Геолого-минералогические факторы, влияющие на переработку карбонатно-силикатных и оксидно-силикатных марганцевых руд

Барнышева, Татьяна Александровна

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Геолого-минералогические факторы, влияющие на переработку карбонатно-силикатных и оксидно-силикатных марганцевых руд
ВАК РФ 25.00.05, Минералогия, кристаллография

Автореферат диссертации по теме "Геолого-минералогические факторы, влияющие на переработку карбонатно-силикатных и оксидно-силикатных марганцевых руд"

005058946

На правах рукописи

Барнышева Татьяна Александровна

ГЕОЛОГО-МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ПЕРЕРАБОТКУ КАРБОНАТНО-СИЛИКАТНЫХ И ОКСИДНО-СИЛИКАТНЫХ МАРГАНЦЕВЫХ РУД

Специальность 25.00.05 - Минералогия, кристаллография

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Москва - 2013

005058946

Работа выполнена 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 зав. отделом ФГУП «ВИМС»

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук

Быховский Лев Залманович зав. отделом ФГУП «ВИМС»

Ведущая организация: Институт геологии Коми научного центра УрО РАН.

Защита состоится 26 апреля 2013 года в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д 216.005.01 в Федеральном государственном унитарном предприятии «Всероссийский научно-исследовательский институт минерального сырья им. Н.М. Федоровского» (ФГУП «ВИМС») по адресу: 119017, Москва, Старомонетный пер., 31.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГУП «ВИМС».

Автореферат разослан » ОЪ 2013 года.

кандидат геолого-минералогических наук Богданова Ольга Юрьевна ведущий научный сотрудник ФГБУН Институт океанологии им. П.П.Ширшова РАН

Ученый секретарь диссертационного совета

Луговская И.Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Марганец - важнейший компонент производства в чёрной металлургии. Сегодня марганцевые руды дефицитный для России вид минерального сырья. Существует проблема зависимости отечественных металлургических предприятий от импорта марганцевых концентратов, так как в настоящий момент Российская Федерация не располагает собственными марганцевыми месторождениями, которые по масштабам и качеству сырья могли бы быть сопоставимы с месторождениями бывших советских республик. Современное состояние отечественной минерально-сырьевой базы марганца, представленной преимущественно низкокачественными труднообогатимыми рудами, в том числе рудами нетрадиционного типа (смешанными карбонатно-силикатными, оксидно-силикатными), требует создания экономически эффективных технологий их переработки.

Учитывая практику промышленного использования марганцевых руд нетрадиционного типа за рубежом (Австралия и Япония), усовершенствование методов технологической переработки и общее развитие работ по технологической минералогии в России могут способствовать переводу подобных руд отечественных месторождений в категорию дополнительного источника получения марганца. Исходя из этого, представляется весьма актуальным установить степень влияния особенностей вещественного состава руд, определяемых генезисом рассматриваемых объектов, на их качество и технологические свойства.

Цель работы. Выявление типоморфных минеральных ассоциаций марганцевых руд существенно силикатного состава и геолого-минералогических факторов, определяющих технологию их передела.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

■ Определить текстурно-структурные особенности, минеральный и химический составы карбонатно-силикатных и оксидно-силикатных марганцевых руд Утхумского и Ир-Нимийского рудопроявлений.

■ Установить основные типоморфные ассоциации руд.

■ Выявить и оценить технологические особенности карбонатно-силикатных и оксидно-силикатных марганцевых руд методами прикладной минералогии.

■ Разработать рекомендации по определению степени раскрытия рудных минералов - силикатов и карбонатов марганца.

■ Определить минералогические факторы переработки руд

Фактический материал. Объектом диссертационного исследования

являлись марганцевые руды существенно силикатного состава Утхумского и Ир-Нимийского рудопроявлений. Непосредственный объект исследований -каменный материал, отобранный из горных выработок методом бороздового опробования, из которого были сформированы технологические пробы.

определения степени раскрытия марганцевых минералов; определены физические свойства: удельная магнитная восприимчивость (д.г.-м.н. Раков Л.Т.), плотность, микротвердость минералов, отобранных в ручную с помощью бинокулярного стереоскопического микроскопа. В работе использованы более 100 рентгенографических, 30 микрорентгеноспектральных, 10 электронно-микроскопических анализов (к.г.-м.н. Чистякова Н.И., к.г.-м.н. Ожогин Д.О., Шувалова Ю.Н., Быстрое И.Г.) и 20 химических анализов, выполненных в аналитическом отделе ВИМСа.

Научная новизна.

■ Проведено сравнение состава и строения марганцевых руд нетрадиционных типов существенно силикатного состава Утхумского и Ир-Нимийского рудопроявлений, определяющих особенности их типоморфизма.

■ Впервые выявлены типоморфные минеральные ассоциации марганцевых руд Утхумского и Ир-Нимийского рудопроявлений, представленные различными изоморфными рядами силикатов и карбонатов марганца, определяющие качество руд.

■ Впервые в марганцевых рудах Утхумского рудопроявления идентифицированы минералы: куприт и самородная медь, пиросмалит, пирофанит, алабандин, полидимит, галенит, молибденит, монацит; в рудах Ир-Нимийского рудопроявления установлены минералы: бементит, барит, альстонит, линнеит и джайпурит, которые могут рассматриваться как потенциально промышленные минералы, определяющие комплексность руд.

■ В оксидных рудах Ир-Нимийского рудопроявления выявлена типоморфная минеральная ассоциация литиофорит-кимрит, определяющая голубую окраску минеральных агрегатов.

■ Установлены минералогические факторы, обусловленные процессами рудогенеза и гипергенеза, влияющие на переработку марганцевых руд существенно силикатного состава.

Практическая значимость

■ Разработана и апробирована методика определения степени раскрытия прозрачных марганцевых минералов на основании различия их оптических свойств.

■ Выявлены минералогические факторы, определяющие технологические особенности существенно силикатных марганцевых руд и позволяющие прогнозировать способы, методы их переработки и качество ожидаемых продуктов.

■ Достоверная информация о составе и строении руд, полученная при минералогическом изучении, использована при разработке технологий их передела.

Методы исследования. Минералого-аналитические исследования проводились в минералогическом и аналитическом отделах ФГУП «ВИМС» в соответствии с нормативно-методическими документами Научных советов по минералогическим и аналитическим методам исследования (НСОММИ и НСАМ). Использовались следующие методы исследования:

■ оптическая микроскопия (петрографический, минераграфический и оптико-минералогический анализы) для изучения минерального состава и текстурно-структурных особенностей руд и вмещающих пород, а также степени раскрытия минералов. Аппаратура: поляризационные микроскопы ПОЛАМ И-411 (JIOMO, Россия), «Optifot-Pol», Olympus BX51-DIC (Япония), микроскопы бинокулярные стереоскопические МБС-9, МБС-10 (JIOMO, Россия);

■ рентгенографический количественный фазовый анализ (РКФА) для количественной оценки содержания минералов в рудах, определения параметров элементарной ячейки рудных минералов. Аппаратура: рентгеновский дифрактометр X'Pert PRO (PANalytical, Голландия);

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

■ растровая электронная микроскопия (РЭМ) для изучения микростроения рудных минералов и определения их элементного состава. Аппаратура: растровый электронный микроскоп Tesla BS 301 (Словения), оснащенный рентгеновским спектрометром с дисперсией по энергии;

■ методы определения физических свойств минералов:

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

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

- магнитометрии для измерения магнитной восприимчивости горных пород и ее анизотропии - установка Kappabridge KLY-2.

