Zăcământul de minereu de fier Lebedinsky este un zăcământ de minereu de fier din regiunea Belgorod , lângă orașul Gubkin, pe teritoriul regiunii de minereu de fier Staro-Oskolsky din anomalia magnetică Kursk [1] , care se află în bilanţul Lebedinsky GOK OJSC . A fost descoperită în 1956, dezvoltarea minereurilor bogate de fier s-a realizat din 1959, din 1973 s-a dezvoltat un zăcământ de cuarțite feruginoase [1] . Rezervele explorate de minereu de fier se ridică la 4,3 miliarde de tone cu un conținut de Fe de 44,6% [1] . Un zăcământ de minereu care măsoară un kilometru și jumătate pe doi se află la o adâncime de cincizeci și o sută șaizeci de metri (limita superioară) [1] . Principalele minerale sunt magnetita, hematita [1] . Dezvoltarea se realizează într-un mod deschis. Producția medie anuală este de peste treizeci și opt de milioane de tone de minereu [1] . Principalele centre administrative și de dezvoltare industrială sunt în Gubkin și Stary Oskol .
Domeniul este format din trei secțiuni: Central, Yuzhno-Lebedinsky și Sretensky. Zona centrală este un câmp larg de cuarțite feruginoase , colectate într-un sistem de pliuri izoclinale puternic aplatizate în direcția nord-vest. Situl Yuzhno-Lebedinsky este, de asemenea, compus din cuarțite feruginoase din suita de minereu de fier, care apar în aripa unui pliu anticlinal aplatizat în direcția nord-vest. În zona Sretensky, cuarțitele feruginoase sunt aripa unei mari structuri sinclinale . Structura zăcământului este complicată de falii și diguri de compoziție de bază și felsică. La zăcământ a fost stabilită prezența a șase zăcăminte orizontale în formă de mantie de minereuri de fier reziduale bogate. Cea mai mare dintre ele se limitează la un câmp larg de cuarțite feruginoase din secțiunea Centrală [2] .
Prin Decretul Guvernului URSS din 20 iulie 1967, a fost luată decizia de a construi o fabrică de minerit și procesare în orașul Gubkin pe baza zăcământului de minereu de fier Lebedinsky. În 1971, cariera de cuarț Lebedinsky a fost pusă în funcțiune . În 1972, Lebedinsky GOK, care și-a primit numele de la numele zăcământului, a produs primul său produs - concentrat de minereu de fier. GOK este cel mai mare producător de fier brichetat la cald (HBI) comercial din CSI . În 2005, fabrica a produs 20,5 milioane de tone de concentrat, inclusiv 10 milioane de tone de pelete de minereu de fier .
Lățimea maximă a carierei Lebedinsky GOK este de cinci kilometri, adâncimea de șase sute de metri. Un nor de praf oval cu o rază de aproximativ patruzeci de km [3] atârnă aproape constant în aer deasupra carierelor Lebedinsky și Stoilensky din apropiere . În legătură cu pomparea constantă a apei subterane din cariere, s-a format o pâlnie de depresiune (de uscare) cu o suprafață de aproximativ trei sute de kilometri pătrați [4] . Scăderea maximă a nivelului apelor subterane în cariere și minele din orașele Gubkin și Stary Oskol este de două sute - două sute cincizeci de metri [5] .
Pe zona de perturbare directă a terenurilor complexului minier ( LGOK , SGOK , OEMK etc.), dintre cele cincizeci până la șaizeci de specii de plante erbacee care au fost răspândite aici, doar șase sau șapte se adaptează la noile condiții ale existenţă. În zona prăfuită cu o intensitate de cinci sute până la șapte sute de kilograme pe hectar pe an, rămân viabile doar zece până la douăsprezece specii de ierburi sălbatice. Acest nivel de praf duce inevitabil la o reducere a populațiilor de insecte și mici ierbivore. Compoziția de specii a păsărilor a scăzut deja cu 70-80%, numărul lor a scăzut și el, iar ungulatele și prădătorii au dispărut aproape complet [3] .
