Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Геология и минералого-технологические особенности окисленных марганцевых руд Сунгайского и Селезеньского месторождений

ВАК РФ 25.00.11, Геология, поиски и разведка твердых полезных ископаемых, минерагения

Автореферат диссертации по теме "Геология и минералого-технологические особенности окисленных марганцевых руд Сунгайского и Селезеньского месторождений"

005534875

На правах рукописи УДК 550.8 + 553.2: 553.32 (571.17)+(043.3)

Астахова Юлия Михайловна

ГЕОЛОГИЯ И МИНЕРАЛОГО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ОКИСЛЕННЫХ МАРГАНЦЕВЫХ РУД СУНГАЙСКОГО И СЕЛЕЗЕНЬСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЙ (КЕМЕРОВСКАЯ ОБЛАСТЬ)

Специальность 25.00.11 - Геология, поиск и разведка твердых полезных ископаемых, минерагения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

17 ОКТ 2013

Москва-2013

005534875

Работа выполнена на кафедре месторождений полезных ископаемых и их разведки им. В.М.Крейтера Российского университета дружбы народов (РУДН) и в Федеральном государственном унитарном предприятии «Всероссийский научно-исследовательский институт минерального сырья им. Н.М.Федоровского» (ФГУП «ВИМС»)

Научный руководитель: доктор геолого-минералогических наук Ожогина Елена Германовна заведующая отделом ФГУП «ВИМС»

доктор геолого-минералогических наук

Дьяконов Виктор Васильевич

заведующий кафедрой МПИ и их разведки РУДН

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук,

профессор Школьник Эмиль Львович ведущий научный сотрудник ДВГИ ДВО РАН

кандидат геолого-минералогических наук

Карпузов Александр Федорович

ведущий научный сотрудник ФГУП «ЦНИГРИ»

Ведущая организация: Российский государственный геологоразведочный университет им. С.Орджоникидзе (МГРИ-РГГРУ)

Защита состоится 2013 года в часов в ауд. 440 (5-й этаж)

на заседании диссертационного совета Д-212.203.25 при Российском университете дружбы народов по адресу: Москва, ул. Орджоникидзе, д. 3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РУДН по адресу: 117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая, д.6.

Автореферат разослан «У » 2013 года.

Ученый секретарь диссертационного совета

Е.В.Карелина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Отсутствие в стране высококачественных марганцевых руд и как следствие - зависимость отечественной металлургии от импорта марганцевых концентратов, привело к необходимости вовлечения в промышленную переработки низкокачественных труднообогатимых руд, отличающихся сложными составом и строением. Добыча и обогащение таких руд требуют разработки инновационных технологических решений, которые могут базироваться только на полной и всесторонней информации об их вещественном составе и технологических свойствах, которые, в свою очередь, определяются генезисом объектов.

Балансовые запасы марганцевых руд России насчитывают 231,2 млн т, из них разведанные (категорий А+В+СО - 137,5 млн т, или 2,7% мировых запасов. Имеются и перспективы расширения минерально-сырьевой базы - прогнозные ресурсы марганцевых руд Российской Федерации значительны, они составляют 1120,2 млн т, что позволяет стране входить в десятку ведущих стран-ресурсодержателей. Основная часть прогнозных ресурсов и запасов марганцевых руд сосредоточена в Сибирском регионе. (www.mineral.ru/Facts/russia/147/408/07_шn.pdf). Здесь расположены крупнейшие месторождения марганца - Усинское и Порожинское. На юге Сибири, в Красноярском крае, Кемеровской и Иркутской областях находятся месторождения марганцевых и железомарганцевых руд, не учтенных балансом из-за их низкого качества. К числу таких объектов относятся Селезеньское и Сунгайское месторождения окисленных марганцевых руд, расположенные в Кемеровской области.

Цель работы. Минералого-технологическая оценка окисленных марганцевых руд месторождений Сунгайское и Слезеньское.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: изучить геологическое строение месторождений, выявить особенности формирования и преобразования окисленных марганцевых руд Сунгайского и Селезеньского месторождений,

изучить текстурно-структурные особенности и минеральный состав

адаптировать существующий комплекс минералого-аналитических методов исследования марганцевых руд к рудам изучаемых месторождений,

выявить минералогические особенности окисленных марганцевых руд, влияющие на их качество, методами прикладной минералогии.

Фактический материал. Объектом диссертационного исследования являлись окисленные марганцевые руды Сунгайского и Селезеньского месторождений.

Непосредственный объект исследования - керн и каменный материал, отобранный из канав и бортов карьера во время полевых работ (150 образцов), технологические пробы марганцевых руд Селезеньского

РУД:

3

месторождения и минералого-технологические пробы руд Сунгайского месторождения.

В основе работы лежат результаты картирования месторождений, документация керна скважин и канав, выполненных в период полевых работ. Собран каменный материал, характеризующий текстурно-структурные особенности руд. В работе использованы фондовые материалы геологических отчетов, материалы по технико-экономическому обоснованию (ТЭО), а также проанализирован материал предшествующих исследований.

Автором изучено более 150 шлифов петрографическим и минераграфическим методами, проведен оптико-минералогический анализ более 100 дробленых проб исходной руды и продуктов обогащения с целью определения степени раскрытия марганцевых минералов, определены физические свойства минералов: удельная магнитная восприимчивость (д.г.-м.н. Раков Л.Т., ИГЕМ РАН), плотность, микротвердость. В работе использованы более 50 рентгенографических (Иоспа A.B., Шувалова Ю.Н., ФГУП «ВИМС»), 20 микрорентгеноспектральных (к.г.-м.н. Кононкова H.H., ГЕОХИ РАН, Никольский М.С., ИГЕМ РАН), 15 электронно-микроскопических (к.г.-м.н. Ожогин Д.О., ФГУП «ВИМС»), 20 рентгенотомографических (д.т.н. Якушина O.A., ФГУП «ВИМС»). Более 50 химических анализов руд и продуктов обогащения выполнено в аналитическом отделе ФГУП «ВИМС» и РУДН (к.г.-м.н. Абрамов В.Ю.).

Научная новизна

Доказано, что Селезеньское и Сунгайское месторождения окисленных марганцевых руд относятся к разным морфогенетическим типам. Выявлены минералогические особенности руд, обусловленные генезисом, влияющие на их качество и позволяющие прогнозировать технологии переработки.

Методы исследований

Анализ результатов геологического картирования месторождений, минералогическое исследование руд, научное обобщение геологических, данных.

Основной объем минералого-аналитических исследований выполнен в минералогическом отделе ФГУП «ВИМС» в соответствии с нормативно-методическими документами Научных советов по минералогическим и аналитическим методам исследования (НСОММИ и НСАМ). Были использованы следующие методы исследования вещественного состава.

Оптическая микроскопия (петрографический, минераграфический и оптико-минералогический) для изучения минерального состава и текстурно-структурных особенностей руд и вмещающих пород и определения степени раскрытия рудных минералов. Аппаратура: световые микроскопы Nikon Optihot-Pol, Olympus ВХ-51 (Япония), Leica DM RX (Германия), бинокулярные стереоскопические микроскопы МБС-1, МБС-9 (Россия).

Рентгенографический количественный фазовый анализ (РКФА) для количественной оценки содержания минералов в рудах. Аппаратура: рентгеновский дифрактометр X'Pert PRO (PANalytical, Голландия).

Аналитическая электронная микроскопия для выявления особенностей микростроения тонкодисперсных минеральных систем, идентификации микрофаз, определения реального состава и строения минералов. Аппаратура: растровый электронный микроскоп Tesla-301B (Словения), оснащенный рентгеновским спектрометром с дисперсией по энергии, просвечивающие электронные микроскопы Tesla -540В (Словения), Tecnai 12В (Голландия). Диагностика минеральных фаз осуществлялась микродифракционным методом.

Микрорентгеноспектральный аначиз (МРСА) для определения элементного состава минералов и особенностей распределения в них примесей по площади выделений. Аппаратура: электронно-зондовый анализатор JEOL JXA-8100 (Япония).

Рентгенотомографический анализ для определения особенностей срастания минералов и их гранулярного состава. Аппаратура: промышленный вычислительный рентгеновский микротомограф ВТ-50-1 Геотом (Россия).

