книги из ГПНТБ / Пирогов, Б. И. Минералогическое исследование железных и марганцевых руд

Для руд характерны следующие признаки:

значительная однородность и относительное постоянство со­ става, низкое содержание железа. Это бедные малотитанистые ванадийсодержащие руды с небольшим количеством вредных при­ месей и повышенной основностью. Содержание железа колеблется от 14 до 33%, составляя в среднем 16—20%, в том числе в сред­ нем 10—14% железа связано с титаномагнетитом и магнетитом,

наличие нескольких морфологических разновидностей вкраплен­ ности титаномагнетита и широкий диапазон колебаний размеров рудных зерен и агрегатов, обусловивших неоднородность руд ПО' текстурно-структурным признакам. В рудах преобладают вкраплен­ ные текстуры: крупновкрапленная (крупность зерен > 3 мм), сред­ невкрапленная (1—Змм), мелковкрапленная (0,2—1мм), тонко­ вкрапленная (0,074—0,2 мм) и дисперсновкрапленная (<0,074 мм);

вкрапленный тип оруденения. Оруденение представлено вкрап­ ленниками титаномагнетита, магнетита, ильменита и магнетит-иль­ менита; в титаномагнетите заключено от 2 до 18% ильменита; в рудах изредка встречаются гематит (мартит), пирит, халькопи­ рит, платина, золото и др. Нерудные минералы представлены глав­ ным образом пироксеном, значительно менее оливином, роговой об­ манкой, плагиоклазом, шпинелью (плеонаст). Из вторичных неруд­ ных минералов встречаются серпентин (хризотил), уралит, хлорит, эпидот, цоизит;

характерно значительное разнообразие форм и размеров выде­ лений магнетита (Фоминых и др., 1967) :

1) ксеноморфные зерна и агрегаты, выполняющие промежутки между силикатами и создающие типичные сидеронитовые струк­ туры вкрапленных руд или краевых зерен шлировых выделений (приложение 3, К—М). Размер зерен магнетита находится в пря­ мой зависимости от размера зерен пироксена и роговой обманки и колеблется в широких пределах от 0,05 до 3—4 мм. В сплошных рудах шлировых выделений или прожилков магнетит характеризу­ ется изометричной формой и размерами в поперечнике 1—3 мм (приложение 3, А —Г, 3 —И) ;

2) мелкие октаэдрические или пластинчатые зерна 0,01—1,5 мм,

тигоритом) в виде мелких цепочечных агрегатов. В серпентинитах эта разновидность магнетита часто преобладает;

3)очень тонкие пластинки (длина — сотые, ширина — тысячные доли миллиметра) в зернах пироксенов и роговых обманок, возник­ шие, по-видимому, в результате распада твердых растворов. Часто наблюдается обогащение такими включениями центральных частей зерен;

4)эмульсионные выделения магнетита в зернах пироксенов, ро­

говой обманки, плагиоклаза в виде мелких округлых зерен разме­ рами до нескольких сотых миллиметра;

5)пластинчатые выделения магнетита в зернах ильменита — магнетит-ильменит, образованные в результате распада твердого раствора, причем в этом случае магнетит часто замещается гема­ титом;

6)неправильные, реже изометричные включения магнетита

вильмените, размером 0,01—0,03 мм;

7)графические выделения магнетита в оливине, реже пироксене и роговой обманке (приложение 3, Е—Ж ). В рудных залежах он приурочен к краевым частям зон густой рудной вкрапленности или шлиров сплошной руды.

Взернах магнетита повсеместно наблюдаются включения иль­ менита, шпинели, гематита, пирита, халькопирита, пироксена, ро­ говой обманки, плагиоклаза и др.

Л. Ф. Борисенко, Е. Д. Усков, Н. С. Лучин (1969) отмечают, что содержания Sc, V, Cr, Ni, Ga в титаномагнетитах из горнблендитов, роговообманковых и диаллаговых пироксенитов очень близки. Титаномагнетиты из оливиновых пироксенитов содержат меньше Sc, Ti, V, но больше Сг, Ni.

Наблюдаются повышенные содержания ильменита в рудах (5—

12%) при значительном разнообразии форм его выделений (Фоми­ ных и др., 1967) :

1) очень мелкие зерна правильной формы или тонкие пластин­ чатые агрегаты в магнетите по (111), редко по (100), по-видимому, за счет окисления ульвошпинели, а также со шпинелью (приложе­ ние 3, Д), что является результатом распада твердых рас­ творов.

