Подать статью
Стать рецензентом
Том 256
Страницы:
527-538
Скачать том:
RUS ENG

Морфометрические параметры сульфидных руд как основа селективной рудоподготовки сырья

Авторы:
А. М. Дурягина1
И. В. Таловина2
Х. Либервирт3
Р. К. Илалова4
Об авторах
  • 1 — канд. геол.-минерал. наук доцент Санкт-Петербургский горный университет ▪ Orcid
  • 2 — д-р геол.-минерал. наук заведующий кафедрой Санкт-Петербургский горный университет ▪ Orcid
  • 3 — док. наук директор Института обогащения Фрайбергская горная академия ▪ Orcid
  • 4 — канд. геол.-минерал. наук доцент Санкт-Петербургский горный университет ▪ Orcid
Дата отправки:
2022-05-12
Дата принятия:
2022-09-06
Дата публикации:
2022-11-03

Аннотация

Для оценки возможности селективной дезинтеграции и снижения степени переизмельчения труднообогатимых руд были проведены оптико-микроскопические и рентген-микротомографические исследования, идентифицированы количественные характеристики морфологических параметров образцов вкрапленных и богатых медистых руд норильского типа Октябрьского месторождения. Среди количественных морфологических параметров наиболее информативными оказались площадь зерен, периметр, неровность края, сферичность, вытянутость и среднее расстояние между зернами для вкрапленных медно-никелевых руд; площадь зерен, периметр, неровность края и вытянутость для богатых медистых руд. Изученные параметры характеризуются увеличением значений и дисперсности в рудных зонах, что особенно важно для тонкозернистых руд, с трудом диагностируемых оптическими методами. Методом компьютерной рентгеновской микротомографии проведено трехмерное моделирование внутреннего строения образцов с сульфидной минерализацией, благодаря которому можно наблюдать количественные параметры зерен, агрегатов, распределение в общем объеме породы и взаимоотношения друг с другом. Оценка порового пространства породы методом компьютерной микротомографии дала возможность сопоставить полученные результаты с прочностными характеристиками горных пород и руд, в том числе на различных типах дробилок. Полученные количественные характеристики структурно-текстурных параметров, анализ гранулометрического состава зерен рудных минералов позволяют оценить возможность применения селективного измельчения на различных этапах подготовки руды.

Ключевые слова:
сульфидные медно-никелевые руды технологическая минералогия количественные структурно-текстурные параметры Thixomet PRO компьютерная рентгеновская микротомография селективное измельчение
10.31897/PMI.2022.76
Перейти к тому 256

Введение

В современном мире доля тонковкрапленного труднообогатимого сырья все возрастает, что, очевидно, требует разработки новых подходов и технологий обогащения в процессе переработки руд [1, 2]. Процессы дезинтеграции, применяемые на начальной стадии обогащения, позволяют экономичнее и экологичнее извлекать ценные компоненты и тем самым увеличивать рентабельность руд и месторождений [3-5]. Сложность переработки тонковкрапленного сульфидного минерального сырья обусловлена трудностью раскрытия сростков ценных компонентов при дезинтеграции для извлечения их в товарные продукты кондиционного качества [6, 7]. Как известно, основная задача дезинтеграции труднообогатимых руд состоит в том, чтобы разрушить объект по границам раздела фаз без переизмельчения при минимизации энергозатрат [8]. Известные на данный момент методы не обеспечивают достаточного раскрытия зерен ценных компонентов, разрушение материала происходит валово [9, 10], что приводит к потерям ценных компонентов и снижает технологические показатели дальнейшего обогащения и переработки руд [11, 12].

Для реализации селективной дезинтеграции необходимо углубленное изучение взаимосвязи структурно-фазового и вещественного состава с физическими, физико-химическими и технологическими свойствами минералов [13, 14]. Обычно геологи дают описание структуры и текстуры горных пород и руд с помощью анализа шлифов или аншлифов [15-17]. Для получения морфометрических структурно-текстурных характеристик горных пород и руд оптический метод имеет ограничения, так как является двумерным и может дать только качественное описание. Для получения более детальной, в том числе количественной, информации о минеральном сырье необходимо найти зависимости между соответствующими параметрами разрушения, характеристиками продукта и присущими им технолого-минералогическими и структурно-текстурными особенностями, что является актуальной задачей при исследовании процессов селективной дезинтеграции и разработки аппаратов для их реализации [18, 19].

В настоящее время активно разрабатываются новые средства трехмерного моделирования и измерения морфометрических характеристик горных пород и руд [20, 21]. В связи с этим, основной целью данной работы было исследование возможностей применения современных средств измерения и анализа оптико-микроскопических данных, программного обеспечения Thixomet Pro (Россия) [22] и программ обработки данных компьютерной рентгеновской микротомографии [23, 24] для изучения структурно-текстурных характеристик на примере сульфидных медно-никелевых руд Норильского рудного района.

Геологическое строение Норильского рудного района

В качестве объектов исследования были выбраны типичные месторождения сульфидных медно-никелевых руд Норильского рудного района [25, 26]. Геологическое положение Норильских месторождений хорошо изучено и описано в многочисленных работах [27, 28].

