Минералогическая характеристика техногенного сырья, полученного при освоении медно-колчеданного Учалинского месторождения Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

-------------------------------------- © М.В. Рыльникова, Е.А Горбатова,

Е.А. Емельяненко, 2011

УДК 553.435

М.В. Рыльникова, Е.А. Горбатова, Е.А. Емельяненко

МИНЕРАЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕХНОГЕННОГО СЫРЬЯ, ПОЛУЧЕННОГО ПРИ ОСВОЕНИИ МЕДНО-КОЛЧЕДАННОГО УЧАЛИНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

Исследованы минералогические и структурно-текстурные особенности различных техногенных георесурсов ОАО «Учалинский ГОК», содержащие цветные металлы. Установлены минералогические особенности техногенного сырья, влияющие на параметры сернокислотного кучного выщелачивания.

Ключевые слова: колчеданные месторождения, массив отвала, минеральный состав, кучное сернокислотное выщелачивание.

Учалинское месторождение относится к числу наиболее известных и хорошо изученных колчеданных месторождений Южного Урала. Месторождение расположено в пределах крупной складчатой структуры, приуроченной к северному участку Учалинского рудного района. Крутопадающая рудная залежь месторождения локализована на западном крыле МалоУчалинской антиклинальной складки, в кровле второй толщи кислых вулканитов карамалыташской свиты и перекрыта диабазовыми, базальтовыми и андезитобазальтовыми порфиритами третей толщи карамалыташской свиты, содержащей рудокласты и прослои колчеданных руд. Вокруг рудной залежи по простиранию прослеживается симметричный, а по падению ассиметричный мета-соматичекий ореол.

Минеральный состав медно-колчеданных руд в целом типичен для месторождений уральского типа. Основную массу руд слагают пирит, сфалерит и халькопирит. В подчиненных количествах встречаются блеклые руды, галенит, магнетит, гематит. Из нерудных

минералов в наибольших количествах присутствуют кварц, барит, карбонаты, серициты и хлориты. Нерудные гипо-генные минералы составляют 6-7%.

Объектами исследований являлись отвалы вскрышных и вмещающих пород, а также некондиционная фракция отсева радиометрической сепарации медноколчеданных руд (рис. 1).

В результате разработки Учалинского месторождения физико-техническими геотехнологиями отвалообра-зование производилось путем послойного складирования вскрышных пород диабазового состава, вмещающих мета-соматитов и рудокластов. За период разработки Учалинского месторождения в отвалы вскрышных пород вывезено из карьера и шахты более 150 млн м3.

Отвалы вскрышных пород Учалинского месторождения в настоящее время рассматриваются как техногенные массивы, состоящие из чередующихся сло-ёв горной массы различного генезиса и вещественного состава (рис. 2). Мощность слоев горной массы варьирует в широких пределах от

Рис. 1. Расположение техногенных отвалов на территории Учалинского карьера

Рис. 2. Строение техногенного отвала вскрышных и вмещающих пород

нескольких сантиметров до 1.. .2 м. В исследуемом массиве отмечены две зональности: вертикальная, выражающаяся в изменении размеров обломков горных пород по высоте яруса (от подошвы к кровле) в зависимости от гранулометрического состава пород и латеральная, связанная со сменой наклонно залегающих пород различного литологического состава. Границы между слоями изменяются от четких, практически ровных до размытых, неровных.

В массиве отвала выделяются слои сложенные вулканическими породами основного состава с небольшой примесью кварц-серицитовых метасома-титов, и слои, представленные в основном кварцевыми и кварц-сери-цитовыми ме-тасоматитами. В каждом слое в небольшом количестве присутствуют сульфидные рудокласты.

Слои, сложенные эффузивами основного состава, в процессе хранения претерпели изменения. На поверхности обломков горных пород наблюдается корка гидроокислов железа (рис. 3). Между кусками породы встречаются бурые рыхлые массы ярозита, с кварцем, гипсом и хлоритом выполняющие пространство (рис. 4).

В слое метасоматитов отмечаются небольшие линзы гипс-серицит-копиа-питовой смеси (рис. 5). Все обломки метасоматитов покрыты корочкой и примазками смеси минералов. По данным рентгенофазового анализа эта смесь минералов представлена гипсом, медьсодержащим копиапитом, кварцем, пиритом, серицитом, в подчиненном количестве встречаются плагиоклаз, хлорит и ярозит (рис. 6).

