УДК 622.7:620.183:549 Беспояско Т.В., к. г. н.

(ПАТ НДПІ «Механобрчормет») ОСОБЛИВОСТІ МІНЕРАЛЬНОГО СКЛАДУ ТА СИСТЕМАТИКА МІНЕРАЛІВ

ЛЕЖАЛИХ ХВОСТІВ ХВОСТОСХОВИЩА ШАХТИ «ПІВНІЧНА» ІМ. В.А.ВАЛЯВКА

Визначення цінності лежалих хвостів як залізорудної сировини та вибір оптимальної

технології їх збагачення, базуються на результатах дослідження їх мінерального складу, розміру мінеральних частинок, ступеню наближення складу мінеральних частинок до стану мономінеральності (показника розкриття мінералів), фізичних властивостей хвостоутворювальних і другорядних мінералів [1, 3].

Мінералогічні дослідження лежалих хвостів шахти «Північна» ім.В.А.Валявка виконувались за допомогою мінералогічного, хімічного, гранулометричного, напівкількісного спектрального, термогравіметричного, рентгенофазового та інших аналізів з використанням серійного обладнання і стандартних методів.

Головним рудним мінералом хвостів є гематит Fe2O3. Він, як свідчать результати диференційного термічного і рентгенофазового аналізу, в різній кількості присутній у складі всіх проб північної і південної зон хвостосховища.

Гематит, у складі матеріалу лежалих хвостів, представлений трьома морфогенетичними різновидами: мартитом, залізною слюдкою і дисперсним гематитом («гідрогематитом»).

Мартит найбільш поширений різновид гематиту: його середній вміст у складі хвостів становить близько 85% від загальної кількості гематиту. Максимальний вміст мартиту фіксується в північній частині хвостосховища, в безпосередній близькості від хвостозливної труби, яка була розташована між розвідувальними профілями 1 і 2. Внаслідок гравітаційної диференціації текучих хвостів, тут накопичувались найкрупніші, переважно, мономінеральні частинки мартиту.

Рідше спостерігаються зростки мартиту з реліктовим магнетитом і кварцом. В південному напрямку, з віддаленням від хвостозливу, вміст мартиту в складі лежалих хвостів поступово зменшується. В цьому ж напрямку, спостерігається зменшення розміру частинок мартиту.

Для агрегатів мартиту характерна округла, або полігональна форма (рис. 1, а), висока пористість [4, 7]. Частинки мартиту практично повністю (на 95-97%) розкриті (мономінеральні); зростки з кварцом фіксуються, переважно, в матеріалі з крупністю частинок понад 0,1 мм (рис. 1, б), кількість яких у складі хвостів не перевищує 1 мас.%.

а б

Рис. 1 – Морфологічні особливості агрегатів мартиту: а – частинки пористих мономінеральних агрегатів мартиту (біле); сіре – кварц; б – в центрі поля зору – зросток мартиту (біле) і реліктового магнетиту (світлосіре); в оточенні – декілька дрібних мономінеральних частинок магнетиту, залізної слюдки і мартиту. Відбите світло, без аналізатора, збільшення 35х.

Залізна слюдка – другий за поширенням мінеральний різновид лежалих хвостів: її середній вміст у складі хвостів становить близько 10%, від загальної кількості гематиту. Максимум поширення залізної слюдки, в порівнянні з максимумом поширення мартиту, дещо зміщений у південному напрямку, віддалений від точки положення хвостозливу на 50-70 м. На думку автора, це можна пояснити кращою плавучістю лускуватих кристалів залізної слюдки, в порівнянні з субізометричними агрегатами мартиту. В тонкозернистих хвостах нерудної зони хвостосховища вміст залізної слюдки перевищує вміст мартиту.

Залізна слюдка представлена двома морфологічними відмінами. Кількісно переважають крупні лускуваті, пластинчасті кристали (рис. 2, а), розмір яких за максимальним виміром коливається від 0,01 до 0,1 мм. Такі кристали характерні для згідних із шаруватістю або січних залізнослюдкових, кварц-залізнослюдкових, залізнослюдко-кварцових прожилків альпійського походження, які були присутні в гематитових рудах родовища. Друга відміна залізної слюдки характеризується значно меншим розміром лускуватих кристалів (за максимальним виміром 0,001-0,01 мм). Індивіди та лінзовидні, ниткоподібні агрегати залізної слюдки цієї відміни утворюють вкраплення в агрегатах кварцу (рис. 2, б), яким були складені нерудні прошарки низькокондиційних гематитових руд, а також вмісних залізнослюдко-мартитових, червоношаруватих мартитових кварцитів Валявкинського родовища.