Рис.1. Геологическое строение Норильского рудного района [31, с изменениями], на вклейке показано положение Норильского рудного района на территории России

Норильский рудный район расположен в Северной Сибири на стыке Сибирской платформы с Тунгусской синклиналью и Енисей-Хатангским прогибом (рис.1). В континентальные терригенные и угленосные отложения тунгусской серии возраста С22, согласно залегающим на них трапповым базальтовым свитам возраста Р21, были внедрены силлоподобные интрузии габбро-долеритов, лейкогаббро и габбро-диоритов, несущих платиноидно-медно-никелевое оруденение [29, 30]. Размещение интрузивных комплексов контролируется Норильско-Хараелахским разломом: Хараелахский и Талнахский интрузивы расположены в южной части Хараелахского прогиба и приурочены к поперечному сочленению Норильско-Хараелахского разлома с Пясинским куполовидным поднятием, в то время как Норильский интрузив располагается в северной части Норильского прогиба.

В настоящее время 96 % производимых на Норильском горно-металлургическом комбинате металлов извлекается из руд Талнахского интрузивного комплекса и лишь 4 % – из бедных руд Норильского интрузивного комплекса. На территории Норильского рудного района выделяются четыре типа рудоносных интрузий: норильский, зубовский, круглогорский и нижнеталнахский [32]. Интрузивные комплексы норильского типа полностью дифференцированных интрузий обеспечивают все промышленные месторождения меди и никеля в Норильском районе, а зубовский, круглогорский и нижнеталнахский типы сопровождают норильский, обладая меньшей степенью дифференциации и рудоносности, но большей распространенностью. Интрузии норильского типа дифференцированы от габбро-долеритов нормального ряда до такситовых и пикритовых габбродолеритов с рудной вкрапленностью в нижней части интрузии и до лейкогаббро и габбродиоритов в верхней части. К нижней части дифференцированных интрузий норильского типа приурочены пластовые тела сплошных медно-никелевых сульфидных руд, располагающихся во вмещающих роговиках и в теле интрузива в виде линз и пластовых залежей. Также выделяются тела сложной морфологии, представленные сплошными, брекчиевидными и густовкрапленными так называемыми медистыми рудами [28, 30]. Главными сульфидными минералами рудных тел являются халькопирит, пирротин, пентландит, пирит [33, 34]. Из второстепенных минералов стоит отметить галенит, валлериит, миллерит, а также макинавит, аргентопентландит, борнит. Руды данного состава сложны и разнообразны при изучении морфометрических параметров в целях селективного извлечения, что особенно усложняется наличием в составе руд тонких зерен платиновых минералов.

В рамках настоящего исследования были проанализированы типичные образцы вкрапленных медно-никелевых и богатых медистых руд норильского типа Октябрьского месторождения Норильского рудного района (центральные и западные фланги Хараелахского интрузива соответственно).

Вкрапленные медно-никелевые руды центральных флангов Хараелахского интрузива (21 образец, 63 шлифа) дифференцированы, в основном, от пойкилоофитовых до такситовых и пикритовых габбро-долеритов со сплошной рудной вкрапленностью в нижней части интрузии. В верхних частях интрузивов наблюдается интерстициальная сульфидная вкрапленность в лейкогаббро; ниже – каплевидная, реже сидеронитовая вкрапленность в габбро-долеритах и пикритовых долеритах; в средней нижней части интрузивов – гнездовидная вкрапленность неправильной формы в такситовых габбро-долеритах; в придонных частях интрузивов – сплошная пентландит-талнахитовая руда на контакте с брекчированными роговиками.

Богатые медистые руды западных флангов Хараелахского интрузива (23 образца, 69 шлифов) дифференцированы в меньшей мере по сравнению центральными частями Хараелахского интрузива. С приближением к сплошной сульфидной руде рудные минералы образуют крупные аллотриоморфнозернистые выделения, принимающие форму интерстиций между кристаллами пироксена и лейстами плагиоклаза, отдельные выделения рудных минералов имеют каплевидную форму, начинают скапливаться и образуют гнезда. В краевых частях интрузива в описанном разрезе отсутствуют лейкократовые разности, а такситовые разности преобладают.

Методология

Образцы вкрапленных медно-никелевых и богатых медистых руд изучались с использованием оптико-микроскопических методов исследования с последующей обработкой изображений в программном обеспечении Thixomet Pro, а также методами компьютерной рентгеновской микротомографии.

Оптико-микроскопические исследования проводились с использованием оптического поляризационного микроскопа исследовательского класса Axio Imager A2m (Zeiss). Полученные изображения обрабатывались и анализировались затем с помощью программного обеспечения для анализа изображений Thixomet Pro, которое прошло метрологическое освидетельствование и аттестовано как средство измерения [35]. Для проведения исследований изготавливались ориентированные петрографические шлифы по взаимно перпендикулярным срезам по методике [13].

Далее создавались панорамы шлифов, производился автоматический захват зерен рудных минералов. Затем осуществлялся автоматизированный расчет в программе Thixomet Pro морфометрических параметров зерен, количественно отражающих структурно-текстурные особенности руд. Главные из этих параметров: площадь А, мкм2; периметр Р, мкм; диаметр (минимальный, максимальный, средний), мкм; длина L и ширина В, мкм (вычисляются при Р = 2(L + B), A = LB); фактор формы, д.ед. (4πА/Р2); сплошность, д.ед. (отношение реальной и выпуклой площади); вытянутость, д.ед. (L/B); неровность края/шероховатость, д.ед. (Р/Рс, где Рс – выпуклый периметр); среднее расстояние между центрами зерен, мкм (реальная площадь/количество зерен).