Cuarțitul este o rocă compusă în principal din cuarț. Formarea cuarțitului este asociată cu compactarea și cimentarea nisipurilor de cuarț primare, care au fost reformate în urma acestor procese în gresii de cuarț, a căror modificare metamorfică duce la formarea cuarțitului. Așa-numitele cuarțite secundare se formează ca urmare a acțiunii efluenților gazoși sau hidrotermici ai intruziunilor magmatice asupra rocilor magmatice sau sedimentare.
Cuarțitele diferă de gresii prin absența cimentului și sunt o rocă densă caracterizată prin fractură concoidală. În funcție de minerale-impurități, cuarțitele sunt mica, cloritul, granatul, feldspatul etc. Cantitatea de impurități din cuarțit nu este mai mare de 20%. Culoarea este deschisă, uneori albă. Impuritățile conferă cuarțitului nuanțe diferite.
Cuarzitele se caracterizează prin densitate mare; rezistența finală la compresiune este de 1000-1400 kg/cm2 și mai mult. Greutate specifică - 2,6 g/cm 3 . Rezistență la foc - 1750-1760 ° C.
Cel mai mare consumator de cuarțit este industria refractară și metalurgia (dinas, flux). Cuarțitul este folosit în construcții sub formă de piatră zdrobită pentru beton, mai rar folosit ca material de acoperire și moloz.
Cuarțitul se găsește în diferite țări și vine în culori diferite - de la alb, roz, gri la vișiniu închis și negru - în funcție de concentrația anumitor microelemente în cuarțit.
În legătură cu conținutul altor minerale, se disting varietăți de cuarțite: cuarțite micacee, granate, asemănătoare jaspului, cuarțit amfibol cu pete venoase. Venele subțiri de cuarț trec prin fisurile din structura cuarțitului, care saturează cuarțitul și capătă un aspect de plasă. Formarea cuarțitului este asociată cu recristalizarea gresiilor și a altor roci sedimentare silicioase.
Granița dintre minereurile bogate și cuarțite este cel mai adesea clară. După gradul de oxidare și proprietățile tehnologice, cuarțitele feruginoase se împart în neoxidate (Fe dist / Fe mag > 0,6), semioxidate (Fe dist / Fe mag = 0,6–0,3) și oxidate (Fe dist / Fe mag < 0, 3). Cuarțitele neoxidate reprezintă 93,7% din rezervele zăcământului.
Depozitul de cuarțite neoxidate are o structură complexă, se caracterizează prin intersectări frecvente a diferitelor soiuri mineralogice de cuarțite feruginoase și prezența straturilor intermediare de șist; în unele zone este intersectat de un număr mare de diguri de diorit-porfirit. Grosimea straturilor și pachetelor de tipuri individuale de cuarțite este de la 1–2 până la 10–20 m, ajungând uneori la 50 m; grosimea digurilor variaza de la 10 la 20 m. Cuarzitele semioxidate (0,7% din rezerve) formeaza o subzona de oxidare incompleta a cuarzitelor feruginoase. Opt depozite lenticulare deconectate de cuarțite semioxidate cu o suprafață de 16 până la 550 mii m 2 și o suprafață totală de 1,5 km² se disting la depozit, grosimea lor ajunge la 27,2 m, cu o medie de 4,5 m. Solul și acoperișul a depozitelor sunt inegale, cu cornituri si scobituri. Conținutul de minereu al cuarțitelor semioxidate este aproape același în toate zonele.
