Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Минералого-геохимические особенности руд Учалинского и Ново-Учалинского месторождений на примере мышьяка и сурьмы (Южный Урал)

ВАК РФ 04.00.11, Геология, поиски и разведка рудных и нерудных месторождений, металлогения

Текст научной работыДиссертация по геологии, кандидата геолого-минералогических наук, Рыкус, Надежда Георгиевна, Уфа

О I,

А

Ч/

Российская Академия наук Уфимский научный центр Институт геологии

Па правах рукописи

Рыкус Надежда Георгиевна

Минералого-геохимические особенности руд Учалинского и Ново-Учалинского месторождений на примере мышьяка и сурьмы (Южный Урал)

Специальность 04.00.11. - геология, поиски и разведка рудных и нерудных месторождений полезных ископаемых, металлогения

Диссертация на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Научный руководитель - доктор геолого-минералогических наук

В.И.Сначев

Уфа -1999

Оглавление

Введение....................................................................3

Глава I. Краткие сведения по геологии рудного поля и месторождений

(Учалинское и Ново-Учалинское)....................................8

Глава II. Состав и строение руд......................................21

1 .Учалинское месторождение........................................21

1.1. Минералогия....................................................21

1.2. Текстуры и структуры руд......................35

1.3. Химический состав руд........................................43

2. Ново-Учалинское месторождение................................56

2.1. Минералогия . .................................................56

2.2. Текстуры и структуры руд....................................72

2.3. Химический состав руд........................................80

3. Сравнительная характеристика состава и строения руд Учалинского и Ново-Учалинског.р..месторождений и прогнозная оценка обогатимости руд Ново-УяМшнского месторождения . . 97

Глава III. Минералогия мышьяка и сурьмы . ...........................104

1. Общие сведения. Вопросы номенклатуры и классификации блеклых руд........................................................104

2. Учалинское месторождение........................................109

3. Ново-Учалинское месторождение...................129

Глава IV. Геохимия мышьяка и сурьмы..................................154

1. Учалинское месторождение........................................155

1.1. Мышьяк и сурьма в рудных минералах......................155

1.2. Мышьяк и сурьма в колчеданных рудах........................157

2.Ново-Учалинское месторождение..................................170

2.1. Мышьяк и сурьма в рудных минералах........................170

2.2. Мышьяк и сурьма в колчеданных рудах........................172

Сопоставление геохимии и минералогии мышьяка и сурьмы в рудах

двух месторождений........................................................185

Заключение....................................................................190

Библиографический список использованной литературы................192

Введение

Колчеданные месторождения Южного Урала, составляющие основу меднорудной промышленности региона, являются комплексными образованиями. Помимо основных компонентов (Си, Ъп, 8) в рудах месторождений содержится целый ряд полезных элементов-примесей (до 10-12), включая золото и серебро. Часть из них при соответствующих технических решениях может быть вовлечена в отработку в ближайшие годы.

Кроме того, постоянными спутниками во всех промышленных и минеральных типах руд являются мышьяк и сурьма, относящиеся к вредным элементам-примесям, изучению минералого-геохимических особенностей которых в силу различных причин не уделялось должного внимания. Обычно они рассматривались попутно при решении других вопросов минералогии и геохимии месторождений колчеданного типа.

Между тем, знание закономерностей распределения мышьяка и сурьмы в рудных объектах дает важную генетическую информацию о характере процессов минералообразования и более поздних преобразований; способствует получению качественной характеристики минерального сырья, необходимой для решения вопросов комплексного использования руд и повышения извлекаемое™ полезных компонентов (для месторождений Учалинского рудного поля это актуально из-за неоднозначного поведения блеклых руд в процессе обогащения).

Оба элемента также относятся к числу наиболее сильных и токсичных загрязнителей окружающей среды на всех стадиях переработки колчеданных руд, что весьма пагубно сказывается на экологической ситуации в регионе (Белан, 1997). Они могут отрицательно влиять на качество конечных продуктов металлургической переработки колчеданного сырья (элементарной серы). Выявление возможностей снижения уровня загрязнения и разработка природоохранных мероприятий невозможны без знаний геохимии и минералогии Аб и 8Ь в перерабатываемых рудах. Упомянутые обстоятельства определяют актуальность проведенных исследований в научном и прикладном аспектах. Кроме того, детальное изучение состава и строения руд Ново-Учалинского месторождения, являющегося новым крупным промышленным объектом, и сравнение их с рудами рядом расположенного эксплуатируемого Учалинского месторождения позволяют сделать прогнозную оценку обогатимости новоучалинских руд.