Методы определения физических свойств минералов:

- микровдавливания для определения микротвердости минералов на полуавтоматическом микротвердометре ПМТ-ЗМ (JIOMO, Россия),

- объемометрический для измерения плотности минералов на микрообъемометрической установке с использованием ультрамикровесов «Сарториус» и барометрических капилляров,

- магнитометрии для измерения магнитной восприимчивости минералов и руд - утановка Kappabridge KLY-2.

Практическая ценность

Установлены основные морфогенетические типы руд месторождений, дополнены данные по их минеральному составу и текстурно-структурные особенностям, что позволило по новому оценить перспективы марганценостности районов.

Применительно к окисленным рудам Селензеньского и Сунгайского месторождений адаптирован комплекс минералого-аналитических методов исследования, позволивший получить необходимую и достаточную информацию об их вещественном составе. Выявлены минералогические особенности, определяющие качество окисленных марганцевых руд и позволяющие прогнозировать методы и способы их обогащения и качество ожидаемых продуктов. Информация о составе и строении руд, полученная при минералогическом изучении, использована при создании технологий их обогащения.

Защищаемые положения

1. На месторождениях Селезеньское и Сунгайское окисленные марганцевые руды представлены двумя морфогенетическими типами. На Селезеньском месторождении это обломочные, валунчатые и сажистые

руды, локализованные в продуктах переотложения кор выветривания карстовых структур, на Сунгайском месторождении - инфильтрационные и валунчатые руды, связанные с корами выветривания кремнистого состава.

2. Окисленные марганцевые руды Сунгайского месторождения характеризуются сочетанием колломорфных и коррозионных текстур, присутствием оксидов и гидроксидов марганца, образующих тесные срастания как между собой, так и с кварцем, близостью свойств рудных минералов, что определяет необходимость применения комбинированной технологии их переработки.

3. Окисленные железомарганцевые руды Селезеньского месторождения характеризуются совместным присутствием рудных минералов и агрегатов разной формы и размера, непостоянством минерального и химического состава по марганцу, железу и кремнезему, спецификой вмещающих пород и контрастностью физических свойств рудных и породообразующих минералов, что предопределяет высокую эффективность применения механических методов обогащения.

Апробация работы. Результаты исследований и основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на 7-ой и 8-ой научных молодежных школах «Проблемы освоения недр в XXI веке глазами молодых» (Москва, 2010, 2011 гг.), на IX Международной конференции "Новые идеи в науках о Земле (Москва, 2009), на международных совещаниях «Плаксинские чтения-2010,2011,2012» (Казань, 2010 г., Верхняя Пышма, 2011 г., Петрозаводск, 2012 г.), на научно-практических конференциях молодых ученых и специалистов «Актуальные проблемы геологического изучения недр и воспроизводства минерально-сырьевой базы твердых полезных ископаемых» (Москва, 2009, 2011, 2012), на VII Российском семинаре по технологической минералогии «Прогнозная оценка технологических свойств полезных ископаемых методами прикладной минералогии» (Москва, 2012).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 работ, в том числе две статьи в реферируемых журналах, входящих в перечень ВАК Минобрнауки РФ.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы (95 наименований). Общий объем работы 125 страниц, в том числе 40 рисунков и 16 таблиц. Во введении обоснована актуальность работы, обозначены цель и задачи, показаны научная новизна и практическая значимость проведенных исследований, сформулированы защищаемые положения. В первой главе приведены общие сведения о минерально-сырьевой базе марганца и некоторые аспекты технологической минералогии марганцевых руд. Во второй главе дана характеристика геологического строения Кузнецко-Салаирской горной области, в которой расположены месторождения, охарактеризованы геологическое строение и изученность месторождений, выявлены основные морфогенетические типы руд месторождений. Третья глава посвящена особенностям состава и строения руд Сунгайского

месторождения, определяющим технологию их переработки. В четвертой главе описаны текстурно-структурные характеристики и минеральный состав руд Селезеньского месторождения, позволяющие обогащать их механическими методами.

За постоянное внимание, помощь в проведении исследований и их обсуждение, решении организационных вопросов автор благодарит научных руководителей докторов геолого-минералогических наук Ожогину Е.Г и Дьяконова В.В. За неоценимую помощь в написании диссертационной работы, советы и поддержку автор глубоко признателен доктору геолого-минералогических наук, профессору Пирогову Б.И., кандидату географических наук Орловой Н.И. За помощь в проведении полевых работ автор выражает особую благодарность генеральному директору ЗСГУ кандидату геолого-минералогических наук Котельникову Е.И., главному геологу Курьяновичу В.Г., ведущему геологу Мызникову A.M. и всем сотрудникам ОАО «Шалымской ГРЭ». Автор выражает признательность и благодарность сотрудникам минералогического отдела ФГУП «ВИМС» за помощь при выполнении работы и за участие в обсуждении ее результатов: Шуваловой Ю.Н., Кривощекову H.H., Барнышевой Т.А., Иоспа A.B., кандидату геолого-минералогических наук Ожогину Д.О., доктору геолого-минералогических наук Якушиной O.A., а также сотрудникам РИС и непосредственно руководителю подразделения кандидату геолого-минералогических наук Беляевской Н.Г. Автор выражает искреннюю благодарность сотрудникам кафедры месторождений полезных ископаемых и их разведки им. В.М. Крейтера Университета Дружбы народов.

ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И ИХ ОБОСНОВАНИЕ

Первое защищаемое положение. На месторождениях Сунгайское и Селезеньское окисленные марганцевые руды представлены двумя морфогенетическими типами. На Сунгайском месторождении -инфильтрационные и валунчатые руды, связанные с корами выветривания кремнистого состава, на Селезеньском месторождении - обломочные, валунчатые и сажистые руды, локализованные в продуктах переотложения кор выветривания карстовых структур.

Сунгайское и Селезеньское, месторождения, приуроченные к Алтае-Саянской марганценосной провинции, территориально находятся в Кемеровской области.

Сунгайское месторождение обнаружено при геологосъемочных работах 1935-1936 гт. Большая часть проявлений выявлена в корах выветривания и представлена валунами и обломками сливных железомарганцевых руд, брекчий кварцитов с железомарганцевым и марганцевым цементом.

Сунгайское месторождение входит в Аламбайскую структурно-формационную зону Салаира (Аламбайский блок) Алтае-Саянской

складчатой области и расположено в центральной части Салаирского кряжа в 20 км к юго-востоку от ж. д. станции Тягун.

В геологическом строении месторождения принимают участие стратифицированные вулканогенно-осадочные образования сунгайской, аламбайской свит (Кассандров Э.Г., 2008) и формации кор выветривания, представленные, кварцитами, пестроцветными глинами, а также валунно-песчано-глинистыми породами переотложенных продуктов кор выветривания (рис. 1.).

Окисленные марганцевые руды находятся в зонах повышенной трещиноватости микрокварцитов кварцево-сланцевой пачки, образуя инфильтрационные прожилково-брекчиевидные руды с переходом к жильному кварцу (кварц в «залеченной» зоне разлома, интенсивно брекчированный жильный кварц, сцементированный оксидами и гидроксидами марганца). Также они приурочены к склонам, выполненным пестроцветными валунно-дресвяно-глинистыми осадками кор выветривания (валунчатые руды). Валунчатые руды сменяют по простиранию инфильтрационные руды. Руды образуют линзовидные тела. Общее содержание Мп в них составляет 10-15 %.

Селезеньское месторождение окисленных марганцевых руд, открытое Афанасьевым Г.Д. в 1934 г., находится в Горной Шории Бийско-Катуньской структурно-формационной зоны. Район имеет двухъярусное строение. Нижний ярус представлен отложениями фундамента - карбонатными и карбонатно-кремнисто-сланцевыми породами эсконгинской свиты венда-нижнего кембрия. Верхний ярус сложен образованиями кор выветривания (КВ) мел-палеогенового возраста и продуктами их переотложения средний палеоген-нижнечетвертичного возраста и верхнечетвертично-современными отложениями. Широко распространены коры выветривания (КВ) мел-палеогенового возраста и продуктами их ближнего переотложения. Коры выветривания послужили одним из основных источников гипергенной марганцевой минерализации, развитой в продуктах переотложения КВ, выполняющих в основном карстовые впадины (рис. 2.)