Рентген-томографические исследования и визуализация внутренней трехмерной структуры ориентированных образцов проводились с использованием микротомографа SkyScan-1173 фирмы Bruker (Бельгия), оснащенного сертифицированными программами NRecon, DataViewer, CTAn и CTVox. Для проведения съемки выпиливались цилиндры диаметром 2 см. Параметры съемки: ускоряющее напряжение 130 кВ, сила тока 60 мА, разрешение 17 мкм, фильтр стеклянный 0,25 мм, шаг поворота 0,3 град.

Методика компьютерных рентген-томографических исследований детально описана в работах [36, 37]. Суть рентгеновского метода заключается в понижении мощности рентгеновского излучения при его прохождении сквозь конкретный объем образца за счет фотоэлектрического поглощения рентгеновских лучей. Поглощение фиксируется детектором с созданием теневых проекций – графических файлов, в которых каждый пиксель содержит информацию о величине поглощения в конкретной точке. Результатом такого сканирования является серия снимков в рентгеновском свете, которые затем преобразуются в трехмерные изображения для дальнейших визуальных исследований и морфометрического анализа [7, 32]. Значительная разность в плотности плагиоклаза (≈ 2,7 г/см3), клинопироксена (3,1-3,5 г/см3), рудных минералов (халькопирит ~4,2 г/см3, пирротин 4,6-4,7 г/см3, ильменит 4,8 г/см3, магнетит до 5,2 г/см3, марказит 4,85-4,9 г/см3, титаномагнетит 4,8-5,3 г/см3) и минералов платиновой группы (18-21 г/см3) позволила получить реальную картину распределения наиболее плотных фаз в масштабе от нескольких сантиметров, вплоть до разрешения 15-20 мкм [16, 25].

Морфометрические параметры зерен, рассчитываемые методом компьютерной рентгеновской микротомографии: площадь объекта, мкм2; периметр объекта, мкм; длина L, мкм (диаметр круга эквивалентной площади/максимальное расстояние между двумя точками объекта); ширина В, мкм (минимальное расстояние между двумя точками объекта); сферичность, д.ед. (отношение поверхности шара эквивалентного объема к поверхности); удельная поверхность (шероховатость), мм2/мм3 (отношение общей поверхности к объему); вытянутость, д.ед. (L/B); неровность края/шероховатость, д.ед. (Р/Рс); закрытая пористость, % (доля области полностью замкнутого пространства); эффективная пористость, % (доля области не полностью замкнутого пространства); общая пористость, д.ед. (сумма закрытой и эффективной пористости).

Химический состав руд определен методом энергодисперсионного рентгенфлуоресцентного анализа, содержания ЭПГ (элементов платиновой группы: платины и палладия) оценивались масс-спектрометрическим методом с индуктивно связанной плазмой с помощью масс-спектрометра «ELAN DRC» фирмы «Perkin Elmer» в центральной химической лаборатории «ГМК «Норильский никель». Лабораторные испытания проводились на обогатительных установках Санкт-Петербургского горного университета и Фрайбергской горной академии, методика подробно описана в работе [38]. Все полученные данные обрабатывались в программе Statistica (STATISTICA 10.0, StatSoft, Tulsa, OK, USA).

Результаты и обсуждение

Морфометрические параметры рудных минералов в рудах норильского типа Талнахского интрузивного комплекса, рассчитанные с помощью обработки оптико-микроскопических изображений в программе Thixomet Pro и анализа данных компьютерной рентгеновской микротомографии, представлены в табл.1.

Из сравнительного анализа морфометрических данных табл.1 следует, что наиболее близко различными методами исследования определяются такие параметры как вытянутость, неровность края, в то время как результаты определения площади и периметра рудных минералов диагностированы неоднозначно. Так, для интерпретации данных в программе Thixomet Pro одним из главных ограничений является корректный захват данных, а именно сложность автоматизированного выделения отдельных зерен в составе полифазных сульфидных агрегатов, программа может выделить агрегаты и сростки зерен как единое зерно и рассчитать его общие морфометрические параметры. Аналогичная проблема может возникнуть и при обработке и интерпретации микротомографических данных, томограф максимально эффективно отличает рудные минералы с высокой рентгеновской плотностью (самородные элементы, сульфиды и оксиды металлов) от силикатной (оливины, пироксены, амфиболы, полевые шпаты, кварц и т.д.) или карбонатной матрицы, но плохо различает зерна минералов с близкой рентгеновской плотностью, например, сульфиды между собой, целиком выделяя агрегаты сульфидных зерен. Тем не менее, при сравнении результатов, полученных различными методами, можно отметить высокую сходимость и взаимодополняемость.

Таблица 1

Сравнение морфометрических параметров рудных минералов

Параметр

Оптико-микроскопический метод Thixomet Pro

Компьютерная рентгеновская
микротомография

1

2

1

2

Образцы/Измерения

21/6305

23/11100

21/21

23/23

Площадь, мм2

0,18±0,08

0,06±0,03

0,28±0,23

0,10±0,06

Периметр, мм

3,93±0,06

0,25±0,10

7,05±0,15

0,48±0,04

Фактор формы / Сферичность, д.ед.

0,19±0,07

0,18±0,05

0,23±0,10

0,25±0,05

Сплошность, д.ед.

0,58±0,11

0,59±0,10

н.о.

н.о.

