Изучение пространственного распределения рудных минералов, выделение типов руд и составление минералого-технологических карт
Как уже отмечалось, практически почти на всех месторождениях в отдельных участках хотя бы в какой-то степени меняется минеральный состав, так что удается наметить определенную горизонтальную и вертикальную зональность, которая выражается в закономерной смене различных рудных минералов, изменении количественных соотношений между ними и породообразующими, иногда в смене минеральных форм одних и тех же рудных элементов, изменении структур и текстур руд, размеров рудной вкрапленности, появлении в минералах различных элементов-примесей. Естественно, что руды из различных участков месторождений будут себя по-разному вести в технологическом процессе.
В настоящее время принято выделять по минеральному составу определенные типы руд на основании предварительных технологических исследований представительных лабораторных проб (массой от 1 до 3—5 т) этих типов и проводить полупромышленные испытания на одной (если все типы руд могут быть переработаны по одной схеме) или двух, реже трех средних пробах большой массы (до 1000 т и более). По существующим требованиям ГКЗ средняя проба должна быть представительной как по минеральному составу, так и по содержанию всех полезных компонентов. На этой пробе и получают все технологические показатели, которые закладывают в кондиции и принимают при проектировании горнорудных предприятий.
Но как бы квалифицированно ни производился отбор средней пробы, она все же никогда не будет представлять полностью руду всего месторождения, поскольку на фабрику в различное время будет поступать руда с различных участков, которая всегда будет чем-то отличаться от «средней». Поэтому любая технологическая схема в процессе работы фабрики всегда требует определенной доработки, и по мере поступления руды с более глубоких горизонтов или с флангов месторождения технологию приходится видоизменять, «дорабатывать» применительно к изменению состава руды. Этот процесс происходит крайне болезненно, поскольку любое изменение состава руды и ее технологических свойств приводит к резкому понижению извлечения и, соответственно, к невыполнению планов выпуска концентратов или конечного продукта передела.
Для преодоления этих трудностей и необходимо выявление пространственного распределения различных типов руд и их количественного соотношения, другими словами, установление пространственной изменчивости минерального состава руд, структурно-текстурных особенностей и в конечном итоге их технологических свойств, что можно сделать только путем проведения детального минералогического объемного картирования, составления минералогических (или минералого-петрографических) и минералого-технологических карт и разрезов.
В этой связи возникают многочисленные вопросы, в частности, на какой стадии геологоразведочных работ следует проводить такое картирование, в каком масштабе его необходимо осуществлять, чем должны отличаться минералогические карты от обычных геологических, должны ли они составляться одновременно или в какой-то последовательности, каковы соотношения минералогического картирования и технологического, на каких пробах должно проводиться минералогическое картирование и т.п. Дать всеобъемлющие ответы на все эти вопросы в настоящее время еще трудно по двум причинам: каждый тип месторождения требует своих собственных подходов и пока еще накоплен весьма небольшой опыт составления подобного рода карт. Однако ряд положений при этом представляется несомненным.
1. Минералогические исследования должны проводиться на протяжении всего периода оценки и эксплуатации месторождения.
2. До картирования по отдельным штуфным образцам, их протолочкам и коренным выходам должен быть установлен основной минеральный состав руд, выявлены главнейшие рудные минералы и намечены стадии процесса минералообразования. На этом этапе изучения, который отвечает предварительной разведке, необходимо решить следующие вопросы:
— какие полезные компоненты следует ожидать на данном месторождении (по аналогии с другими месторождениями данного типа), выявлены ли они все, каковы минеральные формы их нахождения?
— какие компоненты являются основными, определяющими само месторождение, а какие попутными?
— заключен ли рудный элемент только в одном основном минерале или в нескольких, если в нескольких, то каковы их соотношения?
— каковы главнейшие парагенетические ассоциации, сопутствующие каждому рудному минералу, и их взаимоотношения, образовалось ли месторождение в одну стадию или в несколько разобщенных стадий?