Основные эффузивы пред-ставле-ны диабазами, диабазовыми порфи-ритами, базальтами с разной степенью уралитизации и сосюрити-зации. Породы зеленого или зеленоватосиреневого цветов. Структура - скрытокристаллическая, порфировая, вкрапленники представлены измененными основными плагиоклазами. Текстура - флюидаль-ная, пористая, миндалекаменная. Миндалины выполнены вторичным минералом -кальцитом (рис. 7).

Основная масса эффузивов пре-ерпела изменение с образованием игольчатых амфиболов (рис. 8).

Кварц-серицитовые метасоматиты являются светлой горной породой, сложенной в основном кварцем и серицитом, в подчиненном количестве встречаются хлорит и кахолонг. Основные рудные минералы представлены пиритом, халькопиритом и сфалеритом. Структура варьирует от гранобластовой до лепидобластовой в зависимости от преобладания породообразующих минералов (рис. 9).

Для пород гранобластового строения характерна массивная текстура, для пород лепидобластовой структуры - сланцеватая. Метасоматиты пронизаны серией трещин, размещенных

Рис. 5. Линзы выполнены, гипс-серицит- ко- Рис. 6. Развитие корочек и примазок вто-пиапитовой смесью минералов (белое) ричных минералов на поверхности мета-

соматита

Рис. 7. Миндалина выполненные кальцитом Рис. 8. Развитие игольчатого амфибола в

основной массе эффузивов

Рис. 9. Массивная текстура и гранобласто- Рис. 10. Параллельная трещиноватость в вая текстура кварц-серицитового метасо- кварц-серицитовых метасоматитах матита

Рис. 11. Вкрапленники пирита (черное) с неровными границами в матрице метасома-тита

вдоль слоистых силикатов, ориентированных плоскими поверхностями параллельно друг другу (рис. 10).

Рудокласты представляют собой обломки как сплошной, так и вкрапленной руды. В сплошных рудах содержание нерудных минералов незначительное, во вкрапленных их количество составляет более 85 % от всей массы.

Зерна пирита во вкрапленных рудах имеют идиоморфную форму с четкими или неровными границами (рис. 11).

Рис. 12. Халькопирит (темно-серое) выполняет полости трещин в пиритовой массе (светлое)

Размер зерен пирита достигает в поперечном сечении до 0,5 см.

Сплошные руды - плотные зернистые агрегаты пирита. В подчиненном количестве встречаются халькопирит и сфалерит. Структура мелкозернистая, порфировидная. Текстура - массивная. Сульфиды меди и цинка выполняют преимущественно полости разветвляющихся трещин (рис. 12), образуют эмульсионную вкрапленность в пирите,

Таблица 1

Распределение полезных компонентов в слоях диабазовых отвалов вскрышных и вмещающих пород

Содержание полезного компонента

мм в слое метасоматитов в слое основных эффузивов

ОЬ, % Zn, % еь, % Zn, %

-50+10 0,03 0,06 0,07 0,16

- 10 + 5 0,09 0,06 0,02 0,06

- 5 +1 0,09 0,06 0,04 0,06

- 1 + 0,5 0,1 0,06 0,05 0,06

- 0,5 + 0,25 0,13 0,077 0,07 0,03

- 0,25 + 0,074 0,12 0,03 0,09 0,03

- 0,074 + 0 0,14 0,03 0,09 0,03

встречаются в интерстициях между зернами пирита.

В разных по литологическому составу слоях полезные компоненты распределяются в следующих соотношениях (табл. 1).

Такое распределение полезных компонентов объясняется длительным хранением вскрышных и вмещающих пород в отвалах, где происходит естественный процесс выщелачивания цветных металлов. Так, медь концентрируется в классах крупностью - 0,074 + 0 мм до 0,14 % в метасоматитах и до 0,09 % в основных эффузивах. Цинк, наоборот, полностью выщелачивается из мелкозема и основная его масса находится в крупном и среднем классах крупности.

Особенности структурно-текстурных характеристик и распределение полезных компонентов в данных техногенных георесурсах позволят эффективно применять процессы кучного выщелачивания для комплексного извлечения цветных металлов.

С целью вовлечения в промышленную эксплуатацию руд, ранее складированных в отвалах и характеризующихся высоким, по современным оценкам, содержанием ценных компонентов, на Учалинском руднике была внедрена технология рентгенометрической покус-ковой сепарации. Сепарационная установка позволяет выделить богатую

(медьсодержащую) фракцию руды и отвальный продукт, направляемый для использования в гражданском строительстве. Несмотря на явные техникоэкономические преимущества данной технологии, в цикле сепарации образуются специфические отходы производства - просыпь сепарации. Это некондиционная мелкая фракция, которая не может быть переработана ни рентгенометрической сепарацией, ни в цикле обогащения.