Месторождение находится в Бийском блоке Бийско-Катунской структурно-формационной зоны, которая характеризуется широким развитием сланцево-кремнисто-карбонатных отложений венда-нижнего кембрия.

Наиболее крупной структурой в пределах месторождения является Селезеньская антиклиналь, четко выраженная на правобережье р. Селезень. Из дизъюнктивных нарушений на месторождении отмечен разлом, отделяющий вулканогенно-осадочные образования манжерокской свиты от карбонатных отложений эсконгинской свиты и имеющий север-северо-восточное простирание, отмечаются также и другие разломы, образующие сложную систему локальных нарушений, сопровождающихся зонами дробления и рассланцевания (Яшин и др., 2009).

С нотифицированные образования (öc-i поры выветривания) -

«Л-

• V, •. V •

,}.ч -Г «kl... tc.-.-.-y ».=

f." . ■

....... :: ¿йвф,

:•:•.•:■Ъй&.Й^J Är:■:-:<iVT-:•: j :

ill Щ

iL - : •/

Л I** : > ;

civ' Ж

^ *j Q Четвертичная система. CoefC

I • — ipaBc.unw.

□ B.iyr

O.d-

l, галечники

ные ипюжешт - суглинки, формация. Угленосные алевролиты. реже

конгломераты, и

Внутренняя Malacca. Svjr - юрманская свита. .Алевролиты, песчаники. реже гравелиты, конгломераты

;вита. Алевролиты, песчаники. сланцы, горизонты гравелитов, конгломератов, О,el - ельцинская свита. Песчаники, алевролиты, п слоистые

Вулканогенная меласса. С,аг- арнничсвская свита Песчаники ритмично-слоистые, алевролиты, реже гравелиты, конгломераты, известняки, резко мет »андезиты крупнопорфнровые и нх туфы €jOi - орлиногорская свита. Метабазальты, метаандезито-базапьты, нх туфы, лавовые брекчии, тефронды. песчаники, алевролиты. гравелиты, швеспикн

□ cl Флншондная формация, бачатская с вша. Песчаники, алевролиты, реже гравелиты редко известняки, туфоконгломераты

ШТеррнгеило-карбонагная формация, анчешевская свита. Известняки, извес гняковые С,»» конгломераты. песчаники, алевролиты

0е'

субформация, печеркинекдя ci Метабазальты. метаандезнты, метадашпы и их туфы, тефроилы. алевролиты.

0е1|4Карбош

I субформация.п

L ИЗ»

. том числе глинистые, мергелистые, песчаники, алевролиты, горизонты мстаандезитов.

Ву.шаногонно-кароонашч-крт.мнистая формация

И Кремнис п>- мстабзззльтовая субформация, аламбайская свита. Метабазальты тояе-ч<^|Нтвые. их туфы, -завовые брекчии, opi «сланцы, кварцевые си.шцнгы. редко алевролиты, песчаники. 1гз8естияки. доломиты

Чсрносланцсвая субформацня, сунганская свита. Сланцы га S. углеродисто-кварцевые, углеродистые ci

аь

углсродисто-

Ин

с,

5алесовский комплекс: граниты, адамслиты(у), диориты (Л), гранит-порфиры (fit), диортовые цорфнркты (6х)

Каменский комплекс : диабазы (vß), диориты (S). олагногранкты (ру). диоритовые Л порфнрнты (¿it/.), силлы мстаандезитов (X)

Щ g }Салаирский комплекс, диабазы, габбро-диабазы, диабазовые порфнрнты (v5), ci I ' мегаандезнтов (X)

субвулканические тела метадашггов(£). а

: плагиограшгты. ашгаты <ру), плагнограиит-порфиры (рул).

(X), диоритов (6)

I €,Ь Бехтемнрский

Аламбайскнй • пироксеннты(и)

габбро пироксене вое (v). верлиты. клннопироксеииты(о) :ериен1иш1зированные дуниты(а), перидотиты! ио), орго-

Марганценосные горизонты : а - прослеженные: б - прогнозируемые

IH мощностей линейно-плошадпых кор выветривания вулканогенио-осадочных IЧ^ | (гпарослкшисго-гидрохлоркт-каоликктовый тип) и карбонатных (карстовые впадины) j ' пород

Предполагаемая марганцеворудная минерализованная зона

I - установленные, б - предполагаемые

ЕЗ

Гсилишчсскнс г pilTIIL.

Рис. 1. Схематическая геологическая карта Сунгайского месторождения (по материалам Э.Г. Кассандрова, Н.С. Лидина, H.H. Баженова и др. 2007) масштаб 1:50000

Условные обозначения

Четвертичная система Современный сплел. Аллювиальные обложения пойменной

ЭО[у [ террасы. Галечники. гравий. пески, суIпинки, ш

————| Современный огаел. Делювиальные отложения склонов. Глины, суглинки.

" Цу| глины с обломками кварцитов, кварца, сланисв. бурых железняков, -. марганцевых руд

р,(1 0Г/ Современный сидел. Пролювиальные и делювиальные отложения: суглинки, глины с обломками пород

[мрл]

1-1 I

Верхний палеоген - нижнечетвертичный отдел. Переотложенные продукты кор выветривания. Маршаллиты и валунно-щебенисто-песчаио-глннистые отложения с обломками кварцитов, кремнистых сланцев и жильного кварца, глинистых сланцев, бурых железняков, марганцевых рул: кирпнчно-красные, черамотые глнны Вснл.к(.мбр11П Эсконгннская свита. Верхняя подемгта. Сланцы глинистые. ; ил., глинисто-кремнистые, хлоритовые. хлорит-актшюлншвые но ' 5!??! вулканогенным породам, известняки, кварциты массивные и брекчиро ванные (рудные брек<1нн)

Г" '"Г.......1 Эсконпшская свита. Нижняя нодсвита. Известняки ссрыс,

У-О-бЭ] темно-серые до черных. массивные и слоистые, прослои склнцилитов

ВКнсгальский комплекс. Дайки диоритовых порфнрнтов (¿р), диабазов н диабазовых порфнрнтов (Ьр)

Переотложенные продукты коры выветривания:

0 _... Маршаллиты уплотненные, часто с "псевдоорскчнсвон" текстурой.

» Д иногда слоистые

Маршаллиты : I- омарганцованные в массе породы или в виде пятен, шезд и по трещинам; 2 - ожелезнениые

д Щебенисго-песчано-г.тшшстые отложения с обломками кварцитов, д .» л кремнистых сланцев, жильного кварца.

* . ~.Валуни0-1небенис10-несчан0-п1ииистые от.нгження, час га

<£?псстроцве-тные. В обломках сланцы выветрелые до состояния

глины, редко жильный кварц. Сланцы глинистые, глнннсго-креминетые, хлорит-актнно.нповые по вулканогенным породам Сланцы углеродисто-кремнистые, кремнистые I . Метасомптическне кварциты коры выветривания 2. "Рудные '* кварцнтовые брекчнии инфнльтраиионного типа Глины, суглинки с обломками пород, с преобладанием кварцитов

• | • || Известняки Коры выветривания

. Между рашоночрпстмымн геологическими нбракииинями 2.Мся подразделениями. Л. Предполагаемые между ра иювочрасгнымн геологическими Рудные тела валунчатых

образованиями пол четвертичными отложеииямн и продуктами иерсотложення кор Проекция рудных тел валунчатых марганцевых руз

выветривания марганцевых руд на дневную вьшдощяе на даевяую

Разрывные нарушения поверхность гас С.-КХ поверхность

«мо нол четвертичными обложениями и продуктами нстрипаипя

Рис. 2. Схематическая геологическая карта Селезеиьского месторождения (по материалам В.Д.Яшина и др., 2005, 2009, гг.) м-ба 1:10 000

Особенности геолого-структурной позиции Селезеньского месторождения и типы проявления марганцевых руд приведены в сравнении с Сунгайским месторождением в таблице 1.

Таким образом, различия в геолого-структурной позиции месторождений марганцевых руд обусловлены характером и закономерностями приуроченности их к различным корам выветривания (на Сунгайском месторождении это кремнистые коры выветривания мел-палеогенового возраста, развиты по терригенно-вулканогенно-карбонатным толщам венда-нижнего кембрия, на Селезеньском - коры выветривания сформированы в основном по сланцам разного состава, эффузивно-осадочным образованиям и породам дайкового комплекса), составом вмещающих пород. Это предопределило основные закономерности в типизации, вещественном составе и строении руд данных месторождений, что отражено в таблице 1.

