КРИЗИС МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ: КПК ПРЕОДОЛЕТЬ?
Диктор технических наук Д.Г.. ВОРОБЬЕВ, Российский университет дружбы народов, кандидат технических наук Т,В. ЧЕКУШ И НА, Институт проблем комплексного освоения недр РАН
Совершенствование горного дела традиционно определяли возможности техники. Например, в угольной промышленности звено «кайло-корзина» сначала сменили на «отбойный молоток-вагонетка», затем «комбайн-транспортер». Лишь в конце XX в. была создана
принципиально новая физико-химическая технология, предполагающая извлечение из недр только продуктивной части залежей без разработки пустых пород.
Ст этьи данной рубрики отражают Ю1 -ие а:.: оров (прим ред.)
V, млн ,м3 3000
1980
1981
1982 1983 1984 1985 1986 1987 1989
1990
годы
Издавна люди стремились пользоваться естественными ресурсами с предельной интенсивностью и с наименьшими затратами труда. Сегодня мы видим, сколь велики издержки такого подхода в масштабе планеты.
Наибольший урон биосфере наносят добывающая промышленность и первичная обработка сырья. До середины XX в. прогрессивные изменения в этих областях определялись только стремлением получить как можно больше нужной продукции, не считаясь с состоянием окружающей среды. Однако в связи с истощснием запасов полезных ископаемых и значительным экологическим уроном пришлось создавать и внедрять ресурсосберегающие технологии, учитывающие требования охраны природы. К ним относятся подземное выщелачивание металлов и выплавка серы, газификация углей, скважинная гидродобыча растворимых солей. Но это только начало.
Потребление минерального сырья в мире удваивается каждые 10— 15 лет. С 1900 по 2000 г. из недр из-атекли 170 млрд. т угля и 35 млрд. т железной руды, а в последнюю треть XX в. — 15 млрд. т металлических руд (в том числе десятки миллионов тонн свинца, цинка, алюминия, многие тысячи тонн других цветных и редких металлов, сотни тонн золота). При этом добывали и перерабатывали на один-два порядка больше вмещающих пород.
Практически все наиболее богатые н доступные залежи полезных ископаемых исчерпаны. Приходится эксплуатировать такие, в которых содержание металлов в рудах понижено. За последние 35 лет для железа оно сократилось в 2 раза, для меди — в 2,5, свинца — в 4,5, а для не-
которых редких и благородных металлов — в 6—8 раз. Эти показатели, не говоря о росте объемов добычи природного сырья, говорят о значительном увеличении твердых и жидких отходов. Например, с 1945 по 1991 г. на территории СССР их насчитывали порядка 150 млрд. т, главным образом на предприятиях Урала (более 600 млн. м ), Криворожского бассейна (примерно 400 млн. т окисленных железистых кварцитов), Курской магнитной аномалии (около 1 млрд. м" вскрышных пород), на северо-востоке страны, в основном при извлечении золота из россыпей — более 1,5 млрд. м'.
В ходе добычи минеральных ресурсов количество отходов меняется в значительных пределах в зависимости от полезного ископаемого. Так, на 1 тугля их приходится втрое больше; для железа эта величина возрастает вдвое, для цветных металлов увеличивается до 100—150 т, а для редких, благородных и радиоактивных металлов достигает 5— 10 тыс.!
Нечто подобное происходит и при переработке сырья: 1 т железа дает 0,5—0,7 т отходов, 1 т цветных металлов — более 50—60, а редких, благородных и радиоактивных — от 10 до 100 тыс. т.
Приведенные данные свидетельствуют: в горном деле назрела пора значительных перемен.
Главный недостаток существующих технологий состоит в том, что в ходе эксплуатации месторождений перерабатывается только руда, т.е. горная масса с повышенным содержанием ценных компонентов. В то же время металлосодержащие породы, нередко превосходящие руды по абсолютному количеству полезных веществ, направляются на долговременное хранением отвалы и спец-
Объемы извлекаемых горных пород (1) и их использование (2) в СССР с 1980 по 1990 г.
склады. Там они занимают обширные территории и являются источниками загрязнений природы. Объем утилизации отходов горно-до-бывающего и перерабатывающего комплексов не превышает 6—109?. 13 итоге окружающей среде наносится колоссальный ущерб.
На чем же должна базироваться новая концепция освоения минеральных ресурсов?
По нашему мнению, она предполагает прежде всего геохимическое исследование месторождений полезных ископаемых, учитывающее не только особенности их освоения, но и условия воспроизводства сырья, т.е. искусственного (техногенного) рудообразования. Как принято теперь говорить, пора отходы превращать в доходы. В некоторых случаях соответствующие технологии созданы или находятся на стадии разработки. Однако их внедрение в производство задерживается потрем основным причинам.
До сих пор сохраняется возможность эксплуатировать природные ресурсы, ориентируясь на наиболее богатые залежи минерального сырья, которые продолжают открывать геологи. Такой подход остается наиболее экономически выгодным, хотя при этом недостаточно полно учитывается экологический урон, который наносят современные горно-добывающие и перерабатывающие производства. I (о-прежнему приоритетным фактором остается рентабельность.
Наконец, в индустриально развитых государствах сравнительно много внимания уделяют охране природы за счет размещения «грязных»
V, млн м3
80
70
60
50
40
30
20
10
■ . /1
2ч„
4
>
\
к ~ — -
/9 ,8
4 3 2 1
1985 1990
1995
2000
2005 Т, лет
[Ме]
Изменение объемов вскрышных пород при разработке рудных месторождений в мире: 1 — медных, 2 - алюминиевых, 3,4 — вольфрамо-молибденовых, 5 - редкометалльных, 6 — свинцово-цинковых, 7 — ртутно-сурьмяных, 8 — плавикошпатовых, 9 - оловянных.
Содержание металлов в границах условного месторождения: а — план; 1 — рудная залежь, 2 — ореол рассеяния, 3 - контур горной отработки, 4 - металлосодержащие породы; Ь — содержание металлов по профилю 1-1; 5 — фоновое.
производств в слаборазвитых странах, превращая их в своеобразные экологические колонии.
Но в целом в этом смысле ситуация в мире неукоснительно меняется, и не в лучшую сторону. Вдобавок надо иметь в виду, что переход на новые геотехнолоши — процесс небыстрый, а к той критической ситуации, которая сложится в не столь отдаленном будущем с природными ресурсами, следует подготовиться загодя.
А ведь есть возможность улучшить исходные свойства минерального сырья, в первую очередь с низким содержанием полезных компонентов. Для этого существует целый ряд способов. Горные породы и руды можно перерабатывать на месте естественного залегания механически, химически, с помощью микробов и электромагнитных полей, различных растворов, активизирующих геохимические процессы.
Например, в России около трети месторождений золота в коренном залегании представлены рудами с тонкодисперсной (микроскопической) вкрапленностью, для которых эффективной и промышленно ос-
военной технологии переработки пока нет (подобные залежи относятся к резервным). Целесообразно частично вскрывать их, чтобы предоставить возможность самой природе совершать предварительную обработку сырья. И еще. Более половины резервных месторождений нашей страны представлены рудами с повышенным содержанием органических соединений, главным образом углистого вещества, и примесей мышьяка, меди, сурьмы и т.д. В данных случаях целесообразно снижать их исходную концентрацию еще в недрах до начала разработки.
Предлагаемая стратегия предполагает перераспределение полезных компонентов в горном массиве так, чтобы образовались скопления кондиционного сырья. Особо важен фактор времени, ибо процесс такого обогащения может продолжаться десятки лет. Промышленные методы с применением пара, газов, искусственных реагентов нерентабельны (тем более, если отсутствуют благоприятные предпосылки для этого, в частности, избыток горячей воды, определенных растворов). Гораздо эффективнее воспользоваться
природными соединениями, образующимися непосредственно в горном массиве (скажем, при окислении сульфидов).
При техногенном рудообразова-нии очень важны так называемые геохимические барьеры, теорию которых во второй половине XX в. обосновал доктор геолого-минералогических наук А.И. Перельман. Речь идет о зонах в земной коре, где резко меняются физико-химические параметры, в результате чего накапливаются ценные компоненты. Подобные барьеры бывают гидродинамическими, сорбционными (поглощающими), окислительными, восстановительными, щелочными, испарительными, а также радиаци-онно-химическими (выделены одним из авторов настоящей статьи — А.Г. Воробьевым). В естественных условиях они чаще всего сосуществуют в разных сочетаниях и определяют целый комплекс процессов.
Скажем, гидродинамический — весьма эффективен при перераспределении как малорастворимых благородных металлов (серебро, платина, золото), так и легкорастворимых (медь, уран, цинк, свинец и др.). В
последнем случае с помощью взрывов создают фильтрационную неоднородность, обеспечивая в области выщелачивания более проницаемую среду (допустим, свыше 30 см/ч), а в зоне концентрации полезного компонента сохраняя этот показатель в пределах 5 см/ч и ниже. Кроме резкого перепада скорости движения металлоносных вод, значительно меняются кислотно-щелоч-ные свойства (рН) и окислительно-восстановительный потенциал (Е1л) растворов. В результате геохимические реакции идут активнее, формируя техногенные скопления полезных ископаемых. При горизонтально-слоистой толще максимальная концентрация образующихся залежей будет приурочена к подошве малопроницаемых горизонтов, менее богатые — расположатся ниже; еще глубже — зона бедных (убогих) рудных вкраплений.
Эти процессы могут длиться годами и даже десятилетиями, пока продолжается миграция растворов. Масштабы техногенного рудоотложения прямо зависят от объема вод, направленных на гидродинамический барьер, его контрастности, а также исходного содержания металлов в выщелачиваемом горном массиве.
Авторы наблюдали подобные явления на Садонском руднике (Северная Осетия — Алания), где они реализовались естественно, без применения специальных геотехнологий. Здесь на обширной площади
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.