ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

1. Загальна характеристика роботи

1.1 Актуальність досліджень

Флюси є найважливішим видом нерудної природної сировини, що використовується чорною металургією для виплавки заліза. В даний час при виробництві сталі для прискорення процесів шлакоутворення і десульфурації металу в якості розріджуючих добавок широко застосовуються боксит і плавиковий шпат. При цьому плавиковий шпат є гостродефіцитною сировиною, яка частково імпортується з-за кордону. Дослідженнями, виконаними ДонНДІчорметом і Макіївським металургійним заводом, було встановлено, що альтернативним джерелом бокситу і плавикового шпату є ставроліт [6].

Виникає необхідність у дослідженні особливостей просторового розподілу ставроліту в продуктивних горизонтах Осипенківський площі в зв'язку з тим, що:

1.2. Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами

Тема роботи пов'язана із загальнодержавною програмою розвитку мінерально-сировинної бази України на період до 2030 р. (Відомості Верховної Ради України (ВВР), 2011, N 44, ст.457), напрямками наукових досліджень кафедри КК та ЕГ.

1.3. Мета роботи

Метою даної роботи є дослідження особливостей просторового розподілу ставроліту в продуктивних горизонтах Осипенківської площі для поліпшення ефективності вилучення запасів.

1.4. Завдання досліджень

Відповідно до поставленої мети роботи були визначені наступні завдання дослідження:

  1. Дослідження стану питання (аналіз раніше проведених досліджень).

  2. Аналіз геологічної будови Осипенківський перспективної площі.

  3. Дослідження мінерального складу продуктивних товщ з використанням методів математичної статистики.

  4. Встановлення особливостей просторового розподілу корисних копалин в ставролітвміщуючих породах і факторів, що впливають на його розподіл.

  5. Побудова графічної моделі родовища з відображенням розподілу мінеральної сировини в породах.

  6. Визначення найбільш перспективних ділянок для першочергової відпрацювання.

1.5. Об'єкт дослідження

Об'єкт досліджень - кристалічні сланці Осипенківської перспективної площі.

1.6. Предмет дослідження

Предмет досліджень - мінералогічний і хімічний склад продуктивної товщі родовища та особливості його зміни в просторі.

1.7. Методи досліджень:

  1. Аналіз проблеми ставроліту як флюсової сировини.

  2. Методи математичної статистики з використанням комп'ютерних програм.

  3. Методи графічного моделювання з використанням ГІС - систем.

1.8. Наукова новизна

Моделювання особливостей розподілу ставроліту в метаморфічних сланцях виконується вперше. Вперше встановлено, що максимальне накопичення ставроліту властиво для центральних областей продуктивної товщі. Планується побудова 3d - моделі родовища. Вивчення Осипенківської площі, дозволить отримати нові дані, які можуть використовуватися на інших родовищах Україні та світу.

1.9. Практичне значення

Вивчення просторових особливостей розподілу ставроліту на Осипенківському родовищі дозволить знайти найбільш раціональний підхід до його вилучення. Дослідження сприяють створенню в Приазов'ї надійної сировинної бази нового прогресивного виду нерудної металургійної сировини.

1.10. Особистий внесок автора

Виконання досліджень мінерального складу продуктивної товщі родовища на основі методів математичної статистики. Встановлення особливостей просторової мінливості складу ставролітвміщуючих порід. Моделювання розподілу ставроліту в метаморфічних сланцях.

1.11. Апробація результатів

Результати досліджень доповідалися на VI Міжнародній науково-практичній конференції ДОНБАСС-2020: ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ГЛАЗАМИ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ. Планується публікація 1 статті.

2. Огляд досліджень за темою

Був проведений аналіз літератури і фондових матеріалів на тему ставролітової сировини в Україні та за її межами.

Аналіз показав, що ставроліт - як корисна копалина, представлений двома геолого-промисловими типами родовищ [2]:

Зональність зміни порід при регіональному метаморфізмі

Малюнок 2.1 – Зональність зміни порід при регіональному метаморфізмі.
(анімація: 4 кадри, 7 циклів повторенни, 120 кілобайт)

Мінерально-сировинна база світу. Мінерально-сировинна база світу. Достовірних і детальних відомостей про промислові родовища, ресурси, видобуток, і економіку ставролітової сировини в світі практично немає. Є короткі відомості про його видобутку в США, Австралії, Бразилії, Шрі-Ланці та ін.. Зокрема, США виробляє ставролітовий концентрат, вилучаючи його попутно при розробці комплексних розсипів. За даними Д. С. Гурського зведені роботи по ставроліту в світовому аспекті невідомі [2].