Некондиционная фракция рентгенорадиометрической сепарации (РРС) -отсев, складируется на территории отвалов Учалинского рудника в отвале №8 (рис. 1). Данный вид отходов формируется на предприятии с 2003 года с начала внедрения технологии покусковой РРС. Объемы сепарации РРС составляют 117 тыс.т.

Отвалы отсева РРС включают вмещающие породы и некондиционные массивные медные и медно-цинковые руды, вкрапленных и густовкрапленных разновидностей в разной степени окис-ленности.

К вмещающим породам РРС относятся диабазы с разной степенью урали-тизации и сосюритизации, кварц - хлоритовые и кварц-серицитовые метасо-матиты. Диабазы - темная порода зеленого или зеленовато-сиреневого цвета. Структура - порфировая, вкрапленники

Рис. 13. Ярозитовые массы между кристаллами пирита

представлены измененным основным плагиоклазом. Текстура - флюидальная. Диабазы зеленовато-сиреневого цвета разбиты трещинами, полости последних выполнены кварцем. Кварц-

серицитовый метасоматит - светлая горная порода. Структура - гранобла-стовая, лепидобластовая. Текстура -массивная с элементами сланцеватости. В основной массе кварц-серицитовых метасоматитов встречается пиритная вкрапленность. Кварц-хлоритовый мета-соматит - зеленоватая порода, разбитая кварцевыми прожилками. Структура ле-пидобластовая. Текстура - сланцеватая.

Руды РРС представлены как сплошными серно-колчеданными, так и вкрапленными разновидностями. Установлено, что среднее содержание меди в отсеве РРС составляет 0,52%, цинка 3,12%, которые концентрируются в сульфидных минералах.

Главными рудообразующими минералами являются пирит, халькопирит, сфалерит. Из нерудных минералов наиболее распространены кварц, серицит, хлорит. Вторичные минералы имеют резко подчинённое значение и представлены ярозитом, гипсом и кальцитом (рис. 13).

Текстура некондиционных руд и руд РРС - массивная, порфировидная, вкра-

пленная, прожилково-вкрапленная. Реже встречаются пятнистые, полосчатые и слоистые текстуры.

Структура руд РРС изменяется от тонко- до крупнозернистой. Из зернистых структур наибольшим развитием пользуется мелкозернистая. Строение большинства сульфидов - аллотрио-морфное, идиоморфное строение встречается только у пирита. Наблюдаются также следующие микроструктуры: распад твёрдых растворов, эмульсионная структура перекристаллизации.

Пирит является широко распространенным рудным минералом. В сплошных рудах он слагает основную массу. Его содержание достигает 80-90 %.

Массивный серный колчедан пронизан серией мелких параллельных или разветвляющихся трещин, нарушая сплошность руды. Во вкрапленных рудах пирит встречается в виде отдельных зерен или зернистых скоплений. Размеры агрегатов пирита изменяются в широких пределах от скрытокристаллических до грубозернистых, более 1 см. Форма выделений - гексаэд-рическая, октаэдрическая, изометрич-ная, неровная. Границы между силикатной матрицей и пиритом местами резкие, а местами - неровные. Во внутренних частях зёрен пирита наблюдаются реликты сфалерита и халькопирита.

Пирит часто образует тонкие сростки с халькопиритом и сфалеритом (рис. 14). Сульфиды меди и цинка выполняют ин-терстиции между зернами пирита, полости трещин и пор. Границы между пиритом и другими минералами неровные, зазубренные.

Халькопирит - второй по распространённости рудный минерал. Он является главным медьсодержащим минералом. Размеры зёрен халькопирита колеблются до 1 мм и более.

, - »2^ * ''Ч» Л ’* * *

* *

• .4мГ:

к

¿2^ |г ^"

* у

ьД‘% *

чз : ■ 1 * х. '

V * Ь #. - ? /

г ■■ ' уг "а .