Дисперсний гематит є найменш поширеним різновидом гематиту: його середній вміст у складі хвостів не перевищує 5% від загальної кількості гематиту. Максимуму кількість дисперсного гематиту досягає в низькозалізистих хвостах нерудної частини хвостосховища. Тут він присутній у вигляді дуже дрібних (розмір за максимальним виміром не перевищує 0,002 мм), лускуватих індивідів, а також, метаколоїдних прихованокристалічних агрегатів, які утворюють кірки на поверхні частинок кварцу, силікатів, і, спільно з каолінітом, входить до складу землистих агрегатів сурику, які надають хвостам рожевого, вишнево-червоного забарвлення. Плямисті, плівкові виділення сурику часто скріпляють рудні і нерудні частинки хвостів, утворюючи механічно нестійкі агрегати, які легко руйнуються при розмоканні, розминанні матеріалу хвостів [5].

а б

Рис. 2 – Морфологічні особливості індивідів і агрегатів залізної слюдки: а – пластинчасті кристали крупнокристалічної залізної слюдки (біле); біле пористе – мартит; сіре – кварц; темносіре – прихованокристалічні агрегати дисперсного гематиту й каолініту; б – дрібнокристалічні виділення залізної слюдки (біле) в гранобластових агрегатах кварцу (сіре); чорне – порожнини. Відбите світло, без аналізатора, збільшення 35х.

Магнетит FeFe2O4 представлений двома морфогенетичними різновидами. Кількісно

переважає реліктовий магнетит, який зберігся не заміщеним у процесі гіпергенної псевдоморфізації первинного магнетиту мартитом [6, 7]. Зазвичай, присутній у вигляді дрібних (до 0,03 мм) лінзовидних, ізометричних або складних за формою включень в агрегатах мартиту (рис. 3, а). Реліктовий магнетит просторово тяжіє до рудної зони хвостосховища. Магнетит другої відміни утворює порфіробласти в частинках різного складу сланців, які потрапили до рудної маси в процесі видобутку руди. Іноді спостерігаються мономінеральні уламки магнетиту (рис. 3, б). В зв’язку з цим, магнетит другої генерації зустрічається в усіх зонах хвостосховища: в межах рудної

зони – у вигляді мономінеральних частинок, в проміжній зоні – у вигляді включень у складі крупних агрегатів кварцу і силікатів; в нерудній зоні хвостосховища – у вигляді включень у дрібних частинках кварцового, кварц-силікатного та силікатного складу.

Індивіди і агрегати магнетиту другої відміни полігональні або ксеноморфні, розмір їх 0,01-0,05 мм. Нерідко в кристалах і агрегатах магнетиту спостерігаються пойкілобласти кварцу, інших нерудних мінералів.

а б

Рис. 3 – Морфологічні особливості індивідів і агрегатів магнетиту а – агрегат мартиту (біле) з включеннями індивідів реліктового магнетиту (світлосіре); сіре – кварц; чорне – порожнини; б – ксеноморфні мономінеральні частинки магнетиту (світлосіре). Відбите світло; без аналізатора; збільшення 35х.

Гідроксиди заліза (гетит α-FeOOH, дисперсний гетит («гідрогетит») FeOOH·nH2O,

лепідокрокіт γ-FeOOH) присутні в складі хвостів, переважно, у вигляді плівок, тонких прожилків у тонкозернистих рихлих агрегатах лежалих хвостів. Іноді спостерігаються у вигляді самостійних коломорфних агрегатів, концентрично-зональних утворень (рис. 4, а, б). Дисперсний гетит, спільно з каолінітом, входить також до складу землистих агрегатів вохр, які надають хвостам бурувато-жовтого забарвлення. Плівки вохри, як і сурику часто скріпляють рудні і нерудні частинки хвостів, надають хвостам характер механічно нестійких агрегатів, які механічно легко руйнуються при зволожуванні хвостів.

а б

Рис. 4 – Морфологічні особливості гідроксидів заліза а – коломорфний; б – концентрично-зональні агрегати гетиту (сіре); біле – мартит і залізна слюдка; темносіре – кварц; чорне – порожнини. Відбите світло; без аналізатора; збільшення 35х.

Кварц SiO2 – головний нерудний мінерал хвостів. Присутній у вигляді частинок

ізометричної, полігональної, кутуватої, форми (рис. 5, а). В багатих залізних рудах є реліктовим мінералом – продуктом неповного розчинення кварцу вихідних залізистих кварцитів у процесі рудогенезу. В дрібнозернистому матеріалі хвостів (розмір частинок до 0,1 мм) представлений, зазвичай, мономінеральними індивідами і агрегатами. Для більш крупнозернистого матеріалу

хвостів характерні зростки кварцу мартитом (рис. 5, б), залізною слюдкою, гетитом, а також з реліктовими силікатами (кумінгтоніт, біотит, хлорит, гранат (альмандин), магнезіорибекіт та ін.) і карбонатами (сидерит, сидероплезит, пістомезит, феродоломіт).

а б

Рис. 5 – Морфологічні особливості індивідів і агрегатів кварцу: а – мономінеральні (розкриті) частинки кварцу (темносіре); б – різні за формою і кількісним співвідношенням зростки кварцу і мартиту; Біле – мартит і залізна слюдка; світлосіре – магнетит; сіре – гетит; темносіре – кварц; чорне – порожнини. Відбите світло; без аналізатора, збільшення 35х.

В цілому, кварц на 95% розкритий, у зв’язку з чим, при збагаченні лежалих хвостів, його

відділення і скид до відходів збагачення можуть бути забезпечені без попереднього доподрібнення вихідного матеріалу. В незначній кількості (не більше 1% від загального вмісту мінералів групи кварцу) в складі лежалих хвостів присутні халцедон і опал. Обидва мінерали утворюють дрібні (до 0,05 мм) коломорфні агрегати або плівки товщиною до 0,03 мм в тонкозернистих агрегатах лежалих хвостів. Колір агрегатів, зазвичай, червонувато-бурий, бурувато-жовтий, що пояснюється присутністю в їх складі механічної домішки дисперсного гематиту і дисперсного гетиту.

Каолініт Al4[Si4O10](OH)8 – другий за поширенням після кварцу нерудний мінерал лежалих хвостів. Є продуктом гіпергенних змін глиноземвмісних силікатів (хлориту, біотиту, мусковіту, альмандину, стильпномелану та ін.). Утворює дуже дрібні (зазвичай, до 1 мкм) пластинчасті, лускуваті кристали. Кількість мінералу в складі хвостів помітно збільшується зі зниженням розміру часток хвостів у напрямку від північного, до південного борту хвостосховища, тобто, з віддаленням від хвостозливу.

Біотит K(Mg,Fe)3[AlSi3O10](OH,F)2 і гідробіотит K<1(Mg,Fe)3[AlSi3O10](OH,F)<2·nH2O відносно рідко зустрічаються в матеріалі лежалих хвостів, найбільш поширені в центральній і південній частинах хвостосховища. Гідробіотит є продуктом неповного вивітрювання біотиту. Обидва мінерали утворюють дрібні пластинчасті кристали розміром за максимальним виміром від 0,01 до 0,1 мм. Зазвичай, спільно з хлоритом, мусковітом, гранатом (альмандином), кварцом та іншими мінералами, входять до складу частинок рудовмісних сланців гданцівської і саксаганської світ, які потрапили до рудної маси в процесі розробки рудних покладів. Значно рідше в складі хвостів зустрічаються дрібні (до 0,05 мм) самостійні лускуваті частинки біотиту і гідробіотиту.

Мусковіт KAl2[AlSi3O10](OH)2 і гідромусковіт K<1Al2[AlSi3O10](OH)<2·nH2O – досить рідкісні мінерали в складі лежалих хвостів: практично відсутні в хвостах північної частини хвостосховища, підвищений вміст мають у його південній частині. Гідромусковіт є проміжною фазою при гіпергенному заміщенні мусковіту бейделітом, а потім каолінітом. Зазвичай, обидва мінерали представлені дрібними пластинчастими кристалами розміром за максимальним виміром від 0,01 до 0,1 мм, які в асоціації з індивідами і агрегатами кварцу, хлориту, біотиту, гранату (альмандину), ставроліту, хлоритоїду та інших мінералів входять до складу частинок рудовмісних сланців та інших гірських порід гданцівської світи. Іноді присутні у вигляді мономінеральних лускуватих частинок розміром до 0,05 мм.

Залізистий тальк (мінесотаїт) (Fe, Mg)Al4[Si4O10](OH)8 в незначній кількості присутній у складі лежалих хвостів південної зони хвостосховища. Представлений дрібними (до 0,05 мм)

лускуватими мономінеральними частинками, або входить до складу полімінеральних агрегатів спільно з беззалізистими карбонатами, кварцом, тонкозернистим гематитом.

Хлоритоїд Fe2Al2[Al2Si2O10](OH)4 представлений дрібними (до 0,08 мм) лускуватими і шкаралупуватими кристалами жовтуватого і зеленуватого кольору. Спільно з кварцом, хлоритом, біотитом входить до складу частинок сланців саксаганської і гданцівської світ, які потрапили до рудної маси в процесі видобутку руди.

Ставроліт FeAl4[SiO4]2О2(OH)2 присутній у вигляді дрібних (за максимальним виміром до 0,07 мм) стовпчастих, іноді неправильної форми кристалів, у складі частинок кварц-біотит-мусковітових сланців саксаганської світи.

Сидерит Fe[CO3], сидероплезит (Fe, Mg)[CO3] спостерігаються в складі частинок вмісних порід – хлорит-карбонат-магнетитових, магнетит-хлорит-карбонатних кварцитів, а також карбонат-кварц-хлоритових і близького складу сланців. Через прояв гіпергенних змін завжди частково заміщений дисперсним гетитом, у зв’язку з чим має бурувате, сірувато-жовте забарвлення.

Кальцит Ca[CO3] характеризується незначним поширенням у матеріалі лежалих хвостів. Фіксується, переважно, в центральній і південній частинах хвостосховища. Зустрічається, головним чином, у складі кірок, рихлих стяжінь, які спільно з опалом, халцедоном, каолінітом та іншими мінералами утворюють механічно слабкий епігенетичний цемент лежалих хвостів. Утворює також дрібні (до 0,05 мм) призматичні, таблитчасті, пластинчасті кристали в складі частинок гематитових руд, залізистих кварцитів і сланців. Характеризується молочно-білим, сіруватим, жовтуватим кольором.

Апатит Ca5[PO4]3(F,Cl) – один з акцесорних мінералів лежалих хвостів. Зустрічається, переважно, у вигляді субідіоморфних стовпчастих, рідше – ксеноморфних субізометричних індивідів. Присутний також у складі відносно крупних (понад 0,1 мм) частинок сланців саксаганської і гданцівської світ.

ВИСНОВКИ:

Всього, в складі лежалих хвостів, були виявлені 46 мінералів і мінеральних різновидів, які

відносяться до класів силікатів, оксидів і гідроксидів, карбонатів, сульфатів, фосфатів, сульфідів, простих речовин.

За результатами власних мінералогічних досліджень лежалих хвостів, а також, з урахуванням даних попередніх дослідників, мінерали відходів збагачення, накопичених у хвостосховищі, були систематизовані [2, 3]. Матеріал лежалих хвостів представлений мінералами 7 класів, 41 мінеральним видом і 5 різновидами мінералів.

За поширенням, у складі хвостів, усі мінерали і мінеральні різновиди можливо розділити на наступні п’ять груп:

– хвостоутворювальні мінерали – вміст яких у складі хвостів перевищує 5 мас.%. До них у складі хвостів північної зони хвостосховища відносяться кварц і гематит, а в складі хвостів його південної частини – каолініт;

– другорядні мінерали – вміст у межах від 1 до 5 мас.%; ця група в межах північної зони хвостосховища включає магнетит, гетит, а в межах південної – дисперсний гематит, дисперсний гетит;

– рідкісні мінерали – вміст від 0,1 до 1 мас.%; до цієї групи мінералів входять опал, халцедон, кумінгтоніт, біотит, хлорит, бейделіт, кальцит; переважна кількість цих мінералів характерна для південної частини хвостосховища;

– дуже рідкісні мінерали – вміст у межах від 0,01 до 0,1 мас.%; мінералами цієї групи є графіт, лепідокрокіт, магнезіорибекіт, мусковіт, залізистий тальк, сидерит, арагоніт та ін. – також, головним чином, компоненти хвостів південної зони хвостосховища;

– акцесорні мінерали – вміст у складі хвостів не перевищує 0,01 мас.%; ця група мінералів включає золото, пірит, піротин, циркон, турмалін, ільменіт та ін., які просторово тяжіють до північної частини хвостосховища.

ЛІТЕРАТУРА: 1. Беспояско Т.В. Особливості нагромадження і мінеральний склад відходів збагачення гематитових руд шахти «Північна» рудника ім. В.А.Валявка (Криворізький басейн) // Записки Українського мінералогічного товариства. Том 8. – К., 2011. – С. 11-14. 2. Гершойг Ю.Г. Генезис руд Кривого Рога // Геология и генезис руд Криворожского железорудного бассейна. – К: Изд. АН УССР, 1955. – С. 86-99. 3. Евтехов В.Д. Альтернативная минерально-сырьевая база железорудных месторождений Кривбасса. Разработка рудных месторождений // Кривой Рог: Криворожский технический университет, 1997 г. – С. 121-125. 4. Корнилов Н.А. К вопросу о сущности мартитизации магнетита в железисто-кремнистых формациях докембрия // Записки Всесоюзного минералогического общества, 1968. – №4. – С. 417-430. 5. Малых В.М. Генезис дисперсного гематита в железистых кварцитах докембрия // Минералогический сборник.– 1980.– №34.– Вып. 2.– С. 76-79. 6. Рамдор П. Рудные минералы и их срастания.- М.: Изд. ин. лит-ры, 1962. – 1132 с. 7. Юрк Ю.Ю. Процеси мартитизації і утворення мартиту в породах і рудах Кривого Рогу // Матеріали з мінералогії України. Труди Інституту геологічних наук АН УРСР. – К.: Вид. АН УРСР, 1960. – Вип. 6. – С. 58-80.