Размеры пластинок от нескольких десятых до 1,5—2 мм по длине и от сотых и тысячных до 0,1—2 мм по ширине находятся в прямой зависимости от размеров зерен магнетита и силикатов. Структуры распада твердых растворов хорошо выявляются при травлении аншлифов соляной кислотой. По размерам пластинок ильменита выделяются тонко-, средне- и грубопластинчатые струк­ туры распада. На долю этой разновидности ильменита приходится около 70—75%, и она определяет содержание титана в титаномагнетите, позволяя его относить к малотитанистому типу;

2) неправильные (реже округлые) обособленные зерна разме­ ром 0,1—2 мм, выполняющие промежутки между зернами титано­ магнетита в сплошных рудах или между зернами титаномагнетита

цепочек. Размер зерен ильменита находится в прямой зависимости от размеров зерен титаномагнетита и силикатов. На долю ильме­ нита этого типа приходится 25—30% всего ильменита;

3) единичные мелкие точечные или пластинчатые зерна в пиро­ ксене, роговой обманке, реже в плагиоклазе или в продуктах его разложения.

Схема обогащения титаномагнетитовых руд (рис. 3) имеет не­ сколько стадий дробления до крупности 25—0 мм, сухую магнит-

Руда

I

Мродление до 25-имм_____

( несколько стадий)

1

Магнитная сепарация

I минералов______} концентрат

Титановый концентрат Хвосты

Рис. 3. Схема обогащения титаномагнетитовых руд

ную сепарацию, тонкое измельчение магнитного продукта, мокрую магнитную сепарацию. При этом из немагнитного продукта может быть получен титановый концентрат при флотации (I вариант) или сочетании гравитации с магнитной сепарацией в сильном маг­ нитном поле (II вариант).

Благодаря значительной разности в твердости и хрупкости руд­ ных и нерудных минералов, а также совершенной спайности по­ следних уже в процессе грубого измельчения достигается высокая степень их раскрытия, обеспечивающая эффективность применения сухой магнитной сепарации. Однако для раскрытия сростков.

титаномагнетита и ильменита необходимо более тонкое измельче­ ние (80—85% класса —0,074 мм).

Титаномагнетитовые руды характеризуются высокой основ­ ностью (коэффициент основности варьирует от 0,65 до 1,0) и очень большим кремниевым модулем (3,5—10). В процессе обогащения кремниевый модуль в концентрате падает до 2—3. Так, в железо­ ванадиевых концентратах коэффициент основности снижается до 0,35, а кремниевый модуль до 3,5.

Исследованиями доказано, что резкое ухудшение показателей обогащения титаномагнетитовых руд связано с развитием гидро­ термальных изменений нерудных минералов (серпентинизации), за счет которых образуется значительное количество тонких выделе­ ний вторичного магнетита.

Оолитовые бурые железняки осадочного генезиса

Оолитовые железные руды образуют линзовидные и пластооб­ разные залежи, характеризующиеся сравнительно неглубоким за­

в основном содержанием железа, марганца, фосфора, ванадия, мышьяка и серы, а также шлакообразующих компонентов — крем­ незема, глинозема, окиси кальция и окиси магния;

характерно значительное разнообразие минерального состава: главные минералы— гётит— гидрогётит, железистые хлориты, кол­ лоидальные гидроокислы марганца псиломеланового состава, скры­ токристаллический псиломелан, сидерит (и мангансидерит), олигонит, минералы группы ферримонтмориллонита, кварц и глауконит; второстепенные — арагонит, кальцит, вивианит, анапаит и продук­ ты их окислений, керчениты, оксикерченит, босфорит, митридатит и др., родохрозит, барит, гипс, ярозит, полевые шпаты, слюды, пи­ рит, пирротин, смайтит, курскит, иногда кварц и глауконит; редкие (присутствующие не всегда и при этом в малом и очень малом ко­ личестве) — опал, халцедон, родохрозит, анкерит, азовскит, мельниковит, пицит, реальгар, фушерит, коллофан, боржицкит, мелантерит, сидеротиллит и почти все обломочные минералы (кроме кварца);