Вытянутость, д.ед.

33,2±5,7

33,7±8,1

28,2

32,1

Неровность края / Шероховатость, д.ед.

1,96±0,25

2,1±0,51

3,61±0,58

2,3±0,08

Среднее расстояние между центрами зерен, мкм

460,87

157,4

н.о.

н.о.

Закрытая пористость, %

н.о.

н.о.

0,61

0,82

Эффективная пористость, %

н.о.

н.о.

0,28

1,18

Общая пористость, %

н.о.

н.о.

0,89

2,0

Сферичность пор, д.ед.

н.о.

н.о.

0,82

0,70

Примечания. Приведены средние значения ± доверительный интервал при 95 % вероятности; 1 – вкрапленные медно-никелевые руды центральных флангов Хараелахского интрузива; 2 – богатые медистые руды западных флангов Хараелахского интрузива.

Рудные минералы вкрапленных медно-никелевых рудобразуют отдельные довольно крупные гнездовидные скопления в биотитсодержащих метасоматически измененных габбро-долеритах (рис.2). Все зерна в них вытянуты в горизонтальной плоскости, имеют неправильную форму, извилистые контуры зерен границы и большое расстояние между зернами и агрегатами зерен. В мелкозернистых базальтах рудные минералы образуют вкрапленность с минимальным размером рудных зерен и максимальной вытянутостью. Зерна имеют неровные извилистые границы и расположены далеко друг от друга (табл.1).

Рудные минералы богатых медистых руд центральных флангов Хараелахского интрузиваобразуют тонкозернистую каплевидную сульфидную вкрапленность во вмещающих породах (рис.3). Количественные характеристики рудных минералов варьируют в меньшей мере в трех плоскостях по площади и периметру зерен (табл.1). При сравнении с вкрапленными рудами в первую очередь обращают на себя внимание гранулометрические различия рудных минералов: все зерна существенно меньше по размеру, имеют более извилистые границы, меньшее расстояние между зернами (агрегатами) и неправильную форму.

Рис.2. Вкрапленные медно-никелевые руды в габбро-долерите. Фотографии шлифа в проходящем свете, без анализатора (слева), пример автоматического захвата изображений рудных минералов в программе Thixomet Pro (справа)

Рис.3. Богатые медистые руды в габбро-долерите. Фотографии шлифа в проходящем свете, без анализатора (слева), пример автоматического захвата изображений рудных минералов в программе Thixomet Pro (справа)

При оценке распределения морфологических параметров по типу пород было выявлено, что максимальными размерами рудных минералов в центральной части интрузива характеризуются такситовые габбро-долериты, а в краевых частях интрузива – оливиновое порфировидное такситовое габбро. Наиболее продуктивными (с повышенными содержаниями ЭПГ) в центральной и в краевой частях интрузива являются такситовые габбро-долериты. В них отмечается повышение среднего расстояния между зернами оливина в краевых частях интрузива. 

В центральной части Хараелахского интрузива на протяжении всего разреза рудные минералы вкрапленного типа руд имеют довольно изометричные формы во всех трех плоскостях, и только в одном интервале наблюдается резкий разброс параметров (площади, периметра, неровности края зерен, вытянутости) в трех плоскостях, а также увеличение площади и периметра зерен, причем преимущественно в горизонтальной плоскости (шлиф 3). Параметр сферичности в данном интервале, наоборот, уменьшается. Среди пород в данном интервале преобладают такситовые и пикритовые габбро-долериты с частыми автолитами лейкогаббро, не оруденелыми [32]. По данным проведенных химических анализов именно в этом интервале увеличиваются содержания платины и особенно палладия (рис.4).

Рис.4. Распределение количественных параметров рудных минералов в трех плоскостях по глубине скважины в центральной части Хараелахского интрузива. Вкрапленные медно-никелевые руды. Цветом выделена зона с повышенными содержаниями ЭПГ

Рис.5. Распределение количественных параметров рудных минералов в трех плоскостях по глубине скважины в западных флангах Хараелахского интрузива. Богатые медистые руды. Цветом выделены зоны с повышенными содержаниями ЭПГ

Рис.6. Зависимость сферичности рудных минералов от их площади по данным компьютерной рентгеновской микротомографии

1 – вкрапленные руды; 2 – богатые медистые руды

Рис.7. 3D-визуализация рентген-томографического изображения вкрапленных медно-никелевых руд (слева), распределения сульфидов в объеме породы (центр) и зерен минералов платиновой группы (справа)

Рудные минералы богатых медистых руд западных флангов Хараелахского интрузива характеризуются в целом меньшим разбросом морфометрических параметров, меньшими размерами рудных зерен и меньшим расстоянием между ними (рис.5). Однако в рудных интервалах очевиден резкий разброс практически всех параметров, за исключением среднего расстояния между центрами рудных зерен с повышенным параметром сферичности, что, вероятно, связано с наличием крупных агрегатов безрудного пирита.

По данным компьютерной рентгеновской томографии и оптико-микроскопического изучения (Thixomet Pro) сферичность рудных минералов находится в обратной зависимости от их площади, что полностью соответствует результатам химических анализов и оптико-микроскопического изучения, которые показывают, что наиболее крупные агрегаты и сростки рудных минералов принадлежат ксеноморфным сложноветвящимся скелетным кристаллам пирита, не несущего, как правило, платиноидно-медно-никелевого оруденения (рис.6). Также стоит отметить, что крупные рудные зерна (или «слипшиеся» агрегаты более мелких зерен) согласно рис.6 имеют более сложную морфологию в отличие от мелких, более идиоморфных, индивидов.