— если месторождение сформировалось в одну стадию, то можно ли в его пределах выделить различные минеральные парагенезисы, образование которых обусловлено влиянием различных вмещающих пород, развитием метасоматоза по разному субстрату, проявлением метасоматической зональности, эманационными процессами, интенсивным проявлением тектоники и другими факторами, а для осадочных месторождений — фациальностью процессов отложения?
— слагают ли минеральные парагенезисы каждой стадии процесса (при многостадийном формировании месторождения) или каждой фации самостоятельные участки, зоны, рудные тела, которые можно отдельно выделять и картировать, или же это сделать невозможно?
— можно ли предполагать существование на месторождении определенной вертикальной и горизонтальной зональности, будет ли происходит с глубиной смена оруденения, появятся ли новые полезные компоненты или, если одни и те же рудные минералы будут прослеживаться на значительную глубину, то изменится ли их состав?
— какие существуют на месторождении вредные компоненты и минералы, присутствие которых в концентрате сделает его некондиционным, от которых надо всячески избавляться?
— насколько широко на месторождении развиты гипергенные процессы — кора выветривания и зона окисления, носят ли они площадной или линейный характер? Можно ли в пределах коры выветривания и зоны окисления наметить определенную вертикальную зональность, какие выделяются зоны, насколько они мощны и можно ли их расчленять?
На основании проработки всех указанных вопросов решается вопрос о возможности и целесообразности выделения различных по минеральному составу типов руд, а также составляются легенда и эталонная коллекция для проведения картирования.
3. Для различных месторождений приходится составлять разные типы карт. В тех случаях, когда на месторождении можно выделить несколько минеральных парагенезисов, с которыми ассоциируются различные рудные минералы, составляются минералого-петрографические карты, т. е. картируются минеральные парагенезисы, как это и предлагают делать Б. М. Роненсон, В. М. Ройзенман и Н. А. Ортенберг (1976 г.) при детальном геологическом картировании. В этом случае минералогическое картирование фактически совмещается с детальным геологическим, при этом выделяемые минеральные парагенезисы (характеризующие отдельные стадии или фации процесса), содержащие разные рудные минералы, и представляют фактически минеральные типы руд.
Примером таких карт являются детальные карты, составленные для ряда карбонатитовых массивов, на которых карбонатиты расчленены по разновозрастным минеральным парагенезисам. Так, выделяются авгит-диопсид-биотит-кальцитовые карбонатиты I безрудной стадии, пирохлоровые с апатитом, бадделеитом и циркелитом диопсид-флогопит-кальцитовые карбонатиты II стадии, гатчеттолитовые с апатитом, бадделеитом флогопит-форстерит-кальцитовые карбонатиты, часто с пегматоидной структурой II стадии, флогопит-амфибол-кальцитовые с мелкозернистым пирохлором карбонатиты III стадии, бастнезитовые с монацитом, флюоритом и сульфидами анкеритовые карбонатиты IV стадии, а также анкеритизированные кальцитовые карбонатиты с колумбитизированным пирохлором и альбититы с гатчеттолитом, образующиеся по вмещающим породам и нефелиновым сиенитам на фронте развития карбонатитов II стадии. Естественно, что все выделенные карбонатиты, за исключением карбонатитов I стадии, представляют различные по минеральному составу, оруденению и структурно-текстурным особенностям минеральные типы руд. Составленные карты, на которых выделены карбонатиты различных стадий, являются геологическими и в то же время минералого-петрографическими.
Однако на месторождениях не всех типов удается расчленить рудоносные породы, если они содержат несколько рудных минералов, отличающихся по своим технологическим свойствам. В этом случае приходится составлять карты распределения отдельных рудных минералов. Так, на Тырныаузском вольфрамо-молибденовом скарновом месторождении наряду с шеелитом появляется и молибдошеелит, который ведет себя в процессе флотации по-иному, чем шеелит. Для горно-обогатительной службы крайне важно было знать, как распределяется на месторождении молибдошеелит. Если учесть, что оба минерала образуют мелкую вкрапленность и отличаются друг от друга только по содержанию молибдена, то эта задача представлялась крайне трудной, но она была блестяще решена О.В. Кононовым, С.М. Граменицким и С.М. Ключаревой (1975 г.) на основе использования зависимости цвета люминесценции шеелита от содержания в нем молибдена. Таким образом, по люминесценции образцов были выделены и в пространстве гео-метризированы участки с молибдошеелитом.
