Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Вещественный состав и технологические свойства руд скарново-грейзенового месторождения Северный Катпар

ВАК РФ 04.00.20, Минералогия, кристаллография

Автореферат диссертации по теме "Вещественный состав и технологические свойства руд скарново-грейзенового месторождения Северный Катпар"

Саикт-ГТетербургский государственный университет

На правах рукописи

Бадашша Инна Юрьевна

ВЕЩЕСТВЕННЫЙ СОСТАВ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РУД СКАРНОВО-ГРЕЙЗЕПОВОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ СЕВЕРНЫЙ КЛТПЛР

Специальность 04.00.20 - минералогия, кристаллография

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Санкт-Петербург 1998

Работа выполнена в АООТ "Институт Механобр'

Научный руководитель: доктор геолого-минералогических нау

профессор Изонтко Виктория Михайлов:

Официальные онпопспты: доктор геолого-минералогаческих нау член-корреспондент РАЕН Попов Виктор Евгеньев]

кандидат геолого-минералогаческих нау доцент Солопов Юрий Адреев]

Ведущая организация: Санкт-Петербургский государственный горш институт им. Г.В.Плеханова (технический унивсрситс

Защита состоится "ЛУ" 199/ г. в час. в аудитории 44

заседании диссертационного совета Д 063.57.27 но защите диссертащ на соискание ученой степени доктора геолого-минералогаческих наук Санкт-Петербургском государственном университете по адресу: 1990. Санкт-Петербург, Университетская набережная, 7/9, геологичеыа факультет.

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке им. А.] Горького при Санкт-Петербургском государственном университете

Автореферат разослан М^с&^иЯ 1998 года

Ученый секретарь диссертационного совета

И.Е.Камепцев

Актуальность работы. Развитие народного хозяйства любого государства во многом зависит от эффективности усилий геологических служб но обеспечению промышленности максимально дешевым рудным сырьем. Вольфрам принадлежит к широко используемым в промышленности металлам. В последние годы его потребление значительно снизилось вследствие общего спада экономической активности основных потребителей металла (военная промышленность, машиностроение, добыча нефти, газа и твердых полезных ископаемых), а также с увеличением использования заменителей (керамика, композиты, алмазы и прочие). В то же время, в 40 - 50% случаях вольфрам не может быть заменен другими материалами.

В силу объективных причин в последние годы в странах Содружества значительно снизилось количество легкоразрабатываемых месторождений, а в ряде районов их запас полностью истощен. Расширение минерально-сырьевой базы может происходить путем вовлечения в переработку руд месторождений новых генетических типов и создания современных технологических схем. К новым типам вольфрамовых месторождений относится Северный Катпар (Центральный Казахстан), где на скарны наложена своеобразная грейзенизация, выражающаяся в развитии флюорита и апофиллита.

Цель работы. Целью настоящей работы являлась оценка возможностей вовлечения в переработку руд месторождения Северный Катпар и создание геолого-мннералогической основы для современной технологической схемы. В соответствии с поставленными целями основными задачами исследований явились:

• изучение тнпоморфных особенностей руд и минералов месторождения Северный Катпар и прежде всего главного рудного минерала - шеелита;

• оценка возможности применения нового минералогического метода (стереометрического анализа) для технологических целей;

• изучение влияния особенностей главных минералов на показатели обогащения для прогноза технологических свойств руд по геолого-мннералогическнм факторам.

Фактический материал и методы исследований. В основу работы положены полевые материалы автора, а также коллекция образцов, собранная в период геолого-технологнческого картирования месторождения Северный Катпар (1990-1992).

Полный химический состав руд, включая определение содержаний рудных элементов (триоксида вольфрама, меди, молибдена и висмута), выполнен в рамках научно-исследовательских тематических работ Механобра.

Минеральный состав руд изучен в 250 прозрачных и 50 полированных шлифах. Количественное соотношение минералов в каждой шгуфной пробе уточнено по навескам тяжелой и легкой фракции с последующим пересчетом на руду в целом. Содержание кальцита, по-

мимо подсчета при минералогическом анализе, определялось такж фазовым химическим методом.

Особенности шеелита (размеры, морфология, цвет люминесцеи ции, микротвердость) и его ассоциации оценены более, чем по 200 зернам с привлечением рентгеноструктурного, химического, спекграш ного, ретнгеноспектралыюго и катодолюминесцентного микроанализе в Механобре. Для изучения породобразующих минералов помимо опта ческою метода использованы люминесцентный (фото-, термо- и кате долюминесцентный), рентгеноструктурный, а также метод статистнче ского микровдавливания. Фото- и термолюминесцентный анализы вк полнены автором на кафедре "Минералогии, кристаллографии и петрс графин" СПГГИ, катодолюминесцентпый - в Центре АО "Mexano6j Апалит" (анал1ггик М.В. Заморянская). Микротвердость шеелита и не рудных минералов определена автором в этом же Центре на полуавте матическом микротвердометре "Micromet II".

Текстурно-структурные особенности руд и шеелита изучен методом стереометрического анализа на минералогическом интегращ ОН1ЮМ устройстве - МИУ-5М (JIOMO) под руководством и но методик проф. Р.Л.Бродской.

Проверка прогнозных выводов проведена с помощью дезшгп грации руд электроимпульсным и валковым дроблением (А1 "Механобр-Аналит") с последующей микроскопической оценкой ра< крываемости шеелита при помощи бинокулярной лупы с люминесцеи ным осветителем ОИ-18 (СПГГИ).

Влияние особенностей минералов на технологические показ, тели переработки оценены путем флотации мономннеральных фракци кальцийсодержащих минералов, отобранных под бинокуляром, сс вместо' с эталонами сравнения во флотационной машине 189 ФЛ объемом камеры 50 мл (АО "Механобр-Аналит").

Для статистической обработки и интерпретации получении данных использовались методы корреляционного, регрессионного факторного анализов.

Научная новизна работы. На месторождении выделены npi родные типы и разновидности руд и установлены три генерации ше< лита с разными свойствами. Показаны особенности главных минерале руд и изменение кинетики флотации в зависимости от состава и crpyi туры каждого из них. Впервые, для технологических целей примене стереометрический анализ, позволивший прогнозировать раскрыл сростков и классифицировать потерн шеелита при рудоподготовке обогащении, по результатам которого научно обоснована оптимально крупность измельчения руд. В качестве критерия степени структурно неоднородности шеелнта использован коэффициент вариации мш ротвердости. Впервые показано, что значительная часть конечных п< терь шеелита в хвостах зарождается в начальной стадии рудоподготов* и вызвана типоморфными особенностями минералов.

Практическая значимость. Результаты работы включены в тематические отчеты Механобра и использованы Агадырской ГРЭ при подсчете запасов и составлении ТЭО.

Руды месторождения Северный Катпар могут идентифицироваться по выявленному автором сокращенному количеству признаков. Методики и результаты стереометрического анализа и исследования флотационных свойств породообразующих и рудных минералов могут быть использованы для руд других типов, создания основы оптимальных технологических схем и прогноза технологических показателей. Рекомендации по рудоподготовке дадут возможность сокращения операций измельчения, что приведет к существенному уменьшению энергозатрат, а следовательно, к оптимизации экономики обогащения.

Апробация работы и публикации. Результаты работы включены в отчеты: "Геолого-технологическое картирование руд месторождения Северный Катпар"(1992) и "Разработка методических рекомендаций по геолого-экономической оценке месторождений на ранних стадиях геолого-разведочных работ"(1993), а также представлены на международных симпозиумах "Комплексное использование руд" (С.-Петербург, 1996), "Крупные и уникальные месторождения редких и благородных металлов" (С.-Петербург, 1996), "Стратегая использования и развития минерально-сырьевой базы редких металлов России в XXI веке" (Москва, 1998) и опубликованы в журналах "Обогащение руд" (1995, 1998), "Горный журнал"(1997).

Обьем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения. Первая глава посвящена геологической характеристике месторождения Северный Катпар. Во второй главе приведена классификация руд с детальным рассмотрением особенностей выделенных природных типов и разновидностей, а также оценена возможность экспрессного распознавания руд по сокращенному количеству признаков. В третьей главе рассмотрены минералогические особенности руд месторождения Северный Катпар. Особое внимание уделено шеелиту: его минеральным ассоциациям, морфологическим особенностям, химическому составу, люминесценции, микротвердости, а также изучению породообразующих минералов, влияющих на технологию переработки руд. В четвертой главе приведены результаты исследования влияния вещественного состава руд на их технологические свойства. Методом стереометрического анализа сделан прогноз раскрываемости шеелита при дроблении и классификация его потерь, который затем подтвержден механическим и электроимнульсным дроблением. Изучены флотационные свойства шеелита и породообразующих минералов. Содержание диссертации иллюстрировано 42 рисунками, 23 фотографиями и 28 таблицами. Список литературы содержит 123 названия.

За постоянное внимание, поддержку н помощь при выполнении работы автор выражает глубокую благодарность руководителю д.г.-м.п.,

проф. В.М.Изоитко. Автор благодарен д.г.-м.п., проф. Р.Л.Бродско/. за консультации и советы, а также д.г.-м.п., проф. Ю.Б.Марину, сделавшему ряд ценных замечаний по работе. Успешному проведении, исследований способствовала плодотворная критика преподавателей кафедры минералогии, кристаллографии и петрографии СПГГИ. Авто/ искренне признателен С.В. Петрову за помощь в работе / конструктивные советы.

Основные результаты проведенных исследований могут быт! представлены в виде следующих защищаемых положений:

1. На скарпово-грейзеновом месторождении Северный Катнар по вещественному составу выделены 3 природных типа и А разновидности руд, в которых установлены три генерации шеелита От ранней генерации к поздним улучшается качество ограпкк кристаллов, упрощается их морфология, увеличиваются размерь выделений и снижается содержание повеллитовой составляющей, I связи с чем изменяется характер люминесценции, увеличиваете* микротвердость и степень однородности.

Выделенные природные типы и разновидности руд различаются скарнонасыщенностыо и содержанием породообразущих мннерало! (кальцита, граната, флюорита, апофнллита). Основным промышленных компонентом является вольфрам, единственная минеральная форм; которого в галогенных рудах - шеелит, который формировался 1 течение всех стадий минералообразования и приурочен, главны?» образом, к флюоритизнрованным и апофиллитизированным гранатовых скарнам, до полного исчезновения в волластошгговых.

На основании размеров, морфологии выделений, взаимоотно шений и характера границ с другими минералами, что нашло свое отражение в коэффициентах срастания и соотношении низкосимвольны; и высокосимвольных граней, а также состава и физических свойсп выделены три генерации шеелита (табл. 1).

Наиболее ранний скарновый шеелит 1 образует тонкую ксено морфную редкую вкрапленность между зонами роста граната с преобла дающим размером зерен менее 0.08 мм. Данный шеелит встречен, глав ным образом, с гранатом, окружен высокосимвольными гранями, кон центрирует около 18% общих запасов вольфрама и наиболее богат мо либденом в виде изоморфной примеси. Шеелит 2 генерации образо вался в раннюю гидротермальную стадию, в виде округлых зерен с< средним размером 0.12 мм, ассоциирующих в основном с флюоритом, I имеющих с ним наибольший коэффициент срастания. На долю шеелит; 2 приходится около 35% запасов вольфрама. Шеелит 3 кристаллнзо вался в позднепщротермальную стадию вместе с анофнллитом в вид| сравнительно крупных (0.15 мм) идиоморфных кристаллов с низкосим вольными гранями. Срастается преимущественно с апофиллитом. Еп масса составляет около 47% всего вольфрама.

Таблица 1

Особениостц шеелитов разных генераций_

Гене- Доля Сред- Главные минералы в Цвет Содер- Микротвердость

рация шее- от обще- ний размер срастаниях, % люмн-неснен жание Мо03,

лита го ше- зерен, Гра- Флю- Аио- Каль Про- ции % ** сред- коэффи-

елита, мм нат орит фил- пит чие* нее, циент ва-

% лнт кг/мм ри ании,%

1 18 0.08 75 6 9 6 3 Желто белый 5-17 9 379 17.4

2 35 0.12 13 62 12 10 3 Бело-голубой 2-4 3 410 16.8

3 47 0.15 15 7 68 4 6 Голубой 0-2 1 416 12.8

Среднее 0.12 34 25 29 6 4 0-17 3 402 15.7

* Волластоннт, пироксен, везувиан, сульфиды и др. ** В числителе - пределы колебаний, в знаменателе - среднее.

Анализ нормативного гранулометрического состава или гисто-фамм распределения хорд в случайных сечениях минеральных зерен при изучении руд с помощью стереометрическою анализа выявил наличие трех гранулометрических групп зерен шеелита (рис. 1), что подтверждает минералогические данные о присутствии собственно скарно-вой и гидротермальных разновидностей.

0.05 0 1 0 2 0.5 loe R

Рис. 1 Распределение шеелита по размерам зерен.

Одновременно с оценкой формы случайных сечений зерен шеелита п характера поверхности ею границ с использованием аппарата разложения Фурье проводился визуальный крнсталломорфологическнй анализ зерен шеелита, позволяющий идентифицировать ipann призмы, базонинакоида и тетрагональной дшшрамиды. Эти грани, как правило, "гладкие". Доля ннзкоснмиольных гранен возрастает от ранней генера-

ции шеелита к поздним с убыванием в этом направлении роли нинакс ида (001), что полностью подтверждает минералогические данные.

Единственной примесью является молибден, отражающий тел пературу отложения минерала н металлогеннческую специфику месте рождения.

По цвету люминесценции шеелит 1 желто-белый, относнтельн однородный. Гидротермальные шеелиты 2 и 3 - голубые и бельк изредка встречается ярко-голубой. При увеличениях 200х отмечаете неоднородность поздних шеелитов, выражающаяся в присутстви тонких (единицы микрон) зон белого или голубого цвета. Эч неоднородность связана с длительностью и многостаднйность: отложения шеелита при многократном поступлении растворов различными содержаниями М0О3, перекристаллизацией шеелита 1 и 2 отложением шеелита 3. Электроппомикросконические исследования сочетании с катодолюмннесцентным анализом позволили расширить уточнить имеющуюся информацию о внутреннем строении кристалле шеелита и подтвердили существенные колебания в содержании М0О3.

Содержание молибдена в шеелите увеличивается одновременно количеством его срастаний с гранатом (рис. 2), что объясняется бол( высокими температурами образования, при которых изоморфноемкост шеелита возрастает. Для шеелитов 2 и 3 наблюдается противоположна зависимость между содержанием Мо и количеством сростков первого флюоритом и карбонатом, а шеелита 3-е аиофнллитом, свидетел] ствующая об уменьшении новеллнтовой составляющей по мере сниж ння температуры и длительности метасоматических процессов.

0

1

¡6

О и

а а

и

в ° О

и

у = -0,04* + 4,18 Я = - 0,98

у « 0,05х ^ 1,37 Я = 0,98

у = -0,02х + 2.44 Я = - 0,97

30 40 50

Доля вольфрама, Яз

Рис. 2 Зависимости между содержаниями молибдена в шеелите разны генераций и долей вольфрама, связанной с этими генерациями.

Таким образом, количественное соотношение генерации н химический состав шеелита зависят от степени постскарновой проработки: чем она интенсивнее, тем меньше в рудах доля шеелита 1 и содержание в нем молибдена (рис. 2). Шеелиты 2 и 3 не только маломо-лнбденистые, но и всегда окружены каймой 4-8 мкм, не содержащей молибдена.

Измерение мнкрогвердостн выявило существенные различия между шеелитами разных генераций: наименее твердые принадлежат к ранней (склрновой) генерации, а наиболее твердые - к поздней, что объясняется разницей в составе и подтверждает установленные О.В.Кононовым для месторождения Тырныауз закономерности уменьшения твердости но мере увеличения количества молибдена в шеелите. Коэффициент вариации мнкрогвердостн, наоборот, уменьшается от ранней генерации к поздней, что свидетельствует об увеличении однородности строения шеелита.

Таким образом, в результате проведенных исследований установлено наличие трех генерации шеелита, различающихся ассоциацией, морфологией и размерами выделении, составом и физическими cBoiiciBa.Mii.

2. Для технологической оценки месторождения не менее важпос значение, чем шеелит имеют главные нерудные минералы (кальцит, флюорит), так как они также представлены несколькими генерациями, различающимися ассоциацией, морфологией и размерами выделений, составом и физическими свойствами.

Наибольшее влияние на технологию переработки шеелнтовых руд оказывают карбонаты и флюорит.

Наиболее широко распространен белый кальцит 1 известняков н мраморов, с незначительными примесями железа и магния. Пго содержание максимально в карбонатной разновидности руд и минимально -во флюоритовой. Мнкротвердость кальцита 1 составляет 160 кг/мм с коэффициентом вариации 17% (табл. 2). Гидротермальные кальциты 2 и 3 в измененных скарнах различаются между собой по цвету, показателям преломления, морфолоши выделении и количеству примесей и имеют розовый нвег люминесценции. Кальцит 2 бурый ча счет присутствия марганца ог 2-3 до 5-8 % (среднее 4.6%), в связи с чем он условно назван марганецсодержащнм. Цвет катодолюминсспенцнн - ярко оранжевый. Кальцит 3 бесцветный и по количеству примеси марганца занимает промежуточное положение между кальцитами 1 и 2 (1.3%).

Флюорит присутствует во всех тинах руд с максимальным содержанием во втором. Выделяются две его разновидности: 1 - преимущественно бесцветный, развит во втором тине руд, 2 - фиолетовый характерен для третьего тина руд. Флюориты имеют дефектную структуру с размерами элементарной ячейки 5.4626 А. Из элементов-ириме-сей основное значение имеют редкие земли, содержание которых во

Таблица 2

Характеристика флюоритов и кальцитов

Параметры Минералы

Кальцит 1 Кальцит 2 Кальцит 3 Флюорит 1 | Флюорит 2

Характеристика агрегатов Средне-крупно-кристаллпческие Мелкокристаллические розетковидные включения в гранате Мелкокристаллические прожилки Мелкокристаллические прожилйт и гнезда

Цвет Белый до серого Бурый Бесцветный, белый Бесцветный, слабо окрашенный Фиолетовый разных оттенков

Размер зерен, мм 2-10 0.5-1 0.1-2 1-2 2-3

Показатели преломления п По Пе 1.658 1.486 1.671 1.509 1.661 1.487 1.4338 1.4338

Цвет фото-люминесцешпш Фиолетовый разных оттенков Розовый разных оттенков Яркий фиолетовый

Цвет катодо-люминесценпии Тёмнокрасный до бардового Ярко-оранжевый Красный Фиолетовый

Примеси (мас.%)* V ТЯ МпСОз БеСОз и.о. 0.0 0.1 н.о. 4.6 0.2 н.о. 1.3 0.1 0.00 н.о. н.о. 0.23 н.о. н.о.

Микротвердость, кг/мм ** 125-210 160 н.о. 75-113 93 153-252 199 125-172 149

Коэффициент вариации микротвердости, % 17 н.о. 9 14 7

* Аналитик М.В.Заморянская.

** В числителе - пределы колебаний, в знаменателе - среднее.

флюорите 1 меньше предела определения метода (<0.02 мас.%), во флюорите 2 - 0.23 мас.%. Также они различаются термолюминесценцией, микротвердостыо (флюорит 1 - 198 кг/мм, флюорит 2 - 148 кг/мм) и коэффициентами ее вариации (14 и 7% соответственно), свидетельствующими о большей однородности последнею.

Таким образом, от ранней генерации флюорита к поздней увеличивается интенсивность окраски, количество примесей, степень однородности н уменьшается термолюмннесценцня и микротвердость.

Сравнение флюоритов Северного Катпара и других месторождений (скарновых, скарново-грейзеновых и грейзеновых) выявило их различия по цвету, размерам зерен, составу, параметрам элементарной ячейки, люминесценции, микротвердости и степени однородности. Выявлено, что степень однородности образует сильные положительные связи с редкоземельными элементами.

3. Тппоморфпые особенности шеелита и ассоциирующих с ним перудпых минералов оказывают пеодипаковое влияние па разные стадии технологического процесса и позволяют с высокой степенью вероятности прогнозировать технологические показатели обогащения. Зпачительпая часть конечных потерь прогнозируется па пачальпых стадиях переработки руды и увеличивается по мере технологического воздействия па псе

При технологической оценке скарново-грейзеновых руд важнейшими параметрами являются: морфологические особенности шеелита (размеры, форма кристаллов, их внутреннее строение) и минеральных ассоциаций. При этом их влияние в разной степени распространяется на мношс операции переработки руд, главные из которых - рудоподготовка (дезинтеграция руд с целью полного раскрытия рудных минералов) и флотационное обогащение.

Для прогнозирования раскрываемости шеелита при дроблении использован стереологнческнй анализ, позволивший установить, что для гидротермального шеелита (2 и 3 генераций) характерны преимущественно низкосимвольные грани с низкой энергоемкостью, легко высвобождающиеся при дезинтеграции, а для скарнового шеелита 1 - вы-сокоснмвольные грани, обладающие высокой энергоемкостью и соответственно в процессе дробления в значительной мере остающегося в сростках (табл. 3). Для определения потерь, связанных с шеелитом 1 генерации, устанавливался процент длины ннзкоснмволышх гранен (призмы, дшшрамнды и отдельно нинакоида) от общего периметра контура зерен. Сопоставление периметра зерна с результатом морфологического анализа контура зерен показывает, что до 70% шеелита 1 остается в сростках, что составляет около 13% от общих запасов вольфрама.

Поскольку, при реальном обогащении на дезинтеграцию поступает руда, в которой присутствует несколько генераций шеелита,

был сделан прогноз раскрытия сростков для выделенных природны: разновидностей (карбонатной, 1ранатовой, флюорнтовой I анофнллнтовой). Доля тонкой вкрапленности шеелита (класс < 0.0' мм), плохо отделяющейся от нерудных минералов, и шеелита < высокосимвольными гранями пропорциональны содержанию шеелита и уменьшается в ряду гранатовая —> флюорнтовая карбонатная -анофнллнтовая разновидности. Соответственно в этом направленш улучшаются результаты дробления, т.е. хуже всего при дезннтеграцш будет раскрываться шеелит гранатовой разновидности (табл. 3 независимо от времени измельчения.

Дтя проверки ' прогнозных данных нроводплось дроблеши штуфных проб двумя способами: элекгроимпульсным, позволяющш наиболее полно раскрывать минералы без их перензмельчения, ] традиционным, широко применяемым - механическим дроблением п валках. Анализ полученных результатов подтвердил прогаозные данны минералогических исследовании и позволил сделать следующн выводы.

• Раскрываемость шеелита улучшается от ранних генераций : поздним н от скарновых руд к апофнллнтовым (табл. 3), при это! количество сростков шеелита с ¡ранатом значительно уменьшается соответствии с коэффициентом срастания в руде.

Таблица 3

Морфология шеелита и црогпоз его раскрываемости при дроблении

Разновид- Доля Сред- Доля Доля Количество

ности руд генераций ний поверхностей с шеелита, % шеелита в

шеелита,% размер, гранями % * сростках %

I II III мм НС ВС <0.04 >0.04 прог- факти-

мм мм с нозное ческое

ВС ** ***

Карбонат- 34 42 24 0.11 60 40 18 22 40 20

ная 38 34

Гранато- 62 18 20 0.10 47 53 36 25 61 38

вая 53 58

Флюори- 24 44 32 0.12 66 34 17 19 36 20

товая 34 31

Апофил- 10 10 80 0.13 85 15 12 6 18 11

литовая 15 21

* Грани с низкими символами (НС), высокими (ВС).

** В числителе значения с учетом количества тонкозерностого шеелита, знаменателе - без учета.

*** В числителе результаты элсктроимиульсною дробления, в знаменателе механического.

• Количество нераскрытых после дробления сростков увеличиваете пропорционально числу высокоснмволышх поверхностей. Пр механическом дроблении абсолютное содержание этих сростков дл всех типов руд примерно на 10 % выше, чем при электронмпульсно (табл. 3), что обусловлено принципиальными различиями этих методов

• Прогнозное количество шеелита в сростках ближе к фактическим данным механического способа дробления, так как при элекгроимнульсном раскрывается даже часть шеелита с высокосимвольными гранями. На результаты обоих способов отрицательно влияет содержание тонкой вкрапленности шеелита (<0.04 мм) н доля высокосимвольных граней.

Таким образом, основная часть потерь шеелита в хвостах обогащения зарождается еще на стадии рудонодготовки, обусловлена неполнотой раскрытия шеелита и связана с его ранней скарновой генерацией, ограненной высокоснмвольными гранями и образующей сростки с гранатом. Шеелит поздних генераций, граничащий с зернами флюорита, кальцита, апофиллита и характеризующийся в основном низкосимвольнымп гранями, вскрывается достаточно полно при дроблении до 1 мм. Основные потери шеелита в сростках максимальны для гранатовой разновидности руд и минимальны - для анофнллптовой.

Важной особенностью скарново-грейзеновых шеелитовых руд, влияющей па результаты их флотации, кроме особенностей самого шеелита, является присутствие близких по свойствам и легко флотирующихся породообразующих минералов. Для оценки этого влияния были отобраны мономннеральные фракции и изучены флотационные свойства основных кальцийсодержащнх минералов месторождения Северный Катпар: шеелита, содержащего 4.7% М0О3, кальцита, флюорита, граната, волластоннта и апофиллита. В качестве эталонов сравнения использовались хорошо изученные шеелиты месторождений: Ингичке (0.05% М0О3), Чорух-Дайрон (0.6%), Тырны-ауз (2.5%), синтетический (0%) и флюориты месторождений: Забытое, Лбагай, Тырныауз, Кличкннское, Солонечное и синтетический.

Анализ результатов флотации минералов месторождения Северный Катнар (рис. 3) позволил сделать следующие вывода.

• Основная масса всех минералов флотируется в течении 0.5 минуты, дальнейшая динамика флотации различна для каждого из них.

• По убыванию флотационных свойств выделены 3 группы минералов: карбонаты и флюориты -» шеелит -» силикаты, что объясняется их кристаллохнмическимн особенностями (ионами, выходящими на поверхность при дезшгппрацин).

• Характер кинетических кривых флотации шеелита, флюорита и кальцита свидетельствует о наличии нескольких генераций этих минералов.

Для других месторождений рядом исследователей установлено ухудшение результатов флотации шеелита в зависимости от его состава. Проведенные автором опыты подтвердили зависимость скорости флотации шеелита от количества в нем молибдена: чистый и маломолнбденнстый шеелиты извлекаются практически сразу, содержащий 0.6% М0О3 - в течение минуты, а остальные - на протяжении 1.5 минут, причем кинетика флотации шеелита Северного

Катпара с максимальным содержанием молибдена значительно ниже но сравнению с шеелитом Тырныауза.

Рис. 3 Кинетика флотации кальцинсодержащих минералов месторождения Северный Катиар.

Специальные технологаческие опыты показали, что кроме состава шеелита на результаты флотации существенное влияние оказывает габитус его кристаллов и механические свойства. Потери в хвостах флотации наследуются от рудоподготовки: возрастают при увеличении количества зерен, ограненных высокоснмвольными поверхностями, более энергоемкнмп "шероховатыми", плохо отделяющимися при дроблении от фаната н ведущими себя аналогично последнему при флотации. Минимальная микротвердость и максимальный коэффициент ее вариации свидетельствуют о высокой структурной неоднородности шеелита, что приводит к возрастанию количества шлама при измельчении, а следовательно и потерь. Вышеперечисленные характеристики неодинаковы для разных генераций и технологические свойства шеелита улучшаются от ранней генерации к поздним.

Из породообразующих минералов на технологические показатели обогащения наибольшее влияние будут оказывать карбонаты и флюориты. Выделенные при минералогическом изучении руд разные генерации этих минералов, характеризующиеся различной морфологией, цветом, ассоциацией, составом и физическими свойствами, но-разному ведут себя и в технологическом процессе.

Различие в химическом составе пщротермальных карбонатов и кальцита мраморов определяют разную флогируемость этих минералов, как во время основной шеелптовон флотации, так н при пропарке с

жидким стеклом. Кальцит мраморов легче растворяется с образованием гидрофильных комплексов на поверхности частиц, поэтому хорошо подавляется жидким стеклом и не флотируется во время доводки в отличие от гидротермальных кальцитов, которые вследствие примеси марганца труднее подавляются жидким стеклом и попадают в конечный концентрат при доводочной флотации (особенно кальцит 2). Таким образом, с увеличением в рудах доли марганецсодержащего кальцита ухудшится качество концентрата, и, несмотря на хорошую раскрываемость шеелита при дроблении карбонатной разновидности руд, конечные показатели переработки будут занижены.

Флюориты месторождения Северный Катпар, характеризующиеся высокой естественной флотируемостью, неодинаково ведут себя при флотации: фиолетовый, в связи с примесью редких земель извлекается хуже по сравнению с бесцветным, поэтому их соотношение в рудах будет влиять на результаты обогащения. Сравнительная характеристика флюоритов других месторождений с различными содержаниями ЕТЯ подтверждает сделанный вывод: выход флюоритов в пенный продукт зависит от примеси редких земель в них, причем это влияние значительно возрастает при содержаниях ХТИ. более 0.1 мас.% (рис. 4).

100

0:5 1.о

Время флотации, мип.

Катпар (1)

-Катпар (2)

• - Забытое — — Лбагай

-Тырцыау з

' ' Кличкшское - - Солонечное • " " " Сшггетическнй

Рис. 4 Кинетика флотации флюоритов.

Лабораторные технологические испытания руд подтвердили выявленные закономерности. Руды, различающиеся особенностями минерального состава, в условиях одной технологической схемы обогащаются неодинаково и доля каждого природного типа существенно влияет на технологические показатели, т.е. природные типы можно считать технологическими сортами. Более лепсообогатимы руды флюоритовой и апофиллптовой разновидностей, содержащие хорошо раскристаллизованный, легко раскрывающийся при дроблении шеелит с незначительными содержаниями молибдена, и имеют близкие технологические показатели, менее - гранатовой и карбонатной.

Характеристики последней в конечном концентрате значительно ниже что связано с высоким содержнием марганецсодержащего кальцита I невозможностью его отделения.

Таким образом, технологические свойства руд месторожденш Северный Катпар определяются особенностями шеелита и близких п< свойствам легкофлотирующихся минералов.

Предложенная методика изучения влияния вещественной состава руд месторождения Северный Катпар на их технологически свойства позволяет прогнозировать конечные показатели обогащения ] может быть применена для других месторождений.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Исследование типоморфных и технологических свойств шее лита местрождення Северный Катпар с помощью стереометрическоп анализа // Обогащение руд - 1995 - №1 - С. 27-32 (соавторы В.М.Изоитко, Р.Л.Бродская, С.В.Петров).

2. Исследование кальцнйсодержащих минералов с целью ком плексного использования шеелитовых руд // Проблемы комплексной использования руд. Тез. докл. 2-го Международного симпозиума, С. Петербург, 1996, С. 53-54.

3. Технолого-металлогеническая оценка редкометальных прояв лений Центрального Казахстана // Крупные и уникальные месторожде ния редких и благородных металлов. Тез. докл. Международного симпо зиума, С.-Петербург, 1996, С. 70-71 (соавтор - С.В.Петров).

4. Влияние тнпоморфных особенностей шеелитов на их техно логические свойства (месторождение Северный Катпар) // Горный жур нал - 1997 - №4 - С. 18-20 (соавтор - В.М.Изоитко).

5. Технологическое значение тиноморфнзма минералов (н примере месторождения Северный Катпар) // Обогащение руд - 1998 №5 - С. 28-33 (соавтор - В.М.Изоитко).

6. Редкие земли во флюоритах в связи с особенностями и обогащения // Стратегия использования и развития минерально сырьевой базы редких металлов России в XXI веке. Тез. дою. Международного симпозиума, Москва, 1998, С. 270-271.

Текст научной работыДиссертация по геологии, кандидата геолого-минералогических наук, Баданина, Инна Юрьевна, Санкт-Петербург

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

БАДАНИНА ИННА ЮРЬЕВНА

ВЕЩЕСТВЕННЫЙ СОСТАВ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РУД СКАРНОВО-ГРЕЙЗЕНОВОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ СЕВЕРНЫЙ КАТПАР

Специальность 04.00.20 - минералогия,кристаллография

Диссертация на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Научный руководитель: доктор геолого-минералогических наук,

профессор Изоитко Виктория Михайловна

Санкт-Петербург 1998

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

Введение................................................................................ 2

1. Геологическая характеристика месторождения Северный Катпар................................................................... 8

2. Классификация руд...........................................................25

3. Минералогические особенности руд................................49

3.1. Методика исследований............................................49

3.2. Типоморфные особенности шеелита........................56

3.2.1. Минеральные ассоциации и морфологические особенности......................59

3.2.2. Химический состав..........................................72

3.2.3. Микротвердость...............................................81

3.3 Породообразующие минералы...................................82

3.4. Второстепенные рудные минералы.......................... 102

4. Влияние вещественного состава руд на его технологические свойства............................................... 109

4.1. Раскрываемость шеелита при дезинтеграции руд... 112

4.2. Флотационные свойства минералов........................ 121

4.2.1. Флотационные свойства шеелита................. 125

4.2.2. Флотационные свойства породообразующих минералов....................................................... 131

Заключение.......................................................................... 148

Список литературы.............................................................. 150

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Развитие народного хозяйства любого государства во многом зависит от эффективности усилий геологической службы по. обеспечению промышленности максимально дешевым рудным сырьем. Вольфрам принадлежит к широко используемым в промышленности металлам. В последние годы его потребление значительно снизилось, вследствие общего спада экономической активности основных потребителей металла (военная промышленность, машиностроение, добыча нефти, газа и твердых полезных ископаемых), а также с увеличением использования заменителей (керамика, композиты, алмазы и прочие). В то же время, в 40 - 50% случаях вольфрам не может быть заменен другими материалами [78].

По мнению экспертов, к концу 1997 года запасы вольфрама будут исчерпаны и в следующем году должен произойти рост цен [16-20], в связи с отсутствием вновь добытого сырья из России и крайне низким извлечением вольфрама на китайских обогатительных фабриках.

В силу объективных причин в последние годы в странах Содружества значительно снизилось количество легкоразрабатываемых месторождений, а в ряде районов их запас полностью истощен. Расширение минерально-сырьевой базы может происходить за счет вовлечения в переработку руд месторождений новых генетических типов и создания современных технологических схем. К новым типам вольфрамовых месторождений относится Северный Катпар (Центральный Казахстан), где на скарны наложена своеобразная грейзенизация, выражающаяся в развитии флюорита и апофиллита.

Цель работы. Целью настоящей работы являлась оценка возможностей вовлечения в переработку руд месторождения Северный Катпар и создание геолого-минералогической основы для разработки современной технологической схемы.

В соответствии с поставленными целями основными задачами .исследований явились:

• изучение типоморфных особенностей руд и минералов месторождения Северный Катпар и прежде всего главного рудного минерала - шеелита;

• оценка возможности применения новых минералогических методов (стереометрического анализа) для технологических целей;

• изучение влияния типоморфных особенностей главных минералов на показатели обогащения для прогноза технологических свойств руд по геолого-минералогическим факторам.

Фактический материал и методы исследований. В основу работы положены оригинальные полевые материалы автора, а также коллекция образцов, собранная в период геолого-технологического картирования месторождения Северный Катпар (1990-1992).