В результате микротомографических исследований также были получены 3D изображения образцов, благодаря которым можно наблюдать не только размеры зерен и их агрегатов, но и распределение в общем объеме породы и взаимоотношения друг с другом, что особенно важно для изучения раскрытия сростков при дроблении и измельчении в процессе рудоподготовки (рис.7). Программное обеспечение позволяет моделировать общий объем породы, разделять силикатную матрицу от сульфидной и сульфидную от зерен благородных металлов. Так как при выделении рентгеноконтрастных фаз поры легко отличимы от минералов, методом рентгеновской компьютерной томографии также была определена и пористость руд, показывающая прочностные характеристики породы и влияющая на поведение пород при дезинтеграции, поскольку разрушение происходит по наиболее слабым зонам – трещинам, границам срастания отдельных минеральных фаз и т.д. [39, 40]. При анализе характеристик порового пространства образцов было выявлена достаточно низкая пористость, что свидетельствует о высокой прочности самих руд [41, 42].

Полученные результаты сопоставлялись с данными собственных лабораторных исследований физико-механических свойств руд и данными, полученными Т.Н.Александровой с соавторами [38] (табл.2, 3), которые показывают, что медно-никелевые руды относятся к типу твердых руд (как по параметру низкоэнергетического разрушения, так и по комплексному параметру высокоэнергетического разрушения Ab), но при этом являются мягким с точки зрения сопротивления разрушению при ударном дроблении и умеренно абразивными. Необходимо отметить, что богатые медистые руды обладают большей эффективной пористостью (см. табл.1) и при этом являются менее прочными на сжатие и разрыв как в сухих образцах, так и в водонасыщенных (табл.2), что связано, очевидно, с особенностями внутреннего строения как самих руд (размером, неровностью границ, распределением в пространстве породы), так и структурно-текстурными особенностями вмещающих пород (распространением такситовых текстур и т.д.).

Таблица 2

Физико-механические свойства исследованных вкрапленных и богатых руд

Параметр

1

2

Объемный вес, г/см3

2,93-3,26

2,5-2,96

Прочность на сжатие, кг/см2

990±89

450±58

Прочность на сжатие при водонасыщении, кг/см2

750±76

215±35

Прочность на разрыв, кг/см2

70±9

26±7

Модуль деформации по графиками статических испытаний, кг/см3

500·103

430·103

Скорость продольных волн, м/с

6200

4600

Коэффициент Пуассона

0,27

0,23

Коэффициент анизотропии, ед.

1,0

0,9-1,1

Динамический модуль Юнга

 

 

Для воздушно-сухих образцов, кг/см3

н.о.

26±7

Для водонасыщенных образцов, кг/см3

н.о.

26±7

Таблица 3

Примечания. Модуль Юнга определен на основании измеренных значений скоростей и объемного веса; 1, 2 – см. примечания к табл.1.

Физико-механические свойства сульфидных медно-никелевых руд по данным [38]

Параметр

Сульфидные медно-никелевые руды

Испытания падающим грузом JK DropWeight

 

Параметр А

99,90±4,95

Параметр b

0,30±0,0015

Ab

30,00±0,64

Абразивный параметр ta

0,30±0,06

Параметр SCSE, кВт·ч/т

11,90±0,21

Определение индекса Бонда

 

Рабочий индекс измельчения в шаровой мельнице, кВт·ч/т

11,96±0,54

Рабочий индекс дробления, кВт·ч/т

21,82±1,09

Тест на абразивный износ Allis Chalmers

 

Индекс абразивности Al, г

0,1653±0,008

Насыпная плотность (с утрамбовкой), т/м3

2,01±0,09

Полученные данные согласуются и с результатами лабораторных испытаний [38, 43]. Так, при дроблении указанных руд в различных типах дробилок (щековых, валковых и роторных) было выявлено, что основные рудные компоненты (преимущественно медь и никель) концентрируются и в мелких классах сит с одновременным увеличением содержания кремнезема и кальция в крупных ситах (табл.4). Все эти исследования позволяют обосновать возможность селективной дезинтеграции для медно-никелевых руд различных типов как с точки зрения минералогических и технических характеристик, так и с точки зрения экспериментальных исследований с использованием различных типов дробильных установок.

Таблица 4

Распределение меди, никеля, кремния и кальция в классах крупности в различных типах дробилок [38]

Класс
крупности, мм

Щековая
дробилка

Валковая
дробилка

Роторная
дробилка

Щековая
дробилка

Валковая
дробилка

Роторная
дробилка

 

Медь, %

Никель, %

–4+3,2

43,42

25,28

31,64

59,47

24,91

34,49

–3,2+1,6

13,69

24,98

14,05

11,06

27,70

13,34

–1,6+0,8

10,57

11,75

13,11

9,62

12,06

16,02

–0,8+0,4

8,77

9,11

9,63

5,13

10,01

10,35

–0,4+0,2

6,50

8,50

11,55

4,43

7,28

9,62

–0,2+0,1

7,06

7,08

11,32

3,49

6,06

9,43

–0,1+0

8,99

13,28

8,70

6,80

11,98

6,75

 