Приуроченность руд Сунгайского и Селезеньского месторождений к корам выветривания, их морфогенетические типы определяют особенности состава и строения руд и в дальнейшем могут быть использованы для геолого-технологического картирования, прогнозной минералого-технологической оценки руд аналогичных объектов.

Второе защищаемое положение. Окисленные марганцевые руды Сунгайского месторождения характеризуются сочетанием колломорфных и коррозионных текстур, присутствием оксидов и гидроксидов марганца, образующих тесные срастания как между собой, так и с кварцем, близостью свойств рудных минералов, что определяет необходимость применения комбинированной технологии их переработки.

Марганцевые руды Сунгайского месторождения представлены двумя типами, различающимися минеральным составом и текстурно-структурными особенностями: валунчатым и инфильтрационным.

Валунчатые руды сформированы почко- и гроздевидными агрегатами, имеют массивную, колломорфную, почковидную реже пятнистую текстуры (рис. За). Для них типично развитие вторичных коррозионных текстур: каемчатых, фонарных, сетчатых (рис. 36). Инфильтрационные руды - по существу брекчии и кварциты с неравномерной рудной минерализацией, что определяет их пятнистую и брекчиевидную текстуры (рис. 4). Марганцевые агрегаты, как правило, пористые и кавернозные. Структура руд и рудных агрегатов скрытокристаллическая, метаколлоидная.

Марганцевые руды отличаются переменным химическим составом, содержание марганца в них изменяется от 11,25 до 33,46%, иногда в значительном количестве присутствует железо (до 20,5%). Содержание кремнезема варьирует от 16 до 52,18 % в зависимости от типа руды. На долю Р205 приходится 0,15-0,35%.

Таблица 1

Геолого-структурные особенности марганцевых руд Сунгайского и Селезеньского месторождений

Сунгайское месторождение | Селезеньское месторождение

ГЕОЛОГО-СТРУКТУРНАЯ ПОЗИЦИЯ ОРУДЕНЕНИИ

Рудные зоны с инфильтрационным прожилково-брекчиевым марганцевым оруденением в кварцитах приурочены к кремнистым корам выветривания, развитым по терригенно-вулканогенно карбонатным толщам. Окисленные марганцевые руды находятся в зонах повышенной трещиноватости микрокварцитов кварцево-сланцевой пачки, образуя инфильтрационные прожилково-брекчиевые (или прожилково-брекчиевидные) с переходом к жильному кварцу - кварц - к запеченной зоне разлома, интенсивно брекчированному жильному кварцу, сцементированному оксидами и гидроксидами марганца, а также к пологим склонам, сформированным пестроцветными валунно-дресвяно-глинистыми осадками кор выветривания (валунчатые руды). Валунчатые сменяют по простиранию инфильтрационные руды. Марганцевое оруденение локализовано в продуктах переотложения кор выветривания, сформированных по сланцам разного состава, эффузивно осадочным образованиям и породам дайкового комплекса. Все рудные тела приурочены к осадочным образованиям, выполняющим без видимой закономерности карстовую (впадина сложного строения) воронку. Руды образуют линзовидные, пластовые, гнездовидные тела как среди пестроцветных отложений смешанного состава, так и в маршалитах. Наиболее крупные тела приурочены к центральной части карстовой впадины.

ТИПЫ РУД

1. Окисленные инфильтрационные марганцевые руды в кварцитах корового типа. 2. Валунчатые руды в рыхлых отложениях -в продуктах переотложения КВ. 1. Землистые и порошковатые марганцевые и железо-марганцевые руды представляющие рыхлый материал полиминерального состава, в котором в переменном количестве присутствуют плотные валунчатые руды. На отдельных гипсометрических уровнях выделяются участки практически сливных руд с натечными и почковидными образованиями. 2. Сажистые руды представлены маршаллитами, отличающимися неравномерной пропиткой марганцем с обломками руд при переменном содержании глинистых минералов. К этому типу также относятся кремнистые породы, содержащие до 30 % (иногда более) рудных минералов.

Общее содержание Мп в рудах составляет 10-15% Общее содержание Мп в рудах составляет 8-19%

По минеральному составу окисленные руды относятся к гидрогетит-псиломелановому типу. Главными рудными минералами являются минералы группы псиломелана, пиролюзит и гидрогетит, в подчиненном количестве присутствуют бернессит, тодорокит, вернадит, иногда якобсит. Главный породообразующий минерал - кварц, второстепенные -глинистые минералы (каолинит и гидрослюда).

Минералы группы псиломелана представлены псиломеланом (романешитом), криптомеланом и в подчиненном количестве -литиофоритом, присутствующими в тесной ассоциации и надежно идентифицируемыми только рентгенографическим анализом. Как правило, эти минералы являются преобладающими в рудных почковидных и колломорфных агрегатах, реже они выполняют прожилки в обломках кремнистых пород. В брекчиях псиломелан в ассоциации с пиролюзитом, вернадитом и тодорокитом выполняет роль цемента базального и порово-базального типов, который имеет преимущественно скрытокристаллическую структуру.

Электронно-микроскопическими исследованиями установлено таблитчатое, призматическое микростроение псиломелана. Агрегаты тонкокристаллического псиломелана присутствуют в виде гнезд в скрытокристаллическом материале, представленном тесно ассоциирующими оксидами и гидроксидами марганца (рис. 5), четко фиксируется раскристаллизация коллоидного материала. По данным микрорентгеноспектралыюго (зондового) анализа содержание марганца в псиломелане достаточно постоянно (43-44%), также практически не изменяются содержания бария (2,3-3,0) и калия (4,15-4,73%) в криптомелане.

Плотность минералов гр. псиломелана 3,35-4,05 г/см3, микротвердость 520-600 кгс/мм2, удельная магнитная восприимчивость 10 х10 м3/кг.

Пиролюзит входит в состав полиминеральных агрегатов, образует концентрические слои скрыто-тонкокристаллического строения в колломорфных рудах (рис. 6). Отмечаются кристаллы клиновидной и игольчатой формы, что наиболее четко выявлено электронно-микроскопическим анализом (рис. 7). Иногда встречаются прожилки пиролюзита явно тонкокристаллического строения. Содержание марганца в пиролюзите 60,4 %. Железо, кремний присутствующие в нем, связаны с механическими микровключениями гетита и кварца.

Плотность минерала 3,91-4,72г/см3, микротвердость 690-740 кгс/мм2, удельная магнитная восприимчивость 30-10'8* м3/кг.

Гидроксиды железа (гетит и гидрогетит) присутствуют в виде прожилков, пленок на обломках кремнистых пород. В руде отмечаются полиминеральные почковидные натечные агрегаты, состоящие из гидроксидов железа и марганца, глинистых минералов и кварца. Агрегаты имеют тонкокристаллическое микростроение, зерна минералов преимущественно таблитчатые, игольчатые.

Рис. 3. Марганцевая руда почковидной текстуры (а). Каемки пиролюзита по агрегатам псиломелана (б). Отраженный свет, николи-

сцементированные марганцевыми минералами. Отраженный свет, николи-

Рис. 6. Колломорфная руда. Скрытокристаллический пиролюзит, образующий концентрические слои. Отраженный свет, николи-

Рис. 5. Гнездовидное выделение тонкокристаллического псиломелана в метаколлоидном марганцевом материале. РЭМ

Рис. 7. Пиролюзит игольчатого микростроения, выполняющий полость в марганцевом агрегате. РЭМ

Рис. 4. Брекчиевидная марганцевая руда. Обломки кварцитов и кварца (серое),

Плотность гидроксидов железа 3,23-3,72 г/см3, микротвердость 490620 кгс/мм2, удельная магнитная восприимчивость до 30 х 10'8 м3/кг.

Кварц представлен несколькими разновидностями, имеющими различную крупность, как правило, он присутствует в виде неравномерно-кристаллических агрегатов, сформированных зернами изометричной, шестоватой, реже неправильной формы. По существу эти агрегаты являются обломками кварцитов.