Cuarzitele oxidate reprezinta o subzona de oxidare completa a cuarzitelor feruginoase, care se suprapune cuarzitelor oxidate si semioxidate cu un depozit continuu de acoperire. Grosimea lor variază de la 0,2 la 56 m. Cuarțitele oxidate reprezintă 5,6% din rezerve. Principalele minerale care formează roci ale cuarțitelor feruginoase sunt cuarțul, magnetitul și mica minereului; aluminosilicații magnezio-feruginoși sunt prezenți în diferite depozite. În funcție de compoziția minerală și raportul cantitativ al mineralelor, cuarțitele feruginoase se împart în patru tipuri: magnetit (47,5% din rezervele totale), silicat-magnetit (37,2%), fier-mica-magnetit (14,6%), precum și cuarțite cu conținut scăzut de minereuri (0,7%).
Depozitele de cuarțit sunt cu granulație fină, dimensiunea medie a granulelor este de 0,05–0,08 mm, iar dimensiunea agregatelor de magnetit este de 0,1–0,5 mm. În funcție de compoziția mineralogică a rocilor-mamă, la zăcământ se disting următoarele soiuri de minereuri bogate: magnetit-martită (50%), limonit-martită și limonit (25%) și fier mica-martită (10% din rezervele totale) . Principalele minerale care formează minereu sunt martita, magnetita, limonitul, mica de fier și cuarțul; cele minore sunt siderita, calcitul, cloritul, pirita. Conținutul de fier din minereuri variază de la 25 la 68%. După morfologia și caracteristicile zăcămintelor de cuarțite feruginoase, în cadrul depozitelor se disting secțiunile de vest, central, nord-est și sud-est.
Partea de vest a zăcământului se caracterizează printr-o structură relativ simplă și un conținut uniform de minereu; Conținut Fe total. fluctuează în blocuri de la 32,25 la 36,92%; iar fierul asociat cu magnetita - de la 28,54 la 29,77%.
Partea centrală a zăcământului are o structură internă complexă în comparație cu alte părți și se caracterizează prin cel mai scăzut conținut de minereu, care se datorează unui număr mare de diguri de diorit-porfirit, prezenței zonelor de zdrobire și unei cantități crescute de șist în zona minereului. Cu un număr mediu volumetric de diguri în contur egal cu 3,3%, în partea centrală numărul acestora este de 6,3–12,7% din volumul total. Conținut Fe total. în blocuri variază de la 32,70 la 34,06%, iar fierul asociat cu magnetit - de la 26,36 la 28,30%. În zona de închidere a anticlinalului central, la granița cu ardezie, se observă epuizarea cuarțitelor feruginoase - conținutul de Fe rast scade la 22-25%, iar cel asociat cu magnetit - la 16,2-18,2%.
Partea de nord-est a zăcământului se caracterizează printr-o structură complexă și un conținut relativ ridicat de minereu. Conținut Fe total. este 34,52-36,10%, și asociat cu magnetit - 27,60-29,38%. Cel mai mare conținut de Fe total. (38,27–39,39%) și asociat cu magnetita (33,10–33,77%) se observă în partea de nord-est a zăcământului. Partea de sud-est a zăcământului se caracterizează printr-o structură relativ simplă. Dar în limitele sale se dezvoltă cel mai mare număr de diguri de diorit-porfirit.
Conținutul total de minereu în structura structurii părții de sud-est este consistent. Conținut Fe total. în blocuri este de la 33,4 la 34,84% și asociat cu magnetit - de la 27,3 la 28,55%. Aici, ca și în partea centrală a zăcământului, se observă epuizarea cuarțitelor feruginoase.
Cuarțite silicat-magnetite. Fierul este inclus în cantități mai mari sau mai mici în toate rocile magmatice și sedimentare, dar termenul de minereuri de fier este înțeles ca desemnând astfel de acumulări de compuși feruginoși din care fierul metalic poate fi obținut în cantități mari și economic. Minereurile de fier se găsesc doar în zone limitate și doar în localități cunoscute. După compoziția chimică, minereurile de fier sunt oxizi, hidrați de oxizi și săruri carbonice ale oxidului feros, apar în natură sub formă de diferite minerale, dintre care cele mai importante sunt: minereu de fier magnetic sau magnetit, luciu de fier (și varietate densă - minereu de fier roșu), minereu de fier brun, care include minereuri de mlaștină și de lac și, în sfârșit, minereu de fier spart și soiul său sferosiderit. De obicei, fiecare acumulare a mineralelor numite minereu este un amestec al acestora, uneori foarte strâns, cu alte minerale care nu conțin fier, cum ar fi argila, calcarul sau chiar cu constituenții rocilor magmatice cristaline. Uneori unele dintre aceste minerale se găsesc împreună în același zăcământ, deși în cele mai multe cazuri unul dintre ele predomină, în timp ce altele sunt înrudite genetic cu acesta.
Cuarțitele din cel de-al șaselea orizont feruginos pot fi urmărite în întregul zăcământ și formează două depozite - est și vest. Depozitele sunt separate de roci din al șaptelea orizont de șist. Lungimea zăcământului de est este de 2400 m, zăcământul de vest este de 1400 m.
Grosimea secvenței de est variază de la 200 m în partea de sud a zăcământului până la 600–800 m în partea centrală și până la 80–160 m în partea de nord.
Grosimea vestului variază de la 100-250 m până la 400-450 m. Conținutul mediu de fier total este de 34,91%, magnetit - 27,53%
Cuarțitele celui de-al cincilea orizont feruginos sunt distribuite doar în partea de est a zăcămintelor.
Conținutul mediu de fier total în ele este de 35,6%, magnetit - 31,86%.
Structura internă a corpului de minereu din al cincilea și al șaselea orizont de fier este eterogenă.
Straturile intermediare substandard de până la zece metri grosime reprezintă 2,8% din volumul corpului de minereu.
În partea superioară, cuarțitele sunt oxidate. Ele nu sunt evaluate ca o resursă minerală și sunt clasificate ca roci de supraîncărcare.
Cuarțitele feruginoase din al cincilea și al șaselea orizont feruginos sunt de tip tehnologic reprezentat de o varietate silicat-magnetită.
Conținutul de fier total, ținând cont de înfundare - 35,6%, magnetit - 25,68%.
Cuarțite de magnetită și hematit-magnetită. Magnetita Fe304 și hematita Fe203 conținute în cuarțitele feruginoase sunt potențial reactive. Prin urmare, posibilitatea utilizării materialelor care conțin astfel de minerale ca materiale de umplutură ar trebui stabilită prin studii speciale. Experimentele au arătat că hidroxidul de fier amorf format în timpul întăririi betonului acoperă mineralele care conțin fier situate pe suprafața agregatelor, excluzând practic participarea acestora la sinteza ulterioară a neoplasmelor. Acest lucru este evidențiat și de absența fenomenelor de coroziune în structurile din beton pe agregate de minereu de fier.
Principalul criteriu de evaluare a calității agregatului fin este efectul acestuia asupra necesarului de apă al amestecului și rezistenței betonului. Cu aceeași compoziție granulometrică, necesarul de apă al nisipului din deșeurile de prelucrare a minereului de fier este oarecum mai mare decât cel al nisipului natural, ceea ce se explică prin rugozitatea crescută a suprafeței granulelor sale. Cu cât boabele care formează roca sunt mai mari, adică cu cât este mai mare gradul de metamorfism al rocii, cu atât rugozitatea și cererea de apă a boabelor mari de nisip sunt mai mari. Cu toate acestea, odată cu scăderea mărimii granulelor nisipurilor cuarț-feruginoase, agregatele capătă o compoziție preponderent monominerală, o suprafață netedă, iar cererea lor de apă devine aproape similară cu boabele de nisip natural. Cu o scădere a modulului de mărime a particulelor de nisip natural și o creștere a conținutului de impurități de argilă și nămol din acesta, este posibil să-l înlocuiască cu nisip artificial cu o compoziție granulometrică similară.
Este recomandabil să se utilizeze deșeuri cu granulație fină ca agregate de beton nisipos, deoarece rezistența la compresiune, modulul de elasticitate, aderența la armătură, rezistența la apă și rezistența la îngheț ale unui astfel de beton sunt mai mari decât betonul pe nisip natural. Utilizarea nisipurilor cuarț-feruginoase ca agregat fin crește densitatea medie a betonului nisipos cu 100-250 kg/m 3 , iar cea a betonului obișnuit cu 50-100 kg/m 3 .
Mineralele feroase îmbunătățesc proprietățile adezive ale suprafeței agregatelor în timpul întăririi normale; prin urmare, nisipurile de cuarț-fier sunt utilizate mai eficient în betoanele care se întăresc în condiții naturale. În betoanele cu agregate grosiere, proprietățile adezive ale agregatelor fine au un efect redus asupra rezistenței betonului. Totuși, odată cu creșterea suprafeței sale specifice, necesarul de apă al amestecului de beton crește și aderența mortarului cu agregat grosier se înrăutățește. În acest sens, înlocuirea nisipului natural local cu nisip artificial în beton cu granulație grosieră este posibilă doar cu o cerere mai mică de apă a acestuia din urmă sau cu o justificare economică adecvată.
În aceleași condiții inițiale, introducerea aditivilor plastifianți este mai productivă într-un amestec de beton cu granulație fină pe nisip artificial decât pe nisip natural, deoarece lucrabilitatea acestuia este îmbunătățită semnificativ. Cu toate acestea, acest lucru reduce rezistența betonului, ceea ce se explică prin deteriorarea capacității de adeziv a mineralelor care conțin fier. Prin urmare, aditivii superplastifianților sunt mai eficienți.
Grilajele obținute prin zdrobirea rocilor de cuarțit în piatră zdrobită sunt, de asemenea, folosite ca nisip de construcție.
Deșeurile din instalațiile miniere și de procesare pot înlocui complet agregatele standard convenționale în betonul greu și pot asigura că proprietățile de proiectare ale acestuia sunt atinse fără un consum excesiv de ciment. Caracteristicile negative ale amestecurilor de beton pe agregate fine din deșeurile de prelucrare a minereului, de exemplu, plasticitatea redusă și capacitatea de reținere a apei, pot fi eliminate prin introducerea de aditivi tensioactivi care reglează proprietățile corespunzătoare.
Forma unghiulară ascuțită și suprafața de relief a boabelor asigură o aderență mai mare a nisipurilor artificiale decât nisipurile de râu, ceea ce are un efect pozitiv asupra rezistenței betonului. Astfel, studiile au stabilit că rezistența betonului cu compoziții nemodificate pe agregate fine din deșeurile de îmbogățire ale uzinelor de exploatare și prelucrare Krivoy Rog este cu 20% mai mare decât rezistența betonului preparat pe nisipul Niprului. Creșterea rezistenței compensează posibila creștere a consumului de ciment la înlocuirea nisipului cuarțos cu deșeuri de îmbogățire din cauza creșterii cererii de apă a amestecurilor de beton. Costul materialelor de umplutură din deșeurile de îmbogățire, de regulă, este semnificativ mai mic decât cele naturale. În condițiile bazinului Krivoy Rog, deșeurile fracționate din minerit și fabrici de procesare sunt de 6-10 ori mai ieftine decât nisipul importat. Odată cu utilizarea lor, costul a 1 m 3 de produse din beton armat este redus cu 10%.
Deșeurile obținute în timpul îmbogățirii minereurilor pot înlocui complet nisipul cuarțos în mortare. Sunt eficiente în special în mortarele de ipsos unde prezența particulelor de agregate mai mari de 2,5 mm este nedorită. Densitatea medie mare a unor compoziții de astfel de soluții le permite să fie utilizate în tencuieli de protecție cu raze X. Densitatea medie a soluțiilor pe agregate din nămolul de îmbogățire este cu aproximativ 22% mai mare decât densitatea medie a soluțiilor pe nisip cuarțos.