CC BY
90
УДК 622.2
ПРОБЛЕМА ТЕХНОЛОГИИ РАЗРАБОТКИ ТОНКОДИСПЕРСНЫХ МЕДНЫХ РУД СРЕДНЕГО ТИМАНА
О.С. КОЧЕТКОВ, О.В. СОЛОВЬЕВА
Ухтинский государственный технический университет, г. Ухта [email protected]
Охарактеризованы особенности литофациального состава туфоосадочных меденосных отложений кыновского пестроцветного горизонта франского яруса верхнего девона (Цилемская рудоносная площадь) на Среднем Тимане. Выделены 12 литологических типов меднорудных пород, преимущественно с тонкодисперсной рудной вкрапленностью. Дана методическая схема минералогогеохимического и технологического исследования подобных пород. Предложена экспериментально проверенная методика термической обработки пород с тонкодисперсной минерализацией с целью выделения синтетических фаз сегрегации металл - интерметаллид. Рудоносный потенциал пород с тонкодисперсной меднорудной минерализацией определяется нами в 1%, что делает проведенные исследования практически весьма значимыми.
Ключевые слова: Средний Тиман, руды, базальт, верхний девон, медь
O.S. KOCHETKOV, O.V. SOLOVYEVA. TECHNOLOGICAL DEVELOPMENT PROBLEM OF THIN DISPERSION COPPER ORES OF MIDDLE TIMAN
Features of litho-facial composition of the tuffaceous-sedimentary copper deposits of Kynov variegated horizon of the Upper Devonian (Cillma ore-bearing area) in the Middle Timan were characterized. Twelve lithological types of the copper rocks with thin dispersion ore impregnation were distinguished. The methodical plan of mineralogical-geochemical and technological investigations of similar rocks was given. Experimentally verified methods of the thermal treatment of the rocks with thin dispersion mineralization were proposed to isolate synthetic phases of the segregation «metal-intermetallic». Metalliferous potential of nyt rocks with thin dispersion copper mineralization are determined as one percentage and conducted research are very important practically.
Key words: Middle Timan, ores, basalt, the Upper Devonan, copper
Вопросы комплексного минералогического анализа тонкодисперсных медных руд в последнее время рассматриваются в качестве обязательного компонента геологоразведочных работ [1], поскольку его результаты существенно дополняют (включая минеральные образования на наноуровне) методику обогащения и объемы выделяемого полезного минерала и его спутников, качество минерального сырья для дальнейшей переработки концентрата.
В пределах Тиманского кряжа на примере полисульфидных руд верхнедевонского вулканоосадочного литокомплекса Северного и Среднего Тимана мы рассматриваем тонкодисперсные медные руды [2, 3]. Они тесно связаны с проявлениями конкреционных желваковых руд в составе дельтовых осадочных фаций при наличии продуктов базальтового вулканизма в виде туфолав и пирокла-столитов с первичной тонкодисперсной рудной минерализацией. Фациальное разнообразие вулканоосадочных пород (от туфолав до туфопсаммоли-тов) обуславливает неоднородность распределения рудной минерализации. В пределах Цилемской площади Среднего Тимана нами выделено 12 ли-тотипов рудоносных пород (таблица).
Для оценки технологических свойств рудоносных пород первоначально необходимо детально
изучить выделяемые различные литотипы рудоносных пород. Поэтому нами уделено особое внимание вопросам методики их вещественного изучения (рисунок). Для контроля производится подсчет меднорудных минеральных зерен в аншлифах, учитывая занижение в некоторых случаях (в пробах, обогащенных железом) содержаний меди при спектральном анализе.
В кыновском пестроцветном горизонте туфо-породы образуют мощные до 10 м и более пачки туффитов (от пелито- до псаммозернистых), заключающих линзы псаммолитов в 4-5 м мощностью и 10-30 м протяженностью.
Микроскопическое изучение вулкано-осадоч-ных пород на Цилемской площади показало широкое распространение, помимо трапповых покровов, в бассейне р. Цильмы базальтовых вулканических и пирокластических пород, варьирующих от туфо-лав до туффитов. Последние сложены преимущественно кристаллокластическим материалом кварц-полевошпатового состава и хлопьевидными пиро-кластами зеленого и зеленовато-коричневого пала-гонитизированного вулканического стекла, образующих цементирующую массу. В туффитах пирокла-стика составляет 50-60% объема породы, которая в остальной части сложена кластическим материалом.
Описание литотипа Меднорудные минералы. Их типоморфные признаки № образцов
1. Красно-коричневый аллювиальный псаммо-лит, неслоистый, с обломками красного пели-толита «Фитоморфозный» халькозин, замещающий растительный углистый детрит 18 (92)
2. Пестроцветный, серо-красный аллювиальнодельтовый туфопсаммолит, с мелкой разнонаправленной слоистостью (окраска первичная) 1) Борнит-халькозиновая вкрапленность с хризоколлой; 2) Халькопирит, аутигенный, лапчатый, «фитоморфозный». Иногда обломочные зерна; 51, 86, 67, 106
3. Сероцветный псаммолит, горизонтально- до косослоистого, за счет темно-серых слойков, обогащенных рудными зернами Халькопирит, борнит, халькозин в обломочных зернах Гипергенный малахит, тенорит 5, 12а(92)
4. Сероцветный туфопсаммолит, неслоистый 1) «Фитоморфозный» халькозин, халькопирит; 2) Халькопирит и хризоколла в обломочных крупных зернах; 50, 39, 9, 103
5. Желтовато-серый псаммолит с обильным углистым детритом «Фитоморфозный» халькозин с обломочными зернами борнита Гипергенный малахит 58, 1(92), 2(92)
6. Красноцветный пелитолит (с включениями крупных углистых обломков). «Фитоморфозный» халькозин и выделения хризоколлы 92, 97
7. Красноцветный туфопелитолит, псаммити-стый «Фитоморфозный» халькозин и выделения хризоколлы 34, 18, 9(92)
8. Зеленоцветный до сероцветного оглееный пелитолит, с растительным детритом 1) «Фитоморфозный» халькозин; 2) «Борнитизированные» углистые обломки; 65
9. Темно-зеленовато-серая с красноватокоричневыми пятнами туфолава Прожилково-вкрапленный халькопирит, борнит с хризоколлой 70, 1б, 4, 6
10. Халькозиновые фитоморфозы в виде «желвакового» горизонта в зеленовато-серых оглееных озерно- лагунных пелитолитах Фитоморфозы халькозина с пиритом и халькопиритом по крупным обломкам стеблей плаунововидных растений без нумерации
11. Темно-зеленый туффит с «запечатанной» ихтиофауной. Подводный эксплозивный биолит Рассеянная вкрапленность халькопирита, борнита 69, 89
12. Серый псаммолит, косослоистый, с обломками остатков ихтиофауны и растений. Эксга-ляционно-потоковый дельтовый Замещение костных и углистых обломков халькопиритом, борнитом, халькозином Гипергенный малахит 54, 8(92), 14(92), 15(92)
Рис. Схема комплексного вещественного исследования пород.
Когда ее объем превышает 90%, туффит переходит в туф. Туфолавам свойственна флюидальная или мелкопузыристо-флюидальная текстура.
Также в разрезе толщи присутствуют туфо-псаммолиты, туфоалевролиты и туфопелитолиты. Главными породообразующими минералами в них служат: кластогенные - кварц, полевые шпаты, вулканическое стекло; аутигенные - кальцит; второстепенными являются гетит, гематит, гидрослюда. Акцессорные рудные минералы представлены сульфидами меди, преимущественно халькозином, который локально цементирует субстрат и одновременно замещает в нем обломочные зерна углистого детрита, образуя микрофитоморфозы. Присутствуют также хризоколла, замещающая вулканическое стекло, и лейкоксен.
В псаммолитах, которые имеют разные окраски, распределение вкрапленности сульфидов неоднородно. Пятнистые сгущения сульфидов вплоть до цементации свойственны неслоистым сероцветным псаммолитам, а послойное распределение характерно для сероцветных и пестроцветных псаммолитов с горизонтальной или мелкой косой слоистостью, к которым и приурочена сульфидная минерализация.
