CC BY
149
ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
2010 Геология Вып. 1 (9)
УДК 553.632:550.4
К вопросу о геолого-технологическом картировании месторождений полезных ископаемых
Н.Е. Молоштанова3, А.К. Вишняков1’
a Пермский государственный университет. 614990, Пермь, ул. Букирева, 15 E-mail: [email protected]
b ЦНИИгеолнеруд. 420097, Казань, ул. Зинина, 4 E-mail: [email protected] (Статья поступила в редакцию 26 октября 2010 г.)
Приводится пример минералого-технологических исследований калийных руд Верхнекамского месторождения, которые проводятся в четыре этапа. На первом этапе ведутся визуальные наблюдения с отбором проб на анализы. На втором этапе калийная руда изучается под микроскопом. На третьем - исследуются технологические свойства калийных солей. На четвертом (заключительном) этапе строятся геолого-технологические карты.
Комплексные минералого-технологические исследования после построения геоло-го-технологических карт позволяют найти оптимальный вариант подготовки руды к обогащению.
Ключевые слова: разновидности сильвинита, галопелиты, сростки, степень раскрытия, геолого-технологическое картирование.
Комплексное изучение продуктивных пластов месторождений рудных и нерудных полезных ископаемых на всех этапах их освоения является основой геологотехнологического картирования.
Весь комплекс исследовательских работ может быть подразделён на несколько этапов. На первом этапе соотношения всех составляющих компонентов руды изучаются визуально, по материалам керна или горных выработок, если исследования проводятся в процессе разработки месторождения. При этом определяется соотношение содержаний разновидностей сильвинитовой руды, вредных примесей (галопелитов) и вмещающих пород (каменной соли) в процентах относительно мощности продуктивного пласта. Эти исследования сопровождаются точной привязкой с зарисовками в масштабе 1:1 и нанесением точек отбора образцов, отобранных для изготовления шлифов, на зарисовки и карты (или планы шахтного поля). Четвёртая часть керна (или его половина, в зависимости от размера диаметра керна) отбирается на технологическое опробование. Если исследования проводятся в горных выработках, то по всей тол-
щине исследуемого продуктивного пласта отбирается бороздовая проба по соответствующей методике, принятой на данном предприятии.
Второй этап, минералого-петрографи-ческий, заключается в исследовании разновидностей сильвинитов по изготовленным шлифам из ориентированных образцов. Это позволяет определять размеры сильвиновых зёрен в трёх плоскостях: длину и ширину - в шлифах, отобранных параллельно слоистости, и длину и толщину - в шлифах, изготовленных перпендикулярно слоистости. По количеству этих измерений строятся графики, изучив которые, можно установить форму и размер сильвиновых зёрен. Исходя из преобладания крупности сильвиновых зёрен в калийной руде, подбирается оптимальный вариант для её дробления при подготовке к обогащению. При этом обращают внимание на форму зёрен и их контуры (ограничения), удлинённые и уплощённые зерна подвержены более быстрому измельчению по сравнению с изо-метричными зёрнами (рис. 1). Было установлено, что плавные и прямолинейные контуры позволяют легче отделять сильвиновые зёрна
© Молоштанова Н.Е., Вишняков А.К., 2010
от вмещающей каменной соли. Если контуры зёрен извилистые, то при дроблении может образоваться большое количество сростков сильвина с галитом (или с галопелитами), что будет затруднять раскрытие полезного компонента. Кроме того, при исследовании руды в шлифах определяются количество, состав и форма микровключений, которые влияют тем или другим образом на обогатительные свойства сильвинитов.
70
0
о 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5
Рис. 1. Отражение формы зерен по измерению длины (а); ширины (Ь); толщины (к) под микроскопом: до 1 мм - таблитчатая; до 2 мм -призматическая; до 3 мм - изометричная
Третий этап заключается в исследовании технологических свойств сильвинитовой руды. Для этого керновый материал или бороздовые пробы подвергаются дроблению до разной крупности (обычно на первом этапе -до трёх миллиметров), рассеиваются на фракции крупности с помощью сит с размером ячейки 3; 2; 1; 0,5; 0,25 мм. Каждая фракция взвешивается, и относительно веса исходной пробы вычисляется массовый процент выхода фракций. После этого фракции крупнее 0,25 мм изучаются под бинокулярным микроскопом при увеличениях от 6х до 56х раз, а фракция мельче 0,25 мм исследуется в иммерсии с помощью микроскопа Полам-312 при увеличении до 120х раз и более. Под бинокуляром набирается не менее 400 зёрен [2], из них отбираются разновидности сильвиновых зёрен, их сростки с галитом и галопелитами, выделяются галопелиты и зерна галита. Содержание всех компонентов дроблёной руды переводится в масс-проценты в зависимости от веса фракции. При этом определяется содержание сильвина в сростках, что необходимо для расчёта степени раскрытия полезного компонента в руде при заданном дроблении
по методике, разработанной Шушкановым [4]. Степень раскрытия сильвина в руде является одним из важнейших показателей технологических свойств, который определяет крупность помола в процессе рудоподготовки к обогащению флотационным методом.
