експериментів. Тенденції зміни значень ? в залежності від інтенсивності метасоматозу є однаковими для обох різновидів первинних залізистих кварцитів. Поясненням можуть бути суттєві зміни текстури і структури залізистих кварцитів у процесі їх егіринізації. Відбувалось заміщення егірином кварцу, магнетиту, гематиту, внаслідок чого помітно зменшувався розмір індивідів і агрегатів магнетиту, ускладнювались поверхні зростань рудних і нерудних мінералів. Результатом є значне зменшення показника розкриття магнетиту при подрібненні руди, утворення великої кількості напіврудних (магнетит + егірин) зростків і, як наслідок, – зниження якості концентрату, зменшення виходу концентрату і підвищення вмісту магнетиту у відходах збагачення (“хвостах”).

У підрозділі 6.2. „Егіринові метасоматити як комплексні рідкіснометальні руди” на прикладі Первомайського родовища егіриніти розглянуті як комплексні скандій-ванадій-залізні руди. Показано, що зони промислових концентрацій рідкісних металів локалізуються у межах п'ятого і шостого залізистих горизонтів. Генетично і просторово вони пов'язані з тілами егіринових, значно меншою мірою рибекітових метасоматитів. Дослідження автора підтвердили висновок В.Д.Євтєхова і В.М.Харитонова (1999), що найбільш високі середні значення вмісту цих металів фіксуються у тілах егіринових метасоматитів (г/т): Sc – 251,3; V – 297,5; Y – 85,4; Zr – 301,0. Їх вміст у рибекітових метасоматитах значно нижчий: Sc – 53,3; V – 102,0; Y – 66,7; Zr – 22,2. Головним мінералом концентратором скандію, ванадію, ітрію є егірин. Вище було зазначено, що мінерал представлений двома основними морфологічними відмінами – прихованокристалічною і крупнокристалічною. Вміст рідкісних і розсіяних металів у них суттєво відрізняється: для першої відміни середній вміст скандію складає 338 г/т, для другої – 103 г/т. Вище також зазначалось, що для прихованокристалічного егірину властиві процеси перекристалізації, які супроводжуються збільшенням розміру індивідів. За даними В.М. Харитонова (1997, 1998), цей процес супроводжується зниженням вмісту скандію: у прихованокристалічному егірині це показник становить 440,21 г/т, у початкових продуктах перекристалізації егірину – 284,05 г/т, у призматичних кристалах мінералу – 105,21 г/т. Ще більш помітний виніс рідкісних металів з кристалічної гратки егірину спостерігається у процесі його вторинних змін. Гіпогенні (рибекітизація, карбонатизація, обкварцування) і гіпергенні (заміщення егірину кварцом і дисперсними різновидами гетиту або гематиту) перетворення егірину спричиняють зменшення вмісту скандію, ванадію і ітрію у 3-5 разів уже на їх початкових стадіях. У кінцевих продуктах перетворень названі метали містяться у кількості, яка межує з точністю їх кількісного визначення.

висновки

В залізисто-кременистій формації Криворізького басейну, як і в інших аналогічних утвореннях планети, досить поширені натрієві метасоматити. Їх мінеральний склад був обумовлений складом первинних залізистих кварцитів. Продуктом найбільш інтенсивного процесу натрієвого метасоматозу є егіринові метасоматити. Процес егіринізації супроводжувався заміщенням егірином гематиту, кварцу, меншою мірою магнетиту, а також перебудовою структури, текстури залізистих кварцитів, зміною характеру зростань магнетиту і нерудних мінералів. Наслідком є суттєва зміна технологічних показників метасоматично змінених залізистих кварцитів як бідних залізних руд. Окрім того, як показали роботи В.Д.Евтехова, О.К.Валєєва (1991), А.В.Тарханова та ін. (1991), В.М.Харитонова (1999), егірин із натрієвих метасоматитів Північного району Криворізького залізорудного басейну містять промислові концентрації скандію, ванадію, ітрію. Це обумовило необхідність детального дослідження морфологічних, хімічних, фізичних типоморфних ознак егірину, а також особливостей локалізації тіл егіринових метасоматитів. Одержані автором дані дозволяють зробити наступні висновки.

1. Основними факторами, які визначали локалізацію егіринових метасоматитів у товщах залізистих горизонтів, були тектонічний, стратиграфічний, метаморфічний, мінералогічний, фізико-хімічний. Їх спільний вплив обумовив переважне положення тіл егіринових метасоматитів у центральних частинах залізистих горизонтів.

