V.G. Yatsenko, TECHNOGENIC CHANGES IN THE GEOLOGICAL ENVIRONMENT DURING THE EXPLOITATION OF MAGNETITE QUARTZITE DEPOSITS OF THE KRYVYI RIH IRON ORE BASIN
https://doi.org/10.15407/mineraljournal.47.04.068
UDC 550.422 (744.63)
TECHNOGENIC CHANGES IN THE GEOLOGICAL ENVIRONMENT
DURING THE EXPLOITATION OF MAGNETITE QUARTZITE DEPOSITS
OF THE KRYVYI RIH IRON ORE BASIN
V.G. Yatsenko, Candidate of Geological and Mineral Sciences, Senior Researcher
E-mail: vgyatsenko@gmail.com; orcid: 0000-0003-3498-3466
V.G. Gubina, Candidate of Geological and Mineral Sciences, Senior Researcher
E-mail: gvg131619@gmail.com; orcid: 0000-0001-7486-5451
V.G. Verkhovtsev, Doctor of Geological Sciences, Senior Researcher
E-mail: verkhovtsev@ukr.net; orcid: 0000-0002-1015-6725
V.V. Pokalyuk, Doctor of Geological Sciences, Senior Researcher
E-mail: pvskan@ukr.net; orcid: 0000-0002-9282-0246
D.V. Charnyi, Doctor Tech. Sci., Senior Researcher
E-mail: dmitriych10@gmail.com orcid: 0000-0001-6150-6433
State Institution "The Institute of Environmental Geochemistry
of National Academy of Sciences of Ukraine"
03142, Kyiv, Ukraine, Palladina Ave., 34-a
Language: Ukrainian
Mineralogical journal 2025, 47 (4): 68-83
Abstract: As a result of the long-term exploitation of magnetite quartzite deposits in the Kryvyi Rih iron ore basin, where the technological cycle involves the beneficiation of ore raw materials, large-scale anthropogenic changes in the natural geological environment occur. These changes include, among other things, the return to the subsurface of mineral matter of a different quality after processing. The purpose of the article is to identify and substantiate the qualitative and quantitative changes in the physicochemical characteristics of magnetite quartzites after their extraction, processing, and return to the natural geological environment in the form of enrichment tailings. The content of macrocomponents in the original magnetite quartzites and in the beneficiation tailings was determined using an X-ray multichannel spectrometer SRP-25; the content of trace elements was analyzed by emission spectrometry. The hydrochemical parameters of process water were measured according to current international standards. The hydrogen index (pH) was determined with a portable pH-meter/oximeter/conductometer AZ-86031 (Taiwan); acidity, total hardness (calcium and magnesium content), and chloride concentration were determined by titration; the content of sulfates, nitrogen compounds, phosphates, soluble iron, and zinc was measured by spectrophotometric analysis using a DR 2800 Hach Lange spectrophotometer (USA). The total content of iron and other heavy metals was determined according to the relevant methodology using an atomic absorption spectrometer AA-850 (Japan). The total sodium and potassium content was calculated based on molar ratios. The study has proven significant changes in the structural-textural characteristics, aggregate-phase state, mineral composition, and chemical macro- and microcomponent content of magnetite quartzites after their extraction and beneficiation. Clarke values of chemical element concentrations in the original ore, commercial magnetite concentrate, and enrichment tailings were calculated. A mass balance was calculated for the system: original iron ore — magnetites concentrate — solid phase of beneficiation tailings. It was established that during the long-term storage of enrichment tailings in tailings facilities, as a result of the interaction between liquid and solid phases, geochemical processes occur that are similar to the final stage of weathering of rocks under natural exogenous conditions. In tailings ponds, due to the preliminary artificial dispersion of rocks and the presence of process waters, hypergenic processes occur more intensively than in natural conditions.
Keywords: magnetite quartzites, concentrate, enrichment tailings, chemical elements.
References / Література
ArcelorMittal Kryvyi Rih. URL: https://Ukrainian.arcelormittal.com/ (Accessed: 21.02.2024).
Beresnevich, P.V., Kuzmenko, P.K. and Nezhentseva, N.G. (1993), Ohrana okruzhayushej sredy pri ekspluatacii hvostohranilishch, Nedra, Moskva [in Russian].
[Бересневич, П.В., Кузьменко, П.К., Неженцева, Н.Г. (1993), Охрана окружающей среды при эксплуатации хвостохранилищ. Москва: Недра, 1993.]
Dill, H.G. (2015), Elements, Vol. 11, No. 5, pp. 311-316. https://doi.org/10.2113/gselements.11.5.311
Dill, H.G., Pöllmann, H., Bosecker, K., Hahn, L. and Mwiya, S. (2002), J. Geochem. Exploration, Vol. 75, Iss. 1-3, pp. 43-70. https://doi.org/10.1016/S0375-6742(01)00199-6
Dolgova, T.I. and Smetana, N.A. (2010), Nauk. visn. NHU, No. 7-8, Dnipro, pp. 92-96 [in Ukrainian].
[Долгова, Т.І., Сметана, Н.А. (2010), Наук. вісн. НГУ. № 7—8. С. 92—96.]
Evtekhov, E.V. (2004), Heol.-mineral. visn., No. 1, Kryvyi Rih, pp. 31-38 [in Russian].
[Евтехов, Е.В. (2004), Геол.-мінерал. вісн. № 1. С. 31—38.]
Evtekhov, V.D., Hrytsai, E.Yu., Paranko, I.S., Kovalchuk, L.N., Evtekhov, E.V. and Matys, V.B. (2004), Heol.-mineral. visn., No. 2, Kryvyi Rih, рр. 81-87 [in Russian].
[Евтехов, В.Д., Грицай, Е.Ю., Паранько, И.С., Ковальчук, Л.Н., Евтехов, Е.В., Матыс, В.Б. (2004), Геол.-мінерал. вісн. № 2. C. 74—77.]
Evtekhov, V.D. and Fedorova, I.F. (2001), Heol.-mineral. visn., No. 2, Kryvyi Rih, рр. 81-87 [in Russian].
[Евтехов, В.Д., Федорова, И.Ф. (2001), Геол.-мінерал. вісн. № 2. С. 81—87.]
Eevtekhov, V.D. and Fedorova, I.F. (2002), Heol.-mineral. visn., No. 1, Kryvyi Rih, рр. 90-98 [in Ukrainian].
[Євтєхов, В.Д., Федорова, І.Ф. (2002), Геол.-мінерал. вісн. № 1. C. 90—98.]
Grigoriev, N.A. (2009), Raspredelenie elementov v verhnej chasti kontinentalnoj kory, UrO RAN, Ekaterinburg [in Russian].
[Григорьев, Н.А. (2009), Распределение элементов в верхней части континентальной коры. Екатеринбург: УрО РАН.]
Gubin, G.V., Grablev, S.A. and Harlamov, V.S. (1985), Obogahcshenie tonkovkraplennyh rud, PH Kola branch AS SSSR, Apatity, pp. 86-88 [in Russian].
[Губин, Г.В., Граблев, С.А., Харламов, В.С. (1985), Обогащение тонковкрапленных руд. Апатиты: Изд-во Кольск. филиала АН СССР. С. 86—88.]
Hubin, H.V., Oliinyk, T.A., Kushniruk, N.V and Shestakova, K.M. (2010), Zbahachennia korysnykh kopalyn, Vyp. 41(82)-42(83), Dnipro [in Ukrainian]. URL: https://core.ac.uk/download/pdf/168413211.pdf (Accessed: 21.02.2024).
[Губін, Г.В., Олійник, Т.А., Кушнірук, Н.В., Шестакова, К.М. (2010), Збагачення корисних копалин. Вип. 41(82)-42(83). Дніпро.]
Hubina, V.H., Pokaliuk, V.V., Verkhovtsev, V.H., Yatsenko, V.H. and Zaborovskyi, V.S. (2023), Mineral. Journ. (Ukrainian), Vol. 45, No. 1, Kyiv, рр. 59-71 [in Ukrainian]. https://doi.org/10.15407/mineraljournal.45.01.059
[Губіна, В.Г., Покалюк, В.В., Верховцев, В.Г., Яценко, В.Г., Заборовский, В.С. (2023), Мінерал. журн. 45, № 1. С. 59—71.]
Hubina, V.H., Verkhovtsev, V.H., Yatsenko, V.H., Pokaliuk, V.V., Zaborovska, L.P., Lavrynenko, O.M. and Lytvynenko, Yu.O. (2024), Visn. Kyiv. Nat. Univ. Taras Shevchenko. Heolohiia, Vol. 1(104), Kyiv, pp. 36-48 [in Ukrainian]. https://doi.org/10.17721/1728-2713.104.05
[Губіна, В.Г., Верховцев, В.Г., Яценко, В.Г., Покалюк, В.В., Заборовська, Л.П., Лавриненко, О.М., Литвиненко, Ю.О. (2024), Вісн. Київ. нац. ун-ту ім. Тараса Шевченка. Геол. 1(104). С. 36—48.]
Kashyk, S.A. (1989), Formirovanie mineralnoi zonalnosti v korakh vyvetrivaniia, Nauka, Novosibirsk [in Russian].
[Кашик, С.А. (1989), Формирование минеральной зональности в корах выветривания. Новосибирск: Наука.]
Krutilin, A.N., Bestuzhev, N.I., Bestuzhev, A.N. and Kalenkovich, D.N. (2009), Metallurgiya, 4(53), pp. 26-33. [in Russian].
[Крутилин, А.Н., Бестужев, Н.И., Бестужев, А.Н., Каленкович, Д.Н. (2009), Металлургия. 4(53). C. 26—33.]
Kukovsky, E.G. (1981), Fiziko-himicheskaya mehanika i litofilnost dispersnyh sistem, No. 13, pp. 42-46 [in Russian].
[Куковский, Е.Г. (1981), Физико-химическая механика и литофильность дисперсных систем. № 13. С. 42—46.]
Lavrynenko, O.M., Yatsenko, V.H., Shabalin, B.H. and Yatsenko, I.H. (2022), Visn. NTUU "KPI im. I. Sikorskoho". Ser.: Khimichna inzheneriia, ekolohiia ta resursozberezhennia, No. 3 (21), Kyiv, pp. 85-93 [in Ukrainian]. https://doi.org/10.20535/2617-9741.3.2022
[Лавриненко, О.М., Яценко, В.Г., Шабалін, Б.Г., Яценко, І.Г. (2022), Вісн. НТУУ "КПІ ім. І. Сікорського". Сер.: Хімічна інженерія, екологія та ресурсозбереження. № 3(21). С. 85—93.]
(1977), Mineralogiya Krivorozhskogo bassejna, Lazarenko, E.K. (red.), Nauk. dumka, Kyiv [in Russian].
[(1977), Минералогия Криворожского бассейна. Под ред. Е.К. Лазаренко. Киев: Наук. думка.]
(2021) "Obedinennoe" hvostohranilisha YuGOKa i AMKR. Foto Anatolij Urban Novak. URL: https://www.facebook.com/NovakUrbanKR/posts/pfbid0xxDvsYn4qUsMDTk6twHX7wbUkQghCyLcR7zUD5EKDJNnZcMqJjkjre2LY3NTEZREl) (Accessed 22.09.2025).
[(2021) "Объединенное" хвостохранилища ЮГОКа и АМКР. Фото Анатолий Урбан Новак.]. https://doi.org/10.1055/a-1372-2015
Ostapenko, P.E. (1977), Obogashchenie zheleznyh rud, Nedra, Moscow [in Russian].
[Остапенко, П.Е. (1977), Обогащение железных руд. Москва: Недра.]
Pedro, Zh. (1971), Eksperimentalnye issledovaniya geohimicheskogo vyvetrivaniya kristallicheskih porod, Mir, Moscow [in Russian].
[Пэдро, Ж. (1971), Экспериментальные исследования геохимического выветривания кристаллических пород. Москва: Мир.]
Protodyakonov, M.M. (1931), Rock Pressure and Mine Support, Pt 1, Rock Pressure. Ed. 2. PH State sci.-technical, Moscow-Leningrad [in Russian].
[Протодьяконов, М.М. (1931), Давление горных пород и рудничное крепление. Ч. 1. Изд. 2. Москва-Ленинград: Гос. науч.-техн. изд-во.]
(2021) Reiestr mists vydalennia vidkhodiv u Dnipropetrovskii oblasti [in Ukrainian]. URL: https://adm.dp.gov.ua/storage/app/media/EKOLOGIA/MVV-REESTR-20-08-2021.pdf (Accessed: 21.02.2024).
[(2021), Реєстр місць видалення відходів у Дніпропетровській області.]
Rudnick, R.L. and Gao, S. (2004), Composition of the Continental Crust, Univ. of Maryland, College Park, MD, USA. 64 p. https://doi.org/10.1016/B0-08-043751-6/03016-4
Sherstiuk, N.P. and Khilchevskyi, V.K. (2012), Osoblyvosti hidrokhimichnykh protsesiv u tekhnohennykh ta pryrodnykh vodnykh obiektakh Kryvbasu, TOV "Aktsent PP", Dnipropetrovsk [in Ukrainian].
[Шерстюк, Н.П., Хільчевський В.К. (2012), Особливості гідрохімічних процесів у техногенних та природних водних об’єктах Кривбасу. Дніпропетровськ: ТОВ "Акцент ПП".]
(2007), Standard Methods, 23rd edition of Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 2007.
Verkhovtsev, V.H., Hubina, V.H., Yatsenko, V.H., Pokaliuk, V.V., Lavrynenko, O.M. and Zaborovska, L.P. (2022), Zb. pr. Vseukr. konf. "Vid mineralohii i heohnozii do heokhimii, petrolohii, heolohii ta heofizyky: fundamentalni i prykladni trendy XXI st.", 28-30 Veres. 2022, KNU Taras Shevchenko, Kyiv, pp. 114-117 [in Ukrainian]. https://doi.org/10.32782/geotech
[Верховцев, В.Г., Губіна, В.Г., Яценко, В.Г., Покалюк, В.В., Лавриненко, О.М., Заборовська, Л.П. (2022), Зб. пр. Всеукр. конф. "Від мінералогії і геогнозії до геохімії, петрології, геології та геофізики: фундаментальні і прикладні тренди ХХІ ст.", 28—30 верес. 2022 р. Київ: КНУ ім. Тараса Шевченка. C. 114—117.]
Yatsenko, V.H., Buzhuk, L.O., Shkapenko, V.V., Pokaliuk, V.V., Tyshchenko, Yu.Ye. and Kuzenko, S.V. (2022), Heokhimiia tekhnohenezu, Iss. 7 (35), pp. 87-91 [in Ukrainian]. https://doi.org/10.32782/geotech2022.35.17
[Яценко, В.Г., Бужук, Л.О., Шкапенко, В.В., Покалюк, В.В., Тищенко, Ю.Є., Кузенко, С.В. (2022), Геохімія техногенезу, Вип. 7 (35). С. 87—91.]
Yatsenko, V.H., Verkhovtsev, V.H., Hubina, V.H., Pokaliuk, V.V., Zaborovska, L.P. and Lavrynenko, O.M. (2024), Zalizorudni rodovyshcha Ukrainy: suchasni problemy ta perspektyvy rozrobky, NNI "In-t heolohii KNU im. Tarasa Shevchenka, 21-22.03.2024, Kyiv, pp. 87-90 [in Ukrainian]. https://doi.org/www.geol.univ.kiev.ua/docs/conf/2024/Thesis_Workshop_2024.pdf (Accessed: 21.02.2024).
[Яценко, В.Г., Верховцев, В.Г., Губіна, В.Г., Покалюк, В.В., Заборовська, Л.П., Лавриненко, О.М. (2024) Залізорудні родовища України: сучасні проблеми та перспективи розробки. ННІ "Ін-т геології КНУ ім. Тараса Шевченка, 21-22.03.2024, Київ. С. 87—90.]