По материалам, полученным при минера-лого-технологическом картировании, строятся карты, отражающие распределение сильвинитов на исследуемой площади. Для получения качественного готового продукта хлористого калия подбирается оптимальная компоновка руды на стадии отработки и подготовки её к обогащению.
Подобные исследования продуктивных пластов на Верхнекамском месторождении калийных солей проводятся с 1981 г. За этот период были изучены все продуктивные пласты на всех шахтных полях ОАО «Сильвинит» и «Уралкалий». При этом было установлено, что каждый продуктивный пласт содержит определённое количество разновидностей сильвинитов. Так, пласты Кр-3 и Кр-2 сложены розовыми, красными и сургучно-красными разностями в различных соотношениях; пласт АБ - сдвоенный, представлен розовыми, красными, молочно-белыми и пёстро окрашенными, в редких случаях сургучнокрасными сильвинитами; пласт В (сильвини-товый) сложен молочно-белыми, пёстро-окрашенными и реже красными сильвинитами
Каждая разновидность сильвинитов характеризуется не только разнообразной окраской, но и различными текстурноструктурными особенностями, геохимическими показателями и характерными обогатительными свойствами [1].
Наиболее низкими обогатительными свойствами характеризуется сургучно-красный сильвинит, который сложен зернами, окрашенными в густой темно-красный цвет с сургучным оттенком. Часть зерен имеет зональную или струйчатую окраску. Структура сильвинитов равномерно микро- и тонкозернистая (с размером зерен от 0,2 до 1,2 мм), беспорядочная, в некоторых случаях параллельно ориентированная [5]. Форма зерен уплощенная или изометричная, иногда досчатая или веретенообразная, а среди красных и розовых сильвинитов часто встречается округлая, овальная или неправильная. Поверхность зерен неровная, излом остроугольный, иногда занозистый. Контуры зерен извилистые или округлые (рис. 2).
В зернах сургучно-красного сильвинита отмечаются в основном твердые микровключения. Обычно они приурочены к контурам зерен и межзерновому пространству. Количество микровключений возрастает на границе сильвиновых зерен с каменной солью. Микровключения представлены глинистыми частицами, пропитанными оксидами железа.
На их долю приходится 0,8%. В центральных, более светлых участках зерен сильвина, микровключения представлены галитом округлой и кубической формы, размером 0,0020,01 мм. По контурам зерен и за их пределами отмечаются микровключения ангидрита, рассеянные в виде точечных образований игольчатой, призматической формы, достигающих по длинной оси 0,015 мм, ширина иголочек и размеры точечных включений составляют 0,001-0,003 мм. На долю данных микровключений приходится 1,2%. На контакте сургучно-красного сильвинита с перистой каменной солью встречаются единичные ромбоэдры доломита размером 0,01-0,02 мм. Суммарное содержание твердых микровключений в описываемой разности сильвиновых зёрен составляет 2,5-3,0%.
В межзерновом пространстве сургучнокрасных сильвинитов встречаются галитовые зерна, единичные или в виде цепочки из 2-7 зерен, ориентированных параллельно слоистости. Зерна галита бесцветные, прозрачные, иногда в центре мутно-серые за счет полурастворенных остатков зонально-скелетного строения. Форма зерен галита округлая, кубическая, иногда неправильная. Их размеры составляют 0,1-0,5 мм на долю галита приходится 3,2-6,1% площади шлифа. Необходимо отметить, что появление галита в межзерно-
вом пространстве приурочено к участкам, прилегающим к нижней границе сильвинито-вого слойка, при переходе его к каменной соли. Верхняя часть слойка сургучно-красного сильвинита, сложенного на 100% сильвино-выми зернами, свободными от микровключений, имеет однородную монолитную текстуру.
По данным химического анализа содержание хлорида калия в сургучно-красном сильвините составляет в среднем 90,1%, а степень раскрытия данной разновидности при дроблении до 3 мм - 86,4%.