Апробация работы и публикации. Результаты исследований и основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались: на 4-ой Международной школе молодых ученых и специалистов «Проблемы освоения недр в XXI веке глазами молодых» (Москва, 2007), научно-практических конференциях молодых ученых и специалистов «Актуальные проблемы геологического изучения недр и воспроизводства минерально-сырьевой базы твердых полезных ископаемых» (Москва, 2008, 2009), на Межвузовской научной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Молодые - наукам о Земле» и на IX Международной конференции «Новые идеи в науках о Земле» (Москва, 2008, 2009), на научной конференции, посвящённой 100-летию со дня рождения академика Ф.В. Чухрова (Москва, 2008), на Международном совещании «Плаксинские чтения-2010» (Казань, 2010), на VII Российском семинаре по технологической минералогии «Прогнозная оценка технологических свойств полезных ископаемых методами прикладной минералогии» (Москва, 2012). Результаты исследований включены в конкурсную работу коллектива авторов, отмеченную премией Российского геологического общества и Федерального агентства по недропользованию МПР России в номинации «Повышение инвестиционной привлекательности объектов недропользования». По теме диссертации опубликовано 12 работ, в

том числе три 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 (106 наименований). Общий объем работы 153 страницы, в том числе 48 рисунков и 44 таблицы. Во введении обоснована актуальность работы, обозначены цели, задачи, показана научная новизна и практическая значимость проведенных исследований, сформулированы защищаемые положения. В первой главе приводятся общие сведения о геолого-структурной позиции марганцевых месторождений, существующих промышленных типах марганцевых руд и их минералогии. Во второй главе рассмотрено влияние условий образования, в частности регионального и контактового метаморфизма, на формирование марганцевых руд Утхумского и Ир-Нимийского проявлений, на основании чего определены их качественные характеристики. В третьей главе приведены результаты комплексного минералогического изучения марганцевых руд Утхумского и Ир-Нимийского рудопроявлений, определяющие технологию их переработки. Четвертая глава посвящена разработке и апробации методики определения степени раскрытия прозрачных рудных минералов в продуктах обогащения карбонатно-силикатных и оксидно-силикатных марганцевых руд. В заключении перечислены основные научные и практические результаты работы.

Автор выражает глубокую благодарность и признательность своему научному руководителю доктору геолого-минералогических наук Е.Г.Ожогиной, доктору геолого-минералогических наук В.И.Кузьмину и доктору геолого-минералогических наук, профессору Б.И.Пирогову за их постоянное внимание, помощь в создании работы и поддержку. За ценные консультации и замечания автор благодарит кандидата химических наук С.И.Ануфриеву; кандидатов технических наук Е.С.Броницкую и НД.Тютюнник; кандидатов геолого-минералогических наук Е.В.Ершову, Н.И. Чистякову; за помощь в работе и доброжелательность автор признателен Ю.Н.Шуваловой, Н.Н.Кривощекову, В.Н.Соколовой, В.А.Рассулову, Ю.М.Астаховой, И.Г.Быстрову, кандидату географических наук Н.И.Орловой, кандидатам геолого-минералогических наук Н.Г.Беляевской, С.В.Соколову, В.В.Морошкину.

КРАТКАЯ ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

Рассматриваемые рудные объекты - Утхумское рудопроявление, расположенное в Восточных Саянах (Иркутская область), и Ир-Нимийское рудопроявление - на Дальнем Востоке (Хабаровский край).

В строении Утхумского рудопроявления участвуют регионально метаморфизованные карбонатно-терригенные породы утхумской свиты верхнего протерозоя (?). Сложена свита биотит-амфиболовыми, гранат-эпидот-амфиболовыми, гранат-биотитовыми сланцами с горизонтами карбонатно-силикатных и существенно силикатных марганцевых руд и прослоями

карбонатизированных сланцев и известняков. Отложения утхумской свиты прорваны габброидами и гранитоидами палеозойского (кембрийского?) возраста.

Ир-Нимийское проявление приурочено к эффузивно-кремнистым марганценосным отложениям верхнекембрийского возраста. Основное марганцевое оруденение, представленное оксидно-силикатными и окисленными рудами, окисленными кварцитами, реже карбонатно-силикатными и силикатными марганцевыми рудами, локализуется среди пестроокрашенных яшм, кремнистых и глинисто-кремнистых сланцев, залегающих в эффузивно-кремнистой толще вблизи ее границы с толщей известняков и микрокварцитов.

Утхумское и Ир-Нимийское рудопроявления небольшие по масштабам, представлены линзо- и пластообразными рудными залежами, образующими несколько марганценосных горизонтов протяженностью 2-3 км и более. Мощность рудных тел обычно варьирует в пределах 2-6 м, достигая 15 м - на Утхумском рудопроявлении и 18-20 м - на Ир-Нимийском. Прогнозные ресурсы марганцевых руд при условии отработки на глубину 200 м оценивались в 40 млн. т. для Утхумского рудопроявления [Столяров и др., 2009], и в 14,2 млн. т. для Ир-Нимийского [Кателла и др., 2009], при средних содержаниях марганца на рудопроявлениях около 23%.

Марганцевые руды обоих проявлений сформировались в процессе нескольких этапов преобразований: седиментогенеза и диагенеза, регионального, контактового метаморфизма, сопровождавшихся метасоматозом и воздействием гидротерм; гипергенеза (табл. 1).

Региональный метаморфизм утхумских марганцевых руд и вмещающих пород неоднороден (отмечается постепенное понижение от фации альмандиновых амфиболитов до средне-низкотемпературной ступени фации зелёных сланцев). Степень регионального метаморфизма пород Ир-Нимийской площади соответствует зеленосланцевой фации низкотемпературной ступени, в этих условиях происходили преобразования руд, их перекристаллизация и незначительное переотложение рудного вещества.

Фации контактово-метаморфизованных пород, связанные с интрузиями гранитоидов, габброидов и диабазов, широко представлены на Утхумском рудопроявлении. На Ир-Нимийском рудопроявлении развиты в основном регионально-метаморфизованные породы; контактовый метаморфизм проявился локально, в связи с ослабленными тектоническими зонами, по которым внедрялись дайки основного состава.

В соответствии с этим, степень преобразования руд под воздействием факторов регионального и контактового метаморфизма на рудопроявлениях неодинакова.

Метасоматические и гидротермальные преобразования, проявились в виде окварцевания, карбонатизации и сульфидизации.

На конечной стадии руды в разной степени подверглись гипергенезу, роль которого на Утхумском рудопроявлении незначительна, тогда как на Ир-Нимийском проявлении с ним связано формирование вторичных (окисленных) оксидно-силикатных руд.