Кремний, %

Кальций, %

–4+3,2

71,86

37,53

61,54

71,06

34,94

67,70

–3,2+1,6

11,66

33,29

13,01

12,03

35,71

10,98

–1,6+0,8

6,90

13,10

9,13

7,20

13,91

8,00

–0,8+0,4

3,35

6,09

5,36

3,33

6,30

4,34

–0,4+0,2

2,48

4,19

4,68

2,56

4,19

3,96

–0,2+0,1

1,66

3,08

3,83

1,70

3,12

3,10

–0,1+0

2,09

2,72

2,45

2,12

1,83

1,92

Выводы

В результате проведенных оптико-микроскопических и рентген-микротомографических исследований были идентифицированы количественные характеристики морфологических параметров типичных образцов вкрапленных и богатых медистых руд норильского типа в пределах Октябрьского месторождения Норильского рудного района. Среди количественных параметров, измеренных с помощью программного обеспечения Thixomet Pro, наиболее информативными для вкрапленных руд оказались площадь зерен, периметр, неровность края, сферичность, вытянутость и среднее расстояние между зернами, а для богатых медистых руд площадь зерен, периметр, неровность края и вытянутость зерен.

В результате проведенных исследований было выявлено, что интрузии норильского типа характеризуются увеличением собственно значений и дисперсности в рудных зонах таких параметров, как площадь и периметр зерен, а также среднее расстояние между ними. Данная закономерность прослеживается как для вкрапленных, так и для богатых медистых руд. Таким образом, по совокупности максимумов и сильной изменчивости морфологических параметров в трех плоскостях можно прогнозировать рудные интервалы. Однако при выделении рудных зон необходимо обращать особое внимание на появление в интервалах лейкогаббро, так как эти породы имеют крупные сульфидные обособления (преимущественно пирита), оказываются зачастую нерудоносными и могут нарушать выявленные закономерности.

Отмечено, что в рудных зонах площадь рудных минералов возрастает минимум в 2-3 раза, что особенно важно для краевых флангов Хараелахского интрузива, где рудные минералы имеют размеры на порядок меньше аналогичных дифференциатов в центральной части и диагностируются оптическими методами с трудом.

Количественный анализ рудных минералов в программе Thixomet PRO и с помощью компьютерного рентгеновского томографа осуществляется довольно быстро, в связи с чем их легко можно применять в качестве предварительных экспресс-методов изучения вещества. Также методом компьютерной рентгеновской микротомографии проведена 3D-визуализация внутреннего строения образцов с сульфидной минерализацией, благодаря которому можно наблюдать не только количественные параметры зерен и их агрегатов, но и их распределение в общем объеме породы и взаимоотношения друг с другом. Стоит отметить и несомненное преимущество метода компьютерной томографии, заключающееся в возможности получения не только количественных характеристик минеральных фаз, но и порового пространства породы, влияющего на прочностные характеристики горных пород и руд.

В заключение стоит отметить, что возможность получения статистических параметров разброса значений различных морфометрических характеристик, их пространственного распределения является несомненным преимуществом обоих использованных методов, так как на основе большого объема полученных данных с помощью математико-статистического моделирования (корреляционный, факторный анализы и т.д.) возможно в дальнейшем прогнозировать зависимости между полученными морфометрическими параметрами руд и свойствами продуктов обогащения или характеристиками системы, такими как износ или потребление энергии, что позволит вплотную подойти к решению вопросов селективной дезинтеграции норильских руд.