В пестроцветных псаммолитах «фитомор-фозный» процесс халькозинизации тесно связан с более общим наложенным процессом оглеения и осветления породы, обуславливая проявление халькозиновой цементации в пределах глеевых пятен. Кроме того, в породе присутствуют обломочные зерна борнита, халькозина, халькопирита.
В красноцветных туфопелитолитах заметна реликтовая туфовая текстура с палагонитом и рассеянными рудными зернами алевритовой размерности, сложенными преимущественно халькозином, а также хризоколлой. Образование перечисленных минералов имеет явно первичный постмагматиче-ский характер.
Базальтовые вулканиты в бассейне р. Цильмы представлены кайнотипными базальтами, а также диабазами и диабазовыми мандельштейнами. Эти три типа вулканитов зачастую связаны взаимопере-ходами, поэтому для разделения их по возрасту нет оснований. Мандельштейны и долериты, выделяемые согласно классификации А.Н. Заварицкого, сложены зеленым вулканическим стеклом, плагиоклазом, авгитом, титаномагнетитом [4]. В мандель-штейнах миндалины выполнены или радиальнолучистым раскристаллизованным палагонитом, цеолитами, кальцитом или халцедоном. Главная составная часть - палагонит. Долеритам часто свойственна прекрасно различимая даже визуально полнокристаллическая структура. Палагонит в них занимает лишь интерстиции между лейстами плагиоклаза и кристаллами авгита, которые составляют главную массу породы. Нами в ряде случаев зафиксирована в пластовых вулканитах мелкозернистая вкрапленность минералов меди, в первую очередь халькопирита, халькозина и борнита. Аналогичная вкрапленность обнаружена и в долеритовой дайке по правому берегу р. Цильмы, вблизи устья р. Рудянки.
Привлечение к исследованиям микрозондо-вого анализа на сканирующем микроскопе JSM-6400 позволило открыть в вулканитах новые мед-
норудные и другие рудные минералы микронных размерностей [5]: такие как электрум (смесь золота, серебра и меди), медистое золото, 7К- сплав, самородные цинк, серебро, медь, никель, вольфрам, алюминий и олово, выявить новые рудные фазы гомоатомного, интерметаллидного составов, которые, с одной стороны, могут рассматриваться как парагенные минералы меди в вулканогенном мине-ралообразовании, а с другой - могут характеризоваться как альтернативные, по парагенетическим связям, микрорудные фазы. К последним могут быть отнесены ^, Sn, А1, самородные, и TR - сплавы. При этом одни выделения имеют эвгедральные формы микронной размерности, а другие, напротив, ангедральные формы выделений.
Одна из наиболее вероятных версий объяснения механизма выделения упомянутых фаз такова. Эвгедральные формы кристаллизации определяются сравнительно высокими их концентрациями в базальтоидах и медленной скоростью роста кристаллов.
Ангедральные формы отвечают случайным фазам ассимиляционного «захвата» магмой минеральных частиц, вероятно, попавших в магматический расплав из внешней среды. Так, например, включения TR-сплава, скорее всего, связаны с попаданием в магму из водоема коллофанитовых обломков TR- содержащей ихтиофауны. При растворении ее в расплаве фосфор ассимилируется магмой, при этом наиболее высокие по своей энергетике редкие земли образуют самородные стяжения. Тем же ассимиляционным путем попавшие в магму обломочные зерна бокситов, очевидно, были преобразованы в самородный алюминий. Таким образом, по данной версии, идиоморфизм минеральных выделений повышается при геохимическом «родстве» (высокие кларки) металлов типу магмы. Соответствующий парагенезис рудных минералов свидетельствует о мантийном источнике «родственных» металлов, в том числе и меди в составе базальтов. Геохимически альтернативные металлы попадают в число ассимилированных металлов из вмещающей магматиты среды.
В технологическом плане обработки проб нами были проведены экспериментальные работы по извлечению меди и сопутствующих металлов из пород путем термической обработки с последующим гидравлическим отделением рудной составляющей [5].
Включения минералов и техногенных фаз также были диагностированы с помощью микрозондово-го анализа, что позволило расширить спектр имеющихся природных металлических и интерметаллических фаз за счет новых синтетических.
Проба размалывалась и растиралась механическим способом, как и активированный уголь. Затем порошки смешивались с образованием исходной для нагревания шихты, которая была прокалена при разных температурах (от 500 до 1000 0С). В дальнейшем из всех полученных порошков были сделаны аншлифы.
После прокаливания с активированным углем до 900 0С образцов фазы металл - интерметаллид остаются, возможно, несколько увеличиваясь в объеме за счет стяжения рассеянного в породе металлического самородного вещества и его спекания.
Наличие в исходной шихте добавки активированного угля способствовало при нагреве в интервале (700 - 900) 0С сгоранию последнего,, частичному окислению железа и переходу Fe+2^ Fe+3 с образованием магнетита. В другом образце, где была температура 1000 0С (максимальная), и сгорание активированного угля наиболее полное, почти все Fe+3 перешло в новую синтетическую фазу - гематит ^е203) - бордовая окраска, но с небольшой примесью магнетита. Эти две фазы представляют конечные продукты перекристаллизации исходного тонкодисперсного гидрооксидного и оксидного железа при высоких температурах, как преобладающего металла в минеральном субстрате [5].
Таким образом, в результате эксперимента получены в свободном виде самородные железо, медь, свинец и интерметаллические сплавы различного состава (электрум, медистое серебро и новая редкоземельнофосфатная фаза), которые в значительной степени следует рассматривать как новые синтезированные фазы. Последние отражают переход в результате термообработки рудных компонентов с нанометровой размерностью на более высокую (гранулометрический уровень), легко диагностируемую и выделяемую.
Значительная часть синтезированной меди связана с восстановлением тонкодисперсных вкраплений меднорудных минералов. Новые синтезированные фазы - это явные продукты стяжения в восстановительной среде изоморфно рассеянных рудных компонентов. Проведенный эксперимент позволил убедиться в технологической рациональности термической обработки исходной тонкодисперсной руды для выделения полезных компонентов.
Меднорудный потенциал верхнего девона кы-новского литокомплекса на Цилемской площади достаточно велик, причем нижний предел содержаний меди в рудоносной пачке составляет 1%, и, сле-
довательно, можно говорить о его промышленной значимости с учетом попутных компонентов этого литокомплекса по аналогии с Джезказганским месторождением. Вместе с тем мы находим здесь все признаки вулканического источника меди, что, несомненно, повышает перспективу открытия месторождения тонкодисперсных медных руд, требующих специфичной технологии выделения и разработки.
Работа выполнена в рамках проекта 09-Т-5-1012 “Развитие научных основ эффективных технологий глубокой и комплексной переработки труднообогатимых руд и углей” Программы ОНЗ РАН № 3.
Литература
1. Пирогов Б.И. В развитии нанотехнологий тонкодисперсного минерального сырья - будущее технологической минералогии / Вестник Института геологии Коми НЦ УрО РАН, Сыктывкар, 2008, №2. С. 12-17.
2. Кочетков О.С., Микитенко О.В., Филиппов В.Н. О результатах термической обработки медистых туфолав (река Цильма) // Материалы VIII научно-технической конф.; Ч.1. Ухта: УГТУ, 2008. С. 18-22.
3. Кочетков О.С. Древние коры выветривания базитов и связь с ними полезных ископаемых Канино-Тиманской провинции // Труды VII геологической конференции Коми АССР; Т. II. Сыктывкар, 1973. С. 330-333.
4. Заварицкий А.Н. Изверженные горные породы. М.: АН СССР, 1955. 480 с.
5. Кочетков О.С., Колониченко Е.В., Повон-
ский В.И., Филиппов В.Н. Минерагения меденосных формаций Тимана // Материалы XIV геологического съезда Республики Коми; T.II. Сыктывкар: Институт геологии Коми
НЦ УрО РАН, 2008. С. 282-284.