Можно привести и другой пример. В пределах железорудного месторождения, представленного кальцит-форстерит-апатит-магнетитовыми рудами, связанными с ультраосновными — щелочными породами, выявлено танталовое оруденение, представленное гатчеттолитом и циркелитом. Оба минерала встречаются совместно, но соотношение их сильно варьирует от чисто гатчеттолитовых руд до существенно циркелитовых. Более дробно расчленить породы не представляется возможным. Гатчеттолит, вследствие того что образует хорошо выраженные октаэдры, при дроблении легко вскрывается, а пластинчатый циркелит оказывается постоянно в сростках. Поэтому в участках развития преимущественно циркелита не удается получить удовлетворительного извлечения. В этом случае необходимо составлять карты распределения гатчеттолита и циркелита. Такие карты и разрезы можно составлять, используя корреляционные зависимости между содержаниями гатчеттолита и урана, циркелита и тория, а также по урану-ториевому отношению, определяемому гамма-спектральным методом.
Основным рудным минералом месторождений олова всегда считался касситерит. Изучение руд Средней Азии выявило многообразие оловянной минерализации, представленной не только касситеритом и станнином, но и варламовитом и гидростаннатом. Высокая степень дисперсности двух последних минеральных форм делает их недоступными для обнаружения оптическим микроскопом, а индивидуальность свойств и высокие содержания в породе требуют не только учета указанных минеральных форм нахождения олова, но и разработки особых схем технологической переработки этих новых видов оловянного минерального сырья.
Для некоторых месторождений, помимо основных рудных минералов, приходится определять и наличие мешающих, вредных для технологии минералов. Так, при картировании месторождений, представленных окварцованными, серицитизированными и хлоритизированными гранофирами с полиметаллически-редкометальной минерализацией, крайне важно знать количество в рудах спорадически появляющегося сидерита и его пространственное распределение, поскольку он попадает в рудный концентрат, и при спекании его с содой и последующем выщелачивании образуется большое количество окислов и гидроокислов железа, мешающих нормальному технологическому процессу.
Переработка редкоземельных концентратов, условия их спекания (температура, количество добавляемой соды, время спекания), процент извлечения редкоземельных элементов определяются не столько минеральной формой нахождения редкоземельных элементов, сколько содержанием в концентрате пирита, флюорита, кварца, сидерита, соотношение которых определяет вскрываемость рудных минералов и поведение редкоземельных элементов в самом гидрометаллургическом процессе.
При разработке месторождении, представленных редкометальными гранитами с танталовым оруденением, необходимо знать количество и распределение также спорадически встречающегося вольфрамита, поскольку он попадает в один концентрат с колумбит-танталитом.
Помимо выявления состава и количества полезных рудных и вредных минералов, а также общего минерального состава породы, крайне важно знать размер рудной вкрапленности и закономерности его изменения в пространстве, поскольку извлечение в концентрат зависит не только от минерального состава, но и от размера рудных зерен.
Для более сложных месторождений не исключена необходимость совмещения обоих типов карт—минералого-петрографических и собственно минералогических, когда необходимо выделять различные минералого-петрографическне разности рудоносных пород, а в пределах отдельных разностей выявлять закономерности распределения рудных минералов.
4. Масштаб составления минералогических карт определяется теми целями, ради которых проводится картирование, масштабностью месторождения и изменчивостью распределения полезных компонентов, т. е. группой классификации месторождений, принятой для подсчета запасов ГК3. Для месторождений первой группы он может быть 1 : 10 000 и 1 : 5 000, для третьей группы— 1 : 1000 и даже 1 : 500. В отдельных случаях целесообразно минералого-петрографические карты составлять в более мелком масштабе (1 -.5000, 1 :2000), чем карты распределения рудных минералов в пределах одной минералого-петрографической разности (1 :1000 или 1 :500).