Полный химический состав руд, включая определение содержаний рудных элементов (триоксида вольфрама, меди, молибдена и висмута), выполнен в рамках научно-исследовательских тематических работ Механобра.

Минеральный состав руд изучен в прозрачных (более 250) и полированных (50) шлифах. Количественное соотношение минералов в каждой пробе уточнен по навескам тяжелой и легкой фракции с последующим пересчетом на руду в целом. Содержание кальцита, помимо подсчета при минералогическом анализе, определено также фазовым химическим методом.

Особенности шеелита (размеры, морфология, цвет люминесценции, микротвердость) и его ассоциации оценены по кристаллическим индивидам (более 2000) с привлечением рентгеноструктурного, химического, спектрального,

микроретнгеноспектрального и катодолюминесцентного анализов в Механобре. Для изучения породобразующих минералов помимо оптического метода использованы различные виды люминесцентного (фото-, термо- и катодолюминесцентный), рентгеноструктурный, а также метод статистического микровдавливания (микротвердость). Фото- и термолюминесцентный анализы выполнены автором на кафедре минералогии, кристаллографии и петрографии" СПГГИ,

катодолюминесценция - в Региональном Аналитическом Центре "Механобр-Аналит" (аналитик М.В. Заморянская). Микротвердость шеелита и нерудных минералов определена автором в этом же Центре на полуавтоматическом микротвердометре "Мкготе1 II".

Текстурно-структурные особенности руды и шеелита изучены методом "стереометрического анализа на минералогическом интеграционном устройстве - МИУ-5М (ЛОМО) под руководством и по методике проф. Р.Л.Бродской.

Проверка прогнозных выводов проведена с помощью дезинтеграции руд электроимпульсным и валковым дроблением (АО "Механобр-Аналит") с последующей микроскопической оценкой раскрываемости шеелита при помощи бинокулярной лупы с люминесцентным осветителем ОИ-18 (СПГГИ).

Влияние особенностей минералов на технологические показатели обогащения оценены путем флотации мономинеральных фракций кальцийсодержащих минералов, отобранных под бинокуляром, совместно с эталонами сравнения во флотационной машине 189 ФЛ с обьемом камеры 50 мл (АО "Механобр-Аналит").

Для статистической обработки и интерпретации полученных данных использованы методы корреляционного, регрессионного и факторногоанализов.

Научная новизна работы. На месторождении выделены природные типы и разновидности руд и установлены три генерации шеелита с различными свойствами. Показаны особенности главных минералов руд и изменение кинетики флотации в зависимости от состава и структуры каждого из них. Впервые, для технологических целей применен стереометрический анализ, позволивший прогнозировать раскрытие сростков и классифицировать потери шеелита при рудоподготовке и обогащении, по результатам которого научно обоснована оптимальная крупность измельчения руд. В качестве критерия степени структурной неоднородности шеелита использован коэффициент вариации микротвердости. Впервые показано, что значительная часть конечных потерь шеелита в хвостах формируется в

начальной стадии рудоподготовки и вызвана типоморфными особенностями минералов.

Практическая значимость. Результаты работы включены в тематические отчеты Механобра и использованы Агадырской ГРЭ при подсчете запасов и составлении ТЭО.

Руды месторождения Северный Катпар могут классифицироваться по установленному автором сокращенному количеству признаков. Методики и результаты стереометрического анализа и исследования флотационных свойств породообразующих и рудных минералов могут быть использованы для руд других типов, а также создания основы оптимальных технологических схем и прогноза технологических показателей. Рекомендации по рудоподготовке дадут возможность сокращения операций измельчения, что приведет к существенному уменьшению энергозатрат, а следовательно, к оптимизации экономики обогащения.

Апробация работы и публикации. Результаты работы включены в отчеты: "Геолого-технологическое картирование руд месторождения Северный Катпар" (1992) и "Разработка методических рекомендаций по геолого-экономической оценке месторождений на ранних стадиях геолого-разведочных работ" (1993), а также представлены на международных симпозиумах "Комплексное использование руд" (С.-Петербург, 1996), "Крупные и уникальные месторождения редких и благородных металлов" (С.-Петербург, 1996), "Стратегия использования и развития минерально-сырьевой базы редких металлов России в XXI веке" (Москва, 1998) и опубликованы в журналах "Обогащение руд" (1995), "Горный журнал" (1997) и "Обогащение руд" (1998).

Обьем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения. Первая глава посвящена геологической характеристике месторождения Северный Катпар. Во второй главе приведена классификация руд с детальным рассмотрением особенностей выделенных природных типов и разновидностей, а также оценена возможность экспрессного распознавания руд по

сокращенному количеству признаков. В третьей главе рассмотрены минералогические особенности руд месторождения Северный Катпар. Особое внимание уделено шеелиту: его минеральным ассоциациям, морфологическим особенностям, химическому составу, люминесценции, микротвердости, а также изучению породообразующих минералов, влияющих на технологию переработки руд. В четвертой главе приведены результаты исследования влияния вещественного состава руд на их технологические свойства. Методом стереометрического анализа сделан прогноз раскрываемости шеелита при дроблении и классификация его потерь, который затем подтвержден механическим и электроимпульсным дроблением. Изучены флотационные свойства шеелита и породообразующих минералов.

Содержание диссертации иллюстрировано 41 рисунком, 23 фотографиями и 29 таблицами. Список литературы содержит 12 название.

Основные результаты проведенных исследований могут быть представлены в виде следующих защищаемых положений:

1. На скарново-грейзеновом месторождении Северный Катпар по вещественному составу выделены 3 природных типа и 4 разновидности руд, в которых установлены три генерации шеелита. От ранней генерации к поздним улучшается качество огранки кристаллов, упрощается их морфология, увеличиваются размеры выделений и снижается содержание повеллитовой составляющей, в связи с чем изменяется характер люминесценции, увеличивается микротвердость и степень однородности кристаллов.

2. Для технологической оценки месторождения не менее важное значение, чем шеелит, имеют главные нерудные минералы (кальцит, флюорит), так как они представлены несколькими генерациями, различающимися ассоциацией, морфологией и размерами выделений, составом и физическими свойствами.

3. Типоморфные особенности шеелита и ассоциирующих с ним нерудных минералов оказывают неодинаковое влияние на разные стадии технологического процесса и позволяют с высокой степенью вероятности прогнозировать технологические показатели обогащения. Значительная часть конечных потерь прогнозируется на начальных стадиях переработки руды и увеличивается по мере технологического воздействия на нее.

За постоянное внимание, поддержку и помощь при выполнении работы автор выражает глубокую благодарность руководителю д.г.-м.н., проф. В.М.Изоитко. Автор благодарен д.г.-м.н., проф. Р.Л.Бродской за консультации и советы, а также д.г.-м.н., проф. Ю.Б.Марину, сделавшему ряд ценных замечаний по работе. Успешному проведению исследований способствовали многократные заслушивания и плодотворная критика преподавателей кафедры минералогии, кристаллографии и петрографии СПГГИ. Автор искренне признателен С.В.Петрову за помощь в работе и конструктивные советы

1. ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МЕСТОРОЖДЕНИЯ

СЕВЕРНЫЙ КАТПАР

Месторождение Северный Катпар расположено в Успенской зоне смятия, входя в состав Акмая-Катпарского редкометального рудного поля [23, 82]. Оно находится на стыке крупных блоков земной коры с контрастным расположением фундамента - приподнятого Жаман-Сарысуйского антиклинория и опущенного Успенского синклинория. Ведущее значение в структуре района имеет региональная тектоническая зона субширотного (успенского) направления, контролирующая магматизм и оруденение. Она состоит из серии крупных продольных разрывов, разбивающих рудное поле на ряд горсто- и грабенообразных блоков.

Месторождение находится в опущенном блоке, зажатом между девонскими породами, сложенном нижнетурнейскими известняками и прорывающими их пермскими гранитами.

Северное крыло известняков срезано Домеке-Кушукским взбросо- сдвигом северо-восточного простирания, за которым обнажаются раннепермские средне-мелкозернистые граниты Катпарского массива (рис. 1, 2). В пределах последнего отмечаются останцы кристаллокластических туфов липаритового состава.

На юге известняки контактируют с углисто-кремнистыми и углисто-глинистыми алевролитами с прослоями полимиктовых мелко-среднезернистых песчаников фамена. Эти горные породы повсеместно подвергнуты гипергенным изменениям, в результате чего широкое развитие получила глинистая кора выветривания в среднем до глубины 30 м.

Большая часть месторождения представлена осадочными породами - известняками, образующими крупную опрокинутую на север синклинальную складку, ядро которой сложено утлисто-глинистыми разновидностями. Висячее крыло складки представлено серыми и светлосерыми рудовмещающими известняками, простирающимися на ВСВ 70-90° и падающими под углом 45-90°. В надинтрузивной зоне они образуют круто (90-70°) погружающуюся на

^ Е23* ЕЭ* Д пг>

Рис. 1. Схема геологического строения месторождения Северный Катпар [82]. 1 - современные отложения; 2 - аллювий; 3 - глины; 4 -кора выветривания; 5 - темно-серые известняки; 6 - белые мраморизованные известняки; 7 - граниты; 8 - проекция на дневную поверхность рудоносного штокверка; 9 - региональные тектонические нарушения; 10 - второстепенные тектонические нарушения. Здесь и на рис. 2, 3 - масштаб 1:50000.

Рис. 2. Блок-диаграмма месторождения Северный Катпар [881. Условные обозначения: 1 - неоген-четвертичные отложения; 2 - нижнетурнейские мраморизованные известняки и мраморы; 3 - живет-франские вулканогенно-осадочные образования; граниты: 4 - Акмаинского массива; 5 - Катпарского массива; 6- рудный столб.

юго-восток моноклиналь, выполаживающуюся до 50-20° на глубине 300-400 м. Известняки имеют массивную и тонкослоистую текстуру и относятся к чистым кальцитовым разностям (табл.1) с тонкими темными прослоями, обогащенными углистым материалом и сингенетичной вкрапленностью пирротина, пирита и марказита. В околокларковых количествах известняки содержат свинец, цинк, стронций, следы бария, ванадия, галлия, иногда кобальта и никеля.

Характерна их геохимическая специализация на марганец (0.010.5%) и железо (0.05-выше 1%), что является фациальным отражением формирования стратиформных железо-марганцевых руд в отложениях того же стратиграфического уровня на северо-восточном фланге Акмая-Катпарской рудной зоны, в состав которой входит месторождение [82]. В участках мраморизации и осветления (на контакте с гранитами) геохимические особенности известняков сохраняются.

Интрузивные породы месторождения представлены раннепермскими лейкократовыми биотитовыми гранитами массива Катпар, обнажающимися на севере, аляскитовыми гранитами Акмаинского массива и дайковыми образованиями кислого, среднего и основного составов.

Оруденение генетически связано с аляскитовыми гранитами массива Акмая [88], залегающими под известняками на глубине 400600 м. Граниты слагают куполовидную апикальную часть интрузивного массива, осложненную мелкими апофизами. Крутизна склонов гранитного купола в верхней части достигает 45°. Купол почти симметричен с более пологой верхней северо-западной частью (рис. 3).

Граниты состоят из кварца, микроклинпертита, кислого плагиоклаза, биотита, акцессорных молибденита, халькопирита, пирита, флюорита, апатита, циркона, ильменита и других минералов. Они имеют сложное внутреннее строение - от резкопорфировидных, миароловых и шлировых обособлений до мелко- среднезернистых разностей и локально биотитизированы. Последнее является проявлением калиевого метасоматоза [89].

Рис.3. Разрезы месторождения Северный Катпар: а - продольный, б - поперечный. Условные обозначения: 1 - кора выветривания; 2 - мраморизованные известняки и мраморы; 3 - углистые алевролиты; граниты: 4 - Катпарского массива; 5 - Акмаинского; 6 - разрывные нарушения; 7 - рудное тело; первичные ореолы: 8 - \У03, 9 - Си, 10 - Мо, 11 - Вг; 12 - перес