преимущественно гидрогётитовый состав основного рудного ми­ нерала, причем гидрогётит образует несколько морфологических разновидностей — оолиты, пизолиты, конкреции, натечные образо­ вания, разнообразные псевдоморфозы, сплошные массы, цемент,

мися по хлориту. Кроме того, он нередко ассоциирует с гидроокис­ лами марганца, фосфатами, баритом и гипсом. Содержание желе­ за в гидрогётите 47—53%, в среднем 51%;

в составе цемента преобладают железистый хлорит, глины, кар­ бонаты (Керченское месторождение) или кварц (Лисаковское ме­ сторождение). Наряду с цементом железистые хлориты образуют оолиты концентрического строения, отдельные концентры в оолитах гидрогётит-хлоритового состава, ядра в оолитах сложного состава, прослойки в рудных залежах, прожилки, секущие оолиты и цемент, псевдоморфозы по зернам других минералов, биоморфозы, тонкие прорастания с карбонатами и другими минералами;

наблюдается высокое содержание железа в глинисто-хлорито­ вом цементе 20—33%, в среднем 25—27% для керченских руд;

текстурно-структурные особенности руд определяются размером, формой, строением, взаимным расположением и количественным соотношением рудных оолитов и их обломков, с одной стороны, и цемента, с другой. Различные минеральные включения в рудах — обломки и целые раковины пелеципод, обломочные зерна неруд­ ных минералов, биоморфозы, сростки кристаллов минералов груп­ пы сульфатов, фосфатов имеют подчиненное значение. В связи с тем что оолиты и цемент обычно различаются по химическому и минеральному составу, в рудах выделяются разновидности с боль­ шим или преобладающим количеством (40—70% и более) оолито­ вых образований (и их обломков) над цементом—-густовкраплен­ ные, и руды, в составе которых преобладает цемент (оолиты и их обломки составляют 10—25%, иногда до 40% над общей мас­ сой),— редковкрапленные или цементационные (приложение 4);

весьма разнообразна плотность руд; выделяются плотные креп­ кие разновидности (табачные и карбонатные конкреционные на Керченском месторождении) и рыхлые, сыпучие (окисленные и окисные руды Керченского и Лисаковского месторождений), для Лисаковских руд характерна значительная разница в плотностях гидрогётита (3,5—3,6 г/см3) и кварца (2,65 г/см3).

Оолитовые руды в настоящее время обогащаются по низкоэф­ фективной схеме мокрого гравитационного обогащения. После предварительной промывки и грохочения на классы более 6 мм, 6—3 мм, 3—0 мм руда дробится в две стадии до крупности 3— 0 мм с последующим обесшламливанием. При обогащении коричне­ вых руд Керченского месторождения по схеме — двухстадийная промывка предварительно дробленной руды с последующей клас­ сификацией и обезвоживанием — возможен прирост металла на 4—5% при извлечении 74—76% (Арбузов, Бобрушкинидр., 1967). Причина низкой эффективности гравитационного обогащения свя­ зана с потерей в хвостах большого количества железосодержащих

применении, обжигмагнитного и комбинированных методов обога­ щения руд содержание железа в концентрате повышается на не­ сколько процентов.

§ 2. МАРГАНЦЕВЫЕ РУДЫ

Наиболее крупные месторождения марганцевых руд располо­ жены в СССР. Это главным образом руды осадочного генезиса Никопольского и Чиатурского месторождений, связанные с олигоценовыми отложениями. На Никопольском месторождении добыва­ ется 74,2% РУД, в Чиатурском — 24,8%, в Казахстане— 1%.

По минеральному составу марганцевые руды Советского Союза подразделяются на пять типов (табл. 3), среди которых преобла­ дают окисные, окисно-карбонатные и карбонатные.

Марганцевые руды Никопольского и Чиатурского месторожде­ ний представлены тремя типами: окисными, карбонатными и окис- но-карбонатными (смешанными). Характерной особенностью обо­ их месторождений является ярко выраженная минералогическая зональность, состоящая в том, что окисные руды по мере удаления от береговой линии постепенно сменяются карбонатными. Рудный горизонт месторождений имеет различное строение: монолитное однопластовое — на Никопольском и сложное петельчато-линзовое, включающее большое количество перемежающихся очень плоских линз рудных и вмещающих пород, на Чиатурском месторождении. В вертикальном разрезе рудного горизонта Никопольского место­ рождения проявляется неправильная грубая слоистость, обуслов­ ленная перемежаемостью 6—10 слоев различных текстурно-мине­ ралогических разновидностей руд. Как правило, в слое определен­ ной текстурно-минералогической разновидности руд присутствуют в переменном количестве агрегаты другого минерального состава и текстуры. Число рудных линз в вертикальном разрезе рудного горизонта Чиатур изменяется от 3 до 25. В различной степени руды обоих месторождений претерпели гипергенные изменения, причем больше в Чиатурском месторождении.