5. При проведении минералогического картирования очень важно, чтобы его результаты можно было использовать для технологической оценки месторождений. Еще в 1945 г. И.В. Шманенков предложил перейти на микротехнологические методы испытания минерального сырья. Эти идеи были развиты Г.А. Коцом, который предложил проводить исследования обогатимости руд непосредственно в полевых условиях на малообъемных пробах с помощью микрообогатительной аппаратуры типа МОЛМ, разработанной этим исследователем и испытанной им совместно с Е.Г. Разумной [18]. Малообъемное технологическое опробование и картирование включает комплекс исследований по изучению пространственной изменчивости вещественного состава, физико-механических и технологических свойств руд, осуществляемый на значительном (десятки-сотни) числе малых по массе технологических проб, в роли которых могут выступать групповые разведочные пробы массой до 50 кг, отобранные по кернам скважин или бороздам при проходке горных выработок. Оно проводится на этапе детальной разведки, когда уже определились основные типы руд и по типовым представительным пробам разработаны принципиальная схема и режим обогащения. По малообъемным групповым пробам, взятым равномерно по разведочной сети, проверяется эта схема обогащения и выявляется изменчивость технологических свойств руды из различных участков и горизонтов месторождения. Пространственная привязка получаемых по этим малым пробам показателей, увязанных с минеральным составом, позволяет выделить и оконтурить в пространстве различающиеся по обогатимости технологические сорта руд, что крайне важно как для отбора представительных проб для полупромышленных испытаний, так и для подсчета запасов и повышения качества проектирования ГОКов.
Естественно, если составлена минералогопетрографическая карта и намечены площади локализации различных минеральных типов, то малообъемные технологические пробы можно распределять не «вслепую» по сетке, а разумно их разместить в соответствии с наметившимися минеральными типами руд. Кроме того, знание состава основных типов руд и закономерностей распределения рудных минералов позволяет объяснить получаемые по малообъемным технологическим пробам данные, а в целом ряде случаев их предсказывать. С другой стороны, изучение минерального состава малообъемных технологических проб, проводимое на стадии детальной разведки, дает возможность уточнить данные минералогопетрографических исследований.
Использование технологических проб малой массы для оценки обогатимости руд вполне себя оправдало. В настоящее время накоплен уже большой опыт технологического опробования на различных типах месторождений, который показал хорошую сходимость получаемых данных с результатами обогатимости, выявленными на обычных лабораторных пробах. В целом метод технологического картирования оказался весьма перспективным.
6. С учетом существующей временной инструкции по малообъемному технологическому опробованию и картированию рудных месторождений при разведке последовательность проведения геологоминералогических и технологических работ представляется в следующем виде.
А. Взятие и изучение штуфных проб, документация отдельных коренных выходов, обнажении и существующих разведочных выработок ("канав, кернов, скважин и др.) с целью выяснения минерального состава, основных рудных и попутных минералов, их состава и наличия в них полезных и вредных примесей, структурнотекстурных особенностей, парагенетических ассоциации минералов и их взаимоотношений, характера вторичных изменений.
Б. Выделение на основе анализа парагенетических ассоциации основных минералогопетрографических типов руд, составление единой легенды для геологического и минералогопетрографического крупномасштабного картирования и эталонной коллекции выделяемых при съемке пород и типов руд.
В. Минералогическое изучение рядовых разведочных проб из различных типов руд с целью выяснения количественных соотношений различных рудных минералов и сопутствующих им нерудных, породообразующих. Проведение количественного минералогического анализа и уточнение на его основе правильности выделения типов руд.
Г. Составление групповых проб по выделенным типам руд, изучение их минерального состава, изучение по ним распределения рудных компонентов по минералам и вычисление теоретически возможного извлечения. Изучение размеров рудной вкрапленности. Отбор из групповых проб типовых минера-лого-технологических проб массой в 150—300 кг, на которых разрабатываются принципиальные схемы и оптимальные режимы технологической переработки. Эта первоначальная технологическая оценка месторождений должна дать ответы на следующие вопросы: можно ли методами обогащения или комбинированными методами обогащения и дальнейшего химико-металлургического передела черновых концентратов получить удовлетворительное извлечение из всех типов руд или же только из некоторых из них. В случае если руды технологически не могут быть переработаны, все разведочные работы должны быть остановлены. Второй вопрос, который должен быть решен,— перерабатываются ли технологически все руды по единой схеме или для каждого типа должны существовать свои схемы, что, естественно, весьма осложняет технологический процесс.
Д. При положительном решении вопроса об обогатимости руд должна быть разработана стандартная схема технологической оценки для различных типов руд (на отквартованных от групповых проб навесках).
Е. Проведение детального геологического и минералого-петрографического картирования, оконтуривание на планах и разрезах различных типов руд, а для отдельных типов на основании количественных минералогических анализов рядовых проб составление карт распределения рудных минералов.
Ж. С учетом построенных карт пространственного распределения различных минералого-петрографических типов руд определение числа и мест взятия малых проб для технологического картирования.
3. Обработка малых проб и их технологическая оценка по стандартным схемам. Изучение состава и свойств исходного материала и продуктов их обогащения. Математическая обработка результатов исследования проб, выяснение наличия корреляционных связей между технологическими показателями, минеральным составом и свойствами минералов. Выделение технологических типов и сортов руд, увязка их с мииералого-петрографическими типами.
И. Оконтуривание типов и сортов руд на планах и разрезах, составление технологических карт и разрезов, необходимых для проектирования предприятия.
К. Отбор и испытание в замкнутом цикле представительных технологических проб (по типам и сортам).
Л. Отбор и испытание полупромышленных проб для получения технологических параметров, закладываемых в кондиции и в проекты строительства предприятий.
Весьма важно, чтобы минералого-технологические исследования проводились с самого начала геологоразведочных работ. Тогда можно избежать многих ошибок, нередко допускаемых на практике. Так, например, на одном из карбонатитовых массивов танталовые руды представлены зонами рудоносных карбонатитов, переслаивающихся с силикатными породами, превращенными в альбититы. В карбонатитах и альбититах встречается однотипное гатчеттолитовое оруденение, при этом содержание пятиокиси тантала в альбититах выше, чем в карбонатитах. Поскольку обычно руды, связанные с карбонатитами, хорошо обогащаются, то предполагали, что со стороны технологии не будет каких-либо осложнений. Но когда начали изучать обогатимость руд из различных участков, то выявилось, что альбититовые руды, вследствие весьма мелкой вкрапленности в них рудных минералов, являются труднообогатимыми. В результате резко снизились активные запасы, осложнилась структура месторождения и морфология рудных тел, т. е. оказалось, что многие разведочные работы проведены не так, как следовало бы.
При выделении различных типов руд и их геометризации возможны следующие случаи:
а) все выделенные по минеральному составу типы руд обогащаются по единой схеме, и получаемые концентраты перерабатываются также по одной схеме. В этом случае все минералого-петрографические типы являются единым технологическим типом;
б) минеральные типы руд несколько по-разному ведут себя при процессах обогащения, а технологическая схема разработана для руд среднего состава. В этом случае приходиться шихтовать различные типы руд в соответствующих пропорциях с тем, чтобы на фабрику поступала руда среднего состава;
в) минеральные типы руд обогащаются по единой схеме, но получаемые при этом концентраты по-разному перерабатываются. Необходимо выделение технологических типов для селективной их отработки. Передел концентратов от разных типов руд происходит по различной технологии;
г) отличающиеся по составу типы руд обогащаются по различным схемам. Необходимо оконтуривание технологических типов для селективной их отработки;
д) отдельные типы руд вообще не могут быть обогащены и переработаны. Их следует оконтурить, а запасы отнести к забалансовым. В тех случаях, когда эти типы находятся внутри рудного контура, их необходимо учесть при подсчете запасов введением коэффициента рудоносности.
Наиболее трудоемким процессом при картировании является проведение количественного анализа минерального состава большого числа проб. Для его упрощения и ускорения успешно применяется количественный фазовый анализ, который необходим также и для контроля технологических процессов, поэтому он является основным методом, на котором базируется технологическая минералогия.