Литература

  1. Litvinenko V.S. Digital Economy as a Factor in the Technological Development of the Mineral Sector // Natural Resources Research. 2020. Vol. 29. P. 1521-1541. DOI: 10.1007/s11053-019-09568-4
  2. Matveeva V.A., Alekseenko A.V., Karthe D., Puzanov A.V. Manganese Pollution in Mining-Influenced Rivers and Lakes: Current State and Forecast under Climate Change in the Russian Arctic // Water. 2022. Vol. 14. Iss. 7. № 1091. DOI: 10.3390/w14071091
  3. Пронин Е.М., Васильев В.Е., Цветков В.Ю. Факторы, определяющие устойчивое развитие предприятий минерально-сырьевого комплекса и их влияние на оценку результатов деятельности предприятий // Записки Горного института. 2011. Т. 191. С. 176-182.
  4. Makhovikov A.B., Katuntsov E.V., Kosarev O.V., Tsvetkov P.S. Digital transformation in oil and gas extraction: Challenges and prospects. In Innovation-based development of the mineral resources sector. London: CRC Press, 2019. 614 p.
  5. Alekseenko V.A., Shvydkaya N.V., Alekseenko A.V. et al. Element Accumulation Patterns of Native Plant Species under the Natural Geochemical Stress // Plants. 2021. Vol. 10. Iss. 1. № 33. DOI: 10.3390/plants10010033
  6. ВоронцоваН.И., ТаловинаИ.В., ЛазаренковВ.Г. идр. Изотопное соотношение 87Sr / 86Sr в породах и рудах Сахаринского и Уфалейского гипергенных никелевых месторождений, Урал // Записки Горного института. 2013. Т. 200. С. 179-185.
  7. Ilalova R.K., Gulbin Y.L. Thermometry of Nickel Bearing Chlorites from the Kolskii Massif (Northern Urals) // Geology Ore Deposits. 2019. Vol. 61. P. 736-746. DOI: 10.1134/S107570151908004X
  8. Hesse M., Popov O., Lieberwirth H. Increasing efficiency by selective comminution // Minerals Engineering. 2017. Vol. 103-104. P. 112-126. DOI:10.1016/j.mineng.2016.09.003
  9. Арсентьев В.А., Герасимов А.М., Дмитриев С.В., Самуков А.Д. Исследование изменения физико-механических свойств каменного угля в процессе термического модифицирования // Обогащение руд. 2016. № 3. С. 3-8. DOI: 10.17580/or.2016.03.01
  10. Вайсберг Л.А., Каменева Е.Е. Изменение структуры горных пород при цикличном замораживании и оттаивании // Обогащение руд. 2015. № 2. С. 28-31. DOI: 10.17580/or.2015.02.06
  11. Мельникова Т.Н., Ятлукова Н.Г., Литвинова Н.М. К вопросу оптимизации процесса измельчения руд // Обогащение руд. 2006. № 4. С. 5-7.
  12. Benndorf J., Buxton M. A Special Issue on Geomathematics for Real-Time Mining // Mathematical Geoscience. 2019. Vol. 51. P. 845-847. DOI: 10.1007/s11004-019-09828-2
  13. Popov O., Lieberwirth H., Folgner T. Quantitative Charakterisierung der Festgesteine zur Prognostizierung des Gesteinseinflusses auf relevante Produkteigenschaften und Systemkenngrößen. Teil 1: Anwendung der quantitativen Gefügeanalyse // AT Mineral Processing. 2014. Vol. 55. P. 76-88.
  14. Popov O., Lieberwirth H., Folgner T. Quantitative Charakterisierung der Festgesteine zur Prognostizierung des Gesteinseinflusses auf relevante Produkteigenschaften und Systemkenngrößen. Teil 2: Ausgewählte Beispiele // AT Mineral Processing. 2014. Vol. 55. P. 54-63.
  15. ИзоиткоВ.М. Технологическая минералогия и оценка руд. СПб: Наука, 1997. 532 c.
  16. Raaz V. Charakterisierung der Gesteinsfestigkeit mit Hilfe eines modifizierten Punktlastversuches // Zeitschrift für Geologische Wissenschaften. 2002. Vol. 30. № 3. P. 213-226.
  17. Melnik A.E., Skublov S.G., Rubatto D. et al. Garnet and zircon geochronology of the Paleoproterozoic Kuru-Vaara eclogites, northern Belomorian Province, Fennoscandian Shield // Precambrian Research. 2021. Vol. 353. № 106014. DOI: 10.1016/j.precamres.2020.106014
  18. Klichowicz M., Frühwirt T., Lieberwirth H. New experimental setup for the validation of DEM simulation of brittle crack propagation at grain size level // Minerals Engineering. 2018. Vol.128. P. 312-323. DOI: 10.1016/j.mineng.2018.08.033
  19. Александрова Т.Н., Николаева Н.В., Львов В.В., Ромашев А.О. Повышение эффективности переработки руд благородных металлов на основе моделирования технологических процессов // Обогащение руд. 2019. № 2. С. 8-13. DOI: 10.17580/or.2019.02.02
  20. Вайсберг Л.А., Каменева Е.Е., Пименов Ю.Г., Соколов Д.И. Исследование структуры порового пространства гранито-гнейса методом рентгеновской томографии // Обогащение руд. 2013. № 3. С. 37-40.
  21. Popov O., Talovina I., Lieberwirth H., Duryagina A. Quantitative microstructural analysis and x-ray computed tomography of ores and rocks – Comparison of results // Minerals. 2020. Vol. 10. Iss. 2. № 129. DOI: 10.3390/min10020129
  22. Duryagina A., Heide G., Talovina I., Bravo A. Mineralogical and morphometric aspects of the rock analysis as the basis for choosing a scheme for ore preparation // VIII International Scientific Conference «Problems of Complex Development of Georesources», 8-10 September 2020, Khabarovsk, Russian Federation. E3S Web of Conferences, 2020. Vol. 192. № 02023. DOI: 10.1051/e3sconf/202019202023
  23. Duryagina A.M., Talovina I., Shtyrlyaeva A., Popov O. Application of Computer X-Ray Microtomography for Study of Technological Properties of Rocks // Key Engineering Materials. 2018. Vol. 769. P. 220-226. DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.769.220
  24. Штырляева А.А., Журавлев А.В., Герасимова А.И. Перспективы и проблемы использования компьютерной микротомографии для изучения образцов керна // Нефтегазовая геология. Теория и практика. 2016. Т. 11. № 1. 12 c. DOI: 10.17353/2070-5379/8_2016
