Запасы и добыча нерудных полезных ископаемых

На
территории Российской Федерации расположено большое количество
месторождений нерудного минерального строительного сырья со
значительным объемом запасов. Развитие добычи этих полезных
ископаемых является одной из приоритетных задач горной
промышленности, поскольку нерудные полезные ископаемые широко
используется в строительстве, горном деле и металлургии: в
качестве сырья для производства вяжущих и добавок в различные виды
цемента, для производства высокообжигового, формовочного и
медицинского гипсов, серной кислоты, сульфата аммония, бумаги и для
гипсования почв.

Неметаллические полезные
ископаемые, как их еще называют, играют значительную роль в экономике
страны, определяемую широкомасштабным многоцелевым использованием в
производстве промышленной и сельскохозяйственной продукции, при
создании наукоемких технологий и получении конструкционных
материалов, композитов, специальной керамики.

Анализ
горно-геологических и горнотехнических условий залегания показал, что
главным геолого-промышленным типом месторождений гипса и ангидрита
являются линзовидные и пластовые залежи мощностью от первых метров до
десятков метров и протяженностью от сотен метров до десятков
километров, залегающие в толщах карбонатных и терригенных пород,
представленных известняками, доломитами, глинами и мергелями. К этому
типу принадлежат крупнейшие месторождения США, Канады, Франции, ФРГ,
Великобритании и других стран. В России он представлен
многочисленными месторождениями Европейского центра, Севера и
Поволжья, Восточной Сибири, включая такие крупные, как Залаирское
кембрийского возраста в Иркутской области, Новомосковское девонского
возраста в Тульской области, Звозское нижнепермского возраста в
Архангельской области [1].

Месторождения гипса и
ангидрита встречаются в большинстве геологических систем – от
кембрийской до четвертичной. В России промышленные гипсоносные
месторождения приурочены к кембрийской, девонской, каменноугольной,
пермской, юрской и четвертичной системам. Свыше половины запасов
(около 55%) связаны с каменноугольной системой, примерно третья часть
(около 32%) с пермской, и примерно 10% с девонской системой. К юрской
и кембрийской системам относят лишь около 3% запасов гипсоносных
пород и к отложениям четвертичной системы менее 0,3%.

Проведенный анализ
коньюктуры рынка нерудных строительных материалов показывает, что
интерес к ним возрастает с каждым годом, спрос и потребление будут
неуклонно расти. Коньюктура рынка в РФ благоприятна для освоения
новых месторождений (рис.1,2) [1].

Рисунок 1 – Средняя
цена нерудных строительных материалов в 1997-2011 гг., руб/м3
(цена производителя без НДС и доставки)

Рисунок 2 –
Производство нерудных материалов в 1997-2011, млн. м3

Цены на нерудное
строительное сырье постоянно растут. Это объясняется рядом причин:
завышенная себестоимость добычи, неизменный рост спроса, увеличение
энергетических и транспортных тарифов, низкая производительность
труда. За период 1997-2012 г. цена на нерудные строительные материалы
выросла в 9,1 раза. Однако, следует выделить небольшое падение цены в
2009 году, связанное со снижением объемов производства и спроса в
период мирового финансового кризиса, который затронул все отрасли
производства, в том числе строительство и горнодобывающую
промышленность. Согласно данным Росстата, в это время было замечено
снижение производства нерудных строительных материалов на 20%. В
условиях массового замораживания строительных проектов, строительные
фирмы больше не нуждались в том количестве сырья, которое они
потребляли до кризиса. Также после отмены таможенных пошлин на ввоз
импортного сырья, на склады Российских строительных фирм хлынул поток
дешевого китайского и импортного сырья из дальнего и ближнего
зарубежья [1,2]. Однако это падение постепенно замедлилось, и на
сегодняшний день рынок восстановился.