В целом текстурно-структурные особенности руд являются неблагоприятны для обогащения, о чем свидетельствует коэффициент раскрытия рудных минералов (К=60).

Третье защищаемое положение. Окисленные железо-марганцевые руды Селезеньского месторождения характеризуются совместным присутствием рудных минералов и агрегатов разной формы и размера, непостоянством минерального и химического состава по марганцу, железу и кремнезему, спецификой вмещающих пород и контрастностью физических свойств рудных и породообразующих минералов, что предопределяет высокую эффективность применения механических методов обогащения.

Марганцевые и железомарганцевые руды Селезеньского месторождения представлены порошковатым материалом полиминерального состава, в котором присутствуют плотные обломки окисленных руд в виде желваков колломорфной текстуры. Встречаются обломки рудных кварцитовых брекчий, сформированные преимущественно фрагментами кварцитов, сцементированными железо-марганцевым материалом.

Валунчатые руды представлены двумя разновидностями. Руды неравномерно-пятнистой, брекчиевидной, колломорфной текстуры отличаются варьирующим содержанием фрагментов маршаллитизированных кварцитов. Соотношение рудных и кварцевых агрегатов переменное, что четко видно на томограммах (рис. 8). Валунчатые руды второй разновидности, по существу, представляют собой рыхлую руду порошковатой и землистой текстуры полиминерального состава (оксиды и гидроксиды марганца, реже железа, глинистый и песчаный материал) с плотными марганцевыми желваками размером до 30 см. Желваки практически не содержат гидроксидов железа и имеют скрытокристаллическую, реже метаколлоидную структуру. Структура руд скрытокристаллическая, редко мелко-тонкозернистая ашютриоморфнозернистая.

Сажисто-обломочные руды имеют порошковатую, землистую текстуры, скрытокристаллическую структуру, обычно отличаются более высоким содержанием кварца, так как нередко представляют собой маршаллиты, обогащенные тонкодисперсными марганцевыми минералами.

Особо следует обратить внимание на вмещающие породы -кварциты и маршаллиты, сформированные кварцем различного гранулярного состава, содержание которого в них может достигать 98% (рис. 9).

Рис. 8. Характер взаимоотношения рудообразующих минералов в валунчатых рудах (томограммы образцов). Пиролюзит - сиреневое, гидроксиды марганца - коричневое, бордовое, кварц - рыжее, глинистые минералы - розовое

Рис. 9. Маршаллит с обломками кварцитов (а), массивный кварцит гранобластовой структуры (б). Проходящий свет, николи+.

Содержание марганца в валунчатых рудах до 20%, в сажисто-обломочных первые проценты. В отдельных марганцевых желваках содержание марганца достигает 50,3%. Руды отличаются значительным содержанием кремнезема (40-92%), связанного, прежде всего, с кварцем. Содержание железа в рудах варьирует в значительных пределах (5,313,8%), что определяется присутствием значительного количества

гидроксидов железа. Руды этого месторождения можно отнести к комплексным, гак как в них обнаружены кобальт, никель, медь и цинк, содержание каждого из которых составляет сотые доли процента. Содержание Р205 0,12-0,18 %.

По минеральному составу валунчатые и сажисто-обломочные руды практически аналогичны и различаются количественным соотношением минералов. Относятся к гетит-псиломелановому типу. Специфической особенностью руд, влияющей на ее обогащение, является высокое содержание кварца.

Главный рудный минерал - псиломелан. Как правило, псиломелан имеет скрытокристаллическое, реже колломорфное строение, нередко выполняет роль цемента в кварцитовых брекчиях (рис. 10). В подчиненном количестве присутствует пиролюзит, который входит в состав полиминеральных рудных агрегатов, имеет более высокое отражение, в основном ассоциирует с псиломеланом, образуя в нем прожилки, сформированные тонкокристаллическими агрегатами, сложенными кристаллами призматической формы.

Рис. 10. а - псиломелан скрытокристаллического строения (фрагмент желвака) Отраженный свет, николи-. б - полиминеральный марганцевый агрегат (белое - пиролюзит, светло-серое - псиломелан, серое - кварц).

Изображение в обратно рассеянных электронах

Следует отметить также, что в руде присутствуют полиминеральные агрегаты, сформированные тесно ассоциирующими между собой псиломеланом, криптомеланом, пиролюзитом и асболаном, находящимися, как правило, в землистой, порошковой составляющей руды. Руды отличаются переменным содержанием гидроксидов железа, среди которых преобладает гетит, присутствующий в виде рудных агрегатов, в которых играет доминирующую роль, в ассоциации с ним всегда присутствуют гидроксиды марганца, также отмечаются фрагменты почковидных образований существенно гетитового состава. Гетит, как правило, представлен в основном скрытокристаллической разновидностью.

Главный породообразующий минерал - кварц, также отмечаются гидрослюда и каолинит, ответственным за фосфор является апатит.

Минералы группы псиломелана (псиломелан, голландит, криптомелан, литиофорит), как правило, присутствуют в тесной ассоциации друг с другом и надежно идентифицируются рентгенографическим анализом. Количественно среди них преобладает псиломелан, который образует колломорфные, концентрически-зональные выделения, а также является преобладающим минералом в рудных агрегатах, которые, по существу, являются желваками. В полиминеральных агрегатах он присутствует в тесной ассоциации с пиролюзитом и криптомеланом, реже - литиофоритом и голландитом, причем методами оптической микроскопии не всегда четко удается установить границы зерен марганцевых минералов. Содержание Мп в псиломелане по данным микрорентгеноспектрального анализа составляет 54,8-62,5%.

Электронно-микроскопическими исследованиями установлено скрытокристаллическое микростроение псиломелана. Поверхность агрегатов кавернозная, ямчатая, также фиксируются элементы неоднородности: тесные срастания марганцевых минералов, включения породообразующих минералов (рис. 11).

Неоднородность зерен псиломелана определяет и его физические свойства. Микротвердость псиломелана, образующего практически мономинеральные участки в желваках, изменяется в незначительных пределах - 510-600 кгс/мм2. Плотность минерала 4,46-4,60 г/см3. Микротвердость и плотность резко понижаются у пористой и порошковатой разновидностей псиломелана. Так, микротвердость пористого псиломелана равна 478-518 кгс/мм2, а плотность 3,82 г/см . Псиломелан, образующий порошковатый землистый материал, имеет микротвердость порядка 250 кгс/мм2 и плотность 3,23-3,34 г/см . Различные значения микротвердости и плотности будут определять поведение минерала при дроблении руды и в процессах обогащения.

Криптомелан присутствует в руде в подчиненном количестве, имеет скрыто-тонкокристаллическое строение. Форма зерен преимущественно пластинчатая. Как правило, криптомелан, содержит включения

Рис. 11. Полиминеральный марганцевый агрегат существенно псиломеланового

состава.

Изображение в обратно рассеянных электронах

породообразующих фаз, прежде всего - кварца. Криптомелан по сравнению с псиломеланом, по данным рудной микроскопии практически не изменен, микротвердость его достигает 627 кгс/мм2 Плотность минерала определить не удалось в связи с невозможностью выделения монофракции минерала.

Пиролюзит присутствует в подчиненном количестве, входит в состав полиминеральных рудных агрегатов. Всегда тесно ассоциирует с псиломеланом и криптомеланом, практически не образует достаточно крупных мономинеральных выделений. Структура пиролюзита скрыто-тонкокристаллическая, очень редко метакколлоидная. Электронно-микроскопическим методом установлено, что скрытокристаллические выделения пиролюзита представляют собой агрегаты, напоминающие по внешнему виду друзы, сложенные кристаллами призматической и таблитчатой (рис. 12 а, б), иногда клиновидной формы. Содержание Мп достигает в нем 61%.

а б

Рис. 12. а - пиролюзит призматического микростроения, образующий выделения в рудном агрегате. Отраженный свет, николи-; б - пиролюзит клиновидного микростроения. РЭМ

Микротвердость пиролюзита несколько выше, чем у псиломелана и криптомелана и равна 702-748 кгс/мм2, плотность не превышает 3,94 г/см3.

Следует также отметить, что рентгенографическим анализом установлено, практически постоянное присутствие пиролюзита в материале, формирующем порошковатые землистые руды. По-видимому, в данном случае он представлен тонкодисперсной разновидностью.

