El depósito de mineral de hierro de Lebedinsky es un depósito de mineral de hierro en la región de Belgorod , cerca de la ciudad de Gubkin, en el territorio de la región de mineral de hierro de Staro-Oskolsky de la anomalía magnética de Kursk [1] , que se encuentra en el balance de Lebedinsky GOK OJSC . Fue descubierto en 1956, el desarrollo de ricos minerales de hierro se lleva a cabo desde 1959, desde 1973 se ha desarrollado un depósito de cuarcitas ferruginosas [1] . Las reservas exploradas de mineral de hierro ascienden a 4.300 millones de toneladas con un contenido de Fe del 44,6 % [1] . Un depósito de mineral que mide uno y medio por dos kilómetros se encuentra a una profundidad de cincuenta a ciento sesenta metros (límite superior) [1] . Los principales minerales de mena son magnetita, hematita [1] . El desarrollo se lleva a cabo de manera abierta. La producción media anual supera los treinta y ocho millones de toneladas de mineral [1] . Los principales centros de desarrollo administrativo e industrial se encuentran en Gubkin y Stary Oskol .
El campo consta de tres secciones: Central, Yuzhno-Lebedinsky y Sretensky. El área central es un amplio campo de cuarcitas ferruginosas , reunidas en un sistema de pliegues isoclinales fuertemente aplanados en dirección noroeste. El sitio Yuzhno-Lebedinsky también está compuesto por cuarcitas ferruginosas del conjunto de mineral de hierro, que se encuentran en el ala de un pliegue anticlinal aplanado en dirección noroeste. En el área de Sretensky, las cuarcitas ferruginosas son el ala de una gran estructura sinclinal . La estructura del depósito se complica por fallas y diques de composición básica y félsica. Se ha establecido la presencia de seis depósitos horizontales en forma de manto de ricos minerales de hierro residuales en el depósito. El mayor de ellos está confinado a un amplio campo de cuarcitas ferruginosas de la sección Central [2] .
Por Decreto del Gobierno de la URSS del 20 de julio de 1967, se tomó la decisión de construir una planta de extracción y procesamiento en la ciudad de Gubkin sobre la base del depósito de mineral de hierro Lebedinsky. En 1971, se puso en funcionamiento la cantera de cuarcita Lebedinsky . En 1972, Lebedinsky GOK, que obtuvo su nombre del nombre del depósito, produjo su primer producto: concentrado de mineral de hierro. GOK es el mayor productor de hierro comercial en briquetas calientes (HBI) en la CEI . En 2005, la planta produjo 20,5 millones de toneladas de concentrado, incluidas 10 millones de toneladas de gránulos de mineral de hierro .
El ancho máximo de la cantera Lebedinsky GOK es de cinco kilómetros, la profundidad es de seiscientos metros. Una nube de polvo ovalada con un radio de unos cuarenta km [3] cuelga casi constantemente en el aire sobre las canteras Lebedinsky y Stoilensky cercanas . En relación con el bombeo constante de agua subterránea de las canteras, se formó un embudo de depresión (secado) con un área de unos trescientos kilómetros cuadrados [4] . La reducción máxima de los niveles de las aguas subterráneas en las canteras y minas de las ciudades de Gubkin y Stary Oskol es de doscientos a doscientos cincuenta metros [5] .
En la zona de perturbación directa de los terrenos del complejo minero ( LGOK , SGOK , OEMK , etc.), de las cincuenta a sesenta especies de plantas herbáceas que aquí estaban muy extendidas, sólo seis o siete se adaptan a las nuevas condiciones de existencia. En la zona polvorienta con una intensidad de quinientos a setecientos kilogramos por hectárea por año, solo quedan viables de diez a doce especies de pastos silvestres. Este nivel de polvo conduce inevitablemente a una reducción de las poblaciones de insectos y pequeños herbívoros. La composición de especies de aves ya ha disminuido en un 70-80%, su número también ha disminuido y los ungulados y depredadores han desaparecido casi por completo [3] .
La cuarcita es una roca compuesta principalmente de cuarzo. La formación de cuarcita está asociada a la compactación y cementación de arenas de cuarzo primarias, que se reformaron como resultado de estos procesos en areniscas de cuarzo, cuyo cambio metamórfico da lugar a la formación de cuarcita. Las llamadas cuarcitas secundarias se forman como resultado de la acción de efluentes gaseosos o hidrotermales de intrusiones ígneas sobre rocas ígneas o sedimentarias.
Las cuarcitas se diferencian de las areniscas en la ausencia de cemento y son una roca densa caracterizada por una fractura concoide. Dependiendo de los minerales-impurezas, las cuarcitas son mica, clorita, granate, feldespato, etc. La cantidad de impurezas en la cuarcita no supera el 20%. El color es claro, a veces blanco. Las impurezas dan a la cuarcita diferentes tonalidades.