Рис. 14. Сростки пирита (светлое), халькопирита (серое) и сфалерита (темно-серое)

Рис. 15. Проникновение халькопиритовых (серое) и сфалеритовых (темно-серое) масс в колчеданных рудах

В сплошных рудах халькопирит выполняет интерстиции между зернами пирита, разветвляющиеся трещины, расположенные вдоль границ зёрен пирита, иногда отлагается в серии мелких параллельных трещин. Форма выделений - аллотриоморфная. В незначительной степени обнаруживаются явления разъедания пирита и проникновение сульфида меди по тонким трещинкам во внутреннюю часть зерна. Местами пирит и халькопирит образуют тесные срастания.

В сплошной руде часто наблюдается взаимное проникновение халькопирито-вых и сфалеритовых масс (рис. 15). Гра-

ницы проникновения халькопирита - неровные, зазубренные. В поле халькопирита встречаются мелкие выделения сфалерита, а в поле сфалерита - выделения халькопирита.

Во вкрапленных рудах халькопирит образует зернистые выделения в кварце и хлорите. Размер выделений достигает 0,8 см. Форма - неправильная, овальная с неровными границами.

Сфалерит - главный рудообразующих минерал на цинк. Сфалерит характеризуется неравномерностью распределения. Он наблюдается в минеральных ассоциациях с пиритом и халькопиритом. Сфалерит образует рассредоточенные и гнездовые вкрапленности, прожилки среди рудных и нерудных минералов. В сплошной медно-цинковой руде сфалерит встречается в виде тесных прорастаний с пиритом и халькопиритом. В рудах характерно также замещение пирита сфалеритом.

Установлено, что высокое содержание ценных компонентов в просыпи рентгенометрической сепарации фиксируется в классах крупности -20+3 мм с содержанием меди - 0,67 %, цинка -3,47 % (табл. 2).

Анализ вещественного состава техногенного сырья, полученного при освоении медно-колчеданного Учалинского месторождения показал, что наличие минералов, содержащих цветные металлы и доступное расположение этих минералов во вмещающих породах и в полостях трещин рудокластов будет способствовать благоприятному течению процесса выщелачивания. Это позволит при относительно небольшом техническом перевооружении использовать отвалы, как самостоятельный источник минерального сырья, расширить минерально-сырьевую базу предприятия и снизить негативное воздействие на окружающую среду.

Установленные закономерности минерального состава бедных руд, складируемых в отвале и находящихся на балансе «Учалинского ГОКа» были учтены при обосновании технологии вовлечения данного сырья в промышленную эксплуатацию методом кучного сернокислотного выщелачивания. Данная технология в настоящее время проходит опытнопромышленную апробацию в условиях Учалинского рудника.

— Коротко об авторах

Рыльникова М.В. - доктор технических наук, профессор, ведущий научный сотрудник Института проблем комплексного освоения недр РАН,

Горбатова Е.А. - кандидат технических наук, заведующий кафедрой маркшейдерского дела и геологии, доцент

Емельяненко Е.А. - кандидат технических наук, доцент ГОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова», тел. 8 (3519) 29-85-40

А

--------------------------------------------------------------------- РУКОПИСИ,

ДЕПОНИРОВАННЫЕ В ИЗДАТЕЛЬСТВЕ МОСКОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА

Волошиновский К.И., соискатель ученой степени кандидата технических наук, ассистент кафедры АТ, Московский государственный горный университет, e-mail: volkir@mail.ru,

Датчики компонентного состава для промышленного учета природного газа-метана (797/03-11 от 13.12.2010) 4

с.

Рассмотрены датчики компонентного состава газа и природного газа метана, предложены варианты их использования.

Ключевые слова: датчики компонентного состава газа, узлы учета газа, каптируемый метан.

Voloshinovskiy K.I. COMPONENT COMPOUND SENSORS FOR THE INDUSTRIAL ACCOUNTING OF THE FLOW RATE OF THE NATURAL GAS - METHANE

The component compound sensors of gas and natural gas - methane are reviewed. Different variants of their implementation are proposed.

Key words: The component compound sensors of gas, gas metering stations, captured methane.

Таблица 2

Распределение ценных компонентов по классам крупности в отсеве РРС

Классы крупности, мм Содержание полезного компонента

Cu, % Zn, %

+30 0,22 0,77

-30+20 0,22 0,77

-20+10 0,70 2,88

-10+5 0,73 5,50

-5+3 0,57 2,02

-3+1 0,45 1,63

-1+0,5 0,47 1,54

-0,5+0,25 0,51 1,28

-0,25+0,071 0,49 1,22

- ,071+0,044 0,57 1,44

-0,044 0,65 1,38