Мировые
разведанные запасы гипса составляют более 7500 млн. т. Российская
Федерация располагает уникальной по мировым масштабам
минерально-сырьевой базой производства гипса, разведанные запасы
которой (без учёта запасов, разведанных по категории С2)
составляют около половины мировых разведанных запасов. Запасы гипса
стран СНГ (без учета России) составляют около 1000 млн. т (около 14%
мировых запасов). Наиболее крупными запасами из них обладают Украина
(около 450 млн. т) и Казахстан (около 250 млн. т) [3].

Таблица 1

Распределение месторождений
и запасов гипсового сырья по федеральным округам РФ [1].

Большинство
месторождений имеют относительно небольшие запасы. Крупными, с
запасами свыше 25 млн.т., являются только 19 месторождений, на их
долю приходится 90% запасов гипсового сырья России, при этом большая
часть всех запасов (75%) заключена в 9-ти крупнейших месторождения, с
запасами более 100 млн. т. каждое (Новомосковское, Павловское,
Скуратовское, Болоховское, Плетневское, Баскунчакское, Лазинское,
Порецкое и Оболенское).

Анализ
условий залегания показал, что месторождения нерудного сырья, как
правило, осадочного происхождения. Природная ценность нерудного сырья
преимущественно невысока, глубина залегания полезного ископаемого
изменяется в диапазоне от 50 до 400 м., мощность пластов
находится в диапазоне от 5 до 20 м. Такие горно-геологические и
горнотехнические характеристики обусловили предпосылки развития
добычи нерудных полезных ископаемых открытым способом.

Однако при
таком способе отработки месторождений воздействие на окружающую среду
характеризуется значительным нарушением поверхности, связанным с
работой карьера и формированием большого количества отвалов вскрышных
пород. При этом, чем глубже залегает пласт, тем сильнее проявляется
это негативное влияние. Нарушениям,
преобразованиям и негативному воздействию подвергаются не только
земли и воды непосредственно в пределах карьерного поля, но и
территории, занимаемые под внешние отвальные массивы, транспортные и
энергетические коммуникации, здания и сооружения горного предприятия.
Кроме этого, изменяются режимы и уровни подземных вод, происходит
загрязнение почв и поверхностных вод пылью стоками на расстояниях в
десятки километров от границ земельного отвода. Происходит изменение
рельефа местности, а в районах крупных ГОКов преобразовывается
ландшафт, утрачивая свои природные качества под воздействием
техногенеза [1,4].

Альтернативой
отрытому способу добычи является подземная отработка месторождений
нерудного строительного сырья, но недропользователи отказываются от
ее использования ввиду необходимости больших первоначальных
капитальных вложений. Мотивируется это, как правило, экономическим
сравнением в пользу открытой добычи. Сами же расчеты проводятся по
опыту предприятий-аналогов, который не только не всегда
положительный, но и нередко просто не применим.

Тем не менее, разработка
месторождений нерудного сырья подземным способом может осуществляться
со сравнительно низкой себестоимостью добычи. Поэтому необходимо было
провести анализ существующих систем разработки при подземной добыче и
выделить подходящие под требования подземной разработки нерудных
строительных материалов. В свою очередь для выявления этих требований
необходимо было провести исследования горно-геологических
горнотехнических условий залегания месторождений нерудных
строительных материалов в Российской Федерации.

Комплексный
анализ показал, что экологически безопасной технологией добычи
нерудных строительных материалов является камерно-столбовая система
разработки, основные достоинства которой заключаются в простоте
производства, широком фронте работ, возможности применения
высокопроизводительного оборудования, низкой себестоимости добычи
руды и сохранения района ведения горных работ [1].

Недостатки
этой системы – это повышенная опасность ведения работ в камере
под обнаженной кровлей и значительные потери руды в различного рода
целиках. Поэтому на сегодняшний день актуальной является задача по
разработке инструкции для расчета конструктивных элементов системы
разработки и показателей извлечения для экологически безопасной
технологии отработки нерудных полезных ископаемых подземным способом
[5].