Таблица 1

Геолого-генетическая характеристика рудопроявлений

Рудопроявление Утхумское Ир-Нимийское

Металлогеническая зона Восточно-Саянская Удско-Шантарская

Генезис Вулканогенно-осадочный

Возраст вмещающих пород РЯз С2.3

Породы, вмещающие оруденение Амфиболиты, кремнистые сланцы Яшмы, кремнистые и глинисто-кремнистые сланцы

Протолит Карбонатные породы, обогащенные марганцем; эффузивы основного состава Кремнистые породы, обогащенные марганцем; эффузивы основного состава

Этапы рудообразования:

• Седиментогенез и диагенез + +

• Региональный метаморфизм Амфиболитовая фация Зеленосланцевая фация

• Контактовый метаморфизм + Внедрение палеозойских интрузий: + -

- габброидов, гранитоидов, диабазов, пироксенитов - габбро-диабазов, габбро-диоритов

• Метасоматоз и гидротермальные процессы Окварцевание, карбонатизация, сульфидизация

Типы руд - карбонатно-силикатные - силикатные - оксидно-карбонатно-силикатные - оксидно-силикатные - оксидно-карбонатно-силикатные - силикатао-оксидные

Полезные компоненты МпО 26,8% МпОг <0,1% МпО 21,5% МпСЬ 27,13%

Компоненты-примеси БіОг 42,3%; Ее„бщ 8,7%; Р205 0,32%; 8о6щ <0,1% ЙіОг 55,0%; Гео6„, 0,5%; Р205 <0,02%; 8о6щ <0,1%

Элементы-примеси Си 0,007%; N10,006%; Со 0,002% Си 0,009%; № 0,018%; Со 0,025%

* Составлена по материалам Окорокова В.Г. (1969), Роганова Г.В. (1977), Кулиш Л.И., Кулиш Е.А. (1974) с дополнениями автора.

ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И ИХ ОБОСНОВАНИЕ

1. Метаморфические и гипергенные процессы, которым подверглись исходные обогащенные марганцем вулканогенно-осадочные породы Утхумского и Ир-Нимийского рудопроявлеиий, определили формирование типоморфных минеральных ассоциаций руд, представленных минералами с переменным содержанием Мп, Ре, силикатами - группы оливина, граната, пироксеноидов, и карбонатами - группы кальцігга и доломита, а также оксидами и гидроксидами марганца.

Метаморфизм марганцовистых известковых, обогащённых органикой, осадков обусловил формирование руд карбонатно-силикатного состава Утхумского проявления. Метаморфизм осадков существенно кремнистого состава и последующий гипергенез, обусловили на Ир-Нимийском проявлении образование руд оксидно-силикатного состава.

В марганцевых рудах смешанного состава в зависимости от ведущего типа метаморфизма выделены текстурно-структурные типы и типоморфные минеральные ассоциации (табл. 2). Собственно развитие главных типов и минеральных разновидностей руд Утхумского и Ир-Нимийского проявлений, обусловлено формированием устойчивых минеральных ассоциаций и их изменением в результате гипергенеза.

В типоморфную минеральную ассоциацию регионально-метаморфизованных карбонатно-силикатных марганцевых руд входят: карбонаты ряда кальцит-родохрозит и родонит. Наложение на регионально-метаморфизованные руды вторичных (гипергенных) процессов обусловили формирование на Ир-Нимийском проявлении руд оксидно-силикатного типа - псиломелан-родохрозит-родонитовых. На Утхумском рудопроявлении оксидно-силикатные руды находятся в резко подчинённом количестве.

В типоморфную минеральную ассоциацию контакгово-метаморфизованных карбонатно-силикатных марганцевых руд входят: пироксеноиды, представленные полисоматическими сериями родонита, бустамита и пироксмангита, железо-марганцевые оливины изоморфного ряда тефроит-марганцевый фаялит, гранат - спессартин, железо-марганцевые карбонаты изоморфных серий группы кальцита - манганокальцит-родохрозит и доломита - манганодоломит-кутнагорит. Контактово-метаморфизованные марганцевые руды пёстрого состава представляют главный тип руд на Утхумском проявлении, в то время как на Ир-Нимийском рудопроявлении они проявлены локально и выделены в качестве разновидностей.

Перечисленные рудные минералы являются устойчивыми в ассоциации друг с другом и другими (акцессорными) минералами-индикаторами условий формирования проявлений вне зависимости от локализации рудных районов и геологического возраста оруденения.

Таблица 2

Минеральные разновидности руд и их морфоструктурный состав в зависимости от ведущего типа метаморфизма

Тип метаморфизма Фации метаморфизма Минеральные разновидности руды Текстура Структура Минеральные ассоциации* Акцессорные минералы Проявление

Региональный Зелёных сланцев Родохрозит-родолитовые руды (гипергенные псиломелан-родохрозит-родонитовые руды) - пятнистая прожилково-вкрапленная - скрытокристаллическая; - гетеробластовая; - грануляционная; - коррозионная Псиломелан -манганокальцит -родохрозит -родонит Кимрит, альстонит, барит, линнеит, джайпурит Ир-Нимийское

Региональный Эпидот-амфиболитовая Манганокальцит-родонитовые руды - массивная - скрытокристаллическая до мелкокристаллической; -гетеробластовая - коррозионная Псиломелан -спессартин -родохрозит -манганокальцит -родонит Пирит Утхумское

Контактовый** Альбит- эпидотовых роговиков Тефроит-родонитовые руды с родохрозитом - пятнистая - от мелко- до среднекристаллической; -гранобластовая; - катакластическая Спессартин-бементит-родохрозит -тефроиг-родонит -пироксмангит -бустамит Алабандин, линнеит, джайпурит, пирит, пирротин Ир-Ннмийское

Контактовый Амфиболовых (до пироксено-вых) роговиков Кутнагорит-спсссартин-пикротефроит-родоннтовые руды с родохрозитом - пятнистая -такситовая - от мелко- до среднекристаллической; - гранобластовая; -гипидиобластовая; - пойкилобластовая; - катакластическая Родохрозит -манганокальцит -кутнагорит -спессартин -пикротефроит- родонит -пироксмангит - бустамит — пиросмапит -пирофанит Алабандин, полидимит, пирит, пирротин, (молибденит, галенит -гидротермальные) Утхумское

* - жирным шрифтом указаны главные рудные минералы,

** - влияние на генезис руд ранее не рассматривалось.

Таким образом, типоморфными минеральными ассоциациями, характерными для карбонатно-силикатных и оксидно-силикатных марганцевых руд Утхумского проявления являются:

кутнагорит - спессартин - пикротефроит - родонит, псиломелан - манганокальцит - родонит; Ир-Нимийского рудопроявления:

родохрозит - псиломелан - родонит, родохрозит - бементит - тефроит - родонит.

2. Основные факторы, влияющие на переработку карбонатно-силикатных и оксидно-силикатных марганцевых руд: сложное сочетание пятнистых, прожилково-вкрапленных текстур и мелко-скрытокристаллических структур, переменное количество марганцевых минералов и неравномерное распределение в них марганца, высокие содержания примесей (кремнезём, железо и фосфор), контрастность физических свойств рудообразующих минералов, обусловлены характером и глубиной процессов метаморфизма, сопровождавшихся мнкротектоннческими проявлениями (трещиноватость, блочность, катаклаз и др.), и гипергенеза.

Качество смешанных марганцевых руд во многом определено составом первичных марганецсодержащих пород и интенсивностью их преобразований, полигенностью руд и проявлением процессов пострудного метаморфизма, усложняющими характеристики минерального состава.