Але напевно відомо, що в Росії ставроліт поширений в метаморфічних породах Кольського п-ова. На знаменитому родовищі Кейв він зустрічається в слюдяних, кварцево-слюдяних і кіаніт-мусковіт-ставролітових сланцях. На Південному Уралі зустрічається в сланцях гори Таганай [11].

Всі ці родовища Росії представлені тим же генетичним типом, що й Осипенківське (сланцями, сформованими за умов регіонального метаморфізму епідот-амфіболітової і амфіболітової фацій).

Мінерально-сировинна база України. Великі корінні поклади ставролітвміщуючих сланців, що представляють промисловий інтерес, відкриті в Приазовському мегаблоці УЩ (в мезоархейській сланцевій товщі осипенківської серії Сорокинської тектонічної зони, на ділянці Гуляйпільської синкліналі). Ставролітвміщуючі сланці Приазовського мегаблока можуть бути резервом для розширення сировинної бази ставроліту.

Ставроліт зустрічається в інтенсивно метаморфізованих сланцях Північного і Південного Криворіжжя. Кількість ставроліту коливається в широких межах і ділянками досягає 45%. Іноді він утворює великі короткопризматичні кристали. Вони особливо характерні для слюдяних сланців балки Роздори (Ганнівськогої ділянки) [2].

Вперше товща ставролітвміщуючих порід, в яких локалізовано Осипенківський родовище ставроліту описана в статті Жукова Г.В. та ін. Терригенная формация Приазовского кристаллического массива [4]. Пізніше дослідження проводилися геологами аж до наших часів. Усенко І.С., Закруткін В.В та ін. в процесі цих досліджень вивчили петрографічний склад порід, особливості та умови метаморфізму кристалічних сланців Приазов'я [5,13,14,15]. Детально вивчено особливості стратиграфії району досліджень в роботах Щербака Н.П. Стратиграфические разрезы Украинского щита [17] і Закруткіна В.В. Метаморфические комплексы восточной окраины и склона Украинского щита [5]. Дані про мінералогічний, хімічний склад порід Осипенківської перспективної площі і короткі відомості про особливості будови родовища представлені в роботах Гурського Д. С., Єсипчук К.Ю., Кривоноса В.П., Панова Б.С., Полуновского Р.М., Лазаренко Є.К. та ін. [2,6,7,8]. Структурно-тектонічні і тектонічні особливості внутрішньої структури Сорокинської тектонічної зони описані в роботах Альохіна В.І. [1] и Дудніка В.А. [3]. Дані про фізичні властивості, умови утворення і парагенезис ставроліту добре розкриті в монографії Федькина В.В. [16].

Перші відомості про можливість використання ставролітового концентрату в металургії в якості флюсу (розріджуючих добавок) для прискорення процесів шлакоутворення і десульфурації металу зустрічаються в роботах Кривоноса В.П. і Панова Б.С. [6,10,11]. Автори обгрунтували те, що порівняно з бокситом і плавиковим шпатом, ставролітовий концентрат володіє рядом переваг. В роботах показано перевагу ставролітового концентрату перед іншими видами флюсів: підвищення якості металу та зниження його вартості. Добре вивчені питання стратиграфії, хімічного і мінералогічного складу, фізичних властивостей, умов утворення і парагенезіса ставроліту. Залишилися до кінця не досліджені геологічні чинники, що впливають на просторові параметри мінливості якості ставролітвміщуючих порід.

3. Геологічна характеристика досліджуваного району і Осипенківського родовища

Великі поклади ставролітвміщуючих сланців, що представляють промисловий інтерес, розташовані на площі Приазовського мегаблока Українського кристалічного щита (УЩ). Тут вони широко поширені в сланцевій товщі осипенківської світи нижнього протерозою, і складають в західному Приазов'ї велику грабенову структуру - Сорокинську тектонічну зону і ділянку Гуляйпільської синкліналі. Найбільший пошуковий інтерес представляє Сорокинська зона, у центральній частині якої потужні шари ставролітвміщуючих сланців виходять на денній поверхні або залягають на незначних глибинах від 3-5 до 30-40 м. Ця зона шириною 1,5-3,5 км простягається від с . Урзуф на узбережжі Азовського моря в північно-західному напрямку на 35 км до с. Андріївка Бердянського району. У структурному відношенні Сорокинська грабенова структура розташована на кордоні двох великих блоків. Південно-західний блок складний породами західноприазовської серії архею, а північно-східний - центральнопріазовскої серії нижнього протерозою.