Асболан идентифицируется рентгенографическим анализом в землистой порошковой составляющей руды в ассоциации с псиломеланом, пиролюзитом, реже криптомеланом и иногда тодорокитом. Асболан представлен тонкодисперсной разновидностью, которую практически не удается обнаружить минераграфическим методом. Следует отметить, что асболан является самостоятельной минеральной фазой, в структуру которой входит кобальт.

Гетит распределен в руде неравномерно и представлен несколькими разновидностями. Он образует рудные агрегаты, в которых играет доминирующую роль, в ассоциации с ним всегда присутствуют гидроксиды

марганца. Отмечаются почковидные образования существенно гетитового состава, но гораздо чаще - их фрагменты. В кремнистых породах гетит присутствует в виде вкрапленности, развивается в межзерновых пространствах, постепенно корродирует кварц и глинистые минералы. За счет коррозии кварца агрегаты гетита имеют различную форму (рис. 13). В ассоциации с гетитом иногда присутствуют гематит и гидрогетит. Гетит, как правило, имеет скрытокристаллическое строение. Однако электронно-микроскопическими исследованиями четко установлено присутствие тонкокристаллической разновидности. Кристаллы размером 4-10 мкм характеризуются призматической и игольчатой формой. Микротвердость

гетита варьирует от 524 до 762 кгс/мм2, плотность 3,84 г/см3.

• *

4

ч

#

'

б

Рис. 13. а - ситовидный агрегат гетита с многочисленными включениями породообразующих минералов. Отраженный свет, николи-, б - полиминеральные рудный агрегат, содержащий гетит и кварц. Изображение в обратно рассеянных

электронах

Кварц - главный породообразующий и преобладающий в руде минерал. Присутствует в виде индивидуализированных зерен алевритовой, реже псаммитовой размерности преимущественно полуокатанной формы, иногда слабосцементированных рудными минералами. Также кварц является главным минералом кварцитов, в которых представлен несколькими разновидностями, отличающимися гранулярным составом. Рудная минерализация связана преимущественно с кварцем скрыто-тонкокристаллического строения (размер зерен варьирует от 0,005 до 0,03 мм).

Более крупные зерна кварца размером до 0,1 мм в основном ксеноморфной формы формируют агрегаты гнездо-и прожилковидной формы. Иногда кварц образует достаточно крупные агрегаты размером от 0,4 до 1,5 мм, отличающиеся практически ровными полигональными границами.

В брекчированных породах встречается как тонкокристаллический, так и мелко-среднекристаллический кварц. Зерна кварца неправильной

формы размером более 0,07 мм обычно трещиноваты, нередко имеют гранулированное строение и в различной степени коррелированны

Характер взаимоотношения рудообразующих минералов, их физические свойства будут определять их поведение в процессах рудоподготовки и обогащения. В крупных классах будут концентрироваться марганцевые желваки и их фрагменты, а также относительно твердые обломки кремнистых пород с богатой марганцевой минерализацией. Более тонкий материал будет сформирован тонкодисперсными гидроксидами марганца и кварцем алевритовой размерности. Значительная разница в плотности марганцевых минералов и кварца благоприятно скажется на гравитационном анализе. В то же время тесная ассоциация рудных марганцевых минералов, близость физических свойств не позволит селективно сконцентрировать конкретные рудные минералы в отдельные продукты. Значительное содержание в руде гетита, его неравномерное распределение и нередко тесные срастания с марганцевыми фазами не позволят полностью избавиться от него, и он будет присутствовать во всех продуктах.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных исследований установлены геолого-структурные позиции месторождений марганцевых и железо-марганцевых руд, которые обусловлены характером и закономерностями приуроченности их к многостадийным корам выветривания, обусловленных составом вмещающих пород. На Сунгайском месторождении - инфилырационные и валунчатые руды, связанные с корами выветривания кремнистого состава, на Селезеньском - обломочные, валунчатые и сажистые руды, локализованные в продуктах переотложения кор выветривания карстовых структур. В перспективе окисленные руды Селезеньского и Сунгайского месторождений могут рассматриваться в качестве сырьевой базы для производства товарных марганцевых продуктов.

Примененный комплекс минералого-аналитических методов исследования окисленных марганцевых руд позволил получить полную и всестороннюю информацию об особенностях их состава и строения. Комплекс методов, включающий в обязательном порядке оптическую микроскопию и рентгенографию, может быть рекомендован для изучения объектов аналогичного типа. Для решения конкретных вопросов -определение реального состава рудных минералов, необходимого для расчета полиминерального баланса, особенностей неоднородности минералов и агрегатов, физических свойств использованы электронная микроскопия, термический, микрорентгеноспектральный (зондовый),

рентгенотомографический анализы, а также определены микротвердость, плотность, удельная магнитная восприимчивость рудных минералов.

Природные срастания минералов, обусловливающие сочетание благоприятных и неблагоприятных для обогащения текстурно-структурных

характеристик руды, тесная ассоциация рудных минералов, среди которых преобладают минералы группы псиломелана, близость их физических свойств, а также сложные взаимоотношения с гидроксидами железа и кварцем определяют необходимость применения комбинированных технологий переработки руд Сунгайского месторождения, включающих методы ренптенорадиометрической сепарации, глубокого и химического обогащения.

Совместное присутствие руд разных тапов, в которых рудообразующие минералы и агрегаты имеют разный гранулярный состав, отличаются сложным характером взаимоотношения, а также контрастностью свойств главных минералов (псиломелана и кварца), обусловливают эффективность применения методов глубокого обогащения руд Селезеньского месторождения.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Мартынова Т.А., Астахова Ю.М., Ожогина Е.Г. Минералога -технологические особенности смешанных марганцевых руд Утхумского месторождения (Иркутская область) // Новые идеи в науках о Земле / IX Международная конференция в РГГРУ. М.: 2009. С. 165.

2. Астахова Ю.М., Мартынова Т.А. Потенциальные экологические риски в связи с перспективой отработки марганцевых руд Утхумского месторождения // Геология, поиски и комплексная оценка твёрдых полезных ископаемых. М.: 2009. С. 16-17.

3. Астахова Ю.М., Шувалова Ю.Н. Минералогические особенности труднообогатимых марганцевых руд Сунгайского рудопроявления // Новые и нетрадиционные типы месторождений полезных ископаемых Прибайкалья и Забайкалья». Улан-Удэ: 2010. С. 22-23.

4. Астахова Ю.М. Геолого-минералогические особенности окисленных марганцевых руд Сунгайского рудопроявления // Проблемы освоения недр в XXI веке глазами молодых / 7 Международная научная школа молодых ученых и специалистов. М.: 2010. С. 72-75.

5. Астахова Ю.М.,. Жукова В.Е, Шувалова Ю.Н. Минералого-технологические особенности окисленных марганцевых руд Сунгайского рудопроявления (Алтайский край) II Научные основы и современные процессы комплексной переработки труднообогатимого минерального сырья: Материалы международного совещания. Казань: 2010. С. 478-479.

6. Астахова Ю.М., Шувалова Ю.Н., Якушина O.A. Влияние минерального состава и строения окисленных марганцевых руд месторождения Селезень на их обогащение // Новые технологии обогащения и комплексной переработки труднообогатимого природного и техногенного минерального сырья: Материалы международного совещания. Верхняя Пымша: 2011. С. 535-536.

7. Астахова Ю.М. Особенности геологического строения и минерального состава марганцевых руд Сунгайского месторождения //

Тезисы докладов третьей научно-практической конференции молодых ученых и специалистов: «Комплексное изучение и оценка месторождений твердых полезных ископаемых». М.: ФГУП «ВИМС», 2011. С. 23-24.

8. Астахова Ю.М. Окисленные марганцевые руды Кемеровской области: некоторые аспекты минералогии // Проблемы освоения недр в XXI веке глазами молодых / 8 Международная научная школа молодых ученых и специалистов. М.: 2011. С. 406-408.

9. Астахова Ю.М. Природный маршаллит Селезеньского месторождения окисленных марганцевых руд // Тезисы докладов четвертой научно-практической конференции молодых ученых и специалистов: «Геология, поиски и комплексная оценка месторождений твердых полезных ископаемых». М.: ФГУП «ВИМС», 2012. С. 22-23.