Факторы регионального метаморфизма обуславливают формирование карбонатно-силикатных разновидностей руд, характеризующихся скрытокристаллическим (реже мелкокристаллическим) строением и массивными текстурами. Впоследствии, под влиянием гипергенных процессов в рудах получили развитие прожилково-вкрапленные текстуры и коррозионные структуры (рис. 1).

Факторы контактового метаморфизма обуславливают изменение и усложнение минерального состава руд, увеличение зернистости минеральных фаз и развитие пятнистых и полосчатых текстур (рис. 2).

В целом, формирование руд проходило за счёт бластогенеза, облик руд изменялся под действием пострудных процессов катаклазирования и вторичных замещений. Термодинамическими условиями обусловлено проявление изоморфизма в структуре рудных минералов, что послужило широкому развитию непрерывных и дискретных изоморфных рядов силикатов и карбонатов марганца в утхумских рудах и достаточно ограниченным дискретным изоморфным рядам марганцевых минералов в ир-нимийских рудах.

В таблице 3 приведены минеральные составы карбонатно-силикатных руд Утхумского и Ир-Нимийского проявлений. Одной из главных особенностей руд является н&чичие сложных минеральных комплексов, в частности изоэлементных групп силикатов и карбонатов. Изоморфизм в структуре минералов, в зависимости от интенсивности проявления

УТХУМСКОЕ РУДОПРОЯВЛЕНИЕ

Манганокальцит-родонитовая руда Пироксмангит-

ИР-НИМИЙСКОЕ РУДОПРОЯВЛЕНИЕ

родонитовая руда

Родохрозит-псиломелан-родонитовая руда

Рис. I. Пятнистые, массивные и прожилково-вкрапленные регионально-метаморфизованные марганцевые руды

скрытокристаллического строения

Кутнагорит-спессартин-родонитовая руда с родохрозитом

УТХУМСКОЕ РУДОПРОЯВЛЕНИЕ

Спессяртин-Ся-Ре-спессяртин

Тефроит-пнкротефроит

Пироксмянгит-родоннт

Пнроксмянгит Родонит

Николи II

ИР-НИМИИСКОЕ РУДОПРОЯВЛЕНИЕ

Тефроит

Николи *

Николи

Тефроит-родонитовая руда с родохрозитом

Рис. 2. Пятнистые контактово-метаморфизованные марганцевые руды мелко-и среднекристаллического строения

метаморфизма, в одном случае представлен широким рядом минеральных видов и разновидностей, как на Утхумском рудопроявлении, в другом - не более чем двумя-тремя минералами в каждой серии твердых растворов, что мы наблюдаем на Ир-Нимийском проявлении.

Этим объясняется различное содержание марганца в рудных минералах. При изовалентном изоморфизме в структуре рудных минералов Утхумского проявления, уровень метаморфизма руд на котором достигает амфиболитовой фации, Мп активно замещается Са, Ре, М§. При низкотемпературном метаморфизме изоморфная смесимость в твёрдых растворах менее проявлена. Поэтому на Ир-Нимийском рудопроявлении содержание марганца в рудных минералах в сравнении с утхумскими рудами выше.

Соотношение в рудах карбонатов и силикатов марганца, их фосфористость" зависят главным образом от количества биогенного материала в исходных осадках. Формирование карбонатной и фосфатной составляющих утхумских руд связано с перекристаллизацией известковых осадков, состоящих из органических соединений, углекислых кальция и фосфора; в ир-нимийских рудах, в которых исходные марганцовистые породы имели существенно кремнистый состав, их недостаток обусловил низкую фосфористость и небольшие содержания рудных карбонатов.

Таким образом, метаморфические преобразования исходных марганецсодержащих пород, сопровождавшиеся микротектоническими проявлениями (трещиноватость, блочность, катаклаз и др.) и гипергенезом, обусловили минералогические особенности, влияющие на переработку существенно силикатных марганцевых руд:

1. сложные текстурно-структурные особенности руд: сочетание пятнистых, прожилково-вкрапленных, мелко-скрытокристаллических и катакластических структур, обуславливающие крупность измельчения руд и раскрытие минералов;

2. химический состав руд, характеризующий их высокую кремнистость, а для утхумских руд также железистость и фосфористость, при невысоком содержании марганца, предполагает повышенные содержания в концентратах лимитируемых примесей (кремнезём, железо, фосфор), что влияет на качество продуктов переработки;

3. переменное количество марганцевых минералов в связи с природными особенностями руд: пестротой состава и тесных срастаний силикатов и карбонатов марганца;

4. неравномерное распределение марганца по минералам -содержание полезного компонента в рудных силикатах и карбонатах в связи с изоморфными замещениями колеблется в широких пределах;

5. силикаты марганца различных групп обладают близкими физическими свойствами (микротвёрдостью, хрупкостью, пластичностью), однако по механическим свойствам карбонаты и силикаты, образующие полиминеральные агрегаты, значительно отличаются, и в этой связи вероятны потери марганца в хвостах за счёт переизмельчения рудных карбонатов.

Таблица З

Сравнительная минералогическая характеристика карбонатно-силнкатных руд Утхумского и Ир-НимиИского марганцевых проявлений

Утхумское Ир-Нимийское

Типы руд Карбонатно-силикатные, силикатные, оксидно-карбонатно-силикатные Карбонатно-силикатные, силикатные, оксидно-карбонатно-силикатные, силикатно-оксидные

Текстура руд Пятнистая, массивная, прожилково-вкрапленная, полосчатая и тонкополосчатая Пятнистая, прожилково-вкрапленная, реже массивная

Структура руд по грануляр мелко-, среднекристаллическая до скрытокристаллической чому составу скрытокристаллическая, реже мелко-, среднекристаллическая

по морфол •гипидиобластовая; -гранобластовая; -гранолепидобластовая; -пойкилобластовая; -катакластическая; -коррозионная огии зёрен: -гетеробластовая; -гранобластовая; -грануляционная; -колломорфная; -катакластическая; -коррозионная

Минеральный соста Рудные минералы • карбонаты • силикаты • сложные оксиды Породообразующие минералы Акцессорные минералы і Изоморфные серии в карбонатах Манганокальциг-родохрозит-олигонит 1 Манганокальцит-родохрозит Манганодоломит-кутнагорит-анкерит | Манганодоломит

Изоморфные серии в оливинах Тефроит-пикротефроит-кнебелит | Тефроит-кнебелит

Полисоматические Родонит Пироксманпгг Бустамит серии пироксеноидов Родонит Пироксманпгг Бустамит

Алюмосиликаты: группа граната Спессартин | Спессартин

Силикаты с хлор-гидроксильноіі группой Пиросмалит | Беменгит

Группа ильменита Пирофанит | -

Оксиды и гидро Псиломелан, вернадит, тодороюїт ксиды марганца Псиломелан, вернадит, нсутит, тодорокит, рансьеит, браунит, пиролюзит, рамеделлит

Кварц Слюды: биотит, мусковит Пироксен: Мп-содерж. диопсид Амфиболы: роговая обманка, манганкуммингтонит Хлорит Гиалофан, микроклин Кварц Слюды: биотит, мусковит (серицит) Пироксен: Мп-содерж. диопсид Амфиболы: роговая обманка, манганрихтерит, глаукофан Хлорит

Сульфидная л Алабандин Полидимит (гр. линнеита) Пирит, пирротин. Галенит, молибденит пшерализация Алабандин Линнеит, джайпурит (гр. линнеита) Пирит, пирротин,

Прочие Куприт, самородная медь, сфен, 1 Самородная медь, азурит, малахит, апатит, монацит, циркон, гетит I кимрит, барит, альстонит, гетит

Установленные минералогические факторы позволяют прогнозировать, что обогащение карбонатно-силикатных руд, механическими методами малоэффективно в связи с образованием при дроблении и измельчении агрегатов, характеризующихся сложными типами срастания минералов. Преобладание в рудах силикатов с повышенным содержанием марганца, гетерогенные поверхности их зёрен благоприятны для выщелачивания.

Оксидно-карбонатно-силикатные и оксидно-силикатные руды более благоприятны для обогащения, что обусловлено высокой степенью контрастности руд по гравитационным свойствам за счёт присутствия в рудах оксидов и частично карбонатов марганца (рудная карбонатно-оксидная фаза) и кварца, являющегося главным породообразующим минералом (нерудная силикатная фаза).

При отсутствии возможности получения карбонатного концентрата из руд, карбонатно-силикатный продукт непосредственно поступает на химико-металлургический передел. При наличии в рудах оксидов и частично карбонатов марганца появляется возможность комбинировать методы механического обогащения и химико-металлургический передел.

На схеме (рис. 3) приведены наиболее значимые геолого-минералогические факторы, определяющие в совокупности выбор методов переработки смешанных марганцевых руд.

3. Разработана методика определения степени раскрытия марганцевых силикатных и карбонатных минералов в иммерсионных препаратах, позволяющая на основании различия их оптических свойств оценивать раскрываемость в продуктах обогащения руд.

Главной особенностью карбонатно-силикатных, оксидно-силикатных марганцевых руд является то, что в отличие от легкообогатимых оксидных руд, сложены они преимущественно прозрачньми рудными минералами, характеризующимися близкими свойствами. Руды отличаются сложными взаимоотношениями минералов, что затрудняет проведение прикладных минералогических исследований и выбор оптимального комплекса методов исследования, позволяющего получить максимально полную информацию об их минеральном составе. Изучение степени раскрытия минералов в продуктах обогащения потребовало нового подхода, заключающегося в применении комплекса физических методов, в котором ведущим явился иммерсионный анализ.

Изучение минерального состава руд, морфометрических характеристик (определение гранулярного состава, типов срастаний) проводились главным образом в иммерсионных препаратах. Специфика руд такова, что при подсчёте раскрытия минералов, применение одного оптико-минералогического метода недостаточно.

Иммерсионный метод использовался для определения минерального состава продуктов обогащения руд Утхумского рудопроявления, как в целом фракций руды, так и присутствующих в них полиминеральных сростков. В отдельных случаях для определения состава материала мелких классов и шламов привлекался рентгенографический анализ.

Геологические факторы

характер и глубина процессов

метаморфизма < метасоматоза — гипергенеза

Минералогические факторы

содержание Мп в хвостах обогащения: карб.-сил. руды 12,9% оке.-сил. руды 9.3%

(Утхумсков р.) (Ир-Нимийсков р:)

Состав исходных пород и процессы рудогенеза

Рис. 3. Геолого-минералогические факторы, определяющие технологию переработки карбонатно-силикатных и оксидно-силикатных марганцевых руд

Рудные сростки силикатов марганца представляют собой массивные агрегаты тесно ассоциирующих минералов - весьма прочные и плотные образования с шероховатой поверхностью, сформированные, главным образом, пироксеноидами, марганцевыми оливинами и спессартином. Родонит и пироксмангит, являясь членами полисоматического ряда пироксеноидов, часто образуют взаимные срастания, в которых установить истинные границы зёрен невозможно (рис. 4).

Рудные сростки карбонатов с силикатами представлены родохрозитом и спессартином, либо родохрозитом и марганцевыми оливинами (рис 5). Ассоциация родохрозита с гранатом переходит в ассоциацию пироксмангита с гранатом, далее состав усложняется за счёт вхождения в агрегаты других минералов. Этим обусловлен один из основных минералогических признаков смешанных руд, влияющих на обогатимость, — полиминеральность.

Рис. 4. Материал дроблёной руды, класс -0,315+0,1 мм: а) сплошной кремнистый агрегат кварц-родонитового состава (()-Яс1п) и обломок кристалла родонита (Лёп); б) агрегаты зерен железо-марганцевых оливинов. В прямом и поляризованном свете

Рис. 5. Агрегаты рудных минералов -родохрозит; Зрв -спессартин; Рхш - пироксмангит; КлЬ -кнебелит):

а) существенно силикатный сросток;

б) силикатно-карбонатный сросток. В прямом и поляризованном свете

Те же методические подходы использовались для определения минерального состава продуктов обогащения руд Ир-Нимийского рудопроявления. Изучение состава сростков в иммерсионных препаратах, позволило, работая с более объёмными фракциями, уверенно использовать оптико-минералогический анализ для исследования характера распределения сростков в продуктах обогащения. Вместе с тем, иммерсионный анализ выполнялся для контроля состава сростков, а также в тех случаях, когда диагностика минералов и их количество в сростках были неоднозначны. На гистограмме (рис. 6) отражено содержание минералов в сростках различного типа и одновременно распределение их в классах крупности руды. В таблице 4 даны содержания каждого минерала в зависимости от выхода.

На рисунке 7 представлена диаграмма коэффициентов раскрытия (Кр) классов крупности от 1 до 0,07 мм. Наложение линий коэффициентов раскрытия рудной и нерудной фаз показывает, что разделения рудных и породообразующих минералов в классах ситового анализа не происходит.

Изучение минерального состава фракций показывает, что содержание рудных минералов в них повышается в материале более мелких классов крупности в соответствии со степенью раскрытия. Следовательно, характер распределения минералов по фракциям, предопределяет получение чернового гравитационного концентрата при значительном содержании породообразующих минералов, что требует дополнительных методов обогащения.

На рисунке 8 представлены диаграммы коэффициентов раскрытия (Кр) фракционированного по плотности материала. В процессе гравитационного обогащения степень раскрываемости рудных минералов значительно увеличивается. Коэффициенты раскрытия рудной и нерудной фаз для лёгких и тяжёлых фракций, показывают эффективность разделения рудных и породообразующих минералов в классах крупности гравитационного анализа.

Комплексирование иммерсионного и оптико-минералогического методов позволило по оптическим свойствам диагностировать прозрачные минералы, оценить их содержания, как в свободных зёрнах, так и в сростках, определить характер распределения сростков в различных продуктах обогащения руд и степень раскрытия прозрачных минералов (карбонатов и силикатов марганца), что в свою очередь определяет эффективность технологических процессов и позволяет прогнозировать качество продуктов обогащения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Необходимость обратиться к рудам нетрадиционного типа (смешанным карбонатно-силикатным и оксидно-силикатным) обусловлена проблемой дефицита марганца в России, в связи с отсутствием в стране месторождений высококачественных марганцевых руд. Основные перспективы развития отечественной марганцеворудной базы связаны с созданием новых высокоэффективных технологий переработки труднообогатимого и нетрадиционного типа марганцевого сырья известных месторождений

к> о

Рис. 6. Характер распределения сростков в руде, дробленой до -1 мм

Таблица 4

Минеральный состав сростков в руде дробленой до -I мм

Типы сростков —» н/р бедные сростки рядовые сростки богатые сростки «свободи.» зерна Сумма, OTH.%

Кл. крупн., мм Выход, % 0 Oxd Rd Oxd-Rd Pxd Psi Rd Psl-Rd Pxd Psi Rd Psl-Rd Pxd Rs Psi Rd Pxd

-1+0,5 34,92 4,5 5,6 0,3 0,3 - 11,5 0,3 1,4 0,7 4,2 0,3 1,0 0,7 - 1,4 0,7 0,7 33,9

-0,5+0,2 18,97 4,2 4,7 0,4 - 0,2 4,0 0,4 0,2 0,6 1,5 0,2 - 0,2 - 1,7 0,4 0,2 18.8

-0,2+0,07 13,74 4,4 4,5 0,1 - - 1,4 0,1 - - 0,7 0,3 - 0,4 0,1 1,1 0,4 0,1 13,7

-0,074+0,044 6,32 0-3,2; Psi - 0,6; Rs - 0,7; Rd - 0,3; Рх - 0,5; Ran - 0,1 ; Sps - 0,1 (?) 5,5

-0,044+0 26,05 0 - 15,6; Psi - 2,6; Rs - 1,6; Px - 1,3; Ran - 0,3; Sps » 0,3(?) 21,7

Итого: 100,0 93,6

Примечание: Q - кварц, Oxd - оксиды марганца, Rd - родонит, Pxd - пироксеноиды, Psi - псиломелан, Rs - родохрозит. Ran - рансьеит, Sps - спессартин, Рх -пироксен.

К классов ситового анализа

Рис. 7. Диаграмма коэффициентов раскрытия (Кр) рудной и нерудной фаз в руде дробленой до -1 мм

Рис. 8. Диаграммы коэффициентов раскрытия (Кр) рудной и нерудной фаз в руде дробленой до -1 мм

и фракционированной по плотности

и многочисленных объектов, запасы которых на протяжении десятилетий остаются не учтёнными.

В результате проведенных исследований установлено, что определяющим в формировании рудных ассоциаций Утхумского и Ир-Нимийского проявлений являлось влияние регионального и контактового метаморфизма, на завершающей стадии - гипергенных процессов. В зависимости от характера и глубины воздействия процессы рудогенеза и гипергенеза по-разному отразились на современном облике руд с развитием в них типоморфных минеральных ассоциаций. Главными отличиями типоморфных ассоциаций регионально- и контактово-метаморфизованных марганцевых руд является появление в контактовых разновидностях силикатов - марганцевых оливинов, пироксеноидов и гранатов с изоморфизмом элементов Мп, Ре, М§ и карбонатов - минералов с изоморфными замещениями элементов Са, Мп, Ре, - рядов кальцит-родохрозит и манганодоломит-кутнагорит, а также вторичной (сульфидной -линнеит, полидимит, джайпурит, пирротин, алабандин) минерализации и акцессорных минералов-индикаторов условий образования (пиросмалит, пирофанит, кимрит, гиалофан, барит и другие).

Выявленные геолого-минералогические факторы характеризуют взаимосвязь состава первичных марганецсодержащих пород и рудообразующих процессов с особенностями руд: сложным строением и полиминеральным составом, различным содержанием марганца в рудных минералах, представленных изоморфными смесями, присутствием примесей кремния, железа, фосфора, контрастностью физических свойств минералов. Установленные геолого-минералогические факторы обуславливают выбор методов их технологической переработки.

Гранулярные составы карбонатно-сшшкатных и оксидно-(карбонатно) силикатных руд — тонко-, мелкозернистость, редко среднезернистость, определяют различную крупность их измельчения и раскрываемость минералов. Селективное разделение силикатов и карбонатов марганца в процессе рудоподготовки затруднено за счёт образования полиминеральных сростков с переменным содержанием рудных минералов и реальным составом минералов. Негативное влияние на дезинтеграцию руды оказывает близость механических свойств (твёрдость), а также сложные типы срастаний, обусловленные катаклазированием, микроблочностью, гетерогенностью зёрен. Минералогические особенности метаморфизованных марганцевых руд, наиболее проявленные в интенсивно преобразованных разновидностях, не позволяют селективно выделить карбонаты и силикаты, в связи с чем обогащение руд направлено на выделение полиминеральных рудных агрегатов.

Сложное строение карбонатно-сшшкатных руд, сформировавшихся в условиях повышенных степеней метаморфизма (контактово-метаморфизованные в условиях амфиболовых утхумские руды и альбит-эпидотовых роговиков ир-нимийские руды), практически исключают возможности обогащения их механическими методами. С другой стороны, морфометрические характеристики руд, в частности, типы поверхностей

зёрен и другие элементы их строения, благоприятны для выщелачивания -химического вскрытия рудных силикатов и карбонатов.

В оксидно-силикатных рудах степень метаморфизма соответствует низкотемпературным ступеням (зеленосланцевая фация ир-нимийских руд), изоморфизм в структурах рудных минералов проявлен не столь широко, поэтому содержание марганца остаётся достаточно высоким. Процессы гипергенеза способствовали формированию в рудах оксидной минерализации с образованием плотных агрегатов преимущественно псиломеланового состава. Присутствие в рудах оксидов и частично карбонатов марганца, степень контрастности руд по гравитационным свойствам создают более благоприятные для обогащения условия, что позволяет сочетать методы механического обогащения и химико-металлургический передел.

Разработанная методика оценки раскрытия минералов комплексом минералогических методов, ведущим из которых является иммерсионный анализ, на основании различия оптических свойств минералов, позволяет проводить определение раскрываемости прозрачных рудных минералов -силикатов и карбонатов марганца и прогнозировать качество получаемых продуктов.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

(Мартынова Т.А. - Барнышева Т. А.)

1. Мартынова Т.А. К минералогии марганцевых руд Утхумского месторождения // Проблемы освоения недр в XXI веке глазами молодых / 4 Международная научная школа молодых учёных и специалистов. М.: 2007. С. 55-57.

2. Мартынова Т.А. Текстурно-структурные особенности марганцевых руд Утхумского месторождения (Иркутская область) // Молодые - наукам о Земле / Межвузовская научная конференция студентов, аспирантов и молодых учёных. М.: 2008. С. 194.

3. Мартынова Т.А. Минералогия силикатов марганца Утхумского месторождения // Актуальные проблемы геологического изучения недр и воспроизводства минерально-сырьевой базы твёрдых полезных ископаемых / Научно-практическая конференция молодых учёных и специалистов. М.: 2008. С. 106-108.

4. Мартынова Т.А. Минералого-технологические особенности марганцевых руд Утхумского месторождения // Проблемы геологии рудных месторождений, минералогии, петрологии и геохимии / Научная конференция, посвящённая 100-летию со дня рождения академика Ф.В.Чухрова (1908-2008). М.: 2008. С. 304-306.

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

/г

6. Соколова В.Н., Мартынова Т.А., Лосев Ю.Н., Шувалова Ю.Н. Минералого-технологическое обоснование способов комплексной химико-металлургической переработки труднообогатимого марганцевого сырья // Новые методы технологической минералогии при оценке руд металлов и промышленных минералов. Петрозаводск: 2009. С. 32-40.

7. 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.

8. Мартынова Т.А., Ожогина Е.Г., Ожогин Д.О., Соколова В.Н., Шувалова Ю.Н. Особенности минералогического изучения смешанных марганцевых руд при проведении технологических работ // Инновационные процессы в технологиях комплексной, экологически безопасной переработки минерального и нетрадиционного сырья / Институт горного дела СО РАН. М.: 2009. С. 116-119.

9. Броницкая Е.С., Крылов И.О., Летунова Н.Г., Луговская И.Г., Мартынова Т.А., Ратнер В.Б., Сладкова Г.А., Космина Н.И. Технология переработки марганцевых руд Ванданского месторождения и перспективы применения отходов переработки в промышленности // Разведка и охрана недр, 2009. №7. С. 27-32.

10. Мартынова Т.А. Микроструктурные особенности оолитовых и сферолитовых глинисто-карбонатных марганцевых руд, влияющие на процессы обогащения (на примере руд Елагинской площади) // Научные основы и современные процессы комплексной переработки труднообогатимого минерального сырья: Материалы международного совещания. Казань: 2010. С. 112-114.

П.Мартынова Т. А., Тютюнник Н.Д. Особенности раскрытия минеральных агрегатов карбонатно-силикатных марганцевых руд в продуктах глубокого обогащения (на примере руд Утхумского рудопроявления) // Разведка и охрана недр, 2011. №1. С. 59-64.

12. Мартынова Т.А. Особенности марганцевой минерализации в метаморфических комплексах пород // Разведка и охрана недр, 2011. № 12.

С. 26-31.

Подписано в печать 18.03.2013 г. Формат 60x90 1/16. Усл. печ. л. 1,0 Отпечатано на ризографе. Тираж 100. Заказ № 9

РИС «ВИМС»

119017, г. Москва, Старомонетный пер. дом 31

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Барнышева, Татьяна Александровна, Москва

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ «ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ ИМ. Н.М.ФЕДОРОВСКОГО» (ФГУП «ВИМС»)

На правах рукописи

04201355591

Барнышева Татьяна Александровна

Специальность 25.00.05 - минералогия, кристаллография

Диссертация на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Научный руководитель: д.г.-м.н. Ожогина Елена Германовна

МОСКВА, 2013

Оглавление

Перечень условных сокращений.....................................................................................................3

Введение............................................................................................................................................4

1. Общие сведения о геолого-структурной позиции марганцевых объектов и технологической минералогии марганцевых руд...............................................................10

1.1. Типизация марганцевых руд и их технологическая минералогия ...............................10

1.2. Основные черты тектоники и марганценосность областей локализации Утхумского и Ир-Нимийского рудопроявлений, приуроченных к метаморфическим комплексам Восточного Саяна и Дальнего Востока.............................................................................26

1.3. Геологическое строение и изученность Утхумского рудопроявления........................35

1.4. Геологическое строение и изученность Ир-Нимийского рудопроявления.................39

2. Влияние условий образования Утхумского и Ир-Нимийского рудопроявлений на вещественный состав руд и их качество................................................................................45

2.1. Факторы регионального и контактового метаморфизма ..............................................45

2.2. Особенности генезиса текстур и структур метаморфизованных карбонатно-силикатных и оксидно-силикатных марганцевых руд ..................................................50

2.3. Ассоциации рудных минералов и индекс-минералы.....................................................53

2.4. Минералого-геохимические особенности рудопроявлений их влияние на переработку руд.................................................................................................................71

3. Минералогические факторы, определяющие технологию переработки марганцевых руд смешанного состава .................................................................................................................78

3.1. Вещественный состав руд Утхумского проявления......................................................78

3.1.1. Текстурно-структурные особенности руд............................................................78

3.1.2. Химический состав руд..........................................................................................83

3.1.3. Минеральный состав руд .......................................................................................84

3.2. Вещественный состав руд Ир-Нимийского проявления...............................................96

3.2.1. Текстурно-структурные особенности руд............................................................96

3.2.2. Химический состав руд........................................................................................100

3.2.3. Минеральный состав руд .....................................................................................101

4. Разработка методики по определению степени раскрытия прозрачных рудных минералов в продуктах обогащения карбонатно-силикатных и оксидно-силикатных марганцевых РУД ............................................................................................................................................111

4.1. Особенности минералогического изучения смешанных марганцевых руд при проведении технологических работ..............................................................................111

4.2. Минералогическое сопровождение процессов обогащения руд Утхумского рудопроявления ...............................................................................................................114

4.3. Апробация эффективности применения методики определения степени раскрытия прозрачных рудных минералов при оценке обогатимости руд Ир-Нимийского проявления .......................................................................................................................127

Заключение ...................................................................................................................................146

Список использованной литературы..........................................................................................148

Перечень условных сокращений

Алабандин (Abn) Альстонит (Als) Барит (Ва) Бементит (Bmt) Бустамит (Bst) Галенит (Gn)

Диопсид марганецсодержащий (Mn-Di)

Джайпурит (Jp)

Кварц (Q);

Кимрит (Суш)

Кутнагорит (Ktn)

Линнеит (Ln)

Молибденит (Мо)

Монацит (Mnz)

Нсутит (Ns)

Пиролюзит (Prs).

Пирит (Ру)

Пирротин (Ро)

Полидимит (Pd)

Псиломелан (Psl)

Пироксмангит (Рхш)

Пироксеноид (Pxd)

Рансьеит (Ran)

Родохрозитом (Rs)

Родонитом (Rd)

Спессартин (Sps)

Тефроит (Tph)

Тодорокит (Tdr)

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Проблема обеспечения отечественных металлургических предприятий марганцевым сырьем остро встала после распада Советского Союза, когда Россия утратила основные марганцеворудные районы ныне суверенных Украины, Грузии, Казахстана. С того периода марганец — важнейший компонент производства в чёрной металлургии стал дефицитным для России видом минерального сырья. В настоящее время Российская Федерация не располагает собственными марганцевыми месторождениями, которые по масштабам и качеству сырья могли бы быть сопоставимы с месторождениями бывших советских республик. Ограниченные возможности по выявлению крупных, легкоразрабатываемых марганцевых месторождений вынуждают вовлекать в промышленную переработку руды с постоянно снижающимся качеством, что выражается не только в низком содержании в них полезного компонента — марганца, но и в усложнении минерального состава, в том числе повышенной фосфористости, железистости, кремнезёмистости. Поэтому все больше внимания уделяется отечественным труднообогатимым и нетрадиционным типам марганцевого сырья, в частности рудам смешанного типа (оксидно-карбонатно-силикатным, карбонатно-силикатным), фонд месторождений которых остался почти нетронутым. Вместе с тем, следует подчеркнуть, что марганцевые руды нетрадиционного типа в промышленном отношении являются сложным сырьём, и рациональная технология обогащения таких руд с получением товарных продуктов разработана сегодня только в Австралии и Японии.

В России марганцевые руды нетрадиционного типа (метаморфизованные, смешанного карбонатно-силикатного состава) промышленностью не используются, но, несмотря на это, их минералогические особенности в определённой степени изучались в прошлые годы. Иная ситуация сложилась в практике минералого-технологического изучения таких руд и продуктов их обогащения — работы по определению минерального состава, оценке поведения рудных минералов в обогатительном процессе и их распределению по фракциям (ситового анализа, гравитационной и магнитной сепарации) практически не проводились в связи с отсутствием в России положительного опыта промышленной переработки этого типа сырья.

Учитывая практику промышленного использования марганцевых руд нетрадиционного типа за рубежом, создание эффективных технологий переработки и общее развитие работ по технологической минералогии в России могут способствовать переводу

подобных руд отечественных месторождений в категорию дополнительного источника получения марганца. Исходя из этого, представляется весьма актуальным установить степень влияния особенностей вещественного состава руд, определяемых генезисом рассматриваемых объектов, на их качество и технологические свойства.

Степень разработанности темы. В области технологической минералогии и обогащения марганцевых руд основные работы проводились в ВИМСе в конце 60-х начале 70-х годов и в «НВП Центр-ЭСТА reo» в 90-х годах. Аналогичными исследованиями в 60-х годах прошлого столетия занималась лаборатория Красноярского металлургического завода "Сибэлектросталь", где изучался состав и обогатимость руд Утхумского и Ир-Нимийского рудопроявлений. По результатам работ было определено, что обогащение утхумских руд механическими методами невозможно. А из 2-х проб ир-нимийских руд получены концентраты, пригодные для получения силикомарганца 3-го сорта, при дополнительном обескремнивании — для производства ферромарганца. Фрагментарность и незавершённость всех этих работ послужили основанием к продолжению исследований руд этих объектов для окончательного вывода об их промышленной значимости.

В последние десятилетия ФГУП «ВИМС» занимается переоценкой ряда марганцевых месторождений с нетрадиционным и низкокачественным сырьём для обоснования перспективности этих объектов на основе разработки эффективных схем их отработки и технологии передела руд, в том числе Утхумского и Ир-Нимийского рудопроявлений. Минералогические исследования выполнялись во Всероссийском научно-исследовательском институте минерального сырья им. Н.М. Федоровского (ФГУП «ВИМС») в рамках бюджетных и договорных работ. Совместно с Иркутской ГЭ ФГУНПГП «Иркутскгеофизика», работая по теме «Оценка перспектив использования и развития минерально-сырьевой базы марганца Южной Сибири на основе разработки современных технологий добычи и переработки руд», автором был проведён отбор и формирование минералогических и лабораторно-технологических проб на Утхумском рудопроявлений, чему предшествовало проведение на этом объекте геологических маршрутов, исследование горных выработок и естественных обнажений выхода коренных пород и марганцевых руд. В рамках темы «Технологическое изучение марганцевой руды Ир-Нимийской площади» из технологической пробы Ир-Нимийского рудопроявления автором была составлена представительная выборка каменного материала для лабораторных минералогических исследований. Автор принимал непосредственное участие в минералогическом обеспечении разрабатываемых технологий обогащения труднообогатимых смешанных марганцевых руд этих объектов (от отбора проб до написания отчёта). В процессе работы был изучен вещественный состав марганцевых руд Утхумского и Ир-Нимийского рудопроявлений

и определены минералогические особенности продуктов их обогащения. В рамках минералогического сопровождения технологических работ автором выполнены минералогические исследования смешанных руд и продуктов их обогащения Порожинского месторождения и Ванданского рудопроявления.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

■ Установить основные типоморфные ассоциации руд.

■ Разработать методику определения степени раскрытия рудных минералов — силикатов и карбонатов марганца.

■ Определить минералогические факторы переработки руд Научная новизна.

Практическая значимость работы заключается в разработанной и апробированной методике определения степени раскрытия прозрачных марганцевых минералов, базирующейся на различии их оптических свойств. Выявленные в процессе исследований минералогические факторы, определяющие технологические особенности существенно силикатных марганцевых руд, позволяют прогнозировать способы, методы их переработки, а также качество ожидаемых продуктов. Результаты минералогического изучения марганцевых руд и продуктов их обогащения были использованы при создании эффективных комбинированных технологий переработки руд смешанного (карбонатно-силикатного, оксидно-силикатного) типа Утхумского и Ир-Нимийского рудопроявлений.

Фактический материал. Объектом диссертационного исследования являлись марганцевые руды существенно силикатного состава Утхумского и Ир-Нимийского рудопроявлений. Непосредственный объект исследований — каменный материал, отобранный из горных выработок методом бороздового опробования, из которого были сформированы технологические пробы.

Автором изучено более 200 шлифов пород и руд петрографическим и минераграфическим методами, проведены оптико-минералогический и иммерсионный анализы порядка 120 образцов продуктов обогащения с целью определения степени раскрытия марганцевых минералов; определены физические свойства: удельная магнитная восприимчивость (д.г.-м.н. Раков Л.Т.), плотность, микротвердость минералов, отобранных вручную с помощью бинокулярного стереоскопического микроскопа. В работе использованы более 100 рентгенографических, 30 микрорентгеноспектральных, 10 электронно-микроскопических анализов (к.г.-м.н. Чистякова Н.И., к.г.-м.н. Ожогин Д.О., Шувалова Ю.Н., Быстров И.Г.) и 20 химических анализов, выполненных в аналитическом отделе ВИМС'а.

• оптическая микроскопия (петрографический, минераграфический и оптико-минералогический анализы) для изучения минерального состава и текстурно-структурных особенностей руд и вмещающих пород, а также степени раскрытия

минералов. Аппаратура: поляризационные микроскопы ПОЛАМ И-411 (ЛОМО, Россия), «Optifot-Pol», Olympus BX51-DIC (Япония), микроскопы бинокулярные стереоскопические МБС-9, МБС-10 (ЛОМО, Россия);

• рентгенографический количественный фазовый анализ (РКФА) для количественной оценки содержания минералов в рудах, определения параметров элементарной ячейки рудных минералов. Аппаратура: рентгеновский дифрактометр X'Pert PRO (PANalytical, Голландия);

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

• растровая электронная микроскопия (РЭМ) для изучения микростроения рудных минералов и определения их элементного состава. Аппаратура: растровый электронный микроскоп Tesja BS 301 (Словения), оснащенный рентгеновским спектрометром с дисперсией по энергии;

• методы определения физических свойств минералов:

- микровдавлнвания для определения микротвердости минералов на полуавтоматическом микротвердометре ПМТ-ЗМ (ЛОМО, Россия);

- обьемометрический для измерения плотности рудных и породообразующих минералов на микрообъемометрической установке с использованием ультрамикровесов «Сарториус» и барометрических капилляров;

- магнитометрии для измерения магнитной восприимчивости горных пород и ее анизотропии ■— установка Kappabridge KLY-2.

Защищаемые положения:

1. Метаморфические и гипергенные процессы, которым подверглись исходные обогащенные марганцем вулканогенно-осадочные породы Утхумского и Ир-Нимийского рудопроявлений, определили формирование типоморфных минеральных ассоциаций руд, представленных минералами с переменным содержанием Mn, Fe, Mg: силикатами — группы оливина, граната, пироксеноидов, и карбонатами — группы кальцита и доломита, а также оксидами и гидроксидами марганца.

сопровождавшихся микротектоническими проявлениями (трещин

Информация о работе

Барнышева, Татьяна Александровна
кандидата геолого-минералогических наук
Москва, 2013
ВАК 25.00.05

Диссертация

Геолого-минералогические факторы, влияющие на переработку карбонатно-силикатных и оксидно-силикатных марганцевых руд - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы