Evolution of microcracking in PR1sx1f iron quartzites (Novokryvorizke deposit) during comminution

The study aims to establish the regularities of multiscale hierarchical reorganization of the microcrack network in PR1sx1 f banded iron formation during the complete technological cycle of crushing and wet ball grinding, providing a quantitative interpretation of stage-specific transitions in defect generation mechanisms. The research is based on comprehensive petrographic and quantitative microstructural analysis of iron quartzites sampled after successive stages of dry crushing and wet grinding. Measurements were performed using a polarizing microscope (Polam R-312) and an inverted metallographic microscope (LMM 1400) at fixed magnifications to ensure statistical reliability. Integral descriptors of microcracking were calculated, including the Linear Microcrack Density Coefficient, the Microcrack Density Coefficient, the Hierarchical Reorganization Coefficient (Kier), and the Scale Redistribution Index (Im). Statistical analysis of microcrack length distributions was carried out to evaluate changes in defect scale and spatial organization. The findings demonstrate that the evolution of microcracking has a pronounced multilevel hierarchical character. A monotonic decrease in characteristic microcrack length is accompanied by a multiple increase in crack density, indicating a transition from localized crack growth to intensive initiation and interaction of short-scale defects. Stage-to-stage analysis using Kier reveals alternation between balanced crack growth and predominance of crack initiation, reflecting nonlinear restructuring of the defect field. The quasi-exponential growth of Im confirms progressive scale redistribution toward ultrashort microcracks and the formation of a highly dense hierarchical defect structure. The results identify structural prerequisites for enhanced material reactivity and improved mineral liberation during beneficiation. The formation of a dense network of ultrashort microcracks creates favourable conditions for magnetite liberation within the quartz matrix and for optimizing comminution regimes. The originality of the study lies in the quantitative description of stage-specific transitions in defect generation mechanisms and in the introduction of complementary diagnostic indicators (Kier and Im) that integrate local transition behaviour with cumulative scale redistribution of the microcrack system.

Метою дослідження є встановлення закономірностей багатомасштабної ієрархічної перебудови мікротріщинної мережі залізистих кварцитів горизонту PR1sx1 f у межах повного технологічного циклу дроблення та мокрого кульового подрібнення з кількісною інтерпретацією стадійних змін механізмів дефектогенезу. Дослідження базується на комплексному петрографічному та кількісному мікроструктурному аналізі зразків залізистих кварцитів, відібраних після послідовних стадій сухого дроблення та мокрого подрібнення. Вимірювання виконувалися за допомогою поляризаційного мікроскопа (Полам Р-312) та інвертованого металографічного мікроскопу (LMM 1400) при фіксованих збільшеннях для забезпечення статистичної надійності результатів. Розраховано інтегральні показники мікротріщинуватості, зокрема коефіцієнт лінійної мікротріщинуватості, коефіцієнт щільності мікротріщин, коефіцієнт ієрархічної перебудови (Kієр) та індекс масштабного перерозподілу (Iм). Статистичний аналіз розподілів довжин мікротріщин дозволив оцінити зміни їх масштабу та просторової організації. Результати засвідчили, що еволюція мікротріщинуватості має виражений багаторівневий ієрархічний характер. Монотонне зменшення характерної довжини мікротріщин супроводжується багаторазовим зростанням їх щільності, що відображає перехід від локалізованого росту окремих дефектів до інтенсивної ініціації та взаємодії короткомасштабних мікротріщин. Поетапний аналіз за допомогою коефіцієнта Kієр виявив чергування режимів збалансованого росту та домінування ініціації тріщин, що свідчить про нелінійну перебудову дефектного поля. Квазіекспоненційне зростання індексу Iм підтверджує прогресуючий масштабний перерозподіл дефектів у бік ультракоротких мікротріщин та формування надщільної ієрархічної структури. Практичне значення результатів полягає у встановленні структурних передумов підвищення реакційної здатності матеріалу та ефективності мінеральної ліберації при збагаченні. Формування густої мережі ультракоротких мікротріщин створює сприятливі умови для розкриття магнетиту в кварцовій матриці та оптимізації режимів подрібнення. Наукова новизна роботи полягає у кількісному описі стадійних переломів механізмів дефектогенезу та запровадженні взаємодоповнювальних діагностичних індикаторів, що інтегрують локальні переходи з накопичувальним масштабним перерозподілом мікротріщинної системи.