Розтин осипенківської світи в межах Сорокинської зони представлений біотитовими, двуслюдяними, амфіболовими, гранатовими, графітовими, амфібол-гранатовими, гранат-ставролітовими, біотит-ставролітовими, силіманіт-гранатовими, андалузит-ставроліт-слюдистими та іншими сланцями, мармурами і кальцифірами, мономінеральних, слюдистих і амфібол-магнетитових кварцитів, метагравелітами і метаконгломератами. На відміну від глибокометаморфізованних утворень західно- і центральнопріазовской серій (гранулітової і амфіболітової фації) породи осипенківської світи метаморфізовані слабше (епідот-амфіболітова фація) і зовсім не мігматизовані. В розтинах світи сланцеві утворення закономірно, найчастіше ритмічно, перешаровуються. Зазвичай вони складають лінзовидні шари потужністю від 2 - 10 до 50 - 600 м, витримані по простяганню на 1,2 - 2,5 і рідше 3 - 5 км. Гранат-ставролітові і ставроліт-слюдяні сланці, як правило, приурочені до нижньої і середньої частин розтину осипенківської світи Сорокинської зони. Візуально вони являють собою породу сірого або темно-сірого кольору, середньо- або дрібнозернисту, добре розсланцованну. На тлі сірої кварц-польовошпат-слюдистої маси зазвичай чітко виділяються порфіробласти ставроліту у вигляді ромбічних призм довжиною від 0,1 до 4 см, а також зростки кристалів [6].

4. Основні результати роботи

Для розрахунку статистичних показників поширення ставроліту в товщі метаморфічних сланців Осипенківського родовища використовувався пакет обробки даних SPSS. В результаті розрахунку основних показників, за виборкою отримані наступні характеристики розподілу ставроліту Осипенківської товщі (табл. 4.1).

Таблиця 4.1. Статистичні характеристики вмісту ставроліту в породах Осипенківської товщі,%

Назва породи Середнє Мінімум Максимум Стандартне
відхилення 		Варіація
сланець гранат-мусковіт-біотитовий 0,13 0,00 2,26 0,47 360
сланець гранат-біотитовий 0,65 0,00 3,01 1,43 220
сланець біотит-гранатовий 0,04 0,00 0,90 0,20 460
сланець ставроліт-гранат-біотитоий 9,18 0,00 31,7 7,38 80
сланець гранат-ставроліт-біотитовий 8,79 0,08 24,01 4,70 53
сланець гранат-ставролітовий 11,19 0,71 23,51 5,37 48
сланець біотит-мусковіт-ставролітовий 8,89 0,12 24,01 4,45 50
сланець ставроліт-біотит-мусковітовий 8,27 0,38 17,85 3,91 47

З таблиці видно, що максимальні значення вмісту ставроліту (до 24%) властиві для гранат-ставроліт-біотитового, гранат-ставролітового і ставроліт-біотит-мусковітового сланців. За середнім вмістом найбільш перспективні сланці ставроліт-гранат-біотитові і гранат-ставролітові, де вміст ставроліту 9,18% і 11,2% відповідно. Найбільш рівномірний розподіл ставроліту спостерігається в гранат-ставролітових і ставроліт-біотит-мусковітових сланцях, на що вказує значення варіації, яке не перевищує 50%.

Для встановлення головних особливостей і геологічних факторів просторової мінливості вмісту ставроліту та визначення найбільш перспективних ділянок для першочергового відпрацювання, були побудовані спеціальні розтини. При цьому використовувалася ГІС - система Surfer. За допомогою цієї програми були отримані дані про розподіл ставроліту в площині розтину, представлені в ізолініях концентрації. Такий метод дозволив виявити основні тенденції його розподілу в породах. Приклад одного з розтинів представлений на малюнку 4.1.

Схематичний розтин Осипенківського родовища ставроліту

Мал.4.1. Схематичний розтин Осипенківського родовища ставроліту та розподіл ставроліту в породах
1 - покривні відклади (піски, суглинки); 2 - сланці гранат-біотитові, біотит-гранатові, гранат-двуслюдяні; 3 - сланці двуслюдяні, 4 - Сланці ставролітові, ставроліт-біотитові, біотіт-ставролітові, гранат-ставроліт-біотитові, ставроліт -двуслюдяні; 5 - Сланці біотитові, мусковіт-біотитові, двуслюдяні зі ставролітом; 6,7,8,9 - прошарки з різним вмістом ставроліту за розрахованими даними: 6 -> 10%, 7 - 5-10%, 8 - 1 - 5%, 9 - <1% відповідно; 10 - вісі свердловин.