Определенный вклад в решение проблемы минералогии и геохимии мышьяка и сурьмы в колчеданных рудах был внесен Кабинетом минералогии ИГ УфНЦ РАН, в составе которого в период с 1984 по 1996 гг. проводились исследования автором данной работы. За это время была выполнена госбюджетная тема «Минералогия и геохимия мышьяка и сурьмы в рудах месторождений колчеданного типа Южного Урала (на примере Учалинского, Узельгин-

ского и Подольского'рудных полей) в 1992-1996 гг.» (Пшеничный, Рыкус и др., 1996 г.), а также следующие хоздоговорные работы: «Вещественный состав и текстурно-структурные особенности руд глубоких горизонтов Учалин-ского колчеданного месторождения в связи с комплексным использованием минерального сырья» (Пшеничный, Рыкус и др., 1987 г.) и «Минералогия, химический состав, текстуры и структуры руд Ново-Учалинского колчеданного месторождения» (Пшеничный, Рыкус и др., 1992 г.). Диссертационная работа является органической составной частью темы по минералогии и геохимии Аб и 8Ь, а также частично вписывается в рамки проведенных исследований по остальным темам.

Целью настоящей работы является: а) выявление особенностей минералогии и геохимии мышьяка и сурьмы в колчеданных рудах месторождений Учалинского рудного поля (Учалинское и Ново-Учалинское); б) прогнозная оценка обогатимости руд Ново-Учалинского месторождения. В соответствии с поставленной целью в работе решались следующие задачи:

1. Выявление закономерностей пространственного распределения Аб и 8Ь в рудных телах и определение уровней концентраций этих элементов в различных промышленных и минеральных типах руд.

2. Выяснение и изучение форм нахождения Аб и 8Ь в колчеданных рудах месторождений.

3. Изучение геохимии, типоморфных особенностей и нестехиометрии блеклых руд - основного минерала-концентратора Аб и БЬ.

4. Выявление уровней концентрации изоморфных примесей Аэ и 8Ь в сульфидах и, частично, магнетите.

5. Сравнительная характеристика руд двух месторождений и, основанная на этом, прогнозная оценка обогатимости руд Ново-Учалинского месторождения.

Фактический материал, послуживший основой для решения поставленных задач, собран в результате многолетних (1984-1996 гг.) полевых и лабораторных исследований, проведенных автором в составе Кабинета минералогии Института геологии УфНЦ РАН (Уфа) по упомянутой выше госбюджетной и хоздоговорным темам.

Объектами исследований являются месторождения Учалинского рудного поля: Учалинское и Ново-Учалинское. Следует оговориться, что на Уча-линском месторождении объектом для сравнения служат в основном руды глубоких горизонтов (ниже гор. 310 м), изучением которых автор занимался непосредственно. Материал по рудам более высоких горизонтов привлекался в значительно меньшей степени и, преимущественно, по литературным данным.

В ходе исследований проведено детальное минералогическое и текстурно-структурное изучение руд Учалинского и Ново-Учалинского месторождений, составлены разномасштабные геолого-геохимические разрезы и схемы рудных залежей, учтены все имеющиеся в фондах Межозерной ГРП ОАО

«Уралцветметразведка» химико-аналитические данные по мышьяку и сурьме в рудах Учалинского и Ново-Учалинского месторождений.