2. Виділяються дві основні морфологічні відміни егірину: прихованокристалічний і крупнокристалічний. Перша утворювалась, переважно, за рахунок силікат-магнетитових кварцитів, магнетит-силікатних кварцитосланців і брекчій змішаного складу з периферійних зон залізистих горизонтів. Друга – за рахунок гематит-магнетитових, магнетитових кварцитів з центральних частин залізистих горизонтів. В ході епігенетичних перетворень прихованокристалічний егірин часто зазнавав перекристалізації. Відбувалось збільшення розміру його індивідів і агрегатів з утворенням голчастих, тичкуватих, короткостовбчатих кристалів і радіальнопроменистих агрегатів егірину у масі прихованокристалічного агрегату.

3. Хімічний склад егірину визначався, головним чином, складом вихідних порід за рахунок яких він утворювався. По гематит-магнетитових і магнетитових кварцитах формувався егірин, склад якого близький до стехіометричного. Для егірину, який утворився за рахунок силікат-магнетитових кварцитів і магнетит-силікатних кварцитосланців периферійних зон залізистих горизонтів і брекчії змішаного складу, характерним є підвищений вміст (до 20 мол.%) діопсидового, гіперстенового, жадеїтового та інших міналів. Для обох морфологічних різновидів егірину властиве збільшення вмісту ізоморфних домішок зі збільшенням вмісту силікатів у первинних породах. Мінералоутворюючі і другорядні компоненти егірину поділяються на принесені метасоматизуючими розчинами (Na, Sc, V), запозичені з первинних порід (Si, Fe2+, Fe3+, Mn), а також такі, що мають подвійну природу (Al, Ti, Mg).

4. Мінливість хімічного складу визначає варіативність фізичних властивостей егірину. Загальною закономірністю є зменшення значень показників заломлення, двозаломленя, кутів cNp і густини, а також збільшення кута -2V з підвищенням вмісту ізоморфних домішок у складі егірину обох морфологічних різновидів.

5. Епігенетичні зміни егірину відбувались у гіпогенних і гіпергенних умовах. У першому випадку в залежності від хімічного складу, температури та інших параметрів епігенетичних розчинів відбувалось заміщення (іноді з утворенням псевдоморфоз) егірину рібекітом, селеданітом, гідрослюдами, карбонатом, кварцом, магнетитом, залізною слюдкою. В гіпергенних умовах спостерігається стадійне заміщення егірину спочатку гідрослюдою, а потім агрегатом кварцу і дисперсного гетиту.

6. Егіринізація залізистих кварцитів супроводжувалась суттєвими змінами текстури і структури залізистих порід, морфології індивідів і агрегатів магнетиту, характеру їх зростань з індивідами нерудних мінералів. Це суттєво вплинуло на технологічні показники егіринових метасоматитів як бідних залізних руд. Загальною закономірністю є зменшення вмісту заліза у магнетитовому концентраті від 67,0-67,5 мас.% (незмінені гематит-магнетитові і магнетитові кварцити) до 64,0-64,5 мас.% (егіринові метасоматити).

7. Якість егіринових метасоматитів як рідкіснометальних руд залежить від ступеню нестехіометричності складу егірину. З підвищенням вмісту ізоморфних домішок у складі егірину зростає вміст Sc, V, Y, TR та інших металів. Епігенетичні прояви (альпійський процес, гіпогенні і гіпергенні заміщення егірину) супроводжувались виносом рідкісних і розсіяних елементів з його кристалічної гратки.

Отримані дані можуть бути рекомендовані для використання при геологічному і мінералого-технологічному картуванні бідних залізних і рідкіснометальних руд, при переоцінці залізорудних родовищ Кривбасу як комплексних. Селективний видобуток і збагачення егіринових метасоматитів дозволить покращити якість залізорудного концентрату гірничозбагачувальних комбінатів і отримати з хвостів збагачення егіринових метасоматитів скандій-вмісний концентрат. Більш повне використання природного потенціалу метасоматично змінених залізних руд буде сприяти підвищенню ступеню утилізації видобутої з надр мінеральної маси, вирішенню низки екологічних та економічних і соціальних проблем регіону.

список робіт, опублікованих за темою дисертації

1. Евтехов В.Д, Мядзель В.В., Евтехов Е.В. Вариации химического состава эгирина железисто-кремнистой формаций Украинского щита и Курской магнитной аномалии // Современные проблемы геологии и минералогии железисто-кремнистой формаций и их обрамлений. Материалы Региональной научной конференции. Кривой Рог, 11-12 апреля 1996 г.– Кривой Рог: Контакт, 1996.– С. 19-20.

2. Евтехов В.Д., Мядзель В.В., Харитонов В.М. Морфологічні відміни егірину