Для марганцевых руд осадочного генезиса характерны следую­ щие признаки:

резкое преобладание марганца над всеми другими компонента­ ми, средневзвешенное содержание марганца составляет 22,45% (Никополь) и 24,50% (Чиатура). Кларк концентрации марганца огромен по сравнению с кларками концентраций железа, фосфора и особенно малых элементов. Содержание марганца уменьшается от окисных руд к карбонатным и по контурам рудного тела окисных руд. Некоторая неоднородность в распределении марганца прослеживается как по площади месторождений, так и по отдель­ ным пачкам рудного пласта;

тесная ассоциация марганца с фосфором за счет развития мел­ ких и тонкодисперсных выделений фосфатов, обусловливающих не­ равномерное распределение фосфора в рудах и, несмотря на то что кларк концентрации фосфора по сравнению с марганцем ничто­ жен, проблема обесфосфоривания руд и продуктов обогащения сто­ ит крайне остро. Руды Никопольского месторождения более фосфористы, чем Чиатурского;

окисные руды по сравнению с карбонатными обогащены мик­ роэлементами Ni, Со, Cu, V, Mo, W, Pb, Zn, Ga, что обусловлено активным перераспределением их между окислительной и восста­ новительной средой минералообразования;

минеральный состав и текстурно-структурные признаки руд ха­ рактеризуются определенной изменчивостью как в вертикальном разрезе, так и на площади их распространения.

Основными рудными минералами являются манганит, пиролю­ зит, криптомелан (псиломелан), тодорокит, вады, манганокальцит и кальциевый родохрозит, различные количественные соотношения которых обусловливают многообразие минеральных разновидно­ стей руд. Кроме того, в рудах встречаются кварц, полевые шпаты, гидрослюды, глауконит, реже — гидроокислы железа, карбонаты, опал, барит, цеолит, фосфаты;

текстурные признаки руд в зависимости от характера обособ­ ления рудных выделений весьма разнообразны (приложения 5, 8); по морфологии они подразделяются на три группы (табл. 4).

В I группе тонкодисперсный марганцевый материал (мелкие крупинки размером от долей миллиметра до нескольких сантимет­ ров) располагается в породе свободно, образуя рыхлые руды зем­ листого облика. В песчаных разностях на кварце и других неруд­ ных минералах заметно развиты налеты окислов марганца. В гли­ нистых разностях руд окисные марганцевые минералы образуют иногда еще и тонкие прожилки.

Руды II группы представляют собой вкрапленные выделения марганцеворудного компонента с размерами от десятых долей мил­ лиметра до нескольких сантиметров и более (до метра) во вме­ щающей породе или в массе землистых руд. Среди конкреционных

Морфологические типы марганцевых руд (по Страхову и др., 1968)

цементационной текстуры рудное вещество цементирует территенные нерудные минералы. В песках при малых размерах цементирован­ ных участков (0,5—1 см) возникает зернистая текстура, приболев крупных — цементационная, желваковая, кусковая. Размер цемент­ ных пятен достигает нескольких десятков сантиметров. Помимо песков, желваковая текстура также свойственна и крупным алев­ ритам. Желваки размером от нескольких сантиметров и более имеют шарообразную, эллипсоидальную, плоскую (лепешковид­ ную) или неправильную форму и четко ограничены от вмещающей

Сплошные руды (III группа) залегают в виде линз мощностью 10—50 см. Они представляют собой зацементированные участки оолитовых, лизолитовых, конкреционных и кусковых руд, что опре­ деляет детали их внутреннего строения. Они локализованы в час­ тях рудного поля, исходные осадки которых были более обогащены марганцем. Рудные обособления образуют непрерывную серию от землистых руд к сплошным.

Наряду с окисными, встречаются и карбонатные землистые руды, которые по цвету не отличаются от вмещающей породы;

самыми распространенными типами текстур среди окисных руд являются конкреционные (понимая под этим различные концентри- чески-слоистые образования) и кусковые (в том числе и земли­ стые); соотношения между ними весьма изменчивы: количество конкреционных образований в рудах Никопольского месторождения колеблется от 4 до 26%, составляя в среднем 19%, а Чиатурского месторождения — от 38 до 81%, в среднем 60%, причем в рудах Чиатурского месторождения преобладают оолиты и пизолиты. Ко­ личество собственно кусковых образований в рудах Никопольского

месторождения колеблется от 76 до 96%, в среднем составляя81 %, а Чиатурского — от 19 до 62%, в среднем 40%. Таким образом, среди окисных руд Никопольского месторождения преобладают кусковые, а Чиатурского — конкреционные. На Чиатурском место­ рождении, кроме того, существенно распространены землистые и цементационные руды с большим содержанием обломочного мате­ риала; значительно развиты также и пористые окисные руды;

отсутствие в окисных рудах Никопольского месторождения мономинеральных рудных агрегатов. Чаще это комплекс нескольких рудных мелко- и тонкозернистых минералов, тесно ассоциирующих друг с другом. Под микроскопом наблюдаются весьма сложные прорастания минералов друг с другом, особенно в связи с интен­ сивным развитием процессов замещения. Нередко тонкодисперсные коллоидальные рудные минералы совместно с глинистыми образуют комплексные агрегаты, характеризующиеся высокой дисперсностью

сразмерами частиц ІО-5 см.

Вокисных рудах Чиатурского месторождения, наоборот, суще­ ственное распространение имеют мономинеральные пиролюзитовые руды (приложения 5—10);

количество нерудных включений возрастает от концентрическислоистых к кусковым агрегатам, вплоть до образования пойкили-

товых включений кварца в рудном агрегате (приложение 7, Г) , ин­ тенсивность нерудных включений иногда достигает 40%;

песчано-глинистая порода цементирует, как правило, различные текстурно-минералогические разновидности руд, причем содержа­ ние песчаной или глинистой части колеблется в широких преде­ лах. Нередко состав цемента чисто рудный или в смеси с песчано­ глинистой породой, что резко сказывается на качественной харак­ теристике руд;

карбонатные руды Чиатурского и Никопольского месторожде­ ний близки между собой по химическому и минеральному составу, но различаются типами текстур. Для Чиатурских руд характерны сплошные массивные, оолитовые и цементационные текстуры, а для Никопольских — желваковые в песчано-глинистом цементе (прило­ жение 11) ;

основная масса карбонатов характеризуется тонкозернистым и скрытокристаллическим строением и представлена изоморфным рядом манганокальцита — кальциевого родохрозита. Кальциевый родохрозит содержит в среднем 80—86% молекулы МпС03 14— 20% молекулы СаС03 и соответственно 39,8—42% марганца в ми­ нерале. Состав манганокальцита весьма изменчив: 28—70% моле­ кулы МпСОз, 42—56% молекулы СаС03 13—30% Мп;

в зоне перехода окисных руд в карбонатные с различной сте­ пенью интенсивности развиты процессы окисления, обусловившие образование окисно-карбонатных руд, характеризующихся специ­ фическими взаимоотношениями между карбонатными и окисными минералами (приложение 7, Л, Д);

существенно изменяются физические свойства (плотность,

твердость, крепость, пористость) различных типов рудных и не­ рудных агрегатов, а также цемента руд.

Схема обогащения окисных марганцевых руд (рис. 4) включает промывку, дробление мытой руды до 25—0 мм, гравитационно-маг­ нитное обогащение с доработкой промежуточных продуктов по гра­ витационно-магнитно-флотационной схеме. Шламы обогащаются флотацией. Схема обеспечивает получение концентратов высших сортов (А +І).

Руда

1

Дробление до 50мм

Технологическая схема учитывает особенности вещественного состава руд, прежде всего текстуру и минеральный состав, позво­ ляющие выделить уже в процессе промывки наиболее богатую часть руды. Для удаления нерудных включений из рудных агрега­ тов, в том числе и фосфатов, необходимо более глубокое раскры­ тие рудных агрегатов, крупностью 3—0,16 мм, прошедших магнит­ ную сепарацию и гравитацию. Это достигается дополнительным измельчением до 0,16 мм промежуточного продукта, его обесшламливанием и флотацией.