Тема: Строение и минералогия Белоусовского древнего горно-перерабатывающего комплекса (Степное Приуралье)

Квалификационная работа посвящена исследованию строения Белоусовского горно- призводственного комплекса (ГПК) и изучению минерального и химического состава богатых медных руд. Белоусовский ГПК расположен в Оренбургской области (рис. 1) и представляет собой древнее горнодобывающее и рудообогатительное производство, действующее на данной территории в бронзовом веке (Богданов, 2019).
Актуальность работы состоит в проверке предположения С.В. Богданова, что обнаруженные на комплексе образцы являются не естественными рудами, а представляют собой продукты древнего технологического обжига медных руд, произведенного с целью повышения концентрации полезного компонента, для последующей металлургической плавки (Богданов, 2018).
Цель выпускной квалификационной работы состояла в реконструкции технологии добычи и переработки богатых медных руд, разрабатываемых в бронзовом веке на Белоусовском горно- призводственном комплексе.
В задачи проводимых исследований входили:
1. Уточнение положения, размеров и морфологических особенностей Белоусовского ГПК, включающего непосредственно сам древний рудник, обогатительные площадки, а также пожоговые ямы и отвалы продуктов пережога.
2. Сбор эталонной коллекции медных руд и вмещающих пород данного объекта.
3. Диагностика и характеристика минералов, обнаруженных на площади Белоусовского ГПК.
4. Сравнение свойств природного и техногенного материала.
Для выполнения выпускной квалификационной работы были проведены полевые, лабораторные и аналитические исследования.
Полевые работы проводились на Белоусовском руднике в августе 2019 г. В ходе работ составлена крупномасштабная схема строения обогатительного комплекса (м-б 1:50), проведена геологическая документация горной выработки (м-б 1:20), рудного отвала (м-б 1:20), пожоговой ямы (м-б 1:20), отвалов продуктов пережога (м-б 1:20). Отобрано 5 образцов штуфных проб.
Лабораторные работы включали: изучение и описание материала под бинокулярным микроскопом, выделение мономинеральных минеральных фаз и фракций, изготовление препаратов для исследований. Для написания ВКР было изготовлено и описано 4 шлифа и 6 аншлифов.
Аналитические исследования включали оптическую и электронную микроскопию, а также рентгенофазовый и рентгенофлюоресцентный анализы. Все анализы были проведены в лабораториях Института минералогии ЮУ ФНЦ МиГ УрО РАН.
Оптическая микроскопия проводилась для диагностики, минералого-петрографического изучения, определения текстурно-структурных особенностей образцов. Морфологические особенности минералов и их сростков изучалось на бинокулярном микроскопе МБС-9. Для качественного фотографирования использовался бинокулярным микроскопе ZEIS Sterni 2000-C. Описание шлифов и аншлифов проходило на поляризационном микроскопе проходящего и отраженного света Olimpus BX-51.
Электронная микроскопия задействовалась в целях определения размеров, и морфологии (форм выделения) минералов. Съемка проводилась на сканирующем электронном микроскопе TescanVega 3 sbu, оборудованным энерго-дисперсионной приставкой OXFOR DINSTRUMENT (условия анализа: напыление углеродное и с использованием токопроводящего скотча; напряжение на катоде - 30 кУ; диаметр пучка - 5 мкм; время экспозиции - 60 сек, аналитик И.А. Блинов). На этом же приборе выполнялся качественный химический состав минералов, необходимый для подтверждения диагностики минералов.
Рентгенофазовый анализ применялся для точной диагностики минералов. Использовался прибор дифрактометр. ДРОН-2.0, с медным излучением (1.54178) при вращении гониометра 1- 0.5°/мин, шаг 0.02°. Экспозиция образцов происходила последовательно. В качестве внутренних эталонов использовался кремний и кварц; интенсивность отражений оценивалась по высоте пиков (аналитик - П.В. Хворов).
Рентгенофлюоресцентный анализ проводился для определения химического состава образца. Работа осуществлялась на анализаторе INNON-X-a-400. Режим - Analitioal. Время экспозиции каждой пробы - 30 сек. Периодически проводилась калибровка прибора с помощью эталонной металлической пластинки. После проведения анализов, полученные спектры дополнительно просматривались для установления достоверности результатов и удаления некорректных данных. Аналитик - Е.В. Зенович....
Купить

Таким образом, в ходе выполнения выпускной квалификационной работы были проведены исследования по строению Белоусовского ГПК, уточнению его положения, размеров и морфологических особенностей комплекса, который включал непосредственно сам древний рудник, обогатительные площадки, а также пожоговые ямы и отвалы продуктов пережога.
На основании проведенных работ установлено:
1. На площади Белоусовского рудника (протяженность 900-1000 м при поперечнике 30-70 м) было выявлено около сотни древних горных выработок. Выработки в плане имеют овальную форму и окружены прибортовыми отвалами высотой до 0,5 м. Отвалы сложены вскрышными породами. Глубина выработок - 1,2 м. Объектом добычи являлось мергелистые алевролиты, содержащие обособленные сульфидно-карбонатные стяжения меди. В них содержание полезного компонента достигало 50-70 %. Эти отложения связаны с верхним татарским ярусом оруденения. Они перекрыты песчанико-мергелевым породами, песком, галечниками, общей мощностью 3-5 м. Добытый древними горняками материал складировался в отдельный рудный отвал (рудный склад). Он имел блинообразную форму, пологие борта и относительно плоскую кровлю. Современная высота объекта не превышает 0,5 м. Подошва образует овал диаметром 10*15 м. Рудный отвал являлся общим для 10-15 горных выработок.
Производственный комплекс предназначался для последующего обогащения руд. Он расположен в 500 м от рудника и включал в себя рудные склады, две пожоговые ямы и три площадки обожжённого сырья.
Склады необожженного сырья в плане имеют форму вытянутого овала. Поперечник у основания составляет 10-20 м, современная высота до 1 м. Складируемый материал в основном представлен 1-5 см щебнем сероцветных мергелистых алевролитов (80-90 объемных %) и 1-3 см обломками алевропесчаника (10-20 об. %). Пожоговые ямы расположены в 50 м друг от друга. В плане они имели овальную и 8-образную форму диаметром до 5 м и глубиной около 3 м. в нижней части диаметр ямы существенно снижался. Объекты были заполнены золистым грунтом, суглинками, дресвой, щебнем и обломками песчаников. Отвалы продуктов пережога имеют блинообразную форму, с небольшими отростками. Диаметр площадок составляет 20-25 м; современная высота - 0,5-0,75 м; площадь - 400-450 м2. Их поверхность плоская и осложнена неглубокими промоинами и бугорками, в которых концентрировались медистые минералы.
2. По результатам полевых работ на Белоусовском ГПК было собрано 18 образцов: из них горных пород - 5, руд - 5 и продуктов передела - 8.
3. Изучение сульфидно-карбонатных руд (медистых стяжений) показало, что они состоят из «вторичных» сульфидов, преимущественно, ромбического халькозина (CU2S), ковеллина (CuS) и борнита (Cu2FeS4). В виде очень мелких зерен в тяжелых гнездовых рудах может присутствовать реликтовый халькопирит (CuFeS2), встречаются микроскопические дендриты самородной меди. Сульфаты меди в гнездовых рудах представлены антлеритами (Cu3(SO4)(OH)4) и брошантитами (Cu4(SO)4(OH)6). В отдельных гнездах в силу особенностей гипергенеза они могут преобладать над сульфидами. Ванадаты в гнездовых рудах представлены моттрамитом (PbCu(VO4)(OH)). Практически в каждом втором образце в небольших количествах присутствуют гидрохлориды меди - атакамиты (Cu2Cl(OH)3), эпизодически встречаются арсенаты кальция и меди конихальциты (CaCu(AsO4)(OH)). На контакте с окаменевшей древесиной встречаются силикаты меди - хризоколла ((CuAl)2H2Si2O5(OH)4) в ассоциациях с сульфидами и карбонатами. Карбонатные минералы представлены азуритом (Cu3(CO3)2(OH)2) и малахитом (Cu2(CO3)(OH)2). Всего по результатам работ было диагностировано 25 минералов из разных классов.
4. Сравнение результатов анализов природного и техногенного материала показало, что между ними не существует существенных различий. Возможно, это связано с длительной (более 4 тыс. лет) археологизацией материала. Исследованиями не было выявлено присутствие оксидов меди (тенорита и куприта), которые должны были образоваться за счет преобразования сульфатов (ковеллина и халькозина) при окислительном пожиге. Изменения более выражаются в изменении в структурных особенностях обожженного материала, где наблюдается резкое уменьшение
просечек сульфидов меди в малахите и последовательным преобразованием их в размытые пятна. Скорее всего, пожиг производился для разделения рудного материала на низко - и высококонцентрированные руды, которые визуально не отличить. К первым относятся пиритовые и лимонитовые конкреции, в которых содержание меди не превышало 10-15 %, ко вторым - непосредственно сами сульфидно-карбонатные стяжения.
5. Основной целью пожига являлось разделение рудного материала на низко- и высококонцентрированные руды, визуально практически друг от друга не отличимые. К первым относятся пиритовые и лимонитовые конкреции, в которых содержание меди не превышало 10-15 %, ко вторым - непосредственно сами сульфидно-карбонатные стяжения.
Купить