Встановлено, що в рудоносних шарах найбільший вміст ставроліту тяжіє до їх центральних частин. Це добре видно на прикладі представленого розтину. При цьому рудні тіла складені чергуванням шарів таких сланців як: ставролітовї, ставроліт-біотитові, біотит-ставролітові, гранат-ставроліт-біотитові і ставроліт-двуслюдяні. Така геологічна особливість дає підставу зробити висновок про те, що розподіл ставроліту контролюється літологічною будовою товщі.

У роботі досліджено зв'язок ставроліту з гранатом, видобуток якого в комплексі зі ставролітом дозволить збільшити рентабельність родовища. Гранат може використовуватися як абразив, що визначається його високою міцністю, здатністю при подрібненні розколюватися на частинки з гострокутними ріжучими краями [9].

В результаті розрахунку основних статистичних показників за виборкою отримані наступні характеристики розподілу гранату осипенківської товщі (табл. 4.2).

Табл. 4.2. Статистичні характеристики вмісту гранату в породах осипенківської товщі, %

Назва породи Середнє Мінімум Максимум Стандартне
відхилення 		Варіація
сланець гранат-мусковіт-біотитовий 3,06 0,97 6,52 1,48 48
сланець гранат-біотитовий 8,99 0,00 49,13 9,88 110
сланець біотит-гранатовий 0,81 0,00 3,62 1,19 23
сланець ставроліт-гранат-біотитоий 5,30 0,18 22,48 5,15 97
сланець гранат-ставроліт-біотитовий 1,26 0,03 13,96 2,07 164
сланець гранат-ставролітовий 2,02 0,00 15,06 3,35 166
сланець біотит-мусковіт-ставролітовий 0,96 0,00 13,96 1,86 194
сланець ставроліт-біотит-мусковітовий 0,18 0,00 1,21 0,3 165

З таблиці видно, що за максимальнім і середнім вмістом гранату найбільш перспективними є гранат-біотитові і ставроліт-гранат-біотитові сланці.

Для ілюстрації результатів статистичного аналізу з використанням пакета Surfer були відбудовані геологічні розтини. На підставі аналізу яких було встановлено, що розподіл гранату для однакових літологічних різновидів вельми неоднорідний (рис. 4.2).

Схематичний розтин Осипенківського родовища ставроліту

Мал. 4.2. Схематичний розтин Осипенківського родовища ставроліту та розподіл гранату в породах
1 - покривні відклади (піски, суглинки); 2 - сланці гранат-біотитові, біотит-гранатові, гранат-двуслюдяні; 3 - сланці двуслюдяні, 4 - Сланці ставролітові, ставроліт-біотитові, біотіт-ставролітові, гранат-ставроліт-біотитові, ставроліт -двуслюдяні; 5 - Сланці біотитові, мусковіт-біотитові, двуслюдяні зі ставролітом; 6,7,8,9 - прошарки з різним вмістом ставроліту за розрахованими даними: 6 -> 15%, 7 - 5-15%, 8 - 1 - 5%, 9 - <1% відповідно; 10 - вісі свердловин.

Так, наприклад, в гранат - слюдяних сланцях в південно-західній частині розтину вміст гранату перевищує 15%, а в таких же сланцях в північно-східній частині - не перевищує 3%.

Був виконаний аналіз кореляційних зв'язків між вмістом ставроліту і гранату: коефіцієнт кореляції, розрахований за допомогою пакета SPSS, коливається від 0,456 зі знаком - в гранат-ставролітових сланцях, до 0,477 зі знаком + в гранат-мусковіт-біотитових сланцях.

Висновки

В результаті досліджень мінералогічного складу порід було встановлено, що найбільш багатими на ставроліт є сланці: ставроліт-гранат-біотитові, гранат-ставролітові і ставролітові двуслюдяні.

Проведене моделювання продуктивної товщі показало, що найбільший вміст ставроліту тяжіє до центральних частин рудоносних шарів: ставролітових, ставроліт-біотитових, біотіт-ставролітових, гранат-ставроліт-біотитових і ставроліт-двуслюдяних. Дослідження особливостей поширення гранату в сланцях осипенківської товщі вказують на можливість комплексного відпрацювання рудоносних шарів з витяганням гранату. В результаті досліджень не виявлено стійких кореляційних зв'язків між вмістом гранату і ставроліту. Встановлено, що розподіл гранату для однакових літологічних різновидів дуже неоднорідний. Найбільш перспективними за вмістом гранаті є гранат-біотитові і ставроліт-гранат-біотитові сланці.

