Зональность и прогнозная оценка эндогенных месторождений на основе температурных параметров термоэдс и электропроводности сульфидов (09.03.2011)

Автор: Романов Валерий Григорьевич

– внедрены методика и аппаратура для реализации электрофизичес-ких исследований в производственные и научно-исследовательские организации геологической отрасли.

Практическая значимость диссертационной работы заключается в разработке методико-аппаратурного автоматизированного комплекса для исследований сульфидных минералов, созданного в виде профессионально-ориентированного автоматизированного рабочего места.

Комплекс ориентирован на реализацию исследований электрофизических свойств минералов для решения прикладных геолого-минералогических задач: выявления зональности рудных объектов и оценки их продуктивности; расшифровки стадийности процесса рудообразования, идентификации рудных минералов различного генезиса и т.п. Комплекс оснащен экспресс-ме-тодом определения качественного элементного состава образца, а также монохроматическим устройством обработки и анализа изображений, способствующих решению названных задач.

Он может также использоваться и для решения других задач горно-геологической отрасли: геофизических, минералогических, технолого-мине-ралогических применительно к практике обогащения руд, например, использование взаимосвязи флотационных и электрофизических свойств минералов для оценки технологических показателей руд и др.

Идеи, методы, технические решения, изложенные в диссертации, имеют практическую значимость в учебном и научно-исследовательском процессах при обучении по направлениям «Геология рудных месторождений», «Минералогия», «Геофизика», «Обогащение полезных ископаемых».

Реализация результатов работы. Разработанные методики и аппаратура для исследования электрофизических параметров минералов испо-льзованы при решении геологоразведочных, минералогических, технологических и др. задач в 14-ти производственных и научных организациях: Хасынской геофизической экспедиции ПГО «Севвостгеология», Красноярском отделении СНИИГГИМСа, геолого-съемочной экспедиции ПГО «Иркутскгеология», ЦНИГРИ, ВИМСе, Ленинградском горном институте, КТЭ ПГО «Красноярскгеология», ЦНИИОлово, ВНИИЯГГЕ и др.

На основе изобретений, созданных при участии диссертанта, специальным опытно-конструкторским технологическим институтом АН АССР выпущена и внедрена в производство опытная серия прибора «ЗНАК-1» (бронзовая медаль ВДНХ СССР), в ЗабНИИ МГ СССР – опытная серия измерителей термоЭДС «ИТ-4» (бронзовая медаль ВДНХ СССР).

Экспрессная методика исследований электрофизических свойств су-льфидных минералов использована при исследовании искусственных полупроводниковых соединений в лаборатории термоэлектричества искусственных полупроводников при ЗабГГПУ (акт внедрения 2009 г.).

Методика и аппаратура для экспрессного определения пробности са-мородного золота на основе измерения интегральной термоЭДС внедрены в ОАО «Артель старателей Бальджа» (2008 г.).

Автоматизированная система для измерения электрических параметров рудных минералов как составная часть автоматизированного рабочего места внедрена в производственные геологические объединения «Севвостгеология» и «Красноярскгеология».

Комплекс аппаратуры для измерения электропроводности минералов использовался автором на лабораторных занятиях при чтении курса «Электрические методы обогащения» на кафедре обогащения ЧитГУ.

Апробация работы. Основные положения диссертации и результаты исследований докладывались и обсуждались на международных и республиканских научных конференциях и семинарах: всероссийской научно-практической конференции «Физические явления в конденсированном состоянии вещества» (Чита, 2009 г.), научных симпозиумах «Неделя горняка – 2008, 2007, 2006, 2005» (Москва, ИПКОН РАН-МГГУ); XIII Международной конференции «Технологии, оборудование и сырьевая база горных предприятий промышленности строительных материалов» (Москва, МГГУ-Ассоциация «Недра»-НТО Строителей, 2008); Четвертой Международной научной конференции «Проблемы освоения георесурсов Российского Дальнего Востока и стран АТР» (Владивосток, ГИ ДВГТУ, 2006); V Международной научно-практической конференции «Наука и новейшие технологии при поисках, разведке и разработке месторождений полезных ископаемых» (Москва, РГГРУ, 2006); Международной научно-прак-тической конференции «Проблемы комплексного освоения минерального сырья Дальнего Востока» (Хабаровск, ИГД ДВО РАН, 2005); Международной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы ко-мплексного освоения месторождений полезных ископаемых криолитозоны» (Якутск, Институт Горного дела Севера СО РАН, 2005); Международном совещании «Экологические проблемы и новые технологии комплексной переработки минерального сырья (Плаксинские чтения)», (Чита, ЧитГУ, 2002); Юбилейной международной конференции «Наука и образование на рубеже тысячелетий», (Чита, ЧитГТУ, 1999); Международной конференции «Забайкалье на пути к устойчивому развитию: экология, ресурсы, управление», (Чита, ЧПИ, 1997); Международной выставке «НАУКА-83»; 27-м Международном геологическом конгрессе (Москва, 1984); Международной выставке «ГЕОЭКСПО – 84», (Москва, Мингео СССР, 1984).

В полном объеме диссертационная работа докладывалась на совместном заседании геологического научного центра (ГНЦ), кафедр геофизики, открытых горных работ, ОПИВС ЧитГУ и ИПРЕК СО РАН в 2009 г., Геологическом институте СО РАН (Улан-Удэ) – 20010 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 монографий (3 в соавторстве) и 28 научных статей (11 в изданиях, рекомендованных ВАК), новизна методических и технических разработок защищена 9-ю авторскими свидетельствами на изобретения (5 в соавторстве).

Объем и структура работы. Диссертация объемом 250 с. состоит из Введения, 5 глав, Заключения, Библиографического списка из 252 наименований, Приложений (акты внедрения), содержит 61 рисунок, 56 таблиц.

Автор выражает искреннюю благодарность научным консультантам Заслуженному деятелю науки РФ, доктору технических наук, профессору, чл.-корр. НАН Кыргызской Республики Г.В. Секисову и Заслуженному деятелю науки РФ, доктору геолого-минералогических наук, профессору Г.А. Юргенсону за внимание к работе и полезные советы и рекомендации; признателен сотрудникам лаборатории физики минералов ЗабНИИ, в которой автор проработал 22 года, – А.С. Гурьевичу, В.М. Лапушкову, Г.А. Комову, В.А. Суматохину, В.А. Фаворову, Э.Д. Зезюлиной, В.Ф. Атрошкину, П.М. Аносову, О.И. Широкому, А.С. Платову; ученым ЧитГУ – докторам наук, профессорам А.И. Трубачеву, В.А. Овсейчуку, Ю.В. Павленко, В.П. Мязину, Ю.М. Овешникову, Е.Т. Воронову за ценные советы и замечания, ректору ЧитГУ, Заслуженному деятелю науки РФ, доктору технических наук, профессору Ю.Н. Резнику – за поддержку при работе над диссертацией и при ее подготовке к защите.

2. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении обоснована актуальность проблемы исследования.

В главе 1 представлен анализ состояния разработанности проблемы исследования; сформулированы цели и задачи исследования, защищаемые положения и новизна полученных результатов; приведены сведения об апробации и практической значимости.

Научное направление, связанное с исследованием электрофизических свойств минералов в прикладных целях, оформилось в 70-гг. прошлого столетия. До этого времени все подобные исследования относились к петрофизике, являющейся одним из фундаментальных направлений рудной геофизики. К настоящему времени существуют обстоятельные труды по различным областям петрофизических исследований (Г.М. Авчян, М.Г. Волорович, Н.Б. Дортман, В.В. Ржевский, Г.Я. Новак, В.Н. Дахнов, А.Д. Фролов, А.А. Редозубов и др.). В 1965 г. А.С. Марфунин выделил физику минералов как самостоятельное научное направление, являющееся связующим звеном между геологическими науками, изучающими вещество (геохимией, минера-логией, петрографией) и физикой твердого тела. Данные по электрофизичес-ким свойствам пород и рудных минералов эндогенных месторождений, а также по методике их изучения приведены в ряде обобщающих работ А.Г. Бетехтина, С. Кларка, Э.И. Пархоменко, Р.Т. Шуя, Г.С. Вахромеева, А.П. Карасева, Р.С. Сейфуллина. Результаты исследований термоэлектрических сво-йств и электропроводности минералов в различных сферах использования приведены в работах И.Н. Плаксина, Р.Ш. Шафеева, В.А. Чантурии, В.Е. Вигдергауза, Н.Н. Мозговой, Е.В. Розовой, Г.А. Горбатова, В.М. Глазова, А. Охотина, А.Ф. Коробейникова, А.Я. Пшеничкина, А.В. Мацюшевского, В.Н. Сальникова, Н.С. Стеценко, В.И. Красникова, К.Р. Рабиновича, В.А. Булынникова, В.В. Коткина, В.Н. Акчурина, В.Д. Борцова, В.Г. Прохорова, Л.Б. Ку-шакова, Г.А. Юргенсона и В.Д. Перевертаева, в последние годы – в диссертационных исследованиях Д.В. Титова, Д.О. Ожогина, С.А. Воробьева и др.

Температурные исследования термоЭДС и электропроводности рудных минералов использовались для выяснения механизмов электропроводности (Пшеничкин Коробейников, Комодоев, 1976), рассеяния носителей тока в пиритах (Кривошеин, 1975), систематизации пиритов различного происхождения (Прохоров, 1985), выявления факторов, влияющих на электрические свойства галенитов (Даниленко, 1974), выделения генераций пиритов, выяснения генезиса обломковидных рудных обособлений, при синтезировании ковеллина (Аббасов, Заманова, 2007) и др.

Анализ состояния изученности проблемы исследований позволил сделать два важных вывода. Во-первых, электрофизические параметры являются весьма информативным источником сведений об особенностях состава минералов, условиях их образования, а также геологическом строении рудных тел и месторождений, при этом спектр их использования для решения различных минералогических и геологических задач достаточно широк.

Во-вторых, научный интерес к исследованию электрофизических сво-йств минералов в последние два десятилетия поддерживается только в ведущих научно-исследовательских институтах и вузах. Наблюдающееся от-сутствие публикаций по этой проблематике в практической минералогии и геологии, связанное с известными событиями в геологической отрасли страны, является показателем прекращения исследований в этой области и, как следствие, исключения из арсенала минералогов и геологов-практиков недорогого, экспрессного и эффективного инструмента познания свойств рудного вещества и геологического объекта в целом.

В главе 2 дано описание методики и аппаратурно-технических средства для исследований электрофизических свойств сульфидных минералов; приводятся теоретические основы экспериментальных исследований, методика и аппаратурно-технические средства для измерения термоЭДС и электропроводности сульфидных минералов при постоянной температуре зондирующих электродов, а также для температурных исследований; описываются полевые измерители термоэлектрических параметров рудных минералов; обосновывается необходимость комплексирования этих исследований с другими методами получения геолого-минералогической информации, в частности, экспрессным методом определения качественного состава минералов, компьютерным анализом изображений. В заключение главы дается обоснование модели и состава автоматизированного рабочего места для электрофизических исследований рудных минералов.

В главе 3 дается экспериментальное обоснование зависимости «условия образования–состав–свойства» на примере температурных исследований термоЭДС и электропроводности сульфидных минералов; излагаются теоретические и экспериментальные предпосылки влияния условий образования рудных минералов на их электрофизические свойства. Далее на примере те-мпературных исследований термоЭДС и электропроводности синтезированных галенитов с различными вариациями состава, а также природных пиритов и галенитов из эндогенных месторождений, образованных в различных условиях, обосновывается вывод, что характер температурных зависимостей, а также их производные параметры являются достаточно чуткими индикаторами изменений условий минералообразующей среды, что позволяет их использовать для решения различных геолого-минералогических задач.

В главе 4 дано описание двух способов выявления зональности рудных месторождений, основанных на пространственно-временной изменчивости температурных параметров термоЭДС и электропроводности сквозного пирита только одного типа проводимости на примере Сорского медно-молибденового месторождения с пиритом n-типа и Уконикского золоторудного с пиритом р-типа проводимости. Приведены сведения о коррелируемости выявленной зональности электрофизических свойств с зональностью распределения продуктивных минеральных ассоциаций. Обоснована возможность использования значений и векторов изменений температурных параметров термоЭДС и электропроводности для разработки критериев оценки прогнозных показателей оруденения.

В главе 5 изложены материалы, иллюстрирующие решение различных практических геолого-минералогических задач на основе использования те-мпературных параметров термоЭДС и электропроводности сульфидных минералов: расшифровка стадийности процесса рудообразования, разработка критериев различия пиритов осадочно-диагенетического и гидротермального генезиса, экспрессное определение пробности самородного золота.

Основные научные положения, выносимые на защиту, и их обоснование.

Первое научное положение: «Основой практического использования электрофизических параметров сульфидных минералов является теорети-чески обоснованная и экспериментально подтвержденная их взаимосвязь с основными факторами минералообразования, определяющими вещественный состав минералов, соотношение матричных компонентов, состав и содержание в них изоморфных примесей» – обосновывается следующими тезисами, развернутыми в соответствующей главе диссертации.

Сульфидные минералы, являющиеся основным объектом исследования, по классификации физики минералов относятся к полупроводникам. Кроме типа проводимости и величины термоЭДС, измеренной при постоянном градиенте температур, в работе исследуются температурные зависимости термоЭДС и электропроводности, измеренные в диапазоне температур от комнатной до 300-350 °С.

Теоретические представления, касающиеся температурной зависимости термоЭДС (E) полупроводников, разработаны для простой зонной структуры и постоянных эффективных масс дырок и электронов (Стильбанс, 1967). Согласно им, коэффициент термоЭДС (() полуметаллов сначала возрастает (по модулю), а по достижении максимума уменьшается, при этом у образцов р-типа проводимости он изменяет знак. Коэффициент термоЭДС полупроводников при возрастании температуры сначала падает за счет увеличения концентрации примесных носителей, затем, при их истощении, логарифмически возрастает, после чего наблюдается более крутое падение в области собственной проводимости. Реальные кривые температурной зависимости коэффициента термоЭДС минералов при сохранении основной тенденции могут быть осложнены различными максимумами и минимумами.

По зависимости ( (Т) могут быть определены и рассчитаны следующие параметры (рис. 1, табл. 1):

1) знак и величина коэффициента термоЭДС при комнатной температуре ((к);

2) экстремальные значения коэффициента термоЭДС ((м и –(м), позволяющие рассчитать производный параметр – приращение коэффициента тер-

моЭДС ;

3) по зависимости Е (Т) – знак второй производной.

Интегральная зависимость термоЭДС перед определением параметров должна быть продифференцирована аналитическим или графическим способами. Значения (к, (м снимаются с кривых температурной зависимости коэффициента термоЭДС (рис. 1), а значение ?( рассчитывается по формуле.

Таблица 1

Значения параметров, определенных по температурным зависимостям

термоЭДС пиритов в соответствии с рис. 1


загрузка...