О неоднородности магнетита месторождений КМА Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

УДК 622.7'017 Т.Н. Гзогян

О НЕОДНОРОДНОСТИ МАГНЕТИТА МЕСТОРОЖДЕНИЙ КМА

Приводятся новые данные об особенностях состава и свойств магнетита Михайловского месторождения и месторождений Старооскольского рудного узла. Показаны различия в свойствах и дефектность структуры магнетита и присутствие маггемита.

Ключевые слова: железистые кварциты, магнетит, маггемит, неоднородность структуры, мик-розондовый анализ, термограммы, элементарная ячейка.

Семинар № 4

ш я ри длительной эксплуатации Л. 1 месторождений технологические физико-механические свойства минерального сырья постепенно изменяются: видоизменяется вещественный состав и вкрапленность минералов.

Предметом настоящей работы являются магнетиты месторождений Старооскольского рудного узла.

Магнетит - типоморфный минерал, состав и свойства которого зависят от условий образования. Эта особенность связана с тем, что изоморфная емкость магнетита в значительной мере является функцией температуры: при высокой температуре магнетит способен захватывать целый ряд элементов - примесей (Л, Сг, Mg, Мп, №, Со и др.), а при ее понижении в них возникают явления распада твердых растворов, что, в свою очередь, сказывается на его физико-механи-ческих свойствах - микротвердости, магнитных характеристиках, размерах элементарной ячейки кристаллической решетки, отражательной способности.

Таким образом, магнетит является весьма чувствительным индикатором условий образования месторождения [1]. Кроме того, изучение вариации состава магнетита имеет существенное значение для прогноза технологи-

ческих показателей обогащения при переработке железистых кварцитов.

Изучение вещественного состава железистых кварцитов Михайловского месторождения показало наличие в них 4-х генераций магнетита, что обусловлено неравномерной метасо-матической изменчивостью первичных магнетитов, процессами рекристаллизации, мушкетовитизации и ги-погенной мартитизации, сопровождающейся уменьшением размеров зерен магнетита [1 ].

Особенности неоднородности состава и свойств магнетита влияют на изменчивость степени его окисления в процессе измельчения, эффективность флокуляции переизмельченных частиц и, как следствие, на технологические показатели обогащения [3].

Исследование состава магнетитов Михайловского месторождения достаточно подробно изучено ранее и выявило присутствие в них наряду с магнетитом и гематитом также и маг-гемита (от 4.5 до 11%), причем, наличие маггемита характерно для всех минеральных типов кварцитов [1, 3,

4].

Отмечающийся в природе в магнети-товых кварцитах морфологический ряд:

Fe4O4 ^ Fе ^е2 О4 ^ у Fe2O3 ^а Fe2O3 ^ Fe2O3• Н2О^ yFeO(OH ^

Вюстит магнетит маггемит гематит

(мартит)

^Те20гхН20

лимонит

подчеркивает наличие сложных взаимосвязей между структурами оксидов железа. Причем, с переходом от одного структурного типа к другому, как правило, наследуются некоторые особенности исходного типа: вюстит имеет структуру галита, маггемит - типа обращенной шпинели, магнетит - дефектную структуру обращенной шпинели, а гематит - структуру типа корунда. Размер ребра элементарной ячейки в зависимости от состава в процессе окисления вюстита в магнетит и маггемит последовательно уменьшается с уменьшением числа катионов Ге2+. Прямолинейная зависимость параметра решетки от состава подчеркивает сходство между структурами этих соединений. Уменьшение ребра элементарной ячейки магнетита при переходе в маггемит вызвано заменой Fе2+ с ионным радиусом 0,80 А на Ге3+с ионным радиусом 0,67 А с одновременным выносом одной трети ионов Fе2+ из структуры магнетита [2, 3]. Следует отметить, что весьма неоднородными являются магнетиты, связанные с незавершенными процессами марти-тизации и мушкетовитизации. Это связано с проявлением морфотропных преобразований в указанном выше ряду оксидов, массовая доля железа в котором падает с 72.3 (магнетит) до 62 % (лимонит).

Значения ребра элементарной ячейки магнетита Михайловского месторождения показало, что средний размер ее равен 8,395 А и это несколько меньше, чем у магнетита стехиометрического состава (8,396 А), установлено, что тенденция

гетит лепидокрокит

увеличения параметра решетки магнетита наблюдается в кварцитах с ростом глубины их залегания и в направлении от южной части месторождения к северной [3].

Средний размер ребра элементарной ячейки магнетитов Старооскольского рудного узла также несколько меньше и составил: для Лебединского - 8.371, Стойленского - 8.381, Коробковского -8.384, Приоскольского - 8.373А. Оценка деформаций магнетита рентгеновскими исследованиями позволяет сделать вывод о том, что изменение главных меж-плоскостных расстояний изученных образцов магнетита в большей степени характерно для Лебединского и Приос-кольского месторождений.