10. Астахова Ю.М., Орлова Н.И. Минералого-технологические особенности окисленных марганцевых руд Сунгайского и Селезеньского месторождений // Современные методы технологической минералогии в процессах комплексной и глубокой переработки минерального сырья. Петрозаводск: 2012. С. 40-42.

П.Якушина O.A., Астахова Ю.М., Хозяинов М.С. Возможности рентгеновской томографии для решения задач технологической минералогии руд черных металлов // Современные методы технологической минералогии в процессах комплексной и глубокой переработки минерального сырья. Петрозаводск: 2012. С. 147-148.

12. Пирогов Б.И., Броницкая Е.С., Астахова Ю.М., Волков Е.С. Особенности вещественного состава титаномагнетитовых руд магматического генезиса, определяющие их обогатимость // Разведка и охрана недр. 2013. №2. С. 47-51.

13. Астахова Ю.М. Морфоструктурные особенности марганцевых руд Сунгайского месторождения // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Инженерные исследования. 2013. № 2. С. 50-53.

Подписано в печать 06.09.2013 г. Формат 60x90 1/16. Усл. печ. л. 1,0 Отпечатано на ризографе. Тираж 100. Заказ №41

РИС «ВИМС» 119017, г. Москва, Старомонетный пер. дом 31

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Астахова, Юлия Михайловна, Москва

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ДРУЖБЫ НАРОДОВ»

04201363816 На правах рукописи

Астахова Юлия Михайловна

ГЕОЛОГИЯ И МИНЕРАЛОГО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ОКИСЛЕННЫХ МАРГАНЦЕВЫХ РУД СУНГАЙСКОГО И СЕЛЕЗЕНЬСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЙ (КЕМЕРОВСКАЯ ОБЛАСТЬ)

Специальность 25.00.11 - Геология, поиск и разведка твердых полезных ископаемых, минерагения

Диссертация на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Научный руководитель: д.г.-м.н. Дьяконов Виктор Васильевич

Москва, 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ..................................................................................................................................................................................................................................................4

1. МАРГАНЦЕВЫЕ РУДЫ РОССИИ И АСПЕКТЫ ИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ МИНЕРАЛОГИИ................................................................................................11

1.1. Краткий очерк о марганцевых рудах и объектах

Сибири............................................................................................................................................................................................................................................11

1.2. Общие сведения о технологической минералогии......................................................14

2. ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ КУЗНЕЦКО-

САЛАИРСКОЙ ГОРНОЙ ОБЛАСТИ......................................................................................................................17

2.1. Физико-географический очерк....................................................................................................................................17

2.2. Тектоническое районирование региона................................................................................................18

2.3. Геологическое строение Горной Шории и Салаирской складчатой области......................................................................................................................................................................................21

2.3.1. Горная Шория..........................................................................................................................................................................................21

2.3.2. Салаирская складчатая зона..............................................................................................................................29

2.4. Геологическое строение Сунгайского

месторождения..........................................................................................................................................................................................................32

2.4.1. Стратиграфия......................................................................................................................................................................................32

2.4.2. Интрузивные образования^......................................................................................................................................37

2.4.3. Особенности распространения марганцевых руд

на месторождении....................................................................................................................................................................38

2.5. Геологическое строение Селезеньского

месторождения..........................................................................................................................................................................................................41

2.5.1. Стратиграфия......................................................................................................................................................................................41

2.5.2. Интрузивные образования........................................................................................................................................42

2.5.3. Типы марганцевых руд и особенности

их распространения 49

3. ВЕЩЕСТВЕННЫЙ СОСТАВ РУД СУНГАЙСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ..............................................................................................................................................................................................55

3.1. Текстурно-структурные особенности руд........................................................................................55

3.2. Химический состав руд 61

3.3. Минеральный состав руд 64

4. ВЕЩЕСТВЕННЫЙ СОСТАВ РУД СЕЛЕЗЕНЬСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ 77

4.1. Текстурно-структурные особенности руд........................................................................................80

4.2. Химический состав валунчатых марганцевых руд................................................81

4.3. Минеральный состав руд 83

ЗАКЛЮЧЕНИЕ................................................................................................................................................................................................................................98

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 100

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Отсутствие в стране высококачественных марганцевых руд и как следствие - зависимость отечественной металлургии от импорта марганцевых концентратов, привело к необходимости вовлечения в промышленную переработки низкокачественных труднообогатимых руд, отличающихся сложным составом и строением. Добыча и обогащение таких руд требуют разработки инновационных технологических решений, которые могут базироваться только на полной и всесторонней информации об их вещественном составе и технологических свойствах, которые, в свою очередь, определяются генезисом объектов.

Балансовые запасы марганцевых руд России насчитывают 231,2 млн т, из них разведанные (категорий А+В+С1) - 137,5 млн т, или 2,7% мировых запасов. Имеются и перспективы расширения минерально-сырьевой базы - прогнозные ресурсы марганцевых руд Российской Федерации значительны, они составляют 1120,2 млн т, что позволяет стране входить в десятку ведущих стран-ресурсодержателей. Основная часть прогнозных ресурсов и запасов марганцевых руд сосредоточена в Сибирском регионе. (www.mineral.ru/Facts/russia/147/408/07_mn.pdf). Здесь расположены крупнейшие месторождения марганца - Усинское и Порожинское. На юге Сибири, в Красноярском крае, Кемеровской и Иркутской областях находятся месторождения марганцевых и железомарганцевых руд, не учтенных балансом из-за их низкого качества. К числу таких объектов относятся Селезеньское и Сунгайское месторождения окисленных марганцевых руд, расположенные в Кемеровской области.

Цель работы. Минералого-технологическая оценка окисленных марганцевых руд месторождений Сунгайское и Слезеньское.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: 1. изучить геологическое строение месторождений,

2. выявить особенности формирования и преобразования окисленных марганцевых руд Сунгайского и Селезеньского месторождений,

3. изучить текстурно-структурные особенности и минеральный состав

РУД,

4. адаптировать существующий комплекс минералого-аналитических методов исследования марганцевых руд к рудам изучаемых месторождений,

5. выявить минералогические особенности окисленных марганцевых руд, влияющие на их качество, методами прикладной минералогии.

Фактический материал. Объектом диссертационного исследования являлись окисленные марганцевые руды Сунгайского и Селезеньского месторождений.

Непосредственный объект исследования - керн и каменный материал, отобранный из канав и бортов карьера во время полевых работ (150 образцов), технологические пробы марганцевых руд Селезеньского месторождения и минералого-технологические пробы руд Сунгайского месторождения.

В основе работы лежат результаты картирования месторождений, документация керна скважин и канав, выполненных в период полевых работ. Собран каменный материал, характеризующий текстурно-структурные особенности руд. В работе использованы фондовые материалы геологических отчетов, материалы по технико-экономическому обоснованию (ТЭО), а также проанализирован материал предшествующих исследований.

Автором изучено более 150 шлифов петрографическим и минераграфическим методами, проведен оптико-минералогический анализ более 100 дробленых проб исходной руды и продуктов обогащения с целью определения степени раскрытия марганцевых минералов, определены физические свойства минералов: удельная магнитная восприимчивость (д.г.-м.н. Раков JI.T., ИГЕМ РАН), плотность, микротвердость. В работе использованы более 50 рентгенографических (Иоспа A.B., Шувалова Ю.Н., ФГУП «ВИМС»), 20 микрорентгеноспектральных (к.г.-м.н. Кононкова H.H.,

ГЕОХИ РАН, Никольский М.С., ИГЕМ РАН), 15 электронно-микроскопических (к.г.-м.н. Ожогин Д.О., ФГУП «ВИМС»), 20 рентгенотомографических (д.т.н. Якушина O.A., ФГУП «ВИМС»). Более 50 химических анализов руд и продуктов обогащения выполнено в аналитическом отделе ФГУП «ВИМС» и РУДН (к.г.-м.н. Абрамов В.Ю.).

Научная новизна

Доказано, что Селезеньское и Сунгайское месторождения окисленных марганцевых руд относятся к разным морфогенетическим типам. Выявлены минералогические особенности руд, обусловленные генезисом, влияющие на их качество и позволяющие прогнозировать технологии переработки.

