Булах А.Г. Общая минералогия

Подождите немного. Документ загружается.

Выработка у себя этого знания и умения должна являться одним из итогов прохожде-

ния курса минералогии.

Другой метод выявления характерных ассоциаций минералов и поиска по ним ми-

неральных месторождений называется шлиховым анализом. Шлих— это концентрат

зерен тяжелых минералов, извлеченных из песка, конгломерата и других рыхлых от-

ложений на отмелях, в руслах рек, полосе пляжа, эоловых наносах пустынь. Легкие

минералы в этих условиях под действием волн, водных потоков, ветра отсеиваются, а

более тяжелые накапливаются. Тяжелые минералы (обычно они зеленые, красные и

черные) слагают участки, прослои, линзы темных или даже черных песков. Известно,

что в них среди других минералов встречаются промышленные концентрации золота,

платины, циркона, ильменита. Шлих получают искусственным путем, отмывая тяже-

лые минералы от легких в специальном ковше или лотке.

По минеральному составу шлиха можно оценивать распространенность различных

горных пород в питающей провинции и вести поиск полезных ископаемых. При об-

следовании речной системы для этого берут серию шлиховых проб в русле реки и

ее притоках снизу вверх по течению. Определяя минеральный состав шлихов, посте-

пенно выявляют области (участки), откуда в русло реки и ее притоков могли посту-

пать те или иные минералы. Широко известен успех предложенного Н. Н. Сарсадских

и А. А. Кухаренко метода поиска коренных месторождений алмазов в Якутии по на-

личию в составе шлихов красных, хорошо заметных зерен пиропа — частого спутника

алмаза в кимберлитовых трубках Африки. Этим методом Н. Н. Сарсадских и Л. А. По-

пугаева, изучая шлихи в реке и ее притоках, выявили по пиропам водораздельный

участок, откуда должны были поступать в русло пиропы, и на нем Л. А. Попугаева

действительно обнаружила первое в СССР коренное месторождение алмазов.

"Запрещенные" сочетания минералов. Это косвенный признак (действие пра-

вила "Не ищи здесь — бесполезно"). Приведем лишь два примера таких "запретов":

с кварцем не встречаются нефелин, лейцит, корунд, шпинель; с пиритом обычно не

ассоциирует пентландит.

Обнаружение минерала-индикатора. Такие минералы своим присутствием ука-

зывают на определенный генетический или промышленный тип минерального место-

рождения. Минералы-индикаторы должны быть хорошо заметными и легко узнава-

емыми. Так, кристаллы шпинели в мраморе в докембрийской толще переслаивания

мраморов и кристаллических сланцев свидетельствуют о возможности обнаружения

флогопитового месторождения. Рядом с эритрином должна быть первичная руда с

арсенидами кобальта, здесь же могут быть урановые руды. Примеры минералов-

индикаторов приведены в таблицах Приложения.

Индикаторные черты конституции минерала. Это особые черты его состава

и структуры. Их можно выявить прямыми методами, а можно опираться на физиче-

ские свойства, отражающие первопричину — состав и структуру минерала. Вот про-

стые примеры. По составу граната можно точно или почти точно оценить, в каких

горных породах он образовался. Таким же чувствительным индикатором характера

рудоносности является химический состав блеклых руд. Известен ярко проявленный

типохимизм турмалинов: полихромные и розовые (марганецсодержащие) турмалины

почти безошибочно указывают на некоторые редкометалльные руды. Прогноз про-

дуктивности пегматитов может быть дан по количеству в полевом шпате изоморфных

примесей рубидия, цезия, бария.

Использование структурных особенностей минерала как поискового признака можно

показать на примере блеклых руд в золоторудном Березовском месторождении на

Урале. Золото здесь добывают из гидротермальных сульфидно-кварцевых жил мощ-

ностью обычно не более 10 см. Жилы эти залегают в дайках гранодиоритов, рассекая

301

Рис.

239.

Схема строения Березовского месторождения.

Слева — сеть даек гранодиоритов (черные линии),

которым приуро-

чены золотоносные кварцевые прожилки (заштрихована площадь руд-

ника);

справа — кварцевые золотоносные жилы (черные линии

на ри-

сунке).

Они

преимущественно расположены

дайке гранодиорита

(2), во

вмещающих

эти

дайки зеленокаменных горных породах

(2)

золотоносных

жил мало.

их поперек, словно ступеньки переносной лестницы (рис. 239), они так и называются —

лестничные. Дайки прямолинейные, достигают в длину нескольких километров и про-

стираются меридионально. Но не по всей длине и глубине этих даек сосредоточенные

в них кварцевые жилы золотоносны. Их надо специально выявлять.

10200

в 12 /в Ав

Массовая деля; %

Рис.

240.

Зависимость геометрической кон-

станты пространственной решетки

(ао) в

блеклой руде Березовского месторождения

от содержания

в ней

мышьяка.

302

Рис. 241. Изолинии значений ао и мышьяко-

вистость (в масс. %) блеклой руды (точки)

на площади старого рудника (прямоуголь-

ник) и окружающей территории (Чесноков,

1973).

Золото в кварцевых жилах находится в

сульфидах (пирите, блеклых рудах, халь-

копирите, галените) в виде частичек ми-

кроскопического размера — золотин, имею-

щих в поперечнике менее 0,1 мм. Надо

уметь выявить участки сульфидно-кварце-

вых жил, где сульфиды обогащены вклю-

чениями золотин. Б. В. Чесноков в 70-х го-

дах установил, что чем блеклые руды бо-

лее мышьяковистые, тем больше вростков

золотин содержится в сульфидах. А содер-

жание мышьяка влияет на геометрическую

постоянную пространственной решетки ао

структуры блеклых руд (рис. 240). Оцени-

вая величину ао экспресс-методами рентге-

ноструктурного анализа, Б. В. Чесноков по-

казал, что в районе Березовского месторо-

ждения возможны участки ранее неизвест-

ных и поэтому еще не разработанных золотых руд к северу от старых шахт (рис. 241).

Морфологические особенности минерала. Нередко они могут играть роль по-

искового признака. Известны работы, доказывающие, что в облике кристаллов кино-

вари, пирита, кварца, корунда, касситерита, шпинели, форстерита, циркона, кальцита,

флюорита и других минералов чутко отражаются условия их образования (отсюда и

родился термин "типоморфизм" — типичная форма). Покажем сущность такой взаи-

мосвязи на примере изучения Н. 3. Евзиковой морфологии кристаллов касситерита в

оловорудных гидротермальных месторождениях Дальнего Востока.

На основе изучения зональности кристаллов и их габитуса Н.З. Евзикова устано-

вила, что во времени облик кристаллов касситерита меняется от изометричного через

бочонковидный до копьевидного, затем столбчатого и, наконец, игольчатого. Она пи-

шет: "Знание эволюции облика кристаллов для определения значительности минера-

лизации в том месте, где кристаллы найдены. Ведь при движении рудного вещества из

недр до поверхности земли кристаллы оседают из него при разной температуре, раз-

ном составе и т.д., что заставляет их быть разными по облику в корнях жилы, центре

или в верхах. При этом подтверждается старинное горняцкое наблюдение, что ран-

ние продукты кристаллизации доминируют внизу жилы, а поздние — залегают выше.

Коль скоро изометрические кристаллы касситерита самые ранние, то они чаще встре-

чаются в корнях, а игольчатые кристаллы касситерита, как самые поздние, напротив,

чаще встречаются в верхах. Центральные же части жилы богаты промежуточными

по возрасту кристаллами столбчатого габитуса (рис. 242). Из такой связи времени и

места кристаллизации минерала и облика его кристаллов можно найти ответ на сугубо

производственные вопросы:

303

оловянных руд

Рис. 242. Принципиальное соответствие зонального строе-

ния кристалла касситерита (а) и распределения разных по

габитусу кристаллов в пределах месторождения (б).

Жирной линией ограничен блок промышленных оловян-

ных руд (Евзикова,

1984);

I—V — зоны роста кристаллов.

1. Сильно ли размыта жила? (Жила тем сильнее размыта, чем больше в ее составе

кристаллов ранних стадий образования.)

2. Далеко ли протягивается жила? (Жила тем протяженнее, чем незаметнее меня-

ется в ней кристаллический облик минерала.)

3. Как близко находится геолог к наиболее продуктивному горизонту жилы? (Гео-

лог тем ближе к наиболее продуктивному горизонту жилы, чем больше ему попадается

кристаллов "промежуточного" облика.)"

Мы привели конкретные примеры минералогических поисковых признаков, однако

не смогли дать каких-либо общих правил и критериев. Это не случайно: явление

типоморфизма минералов сложно, многообразно и в разных случаях может иметь

разные выражения.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ МИНЕРАЛОГИЯ

Роль минералогических исследований в разработке технологических схем обогаще-

ния минерального сырья и извлечения из него полезных компонентов велика. По

В.

М. Изоитко и Б. И.Пирогову, технологическая минералогия объединяет все минера-

логические исследования, связанные с изучением технологических свойств минералов,

разработкой рациональных схем их обогащения, комплексным использованием мине-

рального сырья.

Исследования начинаются с установления количественного минерального состава

разведуемого сырья. Затем вместе с геологами-разведчиками и технологами-обогати-

304

телями разрабатывается классификация природных технологических разновидностей

этого сырья. Выявляются все минералы-концентраторы полезного компонента и их

спутники (рис. 243). Изучаются особенности морфологии, конституции, физических

свойств минерала, сказывающиеся на измельчаемости и обогащаемости минералов

(табл. 48). На опытных пробах исследуется минеральный состав всех промежуточных

продуктов обогащения сырья и окончательного концентрата. Изучается минеральный

состав отходов производства для разработки безотходной технологии.

Рис. 243. Распределение и состав минерального сырья в раз-

резе месторождения алунита по результатам его детальной

разведки.

Таблица 48. Свойства минералов, используемые в различных

процессах и методах обогащения

Процесс или

Свойства минералов

метод обогащения

Дробление и

Твердость, прочность межатомных

измельчение связей, энергия разрушения

Флотация Взаимодействие с водой (смачиваемость)

и реагентами, окисляемость под

действием воды и реагентов

Магнитное обогащение Магнитная восприимчивость,

магнитная проницаемость

Электростатическая

Электрические и полупроводниковые

сепарация свойства (удельное сопротивление,

тип проводимости, диэлектрическая

проницаемость)

Гравитационное Плотность

разделение

Место технологической минералогии в освоении минеральных месторождений по-

кажем на примере геологической разведки Селигдарского месторождения апатита и

работы Ковдорского горно-обогатительного комбината.

Селигдарское месторождение апатита расположено на Алданском кристаллическом

щите (Южная Якутия). Оно приурочено к докембрийской толще переслаивания апа-

титоносных карбонатных пород (это переработанные гидротермальными растворами

305

150

300м

1 I I

Рис. 244- Геологическое строение Селигдарского месторождения апатита

Яку-

тии (Булах

др.,

1990).

— ландшафт местности

районе месторождения (вид

востока).

— сиениты

и монцониты Томмотского массива (гора "Голец Батько");

2—доломиты

юдом-

ской свиты; 3—кристаллические сланцы, гнейсы, мраморы, кальцифиры; 4 — те

же породы, относительно обогащенные апатитом;

5—условные

контуры Сели-

гдарскогр месторождения апатита,

это

изолиния содержания Р2О5

3,12%. 6—

геологический разрез

контуры месторождения, проведенные

по

бортовому

со-

держанию Р2О5

3,12%.

кальцитовые

доломитовые мраморы)

различных гнейсов

сланцев. Все эти породы

перемяты

сложные складки,

затем после стратиграфического перерыва

размыва

они были горизонтально перекрыты платформенными отложениями (рис. 244,

а). По

системам разломов клинья платформенных отложений вдвинуты вниз

докембрий-

скую складчатую толщу.

Месторождение было открыто при геолого-съемочных работах

по

нескольким вы-

валам мраморов

на

склонах гор. Мраморы содержали крупные (3-10 см) кристаллы

апатита

ассоциации

магнетитом

флогопитом. Здесь

же

три больших скальных

выхода коренных горных пород было сложено среднезернистыми кварцсодержащими

306

мраморами с равномерно распределенными в них призматическими выделениями

(3-5 мм длиной) апатита. Других обнажений не было.