Данные высокотемпературной магнитометрии также свидетельствуют о некотором отличии магнетитов Михайловского месторождения (среднее значение температуры Кюри 576 °С) от стехиометрических (585 °С). С увеличением глубины и в направлении с юга на север на месторождении отмечается рост значений температуры Кюри магнетита - с 574.6 до 578 °С.

Значения точки Кюри магнетита ука-

Т7 +2

зывают на недостаток ионов ге , это особенно характерно для средне- и труднообогатимых железистых кварцитов (575,5 и 577,9 °С соответственно), общей для всех сортов кварцитов месторождения является тенденция к увеличению в той или иной мере точки Кюри магнетита с ростом глубины залегания.

Микрозондовый анализ выявил дефицит железа в зернах магнетита различных генераций Михайловского ме-

Месторождение а магн, % X, 10 6, м3/кг Нс,103 А/м Кн, д.ед.

Лебединское 26.2 23.8 102.1 0.683

Стойленское 28.1 34.9 105.1 0.704

Коробковское 26.7 44.3 96.2 0.688

Приоскольское 26.0 34.5 110.4 0.681

Примечание: а - массовая доля железа магнитного в руде, х - удельная магнитная восприимчи-______________вость, Нс - коэрцитивная сила, Кн - коэффициент неоднородности.______________

Электронограммы фаз, снятые с частиц магнетита под разными углами ориентировки прибора (рефлексы соответствуют структуре магнетита): а - диспергированный материал на подложке: частицы оксида железа, силиката, кремния; б, в - картины микродифракции от частиц магнетита; г - энергодисперсионный спектр и химический состав частицы магнетита (примесь SiO2 связана с наличием наноразмерных включений)

сторождения, массовая доля которого колеблется от 66,89 до 72,38%.

Дефицит железа в зернах магнетита характерен и для месторождений Стороо-

скольского рудного узла, так массовая доля железа колеблется от 67.8 до 71.79 Ко-робковском, от 68.9 до 72.39 - Лебединском, от 69.1 до 72.42 - Стойленском, от

67.3 до 72.67 % - Приоскольском месторождениях.

Термомагнитный анализ практически во всех магнетитах данных месторождений при температуре 340-350 °С показывает слабый экзотермический эффект, соответствующий маггемиту. Присутствие маггемита подтверждается и электроно-граммами, снятыми с частиц магнетита. По данным микродифракции, отсутствие периодичности в расположенных некоторых рефлексах свидетельствует о наличии дефектов и дислокаций в решетке магнетита (рис). Наибольшее количество маг-гемита фиксируется на Приоскольском месторождении (до 10%), наименьшее -на Коробковском (до 6%), Лебединское и Стойленское занимают промежуточное положение (5 - 8%).

Точка Кюри для магнетита Лебединского месторождения в среднем составила 573.3, для Стойленского - 571.8, для Ко-робковского - 574.2, для Приоскольского - 578.3°С.

Изменение соотношения Ге3+ и Ге2+ обуславливает и невыдержанность магнитных свойств магнетита, которые являются одним из важнейших факторов, влияющих на обогатимость железистых кварцитов.

Анализ таблицы показывает, что магнетиты Старооскольского рудного

1. Пирогов Б.И., Поротов Г.С., Холошин В.Н. и др. Технологическая минералогия железных руд, Л., Наука, 1988.

2. Кудрявцева Г.П., Гаранин В.К., Жи-ляева В.А. Магнетизм и минералогия природных ферроматнетиков.- М., 1982.

3. Гзогян Т.Н. Состав и свойства магнетита Михайловского месторождения. - Г орный

узла являются магнитожесткими и при переработке таких руд в схемы обогащения необходимо вводить операции дефлокуляции и селективной флокуляции. Отличия в удельной магнитной восприимчивости свидетельствуют о различном петрографическом составе руд и размеров вкрапленности магнетита.

Таким образом, полученные результаты свидетельствуют о значительной неоднородности магнетита как Михайловского месторождения (Кн = 0.715), так и магнетита месторождений Старооскольского рудного узла, которая является следствием протекания процессов щелочного метасоматоза и рекристаллизации и выражается в различии их технологических и физико-механических свойств. А в обогатительном переделе при измельчении рудной шихты, особенно шаровом, возможны фазовые превращения за счет окисления части магнетита и могут обуславливать дебаланс магнетита.

Более детальное количественное определение преобразований минерального вещества в процессе рудоподготовки (дробление, измельчение) железистых кварцитов требует дальнейших исследований.

-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

информационно-аналитический бюллетень, № 12, 2001 г.

4. Гзогян Т.Н. Генетическая дефектность магнетита.//Сборник докладов 10-ого международного симпозиума «Освоение месторождений минеральных ресурсов и подземное строительство в сложных гидрогеологических условиях», Белгород, 2009. ЕШ

— Коротко об авторе -----------------------------------------------------------

Гзогян Т.Н. - зав . лаборатории ФГУП ВИОГЕМ, кандидат технических наук, действительный член Академии горных наук.