Основным методом исследований являлось полевое крупномасштабное минералогическое и текстурно-структурное картирование, дополненное разнообразными методами лабораторных исследований рудного вещества. Выводы о пространственном распределении Аб и 8Ь и уровнях их концентраций в рудных телах и минералах основаны на данных около 1 ООО химических анализов групповых проб; более 100 химических анализах мономинеральных фракций сульфидов; более 230 микрозондовых определений, в том числе 144 анализа блеклых руд, из них 18 использовано из литературных источников (Пшеничный, Цепин, 1980). Большинство микрозондовых анализов выполнены А.И.Цепиным на рентгеновских микроанализаторах «Сатеса» М8-46 в ИГЕМ РАН (Москва) и «СатеЬах» 8Х-50 в ИРГИРЕДМЕТ (Москва). Методика и условия измерений на рентгеновских микроанализаторах отражены в работах Н.В.Троневой, А.И.Цепина (1975) и А.И.Цепина, Н.Н.Мозговой и Г.Н.Пшеничного (1978). 34 микрозондовых определения блеклых руд Ново-Учалинского месторождения выполнены Вилисовым В.А. в Микрозондовой лаборатории Института геологии УрО РАН (Екатеринбург) на микроанализаторе «Сатеса» М8-46. В ходе исследований просмотрено и задокументировано около 50 скважин, описано более 1000 полированных шлифов и 150 прозрачных шлифов, проведена статистическая обработка всех имеющихся аналитических данных по рудам и мономинеральным фракциям сульфидов. При микроскопических исследованиях широко применялся иммерсионный метод и электролитическое травление агрегатов пирита для выявления их внутреннего строения (Иванов, 1950).

Научная новизна проведенных исследований заключается в следующем:

1. На двух крупных промышленных объектах Ю.Урала детально изучена минералогия и геохимия Ав и 8Ь.

2. Выявлено, что в исследованных колчеданных рудах Аб и 8Ь представлены собственными минеральными формами (блеклые руды различного состава, «шагреневая блеклая руда», арсенопирит, мышьяковистый пирит) и изоморфными примесями в различных сульфидах и магнетите.

3. В месторождениях Учалинского рудного поля установлена общая тенденция эволюции составов блеклых руд в процессе колчеданного рудооб-разования от начальных стадий к конечным: 1) возрастание сурьмянистости от теннантитов до теннантит-тетраэдритов и тетраэдритов; 2) снижение желези-стости; 3) увеличение серебра в составе блеклых руд. На примере Ново-Учалинского месторождения установлена взаимосвязь составов блеклых руд с их минеральными ассоциациями.

4. Впервые для колчеданных месторождений Южного Урала установлены минералы: мышьяковистый пирит; высокосеребристые блеклые руды

(фрейбергит); сложные сульфосоли серебра с условным названием «шагреневая блеклая руда».

5. Внесены некоторые изменения и дополнения в существующую классификацию блеклых руд Н.Н.Мозговой и А.И.Цепина (1983), касающиеся номенклатуры и систематики в изоморфных рядах Аэ-БЬ и для мышьяко-во-сурьмянистых блеклых руд (Пшеничный, Рыкус, 1998).

Практическая ценность обоснованных в работе положений заключается в следующем: на основе полученных данных предложена гидрометаллургическая переработка селективных блеклорудных концентратов, которая позволит повысить извлекаемость как главных рудных компонентов (Си, Хп), так и примесных (А§).

Рекомендована селективная отработка руд с высокими концентрациями вредных элементов-примесей (Аз, БЬ), которая позволит повысить качество продуктов обогащения и уменьшить вредное влияние этих элементов на окружающую среду.

Результаты исследований вошли составной частью в упомянутые хоздоговорные отчеты, которые приняты к внедрению ОАО «Уралцветметразведка» и Учалинским ГОК'ом и использованы в процессе промышленной разведки и подсчете запасов глубоких горизонтов Учалинского месторождения, а также предварительной разведке Ново-Учалинского месторождения (подтверждено соответствующими справками ОАО «Уралцветметразведка»).

В диссертации разработаны и защищаются следующие положения:

1. Мышьяк и сурьма в рудах месторождений Учалинского рудного поля представлены изоморфными примесями и собственными минеральными формами, среди которых преобладают последние. Блеклые руды являются основными концентраторами этих элементов и представляют собой нестехиомет-ричные соединения с переменным и сложным химическим составом, неограниченным изоморфизмом Аб и 8Ь, высокими содержаниями элементов-примесей.

2. Все блеклые руды обоих месторождений рудного поля относятся к мышьяково-сурьмянистому роду блеклых руд и представлены тремя видами и восьмью подвидами. Установлена эволюция составов блеклых руд от теннан-титов в ранних минеральных ассоциациях до тетраэдритов в более поздних ассоциациях, которая сопровождается снижением их железистости и увеличением концентраций серебра.

3. Аб и БЬ в рудных телах образуют сложнопостроенную геохимическую зональность, обусловленную: а) химическим составом блеклых руд из различных минеральных ассоциаций; б) характером распределения изоморфных примесей Аз и 8Ь в рудных минералах-носителях этих элементов; в) характером распределения всех рудных минералов, в том числе блеклых руд в пределах рудных тел.

4. Генетическое единство расположенных в пределах одного рудного поля Учалинского и Ново-Учалинского месторождений, близость минерального и химического составов, строения руд (текстур и структур), определяют большое сходство их технологических свойств, что имеет важное значение при разработке схем обогащения руд Ново-Учалинского месторождения в связи с предстоящей переработкой его руд на Учалинской обогатительной фабрике.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4-х глав и заключения. Работа содержит 210 страниц текста, 37 иллюстраций, 50 таблиц. Список литературы включает 154 наименования.

Апробация работы. Результаты исследований вошли составной частью в упоминавшиеся госбюджетный и хоздоговорные отчеты. Межозерной ГРП учтена рекомендация Г.Н.Пшеничного и Н.Г.Рыкус по оценке качества сырья колчеданных руд без применения дорогостоящих полузаводских и крупных лабораторных проб для технологических испытаний. Эта методика была одобрена НТС Уральской ГРЭ МЦМ СССР (ныне ОАО «Уралцветметразведка») в мае 1988 г. и принята к использованию в практической деятельности при разведке Ново-Учалинского колчеданного месторождения. В 1985 г. за эту методику Пшеничный Г.Н. был награжден серебряной, а Рыкус Н.Г. - бронзовой медалями ВДНХ СССР.

Основные положения диссертации докладывались на: Уральском минералогическом совещании «Основные проблемы минералогии Урала» (Свердловск, 1986); VI годичной конференции ВМО (Тюмень, 1987); III региональном совещании «Минералогия Урала» (Миасс, 1998); научно-практической конференции по проблемам геологического изучения недр (Учалы, 1999); а также на заседаниях Кабинета минералогии и Лаборатории изотопной геологии и рудных месторождений Института геологии УфНЦ РАН. По теме диссертации опубликовано 15 работ, в том числе одна коллективная монография; плюс 2 работы в печати.

Работа выполнена в Кабинете минералогии и завершена в Лаборатории изотопной геологии и рудных месторождений Института геологии УфНЦ РАН под руководством д. г.-м. наук Сначева В.И. В ходе работы над диссертацией помощь и поддержку оказывал к. г.-м. наук, зав. Каб. минералогии ИГ УфНЦ РАН Пшеничный Г.Н., с которым проводились совместные работы по Уча-линскому и Ново-Учалинскому месторождениям. Перечисленным товарищам автор выражает искреннюю благодарность.

Глава I. Краткие сведения по геологии Учалинского рудного поля и месторождений (Учалинское и Ново-Учалинское)

Глава представляет собой краткий обзор литературных данных по геологии рудного поля и входящих в его состав Учалинского и Ново-Учалинского месторождений (Медно-колчеданные месторождения... 1985; Медно-колчеданные месторождения... 1988; Учалинское медно-цинковоколчеданное... 1992; Пирожок, Диденко, Гаврилов и др., 1993; Минеральные ресурсы... 1994; Ново-Учалинское медно-цинковоколчеданное... 1999). Геологией района занимались многие исследователи. Учалинское месторождение является одним из наиболее хорошо изученных и известных среди колчеданных месторождений Южного Урала. Его геологию изучали А.И. Демчук, М.И. Долгаль, И.М.Гарипов, Л.А.Баженов, Х.А.Шафеев, О.А.Нестоянова, З.И.Иконникова, А.Н.Заварицкий, М.Б.Бородаевская, Т.Н.Шадлун, И.С.Вахромеев, И.В. Ленных, А.И.Шмидт, В.А.Прокин, У.С.Нафиков, П.И.Пирожок, П.Ф.Сопко, А.А.Малахов, Б.Г.Галиуллин, С.Б.Ящинин, А.С.Бобохов, Е.И.Богданова и многие другие.

Учалинский рудный район расположен на северном замыкании Магнитогорского мегасинклинория. Контуры района на западе и востоке совпадают с границами мегасинклинория, которыми служат зоны разломов: Главного Уральского на западе и Восточно-Уральского и Кацбахского на востоке; на юге он граничит с Верхнеуральским рудным районом. Рудный район сложен палеозойскими вулканогенными, вулканогенно-осадочными и осадочными формациями. По данным Л.С.Либровича, О.А.Нестояновой М.