Las cuarcitas se caracterizan por su alta densidad; la resistencia máxima a la compresión es de 1000-1400 kg/cm2 y superior. Gravedad específica - 2,6 g / cm 3 . Resistencia al fuego - 1750-1760 ° C.
El mayor consumidor de cuarcita es la industria refractaria y metalúrgica (dinas, flux). La cuarcita se usa en la construcción en forma de piedra triturada para hormigón, y se usa con menos frecuencia como material de revestimiento y escombros.
La cuarcita se encuentra en diferentes países y viene en diferentes colores, desde blanco, rosa, gris hasta cereza oscuro y negro, dependiendo de la concentración de ciertos microelementos en la cuarcita.
En relación con el contenido de otros minerales, se distinguen variedades de cuarcitas: cuarcitas micáceas, granates, jaspeadas, cuarcitas anfíboles con manchas de vetas. Finas vetas de cuarzo pasan a través de las grietas en la estructura de la cuarcita, que saturan la cuarcita y adquiere una apariencia de malla. La formación de cuarcita está asociada con la recristalización de areniscas y otras rocas sedimentarias silíceas.
El límite entre los minerales ricos y las cuarcitas suele ser claro. Según el grado de oxidación y las propiedades tecnológicas, las cuarcitas ferruginosas se dividen en no oxidadas (Fe dist / Fe mag > 0,6), semioxidadas (Fe dist / Fe mag = 0,6–0,3) y oxidadas (Fe dist / Fe mag < 0, 3). Las cuarcitas no oxidadas representan el 93,7% de las reservas del depósito.
El depósito de cuarcitas no oxidadas tiene una estructura compleja, se caracteriza por intercalaciones frecuentes de diversas variedades mineralógicas de cuarcitas ferruginosas y la presencia de interláminas de lutitas; en algunas áreas es atravesado por un gran número de diques de diorita-porfirita. El espesor de las capas y paquetes de tipos individuales de cuarcitas es de 1 a 2 a 10 a 20 m, alcanzando ocasionalmente los 50 m; el espesor de los diques varía de 10 a 20 m Las cuarcitas semioxidadas (0,7% de las reservas) forman una subzona de oxidación incompleta de las cuarcitas ferruginosas. En el yacimiento se distinguen ocho depósitos lenticulares desconectados de cuarcitas semioxidadas con un área de 16 a 550 mil m 2 y un área total de 1,5 km², su espesor alcanza los 27,2 m, promediando los 4,5 m. de los depósitos son irregulares, con salientes y huecos. El contenido de mineral de las cuarcitas semioxidadas es casi el mismo en todas las áreas.
Las cuarcitas oxidadas representan una subzona de oxidación completa de las cuarcitas ferruginosas, que se superpone a las cuarcitas oxidadas y semioxidadas con un depósito de cobertura continuo. Su espesor oscila entre 0,2 y 56 m Las cuarcitas oxidadas representan el 5,6% de las reservas. Los principales minerales formadores de rocas de las cuarcitas ferruginosas son el cuarzo, la magnetita y el mineral de mica; Los aluminosilicatos magnésico-ferruginosos están presentes en diferentes yacimientos. Dependiendo de la composición mineral y la proporción cuantitativa de minerales, las cuarcitas ferruginosas se dividen en cuatro tipos: magnetita (47,5% de las reservas totales), silicato-magnetita (37,2%), hierro-mica-magnetita (14,6%), así como cuarcitas de bajo contenido en mineral (0,7%).
Los depósitos de cuarcita son de grano fino, el tamaño de grano promedio es de 0,05 a 0,08 mm y el tamaño de los agregados de magnetita es de 0,1 a 0,5 mm. Dependiendo de la composición mineralógica de las rocas madre, en el depósito se distinguen las siguientes variedades de minerales ricos: magnetita-martita (50%), limonita-martita y limonita (25%) y mica-martita de hierro (10% de las reservas totales) . Los principales minerales formadores de minerales son martita, magnetita, limonita, mica de hierro y cuarzo; los menores son siderita, calcita, clorita, pirita. El contenido de hierro en los minerales oscila entre el 25 y el 68 %. De acuerdo a la morfología y características de los yacimientos de cuarcitas ferruginosas, se distinguen dentro de los yacimientos las secciones occidental, central, nororiental y sureste.
La parte occidental del yacimiento se caracteriza por una estructura relativamente simple y un contenido de mineral uniforme; Contenido de Fe total. fluctúa en bloques de 32.25 a 36.92%; y hierro asociado con magnetita - de 28,54 a 29,77%.
La parte central del depósito tiene una estructura interna compleja en comparación con otras partes y se caracteriza por el contenido más bajo de mineral, lo que se debe a una gran cantidad de diques de diorita-porfirita, la presencia de zonas de trituración y una mayor cantidad de esquisto en la zona del mineral. Con un número volumétrico medio de diques en el contorno igual al 3,3%, en la parte central su número es del 6,3 al 12,7% del volumen total. Contenido de Fe total. en bloques varía del 32,70 al 34,06%, y el hierro asociado con magnetita, del 26,36 al 28,30%. En la zona del cierre del anticlinal central, en el borde con pizarras, se observa agotamiento de cuarcitas ferruginosas -el contenido de Fe rast desciende al 22-25%, y el asociado a magnetita- al 16,2-18,2%.
La parte noreste del depósito se caracteriza por una estructura compleja y un contenido de mineral relativamente alto. Contenido de Fe total. es 34.52-36.10%, y asociado con magnetita - 27.60-29.38%. El mayor contenido de Fe total. (38.27–39.39%) y asociado a magnetita (33.10–33.77%) se observa en la parte nororiental del depósito. La parte sureste del depósito se caracteriza por una estructura relativamente simple. Pero dentro de sus límites se desarrolla la mayor cantidad de diques de diorita-porfirita.
El contenido total de mineral en la estructura de la estructura de la parte sureste es consistente. Contenido de Fe total. en bloques es del 33,4 al 34,84%, y asociado con magnetita, del 27,3 al 28,55%. Aquí, al igual que en la parte central del yacimiento, se observa agotamiento de cuarcitas ferruginosas.
Cuarcitas de silicato-magnetita. El hierro se incluye en mayor o menor cantidad en todas las rocas ígneas y sedimentarias, pero se entiende por minerales de hierro aquellas acumulaciones de compuestos ferruginosos de los que se puede obtener hierro metálico en grandes cantidades y económicamente. Los minerales de hierro se encuentran solo en áreas limitadas y solo en localidades conocidas. Según la composición química, los minerales de hierro son óxidos, hidratos de óxidos y sales carbónicas de óxido ferroso, se presentan en la naturaleza en forma de diversos minerales, de los cuales los más importantes son: mineral de hierro magnético o magnetita, brillo de hierro (y sus variedad densa - mineral de hierro rojo), mineral de hierro marrón, que incluye minerales de marismas y lagos, y finalmente, mineral de hierro de espato y su variedad esferosiderita. Por lo general, cada acumulación de los minerales mencionados es una mezcla de ellos, a veces muy estrechamente, con otros minerales que no contienen hierro, como arcilla, caliza, o incluso con constituyentes de rocas ígneas cristalinas. En ocasiones algunos de estos minerales se encuentran juntos en un mismo yacimiento, aunque en la mayoría de los casos predomina uno de ellos, mientras que otros están relacionados genéticamente con él.
Las cuarcitas del sexto horizonte ferruginoso se pueden rastrear en todo el depósito y forman dos depósitos: este y oeste. Los depósitos están separados por rocas del séptimo horizonte de lutitas. La longitud del depósito oriental es de 2400 m, el depósito occidental es de 1400 m.
El espesor de la secuencia oriental varía desde 200 m en la parte sur del depósito hasta 600–800 m en la parte central y hasta 80–160 m en la parte norte.
El espesor de los rangos occidentales de 100-250 ma 400-450 m El contenido promedio de hierro total es 34.91%, magnetita - 27.53%
Las cuarcitas del quinto horizonte ferruginoso se distribuyen únicamente en la parte este de los depósitos.
El contenido promedio de hierro total en ellos es 35.6%, magnetita - 31.86%.
La estructura interna del cuerpo mineralizado de los horizontes de hierro quinto y sexto es heterogénea.
Las capas intermedias deficientes de hasta diez metros de espesor constituyen el 2,8% del volumen del yacimiento.
En la parte superior, las cuarcitas están oxidadas. No se evalúan como recurso mineral y se clasifican como rocas de sobrecarga.
Las cuarcitas ferruginosas del quinto y sexto horizonte ferruginoso son un tipo tecnológico representado por una variedad de silicato-magnetita.
El contenido de hierro total, teniendo en cuenta la obstrucción - 35,6%, magnetita - 25,68%.
Magnetita y hematites-magnetita cuarcitas. La magnetita Fe304 y la hematita Fe203 contenidas en las cuarcitas ferruginosas son potencialmente reactivas. Por lo tanto, la posibilidad de utilizar materiales que contengan dichos minerales como cargas debe establecerse mediante estudios especiales. Los experimentos han demostrado que el hidróxido de hierro amorfo formado durante el endurecimiento del hormigón protege los minerales que contienen hierro ubicados en la superficie de los agregados, excluyendo prácticamente su participación en la síntesis posterior de neoplasmas. Esto también se evidencia por la ausencia de fenómenos de corrosión en estructuras de concreto sobre agregados de mineral de hierro.
El criterio principal para evaluar la calidad del agregado fino es su efecto sobre la demanda de agua de la mezcla y la resistencia del concreto. Con la misma composición granulométrica, la demanda de agua de la arena procedente de residuos de tratamiento de mineral de hierro es algo superior a la de la arena natural, lo que se explica por la mayor rugosidad superficial de sus granos. Cuanto más grandes sean los granos formadores de roca, es decir, cuanto mayor sea el grado de metamorfismo de la roca, mayor será la rugosidad y la demanda de agua de los grandes granos de arena. Sin embargo, con una disminución en el tamaño de grano de las arenas cuarzo-ferruginosas, los agregados adquieren una composición principalmente monomineral, una superficie lisa y su demanda de agua se vuelve casi similar a la de los granos de arena natural. Con una disminución en el módulo de tamaño de partícula de la arena natural y un aumento en el contenido de impurezas de arcilla y limo, es posible reemplazarla con arena artificial de una composición granulométrica similar.
Es recomendable utilizar residuos de grano fino como agregados de hormigón arenoso, ya que la resistencia a la compresión, el módulo de elasticidad, la adherencia al refuerzo, la resistencia al agua y la resistencia a las heladas de dicho hormigón son más altas que las del hormigón sobre arena natural. El uso de arenas cuarzo-ferruginosas como árido fino aumenta la densidad media del hormigón arenoso en 100-250 kg/m 3 y la del hormigón ordinario en 50-100 kg/m 3 .
Los minerales ferrosos mejoran las propiedades adhesivas de la superficie de los agregados durante el endurecimiento normal, por lo que las arenas de cuarzo-hierro se utilizan de manera más eficiente en hormigones que endurecen en condiciones naturales. En concretos con agregados gruesos, las propiedades adhesivas de los agregados finos tienen poco efecto sobre la resistencia del concreto. Sin embargo, al aumentar su superficie específica, aumenta la demanda de agua de la mezcla de hormigón y empeora la adherencia del mortero con el árido grueso. En este sentido, la sustitución de arena natural local por arena artificial en hormigones de grano grueso sólo es posible con una menor demanda de agua de estos últimos o con una justificación económica adecuada.
En las mismas condiciones iniciales, la introducción de aditivos plastificantes es más productiva en una mezcla de hormigón de grano fino sobre arena artificial que sobre arena natural, ya que mejora significativamente su trabajabilidad. Sin embargo, esto reduce la resistencia del hormigón, lo que se explica por el deterioro de la capacidad adhesiva de los minerales que contienen hierro. Por lo tanto, los aditivos de superplastificantes son más efectivos.
Los tamizados obtenidos al triturar rocas de cuarcita en piedra triturada también se utilizan como arena de construcción.
Los desechos de las plantas de minería y procesamiento pueden reemplazar por completo los agregados estándar convencionales en el concreto pesado y garantizar que sus propiedades de diseño se logren sin un consumo excesivo de cemento. Las características negativas de las mezclas de hormigón sobre áridos finos procedentes de residuos de tratamiento de minerales, por ejemplo, plasticidad y capacidad de retención de agua reducidas, pueden eliminarse mediante la introducción de aditivos tensioactivos que regulen las propiedades correspondientes.
La forma de ángulo agudo y la superficie en relieve de los granos proporcionan una mayor adherencia de las arenas artificiales que las arenas de río, lo que tiene un efecto positivo en la resistencia del hormigón. Por lo tanto, los estudios han establecido que la resistencia del hormigón con composiciones inalteradas sobre agregados finos de los residuos de enriquecimiento de las plantas de extracción y procesamiento de Krivoy Rog es un 20% más alta que la resistencia del hormigón preparado sobre la arena del Dnieper. El aumento de resistencia compensa el posible aumento del consumo de cemento al sustituir arena de cuarzo por residuos de enriquecimiento debido al aumento de la demanda de agua de las mezclas de hormigón. El costo de los rellenos de los desechos de enriquecimiento, por regla general, es significativamente menor que los naturales. En las condiciones de la cuenca de Krivoy Rog, los desechos fraccionados de las plantas de extracción y procesamiento son de 6 a 10 veces más baratos que la arena importada. Con su uso, el costo de 1 m 3 de productos de hormigón armado se reduce en un 10%.
Los desechos obtenidos durante el enriquecimiento de minerales también pueden reemplazar completamente la arena de cuarzo en los morteros. Son especialmente eficaces en morteros de yeso donde no es deseable la presencia de partículas de árido mayores de 2,5 mm. La alta densidad promedio de algunas composiciones de tales soluciones les permite usarse en emplastos protectores de rayos X. La densidad media de las soluciones sobre los áridos de los lodos de enriquecimiento es aproximadamente un 22 % superior a la densidad media de las soluciones sobre la arena de cuarzo.