  25. Генкин А.Д., Дистлер В.В., Гладышев Г.Д. Сульфидные медно-никелевые руды Норильских месторождений. М.: Наука, 1981. 234 с.
  26. Дистлер В.В. Платиновая минерализация Норильских месторождений // Геология и генезис месторождений платиновых металлов. М.: Наука, 1994. С. 7-35.
  27. Eckstrand O.R., Hulbert L.J. Magmatic Nickel-copper-platinum Group Elements Deposits // Mineral deposits of canada: a synthesis of major deposit types, district metallogeny, the evolution of geological provinces, and exploration methods: geological association of Canada, mineral deposits division, Special Publication. Ottawa, Ontario: Geological Survey of Canada, 2007. Vol. 5. P. 205-222.
  28. Naldrett A.J. Magmatic Sulfide Deposits: Geology, Geochemistry and Exploration. Berlin/Heidelberg: Springer Science & Business Media, 2013. 728 р. DOI: 10.1007/978-3-662-08444-1
  29. Sittner J., Brovchenko V., Siddique A. et al. Three-Dimensional Distribution of Platinum Group Minerals in Natural MSS-ISS Ores From the Norilsk One Deposit, Russia // Frontiers in Earth Science. 2022. Vol. 10. № 860751. DOI: 10.3389/feart.2022.860751
  30. Tolstykh N., Krivolutskaya N., Safonova I. et al. Unique Cu-rich sulphide ores of the Southern-2 orebody in the Talnakh Intrusion, Noril’sk area (Russia): Geochemistry, mineralogy and conditions of crystallization // Ore Geology Reviews. 2020. Vol. 122. № 103525. DOI: 10.1016/j.oregeorev.2020.103525
  31. Chayka I., Zhitova L., Antsiferova T. et al. In-Situ Crystallization and Continuous Modification of Chromian Spinel in the «Sulfide-Poor Platinum-Group Metal Ores» of the Norilsk-1 Intrusion (Northern Siberia, Russia) // Minerals. 2020. Vol. 10. № 498. DOI: 10.3390/min10060498
  32. Радько В.А. Фации интрузивного и эффузивного магматизма Норильского района. СПб: Картографическая фабрика ВСЕГЕИ, 2016. 226 с.
  33. Barnes S.J., Le Vaillant M., Godel B., Lesher C.M. Droplets and Bubbles: Solidification of Sulphide-rich Vapour-saturated Orthocumulates in the Norilsk-Talnakh Ni–Cu–PGE Ore-bearing Intrusions // Journal of Petrology. 2019. Vol. 60. Iss. 2. P. 269-300. DOI: 10.1093/petrology/egy114
  34. Barnes S.J., Mungall J.E., Le Vaillant M. et al. Sulfide-silicate textures in magmatic Ni-Cu-PGE sulfide ore deposits: Disseminated and net-textured ores // American Mineralogist. 2017. Vol. 102. № 3. P. 473-506. DOI: 10.2138/am-2017-5754
  35. Kazakov A.A., Kiselev D. Industrial Application of Thixomet Image Analyzer for Quantitative Description of Steel and Alloys // Metallography, Microstructure, and Analisis. 2016. Vol. 5. Iss. 4. P. 294-301. DOI: 10.1007/s13632-016-0289-6
  36. Evans C.L. Quantifying mineral grain size distributions for process modelling using X-ray micro-tomography // Minerals Engineering. 2015. Vol. 82. P. 78-83. DOI: 10.1016/j.mineng.2015.03.026
  37. Willson C.W., Lu N., Likos W.J. Quantification of grain, pore and fluid microstructure of unsaturated sand from X-Ray CT images // Geotechnical Testing Journal. 2012. Vol. 35. № 6. № PA 19428-2959. DOI: 10.1520/GTJ20120075
  38. Aleksandrova T., Nikolaeva N., Afanasova A. et al. Selective disintegration justification based on the mineralogical and technological features of the polymetallic ores // Minerals. 2021. Vol. 11. Iss. 8. № 851. DOI: 10.3390/min11080851
  39. Александрова Т.Н., O’Коннор С. Переработка платинометалльных руд в России и Южной Африке: состояние и перспективы // Записки Горного института. 2020. Т. 244. С. 462-473. DOI: 10.31897/PMI.2020.4.9
  40. Gupta A., Yan D.S. Mineral Processing Design and Operations: An Introduction. Amsterdam: Elsevier, 2016. 882 p. DOI: 10.1016/C2014-0-01236-1
  41. Золотухина Л.В., Носова О.В., Нарбекова Т.Н. Поведение благородных металлов при обогащении норильских руд // Научный вестник Норильского индустриального института. 2014. Т. 14. С. 42-52.
  42. Литвинова Н.М., Мельникова Т.Н., Ятлукова Н.Г., Данилов Е.И. Интенсификация процесса измельчения труднообогатимой золотосодержащей руды Албазинского месторождения // Горный журнал. 2006. № 11. С. 63-64.
  43. Александрова Т.Н., Кузнецов В.В., Иванов Е.А. Исследование влияния ионов жесткости воды на флотируемость медно-никелевых руд // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2022. № 6-1. С. 263278. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_61_0_263

Похожие статьи

Оценка деформационных характеристик хрупких горных пород за пределом прочности в режиме одноосного сервогидравлического нагружения
2022 А. П. Господариков, А. В. Трофимов, А. П. Киркин
Оценка собирательной активности физически сорбируемых реагентов на примере легкофлотируемого шлама коксующихся углей
2022 С. А. Кондратьев, Т. А. Хамзина
Технологическая минералогия: развитие комплексной оценки титановых руд (на примере Пижемского месторождения)
2022 О. Б. Котова, Е. Г. Ожогина, А. В. Понарядов
Методическое обоснование выбора оптимальных режимов работы оборудования схемы стадиального вывода концентрата при обогащении железных руд
2022 А. С. Опалев, С. А. Алексеева
Научное обоснование и разработка инновационных процессов извлечения циркония и РЗЭ при глубокой и комплексной переработке эвдиалитового концентрата
2022 В. А. Чантурия
Технологии обогащения железных руд России и пути повышения их эффективности
2022 А. Е. Пелевин