Первых три года предварительной геологической разведки месторождения ушло на

выяснение его геологической структуры, выявление всех горных пород, развитых в его

пределах, и всех минералов-концентраторов фосфора, поиск других потенциально цен-

ных минералов и предварительные технологические испытания процессов дробления

и обогащения болыпеобъемных (1 т и более) проб апатитового сырья. Эти работы за-

вершились оконтуриванием месторождения по изолинии бортового содержания

Р2О5

в породе (в итоге этих трехлетних работ за экономически рациональное было при-

нято число

3,12%,

рис. 244, б), вычленением из объема месторождения непродуктив-

ных на фосфор блоков, подсчетом запасов

Р2О5

в месторождении. В последующие

три года выполнялась детальная геологическая разведка, завершившаяся полупро-

мышленными испытаниями процессов добычи сырья, его дробления, обогащения и

получения промышленного концентрата апатита.

В ходе геолого-разведочных работ на Селигдарском месторождении минералоги гео-

логической службы, проектных институтов и предприятий выяснили, что единствен-

ным концентратором фосфора в мраморах и окружающих горных породах является

апатит. Были изучены его химический состав, морфология и размер зерен, харак-

тер срастаний с другими минералами во всех природных разновидностях мраморов,

сланцев и гнейсов, проведены лабораторные испытания процессов обогащения всех

разновидностей мраморов и установлен характер влияния примесей ангидрита, гипса,

талька, серпентина, хлорита на извлекаемость апатита из горно-рудного сырья. Для

этого изучалось поведение минералов на всех ступенях процесса. По итогам этих работ

геологи, технологи и минералоги отнесли все руды к единому технологическому типу,

но выделили в объеме месторождения шесть природных разновидностей руд с раз-

ным средним содержанием Р2О5 и по-разному ведущих себя в процессе их обработки

и обогащения:

Содержание

Р2О5,

Апатито-доломитовая 5,38

Апатито-кальцитовая 5,23

Апатито-мартито-кварцево-карбонатная 7,01

Апатито-сульфатно-карбонатная 5,79

Апатито-силикатно-карбонатная 6,79

Лезинтегрированная приповерхностная руда 10,26

Руда среднего состава 6,74

Итак, для эксплуатации месторождения была предложена единая схема обработки

(рудоподготовки) и обогащения, рассчитанная на руду среднего состава. Испытания

были выполнены на 30-тонноЙ пробе такой руды. Ее дробили, подвергали магнит-

ной сепарации, затем наступал процесс флотации: в пене специальных веществ апа-

тит всплывал, а все остальные примеси оказывались в осадке. Отфлотированную

массу промывали, высушивали и так получали апатитовый концентрат. Однако в

промышленных испытаниях каждая природная разновидность сырья вела себя по-

своему. Минералогические исследования показали, что особенно снижают выход апа-

титового концентрата тальк и ангидрит, так как они тоже всплывают под действием

флотореагентов, причем на степень флотируемости ангидрита влияют степень его дро-

бления и характер спайных выколков. Пришлось выполнить детальное минералого-

307

технологическое картирование месторождения, чтобы установить характер распреде-

ления в объеме месторождения по-разному обогащающихся руд. При разработке ме-

сторождения предстояло смешивать их в определенной пропорции, чтобы продукт до-

бычи был все время эквивалентен среднему составу руды. На этом примере видно,

что судьба любого месторождения зависит не столько от геологов, сколько от их со-

вместной работы с минералогами и технологами.

Рис. 245. Схема геологического строения Ковдорского массива.

/ — оливиниты, пироксениты и другие шелочно-ультраосновные горные породы;

— мельтейгиты; 3—форстерит-кальцитовые породы; 4 — кальцитовые породы.

Ковдорский горно-обогатительный комбинат (Мурманская обл.) занят разработ-

кой комплексных железо-фосфорно-циркониевых руд. Месторождение приурочено

к палеозойскому интрузиву оливинитов, пироксенитов, мелилитовых пород и мель-

тейгитов. Оно представляет собой вертикально уходящее без изменений на глубину

более 2 км тело эллипсовидного-сечения, которое сложено рудоносными форстерит-

кальцитовыми и кальцитовыми породами (рис. 245). Главными концентраторами же-

308

леза в них является магнетит, пятиокиси фосфора — апатит, циркония — бадделеит

Zr02- Рентабельные для освоения разновидности руд добываются в открытом ка-

рьере. Среднее содержание Fe в них составляет

27,20%,

P2Os-7,05%,

Zr02—около

0,14%.

Железорудный

карьер

(16 млн.т ежегодно)

Флогопитовый рудник

Вермикулитовый карьер

и об0

гатительная фабрика

и обогатительная -

Хранилище неиспользованных ру,

Строительные материалы

Известкование почв

Mgt—магнетит

Ар—апатит

Bd—бадделеит

Рис. 246. Схема разработки и обогащения руд Ковдорского месторождения.

В скобках-—максимальное (теоретическое) содержание

Fe.PjOs.ZK^

в минералах

(масс. %).

Как и во многих других месторождениях, общий минеральный состав и характер

сложения ковдорских руд очень непостоянны, а морфология, размеры зерен и кри-

сталлов рудных минералов, их свойства, химический состав, внутреннее строение, ха-

рактер срастаний с другими компонентами руд весьма разнообразны. Около 15 лет

разрабатывалась схема обогащения руд этого месторождения (рис. 246). Но уже в

первые годы его эксплуатации были зафиксированы случаи заниженного по сравне-

нию с проектным извлечения железа из руд. Тщательно выполненные минералогом

О. М. Римской-Корсаковой исследования выявили неоднородность состава магнетита в

разных природных разновидностях руд и показали, что в отрабатывавшихся тогда бло-

ках руды магнетит был изоморфно обогащен магнием, алюминием и титаном, а за счет

этого соответственно обеднен железом. В технологию отработки месторождения было

включено усреднение состава руд перед их дроблением и последующим обогащением.

Делается это в принципе просто, если уже имеются детальные карты карьеров и

подземных горных выработок с границами распространения разных минералогических

сортов руды. На картах указываются, во-первых, общее содержание железа в пре-

делах всех разграниченных на карте участков и, во-вторых, содержание железа и

других химических компонентов в магнетите. Такие карты называются минералого-

309

технологическими картами месторождения. По этим картам планируются объемы до-

бычи руды на разных участках с тем, чтобы всё время усреднять состав добываемой

горной массы. В мелких месторождениях для этого всю руду ссыпают на громадных

площадках, механически перемешивают бульдозерами и затем подают на дробление.

При обработке таких крупных месторождений, как Ковдорское, заранее подсчитывают

ежесменное (ежечасное) количество руды (проще — число самосвалов или вагонеток),

которое предстоит добыть из каждого блока карьера или подземной горной выработки

и затем смешать перед дроблением и обогащением.

I. 40,75%

11.37,16%

1.29,96%

Рис. 247. Типы апатита в рудах и содержание

Р2О5

в продук-

тах их обогащения (Пирогов и др.,

1988).

Дальнейшие работы Б. И. Пирогова, В. И. Тарасенко, И. В. Холошина и других ис-

следователей на Ковдорском железорудном месторождении показали, что даже при

сходном содержании железа магнетиты в процессах измельчения имеют разные техно-

логические свойства, а значит, обогащаются тоже по-разному и поэтому дают магнети-

товые концентраты с существенно неоднородным содержанием железа. Причина таких

различий в технологических свойствах заключается в том, что магнетиты одного и того

же химического состава различаются по морфологии и размеру кристаллов, степени

дефектности их внутреннего строения, характеру (форме, размеру) вростков других

минералов. Были выявлены три технологические разновидности магнетита в рудах

(табл. 49), и составлена карта их распределения в пределах месторождения. Разным

оказался также и апатит: он представлен по крайней мере тремя морфологическими

разновидностями (рис. 247). Каждая из них при извлечении из руды дает концентрат

310