Загальна характеристика роботи

Суть і стан наукової проблеми. Мінерально-сировинна база Інгулецького гірничо-збагачувального комбінату (ІнГЗКу), розташованого на південному фланзі Криворізького залізорудного басейну, характеризується значними коливаннями мінералогічних і технологічних показників бідних залізних руд. В стратиграфічному відношенні руди відносяться до п’яти залізистих горизонтів, що є унікальним для гірничозбагачувальних комбінатів не тільки Кривбасу, продуктивні товщі яких складають, переважно, один-два залізисті горизонти, але й інших залізорудних регіонів планети. Різноманітність геологічної позиції рудних покладів обумовлює широкі межі коливань мінерального і хімічного складу, структурних, текстурних характеристик і, як наслідок, технологічних показників збагачення бідних залізних руд родовища.

Всі руди, які видобуваються і збагачуються комбінатом, відносяться до одного класу бідних магнетитових руд — магнетитових кварцитів. Але протягом останніх років розпочато активне вивчення можливості залучення до експлуатації руд нового для родовища класу — бідних гематитових руд (гематитових кварцитів) — продукту гіпергенних змін магнетитових кварцитів. Їх експлуатація потребує поглибленого вивчення геологічної будови рудних покладів, мінерального складу, структурно-текстурних показників руд, розробки з використанням мінералогічних даних нової для комбінату технології одержання залізорудного концентрату.

Найбільшим поширенням гематитові кварцити користуються у розрізі п’ятого (за традиційною для родовища стратиграфічною схемою) залізистого горизонту, в зв’язку з чим він розглядається як основний поклад бідних гематитових руд — сировини для виробництва гематитового концентрату. Цим обумовлений вибір автором дисертації п’ятого залізистого горизонту як основного об'єкту дослідження так званих «окислених» залізистих кварцитів родовища.

Актуальність теми. Тема дисертаційної роботи є актуальною у теоретичному і прикладному відношеннях. З позицій теоретичної мінералогії актуальність теми визначається важливістю дослідження топомінералогії кори вивітрювання саксаганської світи Інгулецького родовища для встановлення закономірностей коливань у її розрізі вмісту породоутворюючих і другорядних мінералів, їх морфологічних ознак, характеру їх просторових і генетичних взаємовідношень тощо. Актуальність дисертації у прикладному відношенні визначається можливістю використання одержаних даних для обгрунтування нової стратиграфічної схеми верхньої частини розрізу саксаганської світи родовища, а також для кількісної і якісної оцінки бідних гематитових руд, що є основою для розробки ефективної схеми технології їх збагачення з метою одержання високоякісного гематитового концентрату.

Зв’язок роботи з науковими програмами. Дисертаційна робота виконувалась у відповідності з Регіональною науковою програмою дослідження альтернативної мінерально-сировинної бази Криворізького залізорудного басейну, яку протягом останніх 10 років проводить Криворізький технічний університет (КТУ), згідно з Програмою наукової співпраці геологічної служби ІнГЗКу і кафедри мінералогії і збагачення корисних копалин КТУ, а також у відповідності з програмами госпдоговірних і держбюджетних науково-дослідних робіт.

Мета і задачі дослідження. Мета дисертаційної роботи полягає у визначенні закономірностей топомінералогії кори вивітрювання залізистих і сланцевих горизонтів саксаганської світи Інгулецького родовища як основи для розробки її нової стратиграфічної схеми і для оцінки якості гіпергенно змінених залізистих кварцитів родовища (в першу чергу, верхньої частини розрізу саксаганської світи) як залізорудної сировини, необхідної для виробництва високоякісного гематитового концентрату.

Досягненню мети сприяло вирішення наступних основних задач: 1) мінералогічна зйомка і мінералогічне опробування гіпергенно змінених залізистих порід саксаганської світи родовища і особливо детальне проведення таких робіт для вивітрених бідних залізних руд п’ятого залізистого горизонту; 2) мінералогічне і мінералого-геохімічне вивчення залізистих кварцитів і сланців, представлених відібраними пробами; 3) узагальнення одержаних автором і фондових мінералогічних даних, розробка класифікації мінералів кори вивітрювання залізистих порід; 4) уточнення з використанням літературних і фондових даних основних закономірностей топомінералогії продуктивної товщі Інгулецького родовища, визначення особливостей топомінералогії конкретних залізистих і сланцевих горизонтів; 5) визначення закономірностей варіацій мінерального складу, морфології індивідів рудних мінералів, структури і текстури залізистих кварцитів і сланців дослідженої товщі; 6) виявлення мінералогічних відмінностей у складі пачок, які формують розріз п’ятого залізистого горизонту, обгрунтування розділення його на три самостійних стратиграфічних горизонти — п’ятий, шостий залізисті і шостий сланцевий; 7) встановлення закономірностей зміни вмісту в корі вивітрювання бідних залізних руд родовища сульфідів як основної шкідливої домішки руд;

Об'єктом дослідження у дисертаційній роботі є мінерали і мінеральні комплекси гіпергенно змінених залізистих кварцитів (бідних гематитових руд) і сланців продуктивної саксаганської світи Інгулецького родовища.

Предметом дослідження є топомінералогія кори вивітрювання залізорудної товщі Інгулецького родовища, головну увагу в дисертаційній роботі приділено топомінералогічним особливостям верхньої частини розрізу саксаганської світи, яка розглядається як основний поклад бідних гематитових руд родовища.

Методами дослідження, якими користувався автор, були наступні: макроі мікроскопічний мінералогічні, мікрокристаломорфологічний, електронномікроскопічний, мінералого-генетичний, онтогенічний, топомінералогічний, гранулометричний у його мікроскопічному варіанті, повний хімічний силікатний і фазовий аналіз заліза. Крім того використовувались численні допоміжні методи і методики: мінералогічного опробування, мікрофотографічний, статистичні методи обробки мінералогічної інформації, апробовані і оригінальні методи комп’ютерного збору інформації, її обробки і аналізу, графічних робіт, оформлення дисертаційної роботи.

Наукова новизна одержаних результатів. Автор одержав наступні результати, які визначають наукову новизну дисертаційної роботи: 1) внесені корективи і уточнення до існуючої топомінералогічної схеми продуктивної товщі родовища; 2) розроблена систематика мінералів кори вивітрювання залізорудних утворень; 3) досліджені умови формування рудо-, породоутворюючих, другорядних і акцесорних мінералів гіпергенно змінених залізистих кварцитів і сланців; 4) укладені узагальнені характеристики мінералів, які входять до складу вивітрених залізистих кварцитів і сланців родовища; 5) визначені основні закономірності варіацій вмісту рудоі породоутворюючих мінералів, морфології їх індивідів і агрегатів, а також структурних і текстурних показників бідних гематитових руд і сланців у межах дослідженого розрізу; 6) розроблено модель трансформування в процесі гіпергенних змін аутигенно-метаморфогенної мінералогічної зональності залізистих і сланцевих горизонтів на гіпергенну; 7) досліджені особливості мінералогічної зональності кори вивітрювання п’ятого залізистого горизонту, в межах якого локалізовані основні запаси бідних гематитових руд родовища; 8) зроблене мінералогічне обгрунтування нової стратиграфічної схеми продуктивної саксаганської світи Інгулецького родовища; 9) виявлені особливості розподілу у розрізі кори вивітрювання залізорудної товщі сульфідів — основної шкідливої домішки залізних руд родовища; 10) складена узагальнену характеристику бідних гематитових руд Інгулецького родовища як сировини для виробництва високоякісного залізорудного концентрату.

Основні наукові положення, які захищаються у дисертаційній роботі.

• 1. Формування гіпергенної зональності залізорудної товщі Інгулецького родовища відбувалось у природній системі, яка мала аутигенно-метаморфогенну мінералогічну зональність. Зміни мінерального складу залізистих кварцитів і сланців, які є наслідком взаємодії двох мінералогічних тенденцій — збереження первинної зональності залізистих і сланцевих горизонтів і формування мінеральних парагенезисів, типоморфних для нових термодинамічних умов, — обумовили особливості гіпергенної мінералогічної зональності стратиграфічних горизонтів саксаганської свити. Її характерною рисою є закономірна зміна наступних мінеральних різновидів руд і порід у напрямку від центру залізистого до центру сланцевого горизонту: кварцит мартит-залізнослюдковий > кварцит залізнослюдко-мартитовий > кварцит мартитовий > кварцит дисперсногематит-мартитовий > кварцит мартит-дисперсногематитовий з каолінітом > сланець кварц-дисперсногематитовий з каолінітом > сланець каолініт-кварц-дисперсногематитовий > сланець дисперсногематит-кварц-каолінітовий.
• 2. Різний ступінь досконалості прояву первинної аутигенно-метаморфогенної мінералогічної зональності залізистих і сланцевих горизонтів обумовив різну повноту прояву їх гіпергенної мінералогічної зональності. Найбільш досконала вона у розрізах другого і четвертого залізистих горизонтів, де відсутні тільки мартит-залізнослюдкові кварцити, а також першого і другого сланцевих горизонтів, у розрізах яких відносно рідко спостерігаються лише високоглиноземисті дисперсногематит-кварц-каолінітові сланці. Для інших стратиграфічних горизонтів, які мають вироджену аутигенно-метаморфогенну мінералогічну зональність, відмічається випадання з розрізів 2−3 мінеральних різновидів гіпергенно змінених бідних залізних руд і порід. П’ятий сланцевий горизонт за особливостями мінералогічної зональності є ближчим до залізистих горизонтів.
• 3. П’ятий залізистий горизонт саксаганської світи, в межах якого кора вивітрювання залізистих кварцитів найбільш потужна (до 300 м) і який розглядається як основний поклад бідних гематитових руд родовища, за даними мінералогічного картування, чітко розділяється на три самостійних пачки 1) нижню, яку складають залізнослюдко-мартитові і мартитові кварцити; 2) проміжну, складену 3−4 пластами різного складу сланців, які чергуються з 2−3 пластами низькокондиційних залізнослюдко-мартитових і мартитових кварцитів; 3) верхню, складену залізнослюдко-мартитовими і мартит-залізнослюдковими кварцитами. Бідні гематитові руди нижньої і верхньої пачок суттєво відрізняються за мінеральним і хімічним складом, структурою, текстурою, крупністю кристалів мартиту і залізної слюдки, особливостями їх зростання з кристалами і агрегатами кристалів інших породоутворюючих і другорядних мінералів руд — показниками, які обумовлюють різну здатність руд цих двох пачок до збагачення. Результати топомінералогічних досліджень підтверджують необхідність прийняття розробленої за участю автора дисертації нової стратиграфічної схеми саксаганської світи родовища, за якою нижня пачка виділяється в якості власне п’ятого залізистого горизонту, проміжна — шостого сланцевого, а верхня — шостого залізистого горизонту.

Практичне значення одержаних результатів полягає у: 1) розробці на основі одержаних мінералогічних даних нової стратиграфічної схеми верхньої частини розрізу саксаганської світи Інгулецького родовища; 2) детальному мінералогічному вивченні гематитових кварцитів як залізорудної сировини; 3) розробці узагальнених мінералогічних характеристик виявлених мінеральних різновидів руд і складених ними стратиграфічних горизонтів, що може бути використане для розробки ефективної схеми збагачення бідних гематитових руд родовища; 4) виявленні особливостей розподілу сульфідів — основної шкідливої домішки залізних руд родовища у корі вивітрювання верхньої частини розрізу саксаганської світи. Результати досліджень впроваджуються у виробництво на IнГЗКу при геологічному, мінералогічному і мінералого-технологічному картуванні покладів бідних гематитових руд Інгулецького родовища, а також при розробці оптимальної технології їх збагачення.

Особистий внесок здобувача. Автор у період підготовки і написання дисертації виконав наступні роботи: 1) мінералогічне картування і детальне мінералогічне опробування вибоїв кар'єру ІнГЗКу, у яких відслонені гіпергенно змінені залізисті кварцити і сланці (частково — у співробітництві з працівниками геологічної служби ІнГЗКу і науковими співробітниками КТУ); 2) збір, узагальнення і аналіз літературних і фондових даних з питань теоретичної і прикладної мінералогії вивітрених бідних залізних руд Інгулецького родовища і Криворізького басейну в цілому; 3) мінералогічне вивчення вивітрених відмін залізистих кварцитів і сланців, виявлення закономірностей зміни у їх складі вмісту рудоутворюючих, другорядних і акцесорних мінералів; 4) дослідження топомінералогії залізистих і сланцевих горизонтів саксаганської світи родовища, розробка топомінералогічної схеми верхньої частини розрізу саксаганської світи; 5) розробка систематики мінералів кори вивітрювання залізистих кварцитів і сланців родовища; 6) вивчення кількісних, просторових і вікових співвідношень мінералів, морфології і анатомії їх індивідів і агрегатів, виконання мікрофотографічних робіт з використанням оптичних і електронного мікроскопів, складання детальних описів мінералів; 7) мінералогічне обгрунтування уточненої стратиграфічної схеми верхньої частини розрізу саксаганської світи родовища; 8) дослідження якісних і кількісних мінералогічних характеристик вивітрених залізистих кварцитів як бідних гематитових руд, у тому числі виявлення закономірностей розподілу в межах дослідженого розрізу сульфідів як основної шкідливої домішки руд; 9) складання узагальненої мінералогічної характеристики бідних гематитових руд, яка може бути використана для розробки оптимальної схеми їх збагачення.

Апробація результатів дисертації. Результати досліджень, що висвітлюють основний зміст дисертаційної роботи, були представлені на ІІ Регіональній науковій конференції «Cучасні проблеми геології і мінералогії залізисто-кременистих і вміщуючих їх формацій» (Кривий Ріг, 11−14 жовня 1997 р.), на ІІ Міжнародній науковій конференції студентів, аспірантів і молодих вчених ім. академіка М. А. Усова «Проблемы геологии и освоения недр» (Томськ, 6−11 квітня 1998 р.), на Науково-практичній конференції «Основные направления развития горнопромышленного комплекса (ГПК) Украины в условиях перехода к рыночной экономике» (Кривий Ріг, 15−16 жовтня 1998 р.), на ІІІ Регіональній конференції «Геологія і мінералогія рудних районів» (Кривий Ріг, 15−16 квітня 1999 р.), на Науково-технічній конференції «Актуальные проблемы геологии и рационального природопользования» (Дніпропетровськ, 5−7 травня 1999 р.), на ІІ Науковій конференції «Нестеренківські читання» (Дніпропетровськ, 27−29 червня 2001 р.), на ІV Регіональній науковій конференції «Проблеми геології і мінералогії залізисто-кременистих формацій Криворізького басейну» (Кривий Ріг, 24 квітня 2001 р.), на Міжнародному конгресі «Якість в Україні - 2001» (Київ, 5−8 листопада 2001 р.), на Науково-практичній конференції «ІТ-стратегія в системі управління підприємствами і холдингами» (Москва, 1 березня 2002 р.), на Науково-технічній конференції «Проблемы развития Криворожского железорудного бассейна» (Кривий Ріг, 12−13 грудня 2002 р.), а також на щорічних науково-технічних конференціях Криворізького технічного університету (1995;2002 рр.) і численних технічних радах Інгулецького гірничозбагачувального комбінату (1994; 2003 рр.).

Публікації. За матеріалами дисертаційної роботи автором були опубліковані 10 робіт, в тому числі 1 одноосібно; з них у фахових виданнях 7 робіт.

Структура і об'єм дисертацйної роботи. Робота складається з вступу, шести розділів, які містять 51 рисунок і 2 таблиці, списку літератури обсягом 293 назви і 14 додатків; повний обсяг дисертації 228 стор., текстова частина дисертаційної роботи викладена на 102 стор.

На всіх етапах виконання досліджень автор користувався допомогою і консультаціями головних геологів ІнГЗКу Л.П.Панової і С.О.Чупрія, головного збагачувальника комбінату А.Д.Юртаєвої, інженерів-геологів Е. О. Беспояска, І.А.Копертєхіна.

Велику допомогу консультаціями, обговоренням одержаних автором результатів, порадами у визначенні методів їх обробки, узагальнення, аналізу тощо автору дисертації надали провідні геологи-науковці кафедр мінералогії і збагачення корисних копалин і загальної геології і розвідки родовищ корисних копалин КТУ доктори геолого-мінералогічних і геологічних наук професори Б.І.Пирогов, В. М. Трощенко, І.С.Паранько, А.І.Каталенець В. Я. Легедза, кандидати геолого-мінералогічних і геологічних наук доценти Г. Я. Смирнова, О.М.Трунін, Є.В.Євтєхов, В. В. Стеценко, наукові співробітники Л. М. Ковальчук, І.А.Федорова, Г. А. Пирогова, Є.В.Шостак, А. П. Шмагайлова, О.І.Гончаров, Л. О. Виговська Н.А.Єфременко, В. В. Мядзель, Д. М. Меньшиков, Ю. М. Бублик, Л.П.Мосінцова.

Автор користувався також допомогою співробітників Державного науково-дослідного гірничорудного інституту (м. Кривий Ріг) кандидата геолого-мінералогічних наук доцента Ю. Л. Ахкозова, кандидатів геологічних наук О. Ю. Грицай, І.Ю.Петрусенко і Науково-дослідного і проектного інституту «Механобрчормет» (м. Кривий Ріг) кандидатів геолого-мінералогічних наук Ю. Л. Грицая і М. В. Педана.

Значну допомогу у визначенні спрямування мінералогічних досліджень автора, обговоренні їх результатів, підготовці публікацій і дисертаційної роботи автору надав завідувач кафедри мінералогії і збагачення корисних копалин КТУ доктор геолого-мінералогічних наук професор Валерій Дмитрович Євтєхов.

Всім названим колегам автор дисертації щиро вдячний.

Автор висловлює також почуття щирої подяки своєму науковому керівникові кандидату геолого-мінералогічних наук професору Віталію Миколайовичу Тарасенку.