Методы исследований

Анализ результатов геологического картирования месторождений, минералогическое исследование руд, научное обобщение геологических, данных.

Основной объем минералого-аналитических исследований выполнен в минералогическом отделе ФГУП «ВИМС» в соответствии с нормативно-методическими документами Научных советов по минералогическим и аналитическим методам исследования (НСОММИ и НСАМ). Были использованы следующие методы исследования вещественного состава.

Оптическая микроскопия (петрографический, минераграфический и оптико-минералогический) для изучения минерального состава и текстурно-структурных особенностей руд и вмещающих пород и определения степени раскрытия рудных минералов. Аппаратура: световые микроскопы Nikon Optihot-Pol, Olympus ВХ-51 (Япония), Leica DM RX (Германия), бинокулярные стереоскопические микроскопы МБС-1, МБС-9 (Россия).

Рентгенографический количественный фазовый анализ (РКФА) для количественной оценки содержания минералов в рудах. Аппаратура: рентгеновский дифрактометр X'Pert PRO (PANalytical, Голландия).

Аналитическая электронная микроскопия для выявления особенностей микростроения тонкодисперсных минеральных систем, идентификации

микрофаз, определения реального состава и строения минералов. Аппаратура: растровый электронный микроскоп Тез1а-301В (Словения), оснащенный рентгеновским спектрометром с дисперсией по энергии, просвечивающие электронные микроскопы Тез1а -540В (Словения), Теспа1 12В (Голландия). Диагностика минеральных фаз осуществлялась микродифракционным методом.

Микрорентгеноспектралъный анализ (МРСА) для определения элементного состава минералов и особенностей распределения в них примесей по площади выделений. Аппаратура: электронно-зондовый анализатор ШОЬ 1ХА-8100 (Япония).

Рентгенотомографический анализ для определения особенностей срастания минералов и их гранулярного состава. Аппаратура: промышленный вычислительный рентгеновский микротомограф ВТ-50-1 Геотом (Россия).

Методы определения физических свойств минералов:

— микровдавливания для определения микротвердости минералов на полуавтоматическом микротвердометре ПМТ-ЗМ (ЛОМО, Россия),

— объемометрический для измерения плотности минералов на микрообъемометрической установке с использованием ультрамикровесов «Сарториус» и барометрических капилляров,

— магнитометрии для измерения магнитной восприимчивости минералов и руд - установка КарраЬпс^е КЬУ-2.

Практическая ценность

Установлены основные морфогенетические типы руд месторождений, дополнены данные по их минеральному составу и текстурно-структурным особенностям, что позволило по новому оценить перспективы марганценостности районов.

Применительно к окисленным рудам Селезеньского и Сунгайского месторождений адаптирован комплекс минералого-аналитических методов исследования, позволивший получить необходимую и достаточную

информацию об их вещественном составе. Выявлены минералогические особенности, определяющие качество окисленных марганцевых руд и позволяющие прогнозировать методы и способы их обогащения и качество ожидаемых продуктов. Информация о составе и строении руд, полученная при минералогическом изучении, использована при создании технологий их обогащения.

Защищаемые положения

1. На месторождениях Селезеньское и Сунгайское окисленные марганцевые руды представлены двумя морфогенетическими типами. На Селезеньском месторождении это обломочные, валунчатые и сажистые руды, локализованные в продуктах переотложения кор выветривания карстовых структур, на Сунгайском месторождении - инфильтрационные и валунчатые руды, связанные с корами выветривания кремнистого состава.

2. Окисленные марганцевые руды Сунгайского месторождения характеризуются сочетанием колломорфных и коррозионных текстур, присутствием оксидов и гидроксидов марганца, образующих тесные срастания как между собой, так и с кварцем, близостью свойств рудных минералов, что определяет необходимость применения комбинированной технологии их переработки.

3. Окисленные железомарганцевые руды Селезеньского месторождения характеризуются совместным присутствием рудных минералов и агрегатов разной формы и размера, непостоянством минерального и химического состава по марганцу, железу и кремнезему, спецификой вмещающих пород и контрастностью физических свойств рудных и породообразующих минералов, что предопределяет высокую эффективность применения механических методов обогащения.

Апробация работы. Результаты исследований и основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на 7-ой и 8-ой научных молодежных школах «Проблемы освоения недр в XXI веке глазами молодых» (Москва, 2010, 2011 гг.), на IX Международной конференции

"Новые идеи в науках о Земле (Москва, 2009), на международных совещаниях «Плаксинские чтения-2010, 2011, 2012» (Казань, 2010 г., Верхняя Пышма, 2011 г., Петрозаводск, 2012 г.), на научно-практических конференциях молодых ученых и специалистов «Актуальные проблемы геологического изучения недр и воспроизводства минерально-сырьевой базы твердых полезных ископаемых» (Москва, 2009, 2011, 2012), на VII Российском семинаре по технологической минералогии «Прогнозная оценка технологических свойств полезных ископаемых методами прикладной минералогии» (Москва, 2012).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 работ, в том числе две статьи в реферируемых журналах, входящих в перечень ВАК Минобрнауки РФ.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы (95 наименований). Общий объем работы 125 страниц, в том числе 40 рисунков и 16 таблиц. Во введении обоснована актуальность работы, обозначены цель и задачи, показаны научная новизна и практическая значимость проведенных исследований, сформулированы защищаемые положения. В первой главе приведены общие сведения о минерально-сырьевой базе марганца и некоторые аспекты технологической минералогии марганцевых руд. Во второй главе дана характеристика геологического строения Кузнецко-Салаирской горной области, в которой расположены месторождения, охарактеризованы геологическое строение и изученность месторождений, выявлены основные морфогенетические типы руд месторождений. Третья глава посвящена особенностям состава и строения руд Сунгайского месторождения, определяющим технологию их переработки. В четвертой главе описаны текстурно-структурные характеристики и минеральный состав руд Селезеньского месторождения, позволяющие обогащать их механическими методами.

За постоянное внимание, помощь в проведении исследований и их обсуждение, решении организационных вопросов автор благодарит научных руководителей докторов геолого-минералогических наук Ожогину Е.Г и Дьяконова В.В. За неоценимую помощь в написании диссертационной работы, советы и поддержку автор глубоко признателен доктору геолого-минералогических наук, профессору Пирогову Б.И., кандидату географических наук Орловой Н.И. За помощь в проведении полевых работ автор выражает особую благодарность генеральному директору ЗСГУ кандидату геолого-минералогических наук Котельникову Е.И., главному геологу Курьяновичу В.Г., ведущему геологу Мызникову A.M. и всем сотрудникам ОАО «Шалымской ГРЭ». Автор выражает признательность и благодарность сотрудникам минералогического отдела ФГУП «ВИМС» за помощь при выполнении работы и за участие в обсуждении ее результатов: Шуваловой Ю.Н., Кривощекову H.H., Барнышевой Т.А., Иоспа A.B., кандидату геолого-минералогических наук Ожогину ДО., доктору технических наук Якушиной O.A., а также сотрудникам РИС и непосредственно руководителю подразделения кандидату геолого-минералогических наук Беляевской Н.Г. Автор выражает искреннюю благодарность сотрудникам кафедры месторождений полезных ископаемых и их разведки им. В.М. Крейтера Университета Дружбы народов.

1. МАРГАНЦЕВЫЕ РУДЫ РОССИИ И АСПЕКТЫ ИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ МИНЕРАЛОГИИ

1.1. Краткий очерк о марганцевых рудах и объектах Сибири

Необходимость развития марганцево-рудной базы в России появилась после распада СССР и определенное время вопрос поставки марганцевых руд решался традиционной схемой - металлургические комбинаты получали руду из Грузии и Украины, но в последнее время отмечается снижение объема добычи марганца в странах СНГ.

Основные прогнозные ресурсы и запасы Российских марганцевых руд сосредоточена в Сибирском регионе: Иркутской, Кемеровской областях, в Республике Алтай и в Красноярском крае, где они представлены несколькими геолого-промышленными типами: вулканогенно-осадочным и корами выветривания в основном линейного типа, которые развиваются по первичным рудам. Здесь же разведаны два крупных месторождения (Усинское, Порожинское) (рисунок 1), которые могут быть отнесены к крупным; остальные объекты отно