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

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

Особенности получения металлургической продукции в условиях твердотельного гидридного синтеза
2022 А. Г. Сырков, Л. А. Ячменова
Научное обоснование и разработка инновационных процессов извлечения циркония и РЗЭ при глубокой и комплексной переработке эвдиалитового концентрата
2022 В. А. Чантурия
Определение рационального расхода пара при флотации апатито-нефелиновых руд паровоздушной смесью
2022 С. И. Евдокимов, Т. Е. Герасименко
Формирование адаптивного подхода с применением технологии машинного зрения для определения параметров осаждения продуктов обогащения
2022 А. О. Ромашев, Н. В. Николаева, Б. Л. Гатиатуллин
Оперативный контроль элементного состава угольной золы на основе машинного обучения и рентгеновской флуоресценции
2022 Цзиньчжань Хуан, Чжицян Ли, Бяо Чэнь, Сен Цуй, Чжаолинь Лу, Вэй Дай, Юэминь Чжао, Чэньлун Дуань, Лян Дон
Подземное выщелачивание молибдена и урана с использованием перкарбонатных и хлоридно-гипохлоритных растворов
2022 И. Ю. Рассказов, А. Г. Секисов, А. В. Рассказова