Поставленные
задачи решаются коллективом авторов кафедр «Шахтное подземное
строительство» и «Подземная разработка месторождений»
в рамках гранта президента РФ молодым кандидатам наук МК 3749.2012 5.
Разработка выше упомянутой инструкции запланирована на 2 этап,
который будет выполнен в 2013 году.

Литература:

1. Повышение эффективности
   подземной отработки месторождений нерудного строительного сырья.
   Ч.1: Отчет о НИР (промежуточ.) / Сибирский федеральный университет;
   Руководитель Г.С. Курчин. – МК 3749.2012.5 – Красноярск,
   2012. – 50 с. Соисполн.: Е.В. Зайцева, А.К. Кирсанов.

2. Хелая, И.Т.
   Анализ тенденции развития цементной промышленности в условиях
   кризиса: Материалы конференции / И.Т. Хелая, И.В. Петров
   //Москва, 2010.- с 95-100.

3. Гипсовые материалы и
   изделия (производство и применение). Справочник. Под общей ред. А.В.
   Ферронской. – М.: Издательство АСВ, 488 с.

4. Сеченко, Д.С.
   Инженерно-геоэкологическое обоснование нарушенности земель
   горнопромышленной деятельностью для восстановления экологического
   равновесия / Сеченко Д.С.// Научный вестник Московского
   государственного горного университета.-2011.-№8 — С. 83-85.

5. Агошков, М.И.
   Разработка рудных и нерудных месторождений / М.И. Агошков,
   С.С. Борисов, В.А. Боярский //М.: НЕДРА, 1983. С 133.

Виды природных богатств

Всё, что создала природа внутри земной коры — минералы, горные породы и т. д. — имеет свою классификацию. Если рассматривать деление по физическому состоянию, то это могут быть:

• твёрдые вещества;
• жидкости;
• газы.

Есть другой метод, предусматривающий анализ их использования. Согласно ему ископаемые бывают:

• горючие;
• рудные;
• нерудные;
• соли;
• драгоценные и полудрагоценные камни.

Ещё одной характеристикой является происхождение ископаемых. Они подразделяются на такие категории:

• Магматические. Для них свойственно залегание в складчатых рельефах, так как подобные руды могут образоваться при выделении из быстро остывающей лавы. Во время тектонических сдвигов происходит смещение масс к нижнему краю платформы, образуя пласт породы. Преимущественно это рудные полезные ископаемые. Примером территории с запасом железных соединений может служить месторождение в Курской области, называемое магнитной аномалией, или украинский Криворожский бассейн.
• К осадочным породам относятся нерудные элементы. Они появляются на берегах мелководных морей, а также в озёрных или болотистых местностях. Произошли из древних органических остатков, водорослей и сухопутных растений.
• Метаморфические возникают при смещении земных платформ и физико-химических изменений внутри Земли. Основными представителями этой категории являются всевозможные сланцы.

Имеется несколько методик добычи естественных богатств. От уровня залегания это могут быть:

• Карьеры для извлечения горных залежей открытым способом — наиболее экономически целесообразный метод, но приводящий к изменению рельефа, что не всегда на пользу экосистеме.
• Больших затрат потребует шахтный вариант.
• Для нефти традиционным является фонтан, когда жидкость выходит наружу под давлением газов.
• Особым способом — геотехнологическим — извлекают руду. Для этого в пласты породы закачивается горячая вода или спецраствор. Через скважины содержимое выходит на поверхность и ценная порода отделяется.

Во всех странах отмечается повышение потребности в полезных ископаемых. Для того чтобы наиболее эффективно и полно использовать подобные исчерпаемые богатства, существует несколько правил:

• Уменьшить потери при добыче.
• Максимально извлекать сырьё на каждом месторождении.
• Разработка новых экономичных способов извлечения.
• Использование современной техники.
• Привлечение учёных для поиска и прогнозирования будущих залежей.

Категории рудных полезных ископаемых

Примеры подобного вида природных достояний многочисленны и разнообразны. В списках самых богатых мировых залежей — Россия, на чьей карте каждый значок означает месторождение в различных географических поясах, занимает одну из ведущих позиций. Можно сказать, что в отечественных недрах спрятана практически вся таблица Менделеева. В экспорте ресурсов наша страна также является одним из лидеров.

Железные залежи

Эти руды представляют собой минеральные образования природного происхождения. Они богаты веществом настолько, что позволяют извлекать его в промышленных масштабах с экономической выгодой.

По минеральному составу их можно разделить на виды:

• Гидроксиды, к которым относятся гетит и гидрогетит.
• Группа из гематита, мартита и магнетита принадлежит к оксидам.
• Силикаты состоят из тюрингитов и шамозитов.
• Сидероплезиты и сидериты причислены к карбонатам.

Как правило, из всех вышеперечисленных руд производят чугун и прочие чёрные металлы. Сфера их применения обширна. Это предприятия следующих отраслей:

• Машиностроительной и металлообрабатывающей.
• Автомобильной.
• Военно-промышленного комплекса.
• Ракетостроения.
• Пищевой и лёгкой промышленности.
• Строительной сферы.
• Топливно-энергетические предприятия.

Добыча меди

В природе месторождения, где этот пластичный золотисто-розовый металл встречается в чистом состоянии, можно увидеть довольно часто. Однако добыча ведётся в основном из таких соединений:

• Халькозин, имеющий в своём составе около 79% меди.
• Борнит с 65%.
• Медный колчедан (халькопирит), содержащий до 35% главного вещества.

Чистый металл в промышленности применяется редко. В основном спросом пользуются сплавы:

• С цинком — латунь.
• Оловянный — бронза.
• Свинцовый — баббит.
• Медно — никелевый — мельхиор.
• Дюраль — с алюминием.
• Специальный ювелирный — с золотом.

Самым крупным месторождением является чилийский карьер Эсконида, где добывают медные самородки. А также большие залежи обнаружены в США на полуострове Кивино, Боливии, Италии. Российские рудники, которые находятся в долине Лёвихи, реки на Среднем Урале, тоже можно расположить в этом списке.

Применяют металл в виде провода в электротехнике. Для автомобилей изготавливают медные радиаторы, обмотки стартеров, обоймы подшипников. Обшивка судов тоже вырабатывается с применением подобного сырья. Стоит заметить, что на производство Статуи Свободы в США понадобилось 80 т меди.

Разработка алюминия

Из всех цветных металлов этот — наиболее распространённый. Производят его из глинозёмов, содержащихся в бокситовых и нефелиновых рудах. Наиболее большими резервами обладают Гвинея, Бразилия и Австралия. Нашей стране принадлежит 9-е место рейтинга. Отечественное сырьё, добываемое в республике Коми, Свердловской и Белгородской областях, а также на Кольском полуострове не отличается высоким качеством.

Промышленность использует такие свойства алюминия как пластичность, коррозионная стойкость, электропроводность, низкая масса и плотность. Он легко штампуется, куётся и сваривается. Методом волочения из такого металла изготавливают проволоку.

Марганец и его получение

В рудах, пригодных для промышленной переработки, должно быть большое содержание главного компонента. Обычно это оксиды, карбонаты и силикаты. Наиболее пригодными для дальнейшего использования являются:

• Пиролюзиты.
• Марганиты.
• Брауниты.
• Криптомеланы.
• Тодорокиты.
• Родохрозиты.

В качестве сопутствующей породы с марганцевыми рудами часто и в больших количествах встречается железо. Поэтому на практике происходит их разделение на железомарганцевые и марганцовистые. Тип сырья зависит от процентного содержания примеси.

Величайшими месторождениями подобных ископаемых в нашей стране являются Никопольская, Чиатурская, Варненская, Марсятская, Тыньинская, Березовская разработка. Добыча осуществляется преимущественно роторными механизмами, экскаваторами и ковшевыми драгами в открытых карьерах. Реже применяются шахтные комплексы с комбайнами и проходческими щитами. Обогащение совершается на специализированных комбинатах при помощи гравитационного, гравитационно-магнитного и комбинированного метода, а также флотации.

Используют марганец различные отрасли:

• Химическая.
• Металлургия.
• Производство керамики.
• Фармация.

Наиболее известными продуктами являются стекло, минеральные красители и распространённая марганцовка.

Месторождения олова

Этот металл встречается в более чем девяноста соединениях. Из них очень распространены и содержат наибольшее количество подобного компонента такие руды:

• Состоящие целиком из самородного элемента.
• Станнопаладиниты, имеющие примеси других металлов.
• Касситерит с содержанием Sn до 78,8%, тороллит, относящиеся к группе оксидов.
• Варламовит (гидроксид).
• Разновидность силиката — стокезит.
• Наиболее широко применяемый в промышленности, содержащий до 28 процентов олова, станин.
• Из категории сульфосолей — франкеит.
• Гидростаннаты. К ним можно причислить викманит и натанит.

Добывают руду на коренных, или эндогенных, месторождениях как открытым, так и подземным методом. Для обогащения используют фьюмингование, гравитацию. Для большего эффекта можно к ним добавить флотацию. К таким залежам относятся выработки Солнечное, Депутатское, Дубровское, Тернистое.

Второй вид копей — экзогенные, или рассыпные. Среди них существует преобладание озёрных и прибрежно-морских карьеров. Добыча производится драгами, экскаваторами или с помощью гидравлики. Примерами могут служить Правоурмийское, Тигриное, Хинганское месторождения.

Из-за химических свойств, которые включают отсутствие токсичности и окисляемости, олово широко применяет консервная промышленность. В химической отрасли с его помощью получают латунь, красители. Широкое употребление такой компонент нашёл у текстильщиков и стекольщиков.

Извлечение вольфрама

Для добычи этого ископаемого имеется более 20 минералов. Наибольшее количество главного компонента содержится в вольфрамите (76%) и шеелите (80%). В качестве дополнений часто подобные соединения включают различную долю молибдена, висмута, сурьмы, золота, олова, серебра, серы и т. д.

Промышленные месторождения предназначены как для выработки эндогенных залежей таких руд:

• Пегматитовых.
• Скарновых, с содержанием молибденита.
• Грейзеновых, состоящих на 90% из кварца, касситерита или шеелита.
• Гидротермальных.

Добывают соединения вольфрама в основном на шахтах. Для этого используется слоевое обрушение с дальнейшим магазинированием в выбранных пространствах. Часто свободные выработки просто заполняются пустой породой. Иногда применяют открытый способ с транспортировочными системами внешнего обваливания. Весь процесс механизирован практически на 95%.

Для промышленных целей подходят главные свойства металла — пластичность и тугоплавкость. Именно из него изготавливают спирали нагревателей, электроды и нити накаливания в лампах. Большое количество вольфрама идёт для приготовления всевозможных сплавов.

Применение никеля

Для того чтобы месторождение было рентабельным достаточно содержания в руде главного элемента на уровне 1−2% в сульфидах и 1−1,5% в силикатах. Среди основных промышленно значимых минералов можно отметить:

• Пентландиты.
• Миллериты.
• Никелины.
• Полидимиты.
• Гарниериты.
• Аннабериты.
• Ревдинскиты.
• Ховахситы и т. д.

Среди месторождений выделяются сульфидные Норильское, Талнахское, Октябрьское, Мончегорское в России, канадские Сёдберийское и Томпсонское, а также Камбалдское в Австралии. Это список медно-никелевых разработок. Кроме них, имеются никелевые силикатные и кобальт-никелевые силикатные южноуральские, кубинские и индонезийские рудники. Огромный потенциал есть в железомарганцевых жилах, расположенных на океанском дне.

До 90 процентов всего добываемого никеля используется для изготовления жаропрочных, инструментальных, конструкционных и нержавеющих сплавