Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Минералогия граната железисто-кремнистой формации Криворожского бассейна (на примере Анновскрго месторождения)

ВАК РФ 04.00.20, Минералогия, кристаллография

Автореферат диссертации по теме "Минералогия граната железисто-кремнистой формации Криворожского бассейна (на примере Анновскрго месторождения)"

Министерство образования Украины Криворожский технический университет

- 6 На правах рукописи

УДК 553.31 : 549.621.9 (477.63)

Ламрани Омар

МИНЕРАЛОГИЯ ГРАНАТА ЖЕЛЕЗИСТО-КРЕМНИСТОЙ ФОРМАЦИИ КРИВОРОЖСКОГО БАССЕЙНА (на примере Анновского месторождения)

Специальность 04.00.20 - минералогия, кристаллография

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата геологических наук

Кривой Рог - 1997

Диссертацией является рукопись.

Работа выполнена на кафедре минералогии, кристаллографии и Ме> сторождений полезных ископаемых Криворожского технического университета.

Научный руководитель -доктор геолого-минерапогических наук профессор В.Д.Евтехов.

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук профессор В.И.ПавлишиН (Институт геохимии, минералогии и рудообразования HAH Украины, г. Киев), кандидат геолого-минералогических наук доцент А.И.КаталенеЦ (Криворожский технический университет).

Ведущая организация -Государственный Украинский институт минеральных ресурсов (г.

Симферополь).

Защита состоится "У/" Щ-у/тЛи^ 1997 г. в У& "час, на заседании специализированного совета К. 16.01.02 при Криворожском техническом университете.

Адрес: 324027, г. Кривой Рог-27 Днепропетровской обл., ул. 22-го партсъезда, 11, КТУ, каф. минералогии, ауд. 306.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Криворожского технического университета

Автореферат разослан " " иШ/ЭГГУС^ 1997 г

Ученый секретарь специализированного совета кандидат геолого-минералогических

наук доцент LL ЭС0ö __И.В.Холошин

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Гранат является породообразующим минералом сланцев саксаган-ской спиты криворожской серии, метаморфизованных в условиях эпидот-амфиболнтовой фации. В сланцах, испытавших метаморфизм зеленос-ланцевой фации, гранат относится к акцессорным минералам. Распространенность гранат-содержащих пород в толще саксаганской свиты месторождений Северного и Ингулецкого районов Кривбасса сравнима с распространенностью железистых кварцитов - основного сырья горнообогатительных комбинатов и некоторых шахт бассейна.

О предыдущих исследованиях основное внимание уделялось изучению вариаций химического состава граната, некоторых его физических свойств, решению с использованием этих данных вопросов петрологии железисто-кремнистой формации. Многие проблемы минералогии граната и гранат-содержащих пород изучены недостаточно.

В 90-х годах текущего столетия гранат-содержащие сланцы начали рассматриваться как один из альтернативных видов полезных ископаемых Кривбасса - сырье для производства образнвного граната. Успешное решение проблемы их разработки и обогащения невозможно без глубокого минералогического изучения граната и вмещающих его сланцев.

Актуальность диссертационной работы с позиции теоретической минералогии обусловлена большим объемом минералогической информации, содержащейся в кристаллах граната и парагенных с ним минералов, а с прикладной - необходимостью минералогического изучения гранат-содержащих сланцев Криворожского бассейна как ценного сырья для производства мягких абразивных материалов.

Целыо диссертации является всестороннее минералогическое исследование граната железисто-кремнистой формации Криворожского бассейна (на примере Анновского месторождения) с разработкой на основе полученных данных минералогического обоснования технологии производства гранатового концентрата.

В процессе работы автор диссертации решал следующие частные задачи. 1. Анализ распространенности гранат-содержащих сланцев в пределах Криворожского железорудного бассейна и выбор объекта для проведения детальных минералогических исследований. 2. Изучение то-поминералогии граната Анновского месторождения и составление минералогической карты пласта гранат-содержащих сланцев. 3. Исследование изменчивости морфологии, химического состава, физических свойств граната Анновского месторождения на топоминералогическом фоне. 4. Выделение типоморфных признаков граната из разных минеральных ас-

социаций граиат-содержащих сланцев на основе компьютерной обработки полученной минералогической информации. 5. Изучение обогатимо-сти гранат-содержащих сланцев, разработка принципиальной схемы получения из них гранатового концентрата, составление минералого-технологнческой классификации гранат-содержащих сланцев. 6. Построение геолого-технологической карты пласта граиат-содержащих сланцев Анновского месторождения.

Фактической основой диссертационной работы является материал, собранный автором в 1989-1996 гг. в ходе минералогических исследований гранат-содержащих сланцев Кривбасса, а также при детальном минералогическом изучении этих пород в пределах Анновского месторождения. Были проанализированы имеющиеся в более чем 400 литературных и 27 фондовых источниках данные о распространенности, морфологии, составе и свойствах граната Анновского месторождения и Криворожского бассейна в целом. В процессе работы были изучены около 3500 минералогических проб (из них 243 пробы - детально), отобранных из сланцевых толщ месторождений Криворожского бассейна. Исследования проводились с использованием традиционных (кристалломорфологи-ческий, онтогенический, иммерсионный и др.) и современных (электрон-номикроскопический, иифракрасноспектроскопический, рентгенострук-турный, микрозондовын и др.) методов изучения минерального вещества. Для обработки минералогической информации применялись стандартные и оригинальные компьютерные программы.

Научная значимость и новизна диссертационной работы состоит во «сестороннем исследовании граната и граиат-содержащих сланцев железисто-кремнистой формации Кривбасса. В работе впервые решены следующие проблемы. 1. Выполнено минералогическое картирование толщи гранат-содержащих сланцев как в пределах Криворожского бассейна, так и на более детальной основе - в границах Анновского месторождения. 2. Изучены факторы локализации граната в породах железисто-кремнистой формации Кривбасса и дана оценка их значимости при проведении то-поминералогических исследований различного масштаба. Построена геолого-минералогическая карта горизонта гранат-содержащих сланцев. 3. Исследованы закономерности изменчивости морфологии, состава и свойств граната на топоминерапогическом фоне. 4. Выделены типоморф-ные характеристики граната, отражающие особенности зарождения, роста и изменения его индивидов и агрегатов в породах различного исходного состава. 5. Проведена оценка минералогических параметров, определяющих обогатимость гранат-содержащих сланцев, определено

соответствие характеристик граната техническим требованиям, нредьяв-ляемым к нему как к абразивному сырью.

Практическое значение диссертационной работы обусловлено проведением впервые для железисто-кремнистых формаций Украины и других регионов комплексной минералого-технологнческой и технической оценки граната и гранат-содержащих пород как сырья для получения мягких абразивов. Впервые была изучена обогатимость гранат-содержащих сланцев, разработана их минералого-технологическая классификация, построена геолого-технологическая карта горизонта гранат-содержащих сланцев, которая является основной для их разработки в качестве одного из альтернативных видов минерального сырья на Анновском месторождении Северного горнообогатительного комбината.

В диссертационной работе защищаются следующие основные положения.

I. Распространенность граната в составе сланцев железисто-кремнистой формации Криворожского бассейна определяется двумя основными факторами: аутигенным и метаморфическим. Роль аутнгеиного фактора фиксируется при изучении относительно мелких геологических объектов: месторождений, отдельных сланцевых горизонтов. Она проявляется в различной степени приближения исходного химического состава сланцев к идеальному соотношению необходимых для образования граната оксидов кремния, железа и алюминия, которое формировалось в ходе накопления исходных корбонат-пелнтовых и псаммнт-пелнтовых отложений. Аутнгеиный фактор обусловил минералогическую зональность сланцевых горизонтов, которая проявляется а закономерной смене минерального состава сланцев в направлении от центральных частей к периферии горизонтов: сланцы ставролит-биотит-кварц-мусковитовые с гранатом -----> сланцы гранат-мусковит-кварц-биотитовые-----> сланцы гра-

иат-кварц-биотитовые —> сланцы куммингтонит-гранат-кварц-бнотнто-

вые-----> сланцы гранат-кварц-бнотит-куммингтонитовые, переходящие

постепенно в различного состава магнетит-силикатные кварциты обрамляющих железистых горизонтов. Роль метаморфического фактора проявляется при изучении крупных геологических объектов, например, Криворожского бассейна. Она состоит в заметном увеличении количества граната при переходе ступени метаморфизма сланцев от условий зеленос-ланцевой к эпидог-амфиболитовой фации. Влиянием метаморфического фактора обусловлена региональная минералогическая зональность толщ гранат-содержащих сланцев Крнвбасса: в пределах месторождений центральной части бассейна среднее содержание в них граната составляет

0-1 объемн. %, к южному и северному флангам Кривбасса среднее содержание граната в сланцах возрастает до 15-20 и более объемн. %.

2. Морфология и анатомия кристаллов и агрегатов граната закономерно изменяется на топоминералогическом фоне. Для периферийных маетен сланцевых горизонтов, сложенных гранат-кварц-биотит-куммииг-тонитовыми и кумминггонит-гранат-кварц-бнатитовьши сланцами, характерны сложные срастания ксеноморфных крупных (до 30-50 мм) интенсивно трещиноватых кристаллов граната с многочисленными включениями кварца, графита, куммингтонита, биотита и других минералов. В центральных частях горизонтов, сложенных гранат-кварц-биотитовыми, гранат-мусковит-кварц-биотитовымн и ставролит-биотит-кварц-мускови-товыми сланцами, преобладают изолированные относительно мелкие (0,5-4,0 мм) идноморфиые слабо трещиноватые кристаллы граната, практически не содержащие пойкилитовых включений. Основными габитус-ными формами кристаллов фаната являются ромбододекаэдр {11.0} и тетрагон-триоктаэдр {211}. Грани первого преобладают в мелких кристаллах граната из центральных частей сланцевых горизонтов, грани второго - в более крупных кристаллах из их периферийных зон,

3. Химический состав и физические свойства граната подвержены закономерным вариациям в разрезах сланцевых горизонтов. Состав граната отвечает альмандину (62-96 мол. %) с примесыо пиропового (1-2! мол. %), спессартинового (0-4 мол. %), андраднтового (1-10 мол. %), шорломитового (0-1 мол. %), гроссулярового (0-2 мол. %), хогаритового (0-2 мол. %) и скиаппового (0-4 мол. %) миналов, Вследствие близости термодинамических условий образования граната, соответствовавших для всех гранат-содержащих пород Анновского месторождения эпидот-амфиболитовой фации метаморфизма, заметных признаков влияния ступени метаморфизма на химический состав граната не обнаружено. Контролирует его, главным образом, состав вмещающих пород. Ог ставро-лит-биотит-кварц-мусковитовых сланцев центральных частей сланцевых горизонтов к гранат-кварц-биотнт-кумминггоинтовым сланцам их периферийных частей содержание альмандинового минала в составе граната снижается, а содержание всех остальных миналов возрастает. В тесной связи с вариациями химического состава изменяются физические свойства граната: от центра к периферии сланцевых горизонтов значения твердости, плотности и показателя преломления граната заметно уменьшаются.

4. Морфологические особенности кристаллов граната определяют возможность получения из гранат-содержащих сланцев высококачественного гранатового концентрата по разработанной с участием автора

диссертации технологии, основанной на использовании различий морфологических особенностей кристаллов граната с одной стороны и кристаллов и агрегатов других породообразующих минералов сланцев - с другой. Наиболее высококачественный концентрат (95-99 мае. % фаната) получен из сланцев центральных частей сланцевых горизонтов, содержащих относительно мелкие хорошо ограненные кристаллы граната. Качество концентрата, получаемого нз сланцев периферийных частей горн-зонтов, для которых характерны значительно более крупные ксеноморф-ные трещиноватые индивиды и агрегаты граната, намного ниже - 50-80 мае. % фаната.

Внедрение результатов работы. Результаты исследований автора диссертации используются при проектировании цеха по производству фанатового концентрата на Северном горнообогатительном комбинате (г. Кривой Рог).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения, содержит 117 страниц текста, 32 таблицы (6 в тексте и 26 в приложениях) и 53 рисунка; список литературы включает 308 наименований.

Публикации и апробация работы. По теме диссертации опубликованы 7 работ, 2 работы находятся в печати. Значительная часть материалов содержится в 3 отчетах о хоздоговорных научно-исследовательских работах, в выполнении которых автор принимал непосредственное участие. Основные положения диссертации докладывались автором на конференции "Проблемы геологической науки и образования в Украине" (г. Львов, 1995), Региональной научной конференции "Современные проблемы геологии и минералогии железисто-кремнистых формаций и их обрамления" (г.Кривои Рог, 1996), ежегодных научных конференциях Криворожского технического университета (г. Кривой Рог, 1990-1996), научно-технических советах Северного горнообогатительного комбината (г. Кривой Рог, 1992-1995), Северно-Криворожской геологоразведочной партии управления "Укрчерметгеология" (г. Кривой Рог, 1994), Криворожской геологоразведочной экспедиции (г. Кривой Рог, 1993, 1995), Научно-исследовательского горнорудного института (г. Кривой Рог, 1992, 1994), Ингулец-кого горнообогатительного комбината (г. Кривой Рог, 1995, 1996).

Работа выполнялась на кафедре минералогии, кристаллофафии и месторождений полезных ископаемых Криворожского технического университета. Отдельные виды исследований проводились в Институте экспериментальной минералогии Российской Академии наук (Черноголовка Московской области РФ), Институте геохимии, минералогии и рудообра-зовання Национальной Академии наук Украины (г. Киев), Научно-иссле-

довательском и проектном институте "Механобрчермет" (г. Кривой Рог), „ Научно-исследовательском горнорудном институте (г. Кривой Рог), Центральной лаборатории Криворожского металлургического комбината, лабораториях Криворожской геологоразведочной экспедиции.

В ходе работы автор пользовался консультациями и советами докторов геолого-минералогических наук, профессоров Л.С.Белокрыса, В.Я.Легедзы, Б.И.Пирогова, В.Н.Трощенко (Криворожский технический университет), Г.П.Зарайского (Институт экспериментальной минералогии РАН), кандидатов геолого-минералогических наук, доцентов О.К.Вале-ева, А.И.Каталенца, И.С.Паранько, А.Н.Трушша, И.В.Холошина (Криворожский технический университет), Ю.Л.Грицая, М.В.Педана (институт "Механобрчермет", г. Кривой Рог), научных сотрудников, инженеров К.В.Вана (Институт экспериментальной минералогии РАН), Л.Н.Ковальчук, Д.Н.Кондратьевой, А.Д.Чумака (Криворожский технический университет), Е.МШиловской (Центральная лаборатория Криворожского металлургического комбината). Исследования проводились в тесном взаимодействии и с постоянной помощью сотрудников геологических служб предприятий Криворожского бассейна кандидата геолого-минералогических наук П.Н.Хартановича, инженеров В.М.Шпирок, М.Д.Удовенко, И.А.Смияновой, А.Г.Задорожного, Б.М.Савина, Л.П.Пановой, А.И.Пинской. На разных этапах проведения исследований и при оформлении диссертационной работы автору оказывали помощь сотрудники кафедр минералогии и геологии Криворожского технического университета Л.А.Выговская, Л.А.Католикова, А.В.Малышкина, Л.П.Мосин-цова, Г.А.Пирогова, А.П.Шмагайлова. Всем коллегам автор выражает свою признательность.

Самую глубокую благодарность автор .диссертации высказывает своему научному руководителю доктору геолого-минералогических наук профессору кафедры минералогии Криворожского технического университета В.Д.Евтехову за постоянный интерес к исследованиям и активную помощь в работе.

2. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ АННОВСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

Анновское месторождение относится к северному железорудному району Криворожского бассейна. Полоса железисто-кремнистой формации здесь имеет субмеридиональное простирание (азимут 5-10°), залегание пластов до глубин 1000-1200 м моноклинальное, падение западное с

углами 60-85°. Протяженность железорудной толщи около 17 км, мощность от 8-9 км в южной до 0,5-1 км в северной части. Южная часть Лн-новской железорудной полосы через сложную систему разрывных нарушений субширотного Девладовского глубинного разлома переходит в Саксаганскую железорудную полосу Центрального района Кривбасса.

Большинством исследователей (Я.Н.Белевцев и др., 1955, 1962, 1981, 1992; Н.М.Акименко и др., 1957; Н.П.Щербак и др., 1988) Аннов-ская полоса рассматривается как продолжение Саксаганской, в связи с чем на нее переносится традиционная для Кривбасса схема стратиграфического расчленения криворожской серии, относимой к нижнему протерозою. В ее составе в пределах месторождения выделяется сложенная ме-табазитами и метакластолитамн новокриворожская свита, залегающая на выветренной поверхности верхнеархейских гранитоидов. Выше по разрезу залегают метакластолиты и метаультрабазиты (тальковые сланцы) ске-леватской свиты, железистые кварциты и гранат-кварц-куммингтонит-биотитовые сланцы саксаганской свиты, метакластолиты и доломитовые мраморы гданцевской свиты, метакластолиты глееватской свиты. В составе саксаганской свиты выделяются (снизу вверх по разрезу) первый сланцевый, первый-пторой железистый, третий-пятый сланцевый, пятый и шестой железистые, часто объединяемые в единый железистый горизонт и разделенные маломощным (0-10 м) шестым сланцевым горизонтом. Завершает разрез свиты монотонная толща магнетит-силикатных кварцитов седьмого сланцево-железистого горизонта.

В последние годы в работах Й.С.Паранько и др. (1985-1996) с учетом новейших геологических данных формируются представления о более древнем возрасте пород Анновской полосы, об отличии ее стратиграфического расчленения от железорудных толщ других районов Кривбас-са.

Толща пород криворожской серии разбита несколькими субмеридиональными и многочисленными субширотными разломами на блоки, р.азмер которых изменяется от нескольких десятков до нескольких сотен метров. Амплитуды перемещений по плоскостям разрывных нарушений колеблются от нескольких десятков сантиметров до 200-250 м. Магматические образования представлены протерозойскими гранитоидами, образующими субсогласное дайкообразное тело вдоль контакта саксаганской и гданцевской свит и, вероятно, фанерозойского возраста трахилипари-тами, которыми выполнены дайки, секущие породы скелеватской, саксаганской и гданцевской свит в участке сочленения Анновского и Первомайского месторождений. Породы железисто-кремнистой формации ме-таморфизованы в условиях эпндот-амфиболитовой фации. В железистых

и прилегающих к ним частях сланцевых горизонтов активно проявились» процессы натриевого метасоматоза.

Граиат-содержащими сланцами, являющимися объектом исследований в диссертации, сложены первый и третий-пятый сланцевые горизонты саксаганской свиты, непосредственно подстилающие продуктивную толщу Аннозского месторождения, к которой относится объединенный пятый-шестой железистый горизонт.

3. ТОПОМИНЕРАЛОГИЯ ГРАНАТ-СОДЕРЖАЩИХ СЛАНЦЕВ

В предыдущих исследованиях (Н.А.Елисеев и др., 1961; Я.Н.Белевцев и др., 1962; А.А.Сиворонов и др., 1967; М.А.Ярощук, В.Л.Оноприенко, 1973, 1975) приводятся данные об особенностях локализации граната в толще пород железисто-кремнистой формации Крив-басса. Однако целенаправленные топомннералогические исследования до настоящего времени не проводились. Автор изучал эту проблему для геологических объектов трех уровней: 1) Криворожский железорудный бассейн, 2) Анновское месторождение, 3) третий-пятый сланцевый горн-зонт Анновского месторождения.

Результаты изучения особенностей распространения граната в границах 14 месторождений и участков Кривбасса показали, что от южной части Саксаганского района (месторождения шахт "Гигант-Глубокая", № 1 им. Ф.А.Артема) к северному (Анновское) и южному (Ингулецкое месторождение) флангам бассейна среднее содержание граната в сланцах саксаганской свиты закономерно возрастает от 0-1 до 7-8, достигая в отдельных пластах 20-25 и более обьемн. %. Одновременно в этих направлениях изменяется количество в сланцах минералов-спутников граната: возрастает содержание биотита, кумминггонита, мусковита, ставролита, кианита, андалузита, снижается - хлорита, серицита, карбонатов. Слабо меняется среднее содержание в сланцах кварца, графита, циркона и некоторых других минералов.

В связи с близостью среднего химического состава сланцев различных месторождений (Н.И.Свитальский и др., 1932; П.М.Каниболоцкий, 1946; Н.М.Акименко и др., 1957; Я.Н.Белевцев и др., 1962) основным фактором, определившим распространенность граната в толще пород саксаганской свиты Кривбасса, явился метаморфический. Переход условий метаморфизма от отвечающих зеленосланцевоп к эпидот-

амфнболитовой фации сопровождался переходом граната из состава акцессорных в состав породообразующих минералов.

Максимальная распространенность фаната в разрезе саксаганскоП свиты Анновского месторождения отмечается в породах первого п третьего-пятого сланцевых горизонтов (в среднем, около 8 объемн. %). Значительно ниже содержание граната в магнетит-силикатных кварцитах лервого-второго железистого горизонта (около 2 объемн. %). В продуктивной толще месторождения гранат отмечен как акцессорный минерал только в ее лежачем боку - вдоль контакта с третьим-пятым сланцевый горизонтом. Наконец, в тол-це магнетит-силикатных кварцитов седьмого сланцево-железистого горизонта гранат изредка отмечается в пластах наиболее высокоглиноземистых пород.

Анализ полученных данных показал, что при условии характерной для Анновского месторождения близости условий дииамотермального метаморфизма пород основным фактором, контролировавшим процесс формирования граната, являлся аутигенный. В данном случае он проявился в различии исходного химического состава пород сланцевых и железистых горизонтов. Основными химическими компонентами сланцев и железистых кварцитов являются БЮг, АЬОз, Ре20з и РеО. Остальные компоненты присутствуют в породах в незначительном количестве и на процесс зарождения и роста кристаллов граната не могли оказывать заметного влияния. Содержание БЮа и Ре О в разрезе саксаганскоП свиты изменяются относительно слабо, следовательно, вероятность формирования в породах граната определялась соотношением в их составе содержаний А120з и Ре20з. Оптимальные значения отношения АЬОз/ТегОз колеблются в пределах от 1,0 до 2,0.

Анализ распространенности граната в разрезе третьего-пятого сланцевого горизонта подтвердил это заключение (рис. 1). В сланцах со значениями А120з/Ре20з менее 1,0 и более 2,0 количество граната обычно не превышает 5 объемн. %, для пород же со значениями этого показателя, находящимися в указанном интервале, содержание граната достигает в среднем 18 объемн. %. Количество граната в сланцах контролируется аутогенной минералогической зональностью сланцевого горизонта. Минимальные содержания граната характерны для пысокоглиноземистых пород его центральных зон и высокожелезистых пород зон контакта с вмещающими железистыми горизонтами. Сланцы переходных зон, характеризующиеся оптимальным химическим составом, содержат максимальное количество граната.

Рис. 1. Характер связи содержаний граната и оксидов алюминия и железа в породах третьего-пятого сланцевого горизонта Ан-новского месторождения.

I - сланцы гранат-кварц-биотит-куммингтони-товые; II - сланцы кумминр-тонит-гранат-кварц-биоти-товые; III - сланцы гранат-кварц-биотнтовые;' IV сланцы гранат-мусковит-кварц-биотитовые; V сланцы ставролнт-биотнт-кварц-мусковитовые с гранатом; VI - кварцитосланцы биотит-магнетит-кумминг-тонитовые с гранатом (пятый железистый горизонт).

4. МОРФОЛОГИЯ И АНАТОМИЯ КРИСТАЛЛОВ ГРАНАТА

Некоторые особенности морфологии и анатомии крнсталов граната Криворожского бассейна описаны в работах Н.И.Свитальского и др. (1932), П.М.Каниболоцкого (1946), Ю.Ир.Половинкиной (1951), Я.Н.Бе-левцева и др. (1962), А.А.Сиворонова и др. (1967), В.С.Карпенко и др. (1971), М.А.Ярощук, В.Л.Оноприенко (1975), Е.К.Лазаренко и др. (1977). Впервые проведенное автором диссертации систематическое изучение этой проблемы привело к заключению о закономерности изменений морфологических и анатомических характеристик кристаллов граната на то-поминерапогнческом фоне.

Региональные исследования показали, что средний размер кристаллов граната постепенно возрастает от 0,3-0,4 мм в сланцах южной части Саксаганского района Крпвиасеа до 1,4-1,8 мм в породах южного (Ншуленкое, Рахмановское месторождения) и до 2,2-2,5 мм в породах северного (Анновское месторождение) флангов бассейна.

го

№t% ¡о

'.О

с

ч ч ч

— ч

Содержание граната, йкмкХ 20

/ \ /

Т1! г-Х 1 b\(D fkrr *" й® Ш

В разрезе третьего-пятого сланцевого горизонта Анновского месторождения средний размер кристаллов граната увеличивается от 0,87 мм в ставролит-биотнт-кварц-мусковитовых сланцах центральных зон горн-зонта до 3,82 мм в гранат-кварц-биотит-куммингтоннтовых сланцах его периферийных зон.

Преобладающими габитуснымн формами кристаллов фаната являются ромбододекаэдр {110} и тетрагон-триоктаэдр {211}. С увеличением размера кристаллов роль последнего возрастает (рис. 2). В соответствии с этим от центральных зон горизонта к его периферии встречаемость в кристаллах граната граней ромбододекаэдра уменьшается, а граней тет-рагон-триоктаэдра возрастает.

ната Анновского месторождения с увеличением их размера.

Основными анатомическими особенностями кристаллов граната являются их трещи но ватость и наличие пойкилитовых включении. С увеличением размера кристаллов граната их количество значительно возрастает. В сзязи с этим от ставролит-кварц-двуслюдяных к гранат-кварц-биотит-куммннгтонитовым сланцам количество в кристаллах граната трещин растет с 3,8 до 14,0 мм'1, а объемное содержание пойкилитовых включении увеличивается от 0,6 до 14,7 %

5. ВАЛОВЫЙ СОСТАВ И ХИМИЧЕСКАЯ ЗОНАЛЬНОСТЬ ГРАНАТА

Химический состав граната Кривбасса - наиболее глубоко и всесторонне изученная его характеристика (Ю.Ир.Половинкина, 1951; Л.Н.Белевцев и др., 1962; Р.Я.Белевцев, 1969; Л.Ф.Мордовец, 1972; М.А.Ярощук, В.Л.Оноприенко, 1975; Е.К.Лазаренко и др., 1977: Р.Я.^елевцев и др., 1989; В.Д.Евтехов и др., 1991). Автор диссертации изучил химический состав граната из 26 проб сланцев третьего-пятого

сланцевого горизонта Анновского месторождения, имеющих различный минеральный состав.

Полученные данные свидетельствуют о наличии тесной связи химического состава граната и вмещающих сланцев. От периферийных к центральным зонам горизонта в составе граната возрастает содержание Л120з и РеО и снижается - ТЮ2, Ре203, МпО, Г^О, СаО. Пересчет результатов химических анализов на минальный состав граната показал, что в указанном направлении в составе граната увеличивается количество альмандинового (от 67,5 до 94,6 мол. %) и падает количество пироповоге (от 17,3 до 2,7), андраднтового (от 9,2 до 2,2), спесартинового (от 3,0 до 0.3), скиагнтового (от 2,0 до 0,1), гроссулярового (от 0,8 до 0,0), шорло-мнтопого (от 0,4 до 0.1) и хогаритового (от 0,6 до 0,0 мол. %)миналов. Это обусловливает закономерность расположения фигуративных точек составов граната из разных по составу сланцев на диаграмме рис. 3.

Рис. 3. Тройная диаграмма соотношений содержания основных мина-лов в составе граната из различных по минеральному составу пород третье-го-пятого сланцевого горизонта Анновского месторождения.

Минеральные разновидности пород: 1 - сланцы гранат-кварц - биотит-кум-миигтоиитовые, 2 - сланцы куммингтонит - гранат-кварц-бпогитовые; 3 - сланцы гранат-кварц-бпотито-лые; 4 - сланцы гранат -мускоиит-кварц-биотито-вые; 5 - сланцы ставролит-биогит-квари-мусковитовые с гранатом.

С использованием микрозонда автором диссертации была изучена химическая зональность кристаллов граната, что впервые для железисто-кремнистых формаций Украины выполнили Р.И.Сироштаи и др. (1980) и

Ф-1; Ф-2; О-З; ©-4; ©-5.

Р.Я.Белевцев и др. (1981, 1989). Были изучены по 2 кристалла граната из ставролнт-биотнт-кварц-мусковптопых, гранат-кварц-биотитомых и гра-нат-кварц-бнотнт-кумминггоиитовых сланцев третьего-пягого сланцевого горизонта Анновского месторождения. Получены 66 точечных определении состава граната по 6 профилям, проведенным от периферийных через центральные зоны кристаллов. Для граната из первых двух разновидностей сланцев обнаружена прямая химическая зональность кристаллов со свойственным ей (О.В.Лвченко, 1982) снижением от их центра к периферии содержаний СаО и МпО и увеличением - МцО, РеО и обшей магнезиальностн граната. Прямая зональность кристаллов граната свидетельствует (С.П.кориковский, 1979; О.В.Аичеико, 1982) об их образовании на прогрессивной стадии метаморфизма. Для двух кристаллов из гранат-кварц-биотит-куммингтоннтовых сланцев выявлен сложный тип зональности: в направлении от их центра к периферии содержание СаО и МпО вначале снижается, затем возрастает; обращая тенденция характерна для вариаций значений содержания ГеО, МцО и обшей магнезиальностн граната. Такой тип зональности свойствен кристаллам, внешние зоны которых формировались в условиях регрессивного метаморфизма. Подтверждением этому служат многочисленные включения и изученных кристаллах вторичных минералов (куммиштонпт, биотит, хлорит), образовавшихся с замещением граната.

6. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГРАНАТА

Изучение физических свойств автор проводил для тех лее проб, по которым выполнялись исследования его химического состава. Это позволило выявить особенности связей физических и химических характеристик минерала и вариаций последних в разрезе третьего-иятого сланцевого горизонта Анновского месторождения.

Твердость граната изученных проб изменяется от 9634,4 до 13753,6 МПа. Наиболее высокие и наиболее шпкне значения '»того показателя отмечены для слагающих периферийные зоны сланцевого горизонта гра-нат-кпарц-биотнт-кумминп'оиитовых сланцев. Минимальные колебания значений твердости характерны для граната из слагающих центральные части горизонта ставролит-биотит-кварц-мусковитовыч сланцев. - от 11256,9 до 12095,7 МПа. Средние же значения твердости граната увеличиваю гея от периферийных (12099,2 МПа) к центральным (12988,3 МПа) зонам трегьего-пятого сланцевого горизонта.

и

Плотность граната Ашшвского месторождения прямо связана с содержанием в его составе альмандинового мннала. Отмеченная выше закономерность изменения последнего в разрезе горизонта обусловливает возрастание средних значений плотности граната от 4022,6 кг/м3 в гра-тп-кварц-биотит-куммпнггоиитовых до 4261,8 кг/м3 в стааролит-био'гнт-киарц-мусковитовых сланцах.

Показатель преломления граната зависит от соотношения в его составе высоко- (андрадит, шорломит, скиагнт) и низкопреломляющих (пироп, гроссуляр) мнналов. Максимальные его значения отмечены дла граната из центральных зон третьего-пятого сланцевого горизонта (в среднем, 1,8263), минимальный - периферийных его зон (в среднем, 1,8188).

Длина ребра элементарной ячейки, как н другие физические параметры граната изученных проб, также контролируется его химическим составом - соотношением мнналов, отвечающих разновидностям граната с высокими (андрадит, гроссуляр) и низкими (альмандин, пироп) значениями а<|. Следствием является увеличение средних значений этого показателя в направлении от центральных к периферийным зонам третьего-пятого сланцевого горизонта - от 1,1515 им в ставродит-биотит-кварц-мускошпопых до 1,1528 им в гранат-кварц-бмотнт-кумминггонитовых сланцах.

Изучение инфракрасных спектров граната показало их идентичность для всех изученных проб. Это, вероятно, связано с тем, что свойственные гранату Анновского месторождения колебания химического состава недостаточны для заметных изменений характера поглощения кристаллической решеткой минерала инфракрасных волн,

7. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ МИНЕРАЛОГИЯ ГРАНАТ-СОДЕРЖАЩИХ СЛАНЦЕВ

Проблема получения гранатового концентрата из сланцев различных месторождении Криворожского бассейна впервые была расмотрена Б.И.Гороншпковым (1963). Полученные автором диссертации минералогические данные показали, что по химическому составу, механическим свойствам, содержанию граната в сланцах, крупности его кристаллов, а также по абразивной способности получаемых из концентрата порошков гранат Аннопского месторождения отвечает требованиям, разработанным Российским (РНППАШ, г. Санкт-Петербург) и Украинским

(У-крНИИАШ, г. Запорожье) научно-исследовательскими институтами абразивов и шлифования.

Крнсталломорфологнческпе особенности граната, морфологические отличия его зерен от частиц дробленного материала основной ткани гра-нат-содержащих сланцев были использованы при разработке технологии получения гранатовых концентратов, основанной на применении методов вибросепарации. Технологические испытания позволили разделить сланцы Анновского месторождения по их обогатимости на три сорта: первый, включающий гранат-кварц-биотптопые, гранат-мусковит-кнарц-бнотито-вые и ставролит-бнотит-кварц-мусковитовые сланцы, из которых возможно получение концентригов с массовым содержанием граната более 95 %; второй, к которому относятся куммингтонит-гранат-кпарц-биотпто-вые сланцы, обеспечивающие качество концентрата о среднем около 70 мае. % и третий, включающий гранат-кварц-бпотнт-куммннггонитовые сланцы, для которых качество концентрата составляет около 50 мае. %. Таким образом, получение высококачественного концентрата по примятой технологии возможно только из пород центральных частей третьего-пятого и первого сланцевых горизонтов Анновского месторождения (рис.

Рис. 4. Схематический геолого-технологнческнй разрез третьего-пятого сланцевого горизонта.

Технологические сорта руд: 1 -3 - сорт F, подсорга: 1 -1а, 2 - 16; 3 - 1в; 4 - сорт И; 5 -сорт III; 6 - вмещающие породы; 7 - почвенный слой и осадочные породы кайнозоя; 8 -минеральные разновидности гранат-содержащнх пород; 9 -линии контактов стратиграфических горизонтов; 10 - линии контактов пластов, сложенных сланцами различных минеральных разновидностей. Минеральные разновидности гранат-содержащнх пород: 1 - кпарци-тосланцы биогнт-магнетит-куммиип'онитовые с фанатом; 2 - сланцы гранат-кварц-бпотит-куммннгтонитовые; 3 - сланцы куммшитоннт-гра-нат-кварц-бпотнтопые; 4 - сланцы гранат-коарц-биотитовые; 5 - сланцы

3 Б

» ШЯ2 ШВ5 В5 Цб'СТ ГО} [239 СЗЮ

гранат-мусконит-кварц-биотптовыс; б - сланцы ставролит-биотит-кварц-мускоиитовые с гранатом.

Разработанные с непосредственным участием автора диссертации минералого-технологическая классификация гранат-содержащих сланцев и геолого-технологическая карта сланцевых горизонтов Анновского месторождения внедряются и настоящее время в производство на Северном горнообогатнтелыюм комбинате в связи с планируемым строительством цеха по производству абразивного фаната.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Евтехов В .Д., Ламрани О. Валеев О,К. Тнпоморфизм фанатов Анновского месторождения / Рукопись, депонированная в УкрНИИНТИ 16.10.199) г., № 1352-Ук 91 II Кривой Рог, Криворожский горнорудный институт, 1991,- 23 с.

2. Евтсхов В.Д., Ламрани О. Валеев O.K. К технологической минералогии гранат-содержащих сланцев Северного района Кривбасса / Рукопись, депонированная в УкрНИИНТИ 28.11.1991 г., № 1534-У к 91'// Кривой Рог, Криворожский горнорудный институт, 1991,- 20 с.

3. Евтехов В.Д., Ламрани О. Топоминералогия граната Криворожского бассейна / Рукопись, депонированная в УкрИНТЭИ 23.02.1993 г., № 240-Ук 93 И Кривой Рог: Криворожский горнорудный ннсгнтуг, 1993.26 с.

4. Евтехов В.Д., Ламрани О., Турин В.А. Минералогия н обогатн-мость гранатсодержащих сланцев Анновского месторождения Кривбасса // Горный журнал,- 1994,- № 5,- С. 11-14.

5. Ламраш О. Деяк1 Bapiami тйчного складу фанату з порш за-лЬнсто-кременнстоУ фомаци Кривбасу / Проблеми геолопчно! науки та освпп в Укранй. Материал« науково'1 конференцп // Льв1в: Льв1вський державний ушверситет, 1995,-С. 154.

6. Ламрани О. О некоторых особенностях состава и физических свойств граната Анновского месторождения Кривбасса / Современные проблемы геологии и минералогии железисто-кремнистых формации и их обрамления. Материалы Региональной научной конференции // Кривой Рог; Криворожский технический университет, 1996.- С. 75-76.

7. Ламрани О. Химическая зональность кристаллов граната Анновского месторождения // Там же - С. 76-77.

АН0ТАЦ1Я

Ламраш О. Минералопя граната зашзнсто-кременисто1 формаци Кривор^зького басейиу (на приклад! Аншвського родовища).

Дисерташя на здобуття наукового ступеня кандидата геолопчннх наук з спешальносп04.00.20 - мшералогш, кристалограф1я.

KpHonttPir: Кривор1зькийтехшчнийушверситет, 1997,- 18 с.

Вивчеш особливосп та головш фактори aapiaqirt BMicrry граната в сланцях Кривор1зького басейну, Аншвського родовища та третього-п'ятого сланцевого горизонту цього родовища. Дослужена морфолога i анатом1я кршлишв граната, Пого загальний xiMi4nnii склад, х!м1чна зональность floro кристал1в i деяк1 ф!зичн1 власти воет! граната (тверд1сть, густнна, показник заломления, довжина ребра елементарноГ гратки, тф-рачервоний спектр). Виявлено взаемозв'язки i законом1рност) змши цих параметр)в в межах сланцевого горизонту. Розроблено мшералопчне об-грунтування технологи одержання високояккного гранатового концентрату. Побудоваш мшералопчна i технолопчна карта граиат-влищуючих nopw третього-п'ятого сланцевого горизонта.

ABSTRACT

Lamrani О. Mineralogy of garnet of Krivoy Rog banded iron, formation (on example of Annovskoye deposit)/

Dissertation for candidate's degree of science in geology, the speciality 04.00.20 - mineralogy, crystallography.

Krivoy Rog: Krivoy Rog technical university, 1997,- 18 p.

The peculiarities and the main factors of garnet occurence in the shists of Krivoy Rog basin, of Annovskoye deposit and of this deposit third-fifth shist horison have been studied. The garnet crystal's morphology and anatomy, the garnet general chemical composition, the chemical zoning of it's crystals, it's some physical properties (hardness, density, index of refraction, parameter of crystal lattice, infra-red spectrum) have been investigated. These parameters interrelations and variations regularities within the shist horizon have been elucidated. The mineralogical basing of high-quality garnet concentrate processing have been carried out. The mineralogical and the technological maps of third-fifth shist horizon garnet-bearing rocks have been made.

Ключов» слова: зашзисто-кремениста формация; гранат; топо-мтералопя; морфолопя мшерагпв; анатоиня мшерал^в; х1м1чний склад мшерал1в; ф!знчш властивост! мшерашв; технолопчна мшералопя.

Соискатель