Красный сильвинит представлен зернами с буро-розовой или кирпично-красной окраской, часто характеризуется неравномерным распределением интенсивности цвета. Усиление окраски отмечается на периферии, на участках скопления твердых микровключений и реже - вдоль трещин спайности. Зерна с размером менее 1 мм имеют более или менее равномерный цвет. Структура красных сильвинитов неравномерно мелко- и тонкозернистая, ориентированная параллельно слоистости или мозаичная (рис. 3).
Рис. 3. Красный сильвинит
Форма зерен уплощенная, реже изомет-ричная или досчатая с неровной поверхностью, извилистыми контурами, спайность совершенная.
Под микроскопом в зернах красного сильвинита наблюдаются твердые микровключения, представленные галитом округлой и кубической формы размером 0,001-0,005 мм, иногда до 0,01 мм. Обычно они приурочены к обесцвеченным участкам зерен. Ангидрит представлен кристаллами таблитчатого или игольчатого облика, реже в виде точечных включений, размером от 0,001-0,002 до 0,100,15 мм (по удлинению). Его скопления
обычно отмечаются в местах сгущения окраски по контуру зерен и в межзерновом пространстве. На контакте с нижним слоем каменной соли в межзерновом пространстве сильвинитов иногда отмечаются единичные ромбоэдры доломита. Суммарное содержание твердых микровключений менее 2,0%.
В межзерновом пространстве красных сильвинитов так же, как и в сургучнокрасных, отмечаются выделения галита округлой, овальной или неправильной, реже кубической, формы. Отдельные зерна бесцветные, прозрачные, иногда пятнами синие. Размеры галитовых зерен изменяются от 0,3 до 0,8 мм. На долю галита в межзерновом пространстве приходится в среднем 4,3% площади шлифа.
Содержание хлорида калия в красных сильвиновых зёрнах колеблется в пределах 88,3-95,5% (исключены те пробы, в которых содержится сургучно-красный сильвин), составляя в среднем 91,5%, а степень раскрытия при дроблении до 3 мм равна 89,5 %.
Розовый сильвинит слагает слои, прослои и встречается в виде единичных зерен среди красных, а иногда и среди сургучно-красных сильвинитов, являясь центром собирательной кристаллизации (рис. 4). В пласте Кр-3 он наблюдается в виде единичных зерен или в виде тонких прерывистых прослоев среди красных сильвинитов. В пласте Кр-2 розовый сильвинит слагает отдельные прослои мощностью от
1,5-2,0 до 70,0-80,0, достигая в раздувах 150-200 мм. На его долю приходится до четверти общего содержания сильвинитов в пласте Кр-2 и почти половина - в пласте А.
Рис. 4. Розовый сильвинит
Зерна розового сильвинита характеризуются неравномерной окраской - от бледнорозовой, почти бесцветной (это наиболее
крупные по размеру зерна - до 7-8 мм) до розовато-оранжевой, равномерно распределённой по их объему. Сгущение окраски отмечается по контуру зерен, реже по трещинам спайности или в местах скопления ангидритовых микровключений. Структура розовых сильвинитов неравномерно мелко-, средне- и крупнозернистая (размер зерен от 2,02,5 до 5,0-7,0 мм), мозаичная, реже ориентированная. Форма зерен сильвина неправильная, изометричная или слегка удлиненная. Контуры зерен прямолинейные или слабоизвилистые, а на контакте с галитом в межзер-новом пространстве и в подстилающей соли -извилистые.
В зернах розового сильвина отмечаются твердые и газово-жидкие микровключения. Последние имеют гантелеобразную, каплевидную или округлую форму. Размеры включений составляют 0,002-0,005 мм. Чаще всего они приурочены к обесцвеченным участкам зерна и расположены вдоль трещин спайности. На их долю приходится 0,1-0,5% площади сильвиновых зерен. Твердые микровключения представлены зернами галита округлой или кубической формы с размером 0,0030,005 мм и ангидритом игольчатой и короткопризматической формы с размером 0,0020,01 мм. На их долю в среднем приходится 0,4-0,7% площади зерна. Твердые микровключения приурочены к краевым частям зерен. Иногда они наблюдаются в межзерновом пространстве. Галит межзернового пространства в розовых сильвинитах характеризуется округлой, овальной, реже неправильной, формой с размерами от 0,3 до 1,6 мм. Обычно он бесцветный, прозрачный, часто пятнами синий. В крупных зернах розового сильвинита наблюдаются от 1 до 2 (реже до четырех и более) зерен галита размером 0,1-0,5 мм, видимо, являющихся реликтами межзернового галита и сохранившихся при разрастании сильвинового зерна в процессе собирательной кристаллизации. Общее содержание галито-вых зерен в розовых сильвинитах составляет в среднем 2,9% площади шлифа.
