ТЕХНОЛОГІЧНА МІНЕРАЛОГІЯ ГРАНАТ-ВМІСНИХ СЛАНЦІВ ГАННІВСЬКОГО РОДОВИЩА КРИВОРІЗЬКОГО БАСЕЙНУ : ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ минералогии ГРАНАТ-содержащих сланцев Анновского МЕСТОРОЖДЕНИЯ Криворожского бассейна

Краткое содержание

У розділі 1 “Короткий геологічний опис Ганнівського родовища” показано, що родовище відноситься до Північного залізорудного району Криворізького басейну, локалізується в межах так званої Східно-Ганнівської залізорудної смуги. Смуга має меридіональне простягання, довжина її близько 17 км, максимальна потужність у південній частині досягає 800-1000 м. Існує декілька точок зору на геологічну будову родовища (Я.М.Бєлєвцев та ін., 1962; М.П.Щербак та ін., 1988; І.С. Паранько та ін., 1992). За традиційною, яка використовується місцевими геологами, Східно-Ганнівська смуга є північним продовженням саксаганської світи криворізької серії (Е.В.Дмитрієв і ін., 1987; М.П.Щербак та ін., 1988).

Залізисті породи Східно-Ганнівської смуги згідно залягають на тальк-вмісних сланцях і метакластолітах скелеватської світи, які в свою чергу нижче за розрізом змінюються метабазитами і метакластолітами новокриворізької світи, верхньоархейськими метабазитами конської серії. Останні залягають на середньоархейських гранітоїдах Придніпровського комплексу. Залізорудна товща родовища перекрита нерозчленованим комплексом метакластолітів і доломітових мармурів об’єднаної гданцевської і глеєватської світ.

В розрізі саксаганської світи родовища виділяється перший (потужність 25-60 м) і об’єднаний  третій-п’ятий (потужність 20-75 м) сланцеві горизонти, об’єднані перший-другий (5-20 м) і п’ятий-шостий (50-150 м) залізисті горизонти. Завершує розріз саксаганської світи слабко розчленована монотонна за складом товща магнетит-силікатних кварцитів об’єднаного сьомого сланцево-залізистого горизонту.

Основний об’єкт дисертаційної роботи – гранат-вмісні сланці складають перший і третій-п’ятий сланцеві горизонти. В деяких породах інших стратиграфічних підрозділів гранат міститься в кількості не вище 1-2 об’ємн.%.

В структурному відношенні Східно-Ганнівська смуга розглядається як монокліналь або як східне крило синклінорію, західне крило якого проявлено так званими Дальніми Західними Ганнівськими смугами (Я.Н.Белевцев и др.., 1962, 1989; Н.П.Семененко и др., 1978). Глибина проведення розвідувальних робіт поки що не дозволяє вирішити це питання неоднозначно. Кути падіння пластів залізистих кварцитів і сланців змінюються від 60-70 до 85-90^о ,простягання їх у північній частині родовища становить 5-10^о, в південній 15-35^о. Залізорудна смуга має S-подібну форму в плані.

В межах родовища дуже поширені розривні порушення. Зі сходу і заходу залізорудна товща обмежена Східним і Західним розломами субмеридіального простягання. У південному напрямку вони губляться у складній системі розривних порушень зони перетину Криворізького і Девладівського глибинних розломів, яка розташована у крайній південній частині Ганнівського родовища і по якій останнє  контактує з Первомайським родовищем Саксаганського залізорудного району.

Численними субширотними порушеннями, кількість яких зменшується  з півдня на північ родовища, Східно-Ганніська смуга розбита на окремі блоки, розмір яких по простяганню залізистих порід змінюється від 15-20 до 250-300 м. У цих розломах більшість блоків зсунута один по відношенню до другого, це обумовило ступінчату будову залізорудної товщі. Останнє є причиною контакту по простяганню залізорудної товщі гранат-вмісних сланців з залізними рудами або з тальк-вмісними, кварц-мусковітовими сланцями і мусковітовими кварцитами.

Гіпогенні процеси в межах Ганнівського родовища проявлені магматизмом, метаморфізмом, метасоматозом і гідротермальними явищами. Найбільш значущим проявом магматизму є крупне (довжина до 10 км, потужність до 100 м) тіло плагіоклаз-мікроклінового граніту в зоні контакту сакса ганської і гданцевської світ. До дрібних  магматичних проявів відносяться дайкоподітні тіла трахіліпариту і трахіту південної частини родовища і пегматоїдного граніту у його південній частині.

Динамотермальний метаморфізм порід залізисто-кременистої формації родовища відбувався за умов, які відповідають епідот-амфіболітовій, а в північній частині смуги – амфіболітовій фації. Такий рівень динамотермального метаморфізму обумовив утворення гранату, який є об’єктом дослідження в дисертаційній роботі. До локально проявлених різновидів метаморфізму відносяться динамометаморфізм залізистих порід (брекчіювання та мілонітизація) вздовж числених розривних порушень і термальний метаморфізм у при контактових зонах гранітоїдного масиву.

Метасоматизм проявлений переважно в межах продуктивної залізорудної товщі родовища, представленою п’ятим-шостим залізистим горизонтом (Н.А.Елисеев и др., 1961; В.Г.Кушев, 1962; В.Д.Евтехов и др., 1988). Основними проявами його були егіринізація, рибекітизація, обкварцування і альбітизація сланців. Гранат-вмісні сланці зазнали метасоматизму у дуже незначній мірі.

Гідротермальні процеси супроводжували діагенез, динамотермальний метаморфізм залізистих кварцитів і сланців сакса ганської світи (альпійські жили), завершували етап метасоматизму і проявились як самостійний етап мінералоутворення (Я.Н.Белевцев и др., 1962; Е.К. Лазаренко и др. 1977; Б.И. Пирогов и др., 1989).

В сланцях гідротермальні жили проявлені локально і суттєво не вплинули на їх мінеральний склад і будову.

Завершувальним процесом мінералоутворення був гіпергенез (Н.М.Акименко и др., 1957; Я.Н.Белевцев и др., 1962; Е.К.Лазаренко и др., 1977), який суттєво вплинув на мінеральний склад, в тому числі гранат-вмісних сланців. По відношенню до останніх процеси вивітрювання обумовили поліпшення деяких мінералогічних і технологічних показників їх, як гранатової сировини.

Різноманітний склад первинних осадових утворень, численні епігенетичні процеси обумовили присутність в межах залізорудної і вміщуючої товщ родовища низки металевих і неметалевих корисних копалин. Основною є бідні залізні руди, представлені залізнослюдко-магнетитовими магнетитовими, силікат-магнетитовими і магнетит-силікатними залізистими кварцитами і метасоматитами. В якості супутніх корисних копалин виявлені і в різній мірі досліджені поклади і прояви покладів германію, скандію, ванадію, вольфраму, молібдену, мусковіту, тальку, вохри, суріку, мумії, амфіболіту, мусковітового кварциту та інших корисних копалин. До них відноситься гранат-вмісні сланці які можна розглядати серед приоритетних альтернативних корисних копалин родовища.

У розділі 2 “Вихідний матеріал і методика досліджень” зазначається , що основою для написання дисертаційної роботи були одержані за період з 1997 по 2002 р. результати власних мінералогічних і мінералого-технологічних досліджень автора, а також дані з літературних (понад 200 найменувань) і фондових (близько 20) джерел. Власні мінералогічні і мінералого-технологічні дослідження автора були спрямовані на всебічне вивчення гранат-вмісних сланців першого і третього-п’ятого сланцевих горизонтів Ганнівського родовища; уточнення їх топомінералогії; виділення мінералого-технологічних типів гранатової сировини; розробку методик мінералогічного аналізу продуктів збагачення гранат-вмісних сланців, розробку мінералогічного обґрунтування оптимальних схем підготовчих до збагачення процесів і процесу збагачення.

Відбір проб мінералогічних (105 проби), мінералого-технологічних (27 проб), укрупнених мінералого-технологічних (3 проби) проводився на гіпсометричних горизонтах +30 м, +45 м, +60 м, +72 м, +84 м, +96 м Ганнівського кар’єру місцях розповсюдження гранат-вмісних сланців. В роботі були використані апробовані методи мінералогічних досліджень: мікроскопічні дослідження (використано 402 прозорі і поліровані шліфи, 22 мономінеральні фракції гранату), кількісні визначення морфології (53 заміри), гранулометричного складу (315 замірів) зерен гранату, визначення показників вивітреності сланців (52 заміри) та тріщинуватості (48 визначень) часток гранату з концентрату. Мінералого-технологічні експерименти включали 108 попередніх дослідів, 178 визначень мінерального складу продуктів підготовчих процесів (дроблення, подрібнення) і 396 визначень мінерального складу продуктів збагачення гранат-вмісних сланців.

Результати мінералогічних та мінералого-технологічних досліджень були опрацьовані за допомогою сучасних комп’ютерних технологій.

В розділі 3 “Топомінералогія гранатової сировини“ розглянуто розповсюдження гранату в залывзистих породах Східно-Ганнівської залізорудної смуги. Відзначено, що у різній кількості він присутній у метабазитах і метакластолітах новокриворізької світи, породах сланцевих і в меншій мірі залізистих горизонтах саксагнської світи, а також у метакластолітах гданцевської світи. За даними попередніх досліджень (О.Ламрані, 1997), найбільший вміст гранату властивий для порід першого і третього-п’ятого сланцевих горизонтів саксаганської світи в середньому 15 об’ємн. %. В межах обох горизонтів розповсюдженість гранату знаходиться у тісному зв’язку з мінеральним складом вміщуючих сланців. Така закономірність пов’язана, за даними В.Д.Євтєхова та ін. (1990-94), з аутігенно-метаморфогенною мінералого-геохімічною зональністю первинних осадових утворень. Особливістю останньої є зменшення у напрямку від зон контактів сланцевих і залізистих горизонтів до центральних зон сланцевих горизонтів залізистої складової осадків і збільшення в цьому напрямку вмісту в них глинозему (Я.Н.Белевцев, 1955; Я.Н.Белевцев и др., 1962; Н.А.Плаксенко, 1966). Внаслідок динамотермального метаморфізму, який відбувався в умовах епідот-амфіболітової фації (Р.Я.Белевцев, 1970; Р.Я.Белевцев та ін., 1989) та супроводжувався контактово-реакційними процесами (В.Д.Евтехов, 1975; В.Д.Евтехов, О.К.Валеев, 1992), мінеральний склад сланців Ганнівського родовища закономірно змінюється від суттєво кумінгтонітового у приконтактових зонах сланцевих горизонтів через суттєво біотитовий до біотит-мусковітового у їх центральних зонах. Вміст гранату в напрямку від периферії третього-п’ятого сланцевого горизонту (13,3 об’ємн. %) зростає і досягає максимуму у пластах, складених гранат-кварц-біотитовими сланцями (за уточненими даними автора дисертації, 21,6 об’ємн. %), і зменшується в напрямку до центральних зон горизонту до 1,1 об’ємн. %. Наведені дані свідчать, що за кількістю гранату найвищу цінність як гранатова сировина мають гранат-кварц-біотитові сланці першого та третього-п’ятого сланцевих горизонтів родовища. Вони були обрані основним об’єктом досліджень автора дисертації.

У розділі 4 “Мінералогічне обґрунтування технології одержання гранатового концентрату” наголошується, що окрім виділених п’яти мінеральних відмін гранат-вмісних сланців велике значення як сировина мають продукти їх гіпергенних змін, що найбільш активно проявлені на рівні верхніх гіпсометричних горизонтів Ганнівського родовища – від +45 м до +96 м. Попередні мінералого-технологічні дослідження автора показали, що подрібнення і збагачення незмінених і вивітрених гранат-вмісних сланців відбувається по-різному, оскільки обумовлене різними мінералогічними показниками. В зв’язку з цим вивітрені і не вивітрені гранат-вмісні сланці були виділені як два самостійних мінералого-технологічних типи гранатової сировини, для яких обґрунтування технології підготовки і збагачення, а також мінералого-технологічні досліди проводилось окремо.

В підрозділі 4.1 "Невивітрені гранат-вмісні сланці наводится мінералогічне обґрунтування технології дроблення, подрібнення і збагачення гіпергенно незміненої гранатової сировини. Показано, що після мінералогічної ідентифікації п’яти відмін гранат-вмісних сланців для кожної з них були проведені попередні дослідження збагачуваності за єдиною схемою. Одержані дані дозволили поділити гранатову сировину за мінералого-технологічними показниками на дві групи: 1) сланці, з яких можливе отримання концентрату з вмістом гранату понад 95,0 мас.% (ставроліт-біотит-кварц-мусковітові з гранатом, гранат-мусковіт-кварц-біотитові і гранат-кварц-біотитові сланці); 2) сланці, з яких отримання концентрату з вмістом гранату понад 95 мас.% неможливе (кумінгтоніт-гранат-кварц-біотитові, гранат-біотит-кварц-кумінгтонітові). Технологічні параметри гранатової сировини обумовлювались трьома мінералогічними показниками: а) різницею у розмірі кристалів гранату (для групи 1 – 0,5-3,0 мм; для групи 2 – 1,0-5,0, іноді до 30,0 мм); б) практичною відсутністю пойкілобластів кварцу, кумінгтоніту, біотиту у кристалах гранату з гранатової сировини групи 1 і їх велика кількість у кристалах гранату зі сланців групи 2; в) характером зростання кристалів гранату з індивідами інших мінералів: для сланців групи 1 – проста форма кристалів внаслідок високого ступеню їх ідіоморфізму; для порід групи 2 – складні, хвилясті поверхні зростання кристалів гранату та інших мінералів, тісне проростання кристалів гранату голчастими та пластинчастими індивідами кумінгтоніту і біотиту. За результатами цих дослідів було зроблено висновок про недоцільність детального мінералого-технологічного дослідження сланців другої групи як низькосортної гранатової сировини. В підрозділі наведені також детальні мінералогічні описи породоутворюючих мінералів сланців [1, 7, 10]

У підрозділі 4.2 “Вивітрені гранат-вмісні сланці” показано, що в процесі вивітрювання гранат-вмісних сланців відбувалось поступове стадійне заміщення силікатів. Початкові форми їх гіпергенних змін (гідробіотит, гідромусковіт, слабко гідратований кумінгтоніт) розповсюджені на рівні гіпсометричних горизонтів +30 і +45 м. Гранат тут зберігає властивий йому первинний фіалково-червоний колір, прозорість, відсутні прояви заміщення його гіпергенними мінералами Вище, на рівні горизонтів +60 і +72 м спостерігаються більш глибокі гіпергенні зміни мінералів – гідробіотит заміщується селадонітом, хлоритом, каолінітом з вивільненням надлишкового заліза у формі гетиту, дисперсного гетиту, рідше гематиту. Кумінгтоніт заміщується  агрегатом монтморилоніту, халцедону, дисперсного гематиту або гетиту. Мусковіт частково заміщується каолінитом. Гранат тут частково заміщується дисперсним гематитом або гетитом, а також халцедоном. На рівні горизонтів +84 і +96 м спостерігається інтенсивне заміщення всіх мінералів сланців, у тому числі гранаті кварц-суриковим або кварц-вохровим матеріалом. Таким чином, за мінералогічними даними зона гіпергенних змін гранат-вмісних сланців була поділена на три підзони: 1) нижня – з слабким проявом вивітрювання (горизонти +30 і +45 м); 2) середня – з помірним його проявом (горизонти +60 і +72 м) і 3) верхня – з інтенсивним вивітрюванням сланців (+84 і +96 м). Гранат-вмісні сланці останньої внаслідок практично повної дезінтеграції гранату не розглядались як гранатова сировина [5, 8].

В розділі 5 “Мінералогія підготовчих процесів” детально розглянуті мінералогічні особливості подрібненого в різних умовах матеріалу невивітрених та вивітрених гранат-вмісних сланців. На основі одержаних даних були обґрунтовані дві технології підготовки гранатової сировини до збагачення (окремо для кожного типу гранатової сировини) [2. 3].

В підрозділі 5.1 “Мінералогія процесу подрібнення невивітреної гранатової сировини” наведена методика компонування вихідної проби, яка, у відповідності з особливостями вміщуючи порід, складалась з гранат-кварц-біотитових сланців (87 мас.%) і домішок іншого складу сланців (10%) і некондиційних залізистих кварцитів (3%). Описані умови проведення двох серій мінералого-технологічних експериментів, за результатами яких було розроблене мінералогічне обгрунтування технології підготовки гранат-вмісних сланців до збагачення. Наведені дані про гранулометричний склад продуктів подрібнення, вміст гранату в їх різних фракціях, ступінь розкриття гранату, показано, що максимальний вміст “розкритого” гранату характерний для фракцій від -2,0 до +0,315мм. Розглянуто також розподіл по фракціях інших породоутворюючих мінералів та їх зростків.

У підрозділі 5.2 “Мінералогія процесу подрібнення гіпергенно зміненої гранатової сировини” наведені і проаналізовані результати подрібнення вивітрених гранат-кварц-біотитових сланців з використанням дробарок двох типів – щокової і молоткової. Дроблення вихідного матеріалу проводилось у дві стадії. Були одержані близькі (за гранулометричним складом продуктів дроблення, розподілом у них гранату тощо) результати, причиною чого, на думку автора, є значна різниця між механічними показниками гранату та інших породоутворюючих мінералів сланців. Але для подальших дослідів по збагаченню вивітрених гранат-кварц-біотитових сланців була обрана щокова дробарка, яка забезпечувала дещо більш високі мінералогічні і технологічні показники продуктів дроблення [2, 3].

В розділі 6 “Мінералогія збагачення гранат-вмісних сланців” наведені результати детального дослідження особливостей поведінки подроблених часток гранату і супутніх мінералів на всіх стадіях збагачення гранат-вмісних сланців. Підрозділ 6.1 “Мінералогія збагачення невивітреної гранатової сировини” містить результати мінералогічних досліджень, які свідчать, що для досягнення високих показників збагачення гранат-вмісних сланців, які не зазнали вивітрювання, необхідне застосування комбінованої магнітно-гравітаційної технології. Гравітаційним методом досягається відділення від подрібненої гранатової сировини біотиту, кварцу і полімінеральних зростків. Магнітне збагачення у слабкому полі сприяє видаленню з проміжного продукту збагачення магнетит-вмісних часток, доочищенню його з доведенням якості концентрату до 95-96 мас.% [9].

Розподіл мономінеральних часток гранату по гранулометричних фракціях продуктів збагачення на основних його етапах показаний на рис. 1. Їх вміст збільшується від 0,0-28,1 мас.% у матеріалі різних фракцій вихідного продукту (А) до 9,1-66,1 мас.% у продукті основної сепарації (Б) і до 79,1-88,0 мас.% у концентраті (В). Таким чином у вказаному напрямку не тільки збільшується вміст часток гранату в продуктах збагачення, але і зменшуються інтервали коливання цього показника по гранулометричних фракціях.