Список використаних джерел

  1. Алёхин В.И. Структурно-тектонические и тектонофизические особенности рудных объектов Сорокинской тектонической зоны (на примере месторождений Сурожское и Крутая балка) / В.И. Алёхин // Наукові праці ДонНТУ, серія Гірничо-геологічна. – Донецьк, 2005. – № 96. – С. 96-104.
  2. Гурський Д. С. Металічні і неметалічні корисні копалини України [Текст]. Т. 2. Неметалічні корисні копалини / Д. С. Гурський, К.Ю. Єсипчук, В.І. Калінін та інш. – Київ-Львів: Центр Європи, 2006. – 552 с.
  3. Дудник В.А. Особенности внутренней структуры Сорокинской тектонической зоны (Западное приазовье) / В.А. Дудник, В. А. Корчемагин, Б.С. Панов // Наукові праці Донецького державного технічного університету: присвячується 80-річчю ДонНТУ. – Донецьк, 2001. – С.53-57.
  4. Жуков Г.В. Терригенная формация Приазовского кристаллического массива / Г.В. Жуков, Е.Б. Глевасский // Геол.журн. АН УССР. – 1968. – № 28 (26) – С. 102 – 103.
  5. Закруткин В.В. Метаморфические комплексы восточной окраины и склона Украинского щита [текст] / В.В. Закруткин, Е.А. Кулиш, А.В. Зайцев и др. // Ин-т геохимии и физики минералов. – Киев: Наукова думка, 1990. – 252 с.
  6. Кривонос В.П. Новая сырьевая база ставролита в Украине / В.П. Кривонос, Б.С. Панов, Р.М. Полуновский, В.Н. Чурочкин // Разведка и охрана недр. – 1987. – №12 – С. 28-32.
  7. Лавриненко Л.A. Метаморфизованные обломочные породы в разрезе осипенковской свиты приазовского кристаллического массива / Л.A. Лавриненко, О.И. Лунева, P.M. Полуновский // Литология и осадачная литология докембрия. X Всесоюзное литологическое совещане. – М., 1973. – С. 56-57.
  8. Лазаренко Е.К. Минералогия Приазовья [текст] / Е.К. Лазаренко, Л.Ф. Лавриненко, Н.И. Бучинская и др. – Киев: Наукова думка, 1981. – C. 197 – 200.
  9. Михайлов В.А. Неметалічні корисні копалини України [текст]: Підручник / В.А. Михайлов, Г.Ф. Виноградов, М.В. Курило. – К.: ВЦ Київський університет, 2007.
  10. Панов Б.С. Актуальні питання мінералогії Донбасу та Приазов'я / Б.С. Панов //Записки Українського мінералогічного товариства. – Київ: Логос, 2006. – C. 134– 136.
  11. Панов Б.С. Перспективы развития минерально-сырьевой базы черной металлургии Украины и Донецкой области / Б.С. Панов // Геолого-мінералогічний вісник. – 2006. – №2(16). – С. 79-81.
  12. Панов Б.С. Современное состояние и некоторые перспективы развития минерально-сырьевого комплекса Донецкой области на период до 2020г. / Б.С. Панов, Ю.Б. Панов [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://masters.donntu.ru... .
  13. Усенко И.С. Метаморфизм Украинского щита [текст] / И.С. Усенко, И.Б. Щербаков, Р.И. Сироштан и др. – Киев: Наукова думка, 1982. – 308 с.
  14. Усенко И.С. Об условиях метаморфизма кристаллических сланцев р. Берды (Приазовье) / И.С. Усенко, Т.Г. Хмарчук и др. // Геохимия и рудообразование. – 1973. – № 2. – С. 21-31.
  15. Усенко И.С. Справочник по петрографи Украины (магматические и метаморфические породы [текст] / И.С. Усенко, К.Е. Есипчук. и др. – Киев: Наукова думка, 1975.
  16. Федькин В.В. Ставролит [Текст] / В.В. Федькин. – М.: Наука, 1975.
  17. Щербак Н.П. Стратиграфические разрезы докембрия Украинского щита [текст] / Н.П. Щербак, К.Е. Есипчук и др. – Киев: Наукова думка, 1985. – С. 143-150.