Содержание хлорида калия в розовых сильвиновых зёрнах колеблется от 89,5 до 97,5%, составляя в среднем 93,9%, степень раскрытия при дроблении до 3 мм - 93,2%.
Молочно-белый сильвин является основным породообразующим минералом пестрых сильвинитов в пластах Б, В и других, где карналлит фациально замещен сильвинитами. В
чистом виде молочно-белый сильвин встречается в крупно- и гигантозернистых пестрых сильвинитах, характеризующихся пятнистой, массивной и мостовидной текстурой, почти лишенных примеси галопелитов. Окраска зерен сильвина молочно-белая, форма зерен ксеноморфная изометричная, близкая к кубической, с размерами от 5-10 до 25-30 мм, иногда крупнее. Контуры зерен ровные, почти прямолинейные, реже слабоизвилистые, излом зеркально-гладкий, ступенчатый, спайность - совершенная по кубу.
В отличие от ранее описанных сильвинитов, где галитовые зерна занимают в межзер-новом пространстве около 5,0-8,0%, в пестрых сильвинитах галит является равноценным породообразующим минералом, на долю которого приходится 50% и более от объема всей породы (рис. 5).
ство твердых микровключений не превышает
0,2 %.
Содержание хлорида калия изменяется от 93,8 до 97,9%, составляя в среднем 96,5%, при степени раскрытия 98,1%.
В составе пестрых сильвинитов помимо молочно-белого сильвина встречаются зерна с пестрой окраской, выделенные в так называемые пестро окрашенные сильвиновые зёрна. Для них характерна зональная окраска: в центральной части зерна - молочно-белая или бесцветная, а по контуру - вишнево-красная, вызванная вытеснением красящего вещества при перекристаллизации сильвинита. Красящее вещество представлено тонкодисперсным гематитом, насыщенным глинистыми частицами и ангидритом. Оболочка из красящего вещества распределяется среди зерен нерав -номерно. Толщина ее изменяется от 0,01 до
1,5-2,2 мм. Иногда зерна почти полностью окрашены и только в центральной части наблюдаются осветленные участки, отличающиеся от окружающей микрозернистой массы красящего вещества гладкой зеркальной поверхностью. Структура сильвинитов, сложенных данной разновидностью, неравномерно мелко-, средне-, крупноксеноморфно-зернистая; текстура среднеслоистая, часто брекчиевидная. Последняя особенность подчеркивается зернами галита, разбитыми на блоки и погруженными в красящее вещество (рис. 6).
Рис. 5. Молочно-белый сильвинит
Галит представлен прозрачными бесцветными, голубовато-серыми, серыми, иногда густо-синими до черных кристаллами с неправильной изометричной, близкой к кубической, формой, с ровными, почти прямолинейными, контурами, местами слегка извилистыми. Излом гладкий, зеркальный, иногда ступенчатый по кубу. Серый галит обычно мелко- и среднезернистый (размеры зерен изменяются от 1,5 до 3,0 мм), межзерновое пространство его переполнено галопелитами. Бесцветный и голубой галит чистый, без примесей, образует правильные кубические кристаллы на основании серого галита, для которого характерна неправильная форма. Размеры кристаллов галита, освобожденного от примесей, изменяются в широких пределах -от 3-5 до 20-30 мм, иногда крупнее. Количе-
Рис. 6. Пестро окрашенный сильвинит
Форма зерен неправильная изометричная, с сильноизвилистыми, заливообразными контурами. Излом ровный, гладкий - в одном направлении, если совпадает с плоскостью спайности, и неровный шероховатый, часто землистый, если скол прошел по границе красящего вещества.
Минералого-технологические свойства сильвинитовой руды
Разно- видно- сти силь- винита Минералого-петрографическая характеристика Технологические свойства
Средний размер зерен, мм Форма зерен Структу- ра Характеристика микровключений Среднее количество сростков, % Степень раскрытия при дроблении до естественной крупности Стпень концен трации К=В/А Обо- гати- мост ь
форма состав содер- жание, %
Молоч- но- белая 5-25 Изомет- ричная Гиганто- и крупнозернистая Округлая и кубическая Газово- жидкие, галит 0,1-0,3 5,82 98,2 К1*- 5,8 К2*- 0,6 Хоро- шая
Розовая 3,5 Уплощенная и изомет-ричная Средне- зернистая Округлая и кубическая, игольчатая Галит, ангидрит 0,4 0,2 7,90 93,2 К1*- 3,4 К2*- 0,3 Нор- маль- ная
Красная 1,2 Уплощенная и удлин-ненная Мелко- зернистая Округлая и кубическая, игольчатая Галит, ангидрит 1,2 1,0 6,9 90,2 К1*- 2,8 К2*- 0,5 Сред- няя
Сур- гучно- красная 0,7 Досчатая, веретено- образная, изомет- ричная Тонко-и микро-зернистая Тонко- рассеянная округлая, игольчатая Глинистое вещество галит, ангидрит 0,8 0,9 1,2 9,15 86,4 К1*- 1,0 К2*- 0,9 Труд- но- обо- гати- мая
Пестро- окра- шенная 3-5 Непра- вильная изомет- ричная Средне- зернистая Тонко- рассеянная Глинистое вещество галит, ангидрит 0,6 6,1 88,2 К1*- 2,4 К2*- 0,2 Сред- няя
Микровключения пестро окрашенных зерен сильвина представлены галитом кубической формы с размером 0,005-0,015 мм, в редких случаях до 0,03 мм, с ангидритом короткопризматической и игольчатой формы с размером 0,002х0,02 мм, в среднем не более
0,01 мм. Галитовые зерна беспорядочно рассеяны в осветленных участках сильвинито-вых зерен на разных уровнях по плоскостям спайности. Ангидритовые включения чаще всего приурочены к окрашенным контурам зерен сильвина, иногда они выходят за пределы зерна. Количество твердых микровключений в пестро окрашенном сильвине изменяется от 0,9 до 1,4% площади зерна в шлифе, при
этом на долю галита приходится 0,4-0,6%, ангидрита - 0,5-0,8 %.
Галит в межзерновом пространстве кубической или прямоугольной, реже неправильной формы. Он окружен красящим веществом. Зерна галита бесцветные, прозрачные, размеры их колеблются от сотых долей до 1,2-2,0 мм в местах скопления нескольких зерен галита при переходе сильвинитового слойка в прослой каменной соли. На долю галита в межзерновом пространстве приходится от 0,7-1,2 до 3,2-4,0%. Содержание хлорида калия колеблется в пределах 90,795,7%, в среднем 93,9%, а степень раскрытия при дроблении до 3 мм составляет 88,3%.
Рис. 7. Пример построения геолого-технологической карты по содержанию сильвинитов
Таким образом, третий этап исследований позволяет установить не только структурнотекстурные особенности сильвинитов, но и минеральный, химический состав и технологические свойства (содержание хлорида калия и степень раскрытия) разновидностей калийной руды (таблица).
Установив строение продуктивного пласта во всех точках опробования, строят карты и минералого-петрографические профили для определения изменчивости калийной руды на
Библиографический список
1. Вишняков А. К., Молоштанова Н.Е. Декрипита-ция сильвина Верхнекамского месторождения // Новые данные по геологии соленосных бассейнов Советского Союза. М.: Наука, 1986. С.70-77.
2. Годен А.М. Основы обогащения полезных ископаемых. М.:Наука, 1946. 396 с.
3. Молоштанова Н.Е. К вопросу о взаимосвязи текстурно-структурных и геохимических осо-
изученных участках месторождения как в плане, так и по разрезу. Это четвёртый, заключительный, этап комплексных минерало-го-технологических исследований, который служит основой для геолого-
технологического картирования (на рис. 7 приводится пример построения карты по суммарному содержанию сильвинитов на исследуемом участке).
бенностях сильвинитов Верхнекамского месторождения // Физико-химические закономерности осадконакопления в солеродных бассейнах. М.: Наука, 1986. С. 122-131.
4. Шушканов А.В., Ефременко Л.Я. Об ошибке в определении степени раскрытия извлекаемого минерала в продуктах обогащения // Колыма. 1972. № 9.
5. Яржемский Я.Я. Атлас структур и текстур галогенных пород СССР. Л., 1974. 230 с.
On Geological-Technological Mapping of Deposits
N.E. Moloshtanovaa, A.K.Vishnyakovb
aPerm State University. 614990, Perm, Bukirev st., 15. E-mail: [email protected] bTSNIIGRI. 420097, Kazan, Zinina st., 4. E-mail: [email protected]
Geological-technological researches of the potash ore Verhnekamskoy deposit are described. Min-eralogical-technological investigations will be carried out in four stages. At the first stage the visual supervision with sampling will be carried out. At the second stage the potash ore is studied under the microscope. At the third stage the technological properties of potash salts are investigated. On the fourth final stage the geology-technological maps are worked out. Thus, the complex min-eralogical-technological researches gave the opportunity to find optimum variant of ore preparation to enrichment.
Key words: varieties of silvinite, intergrowths, geological-technological mapping, salt-clay, degree of open.
Рецензент - кандидат геолого-минералогических наук И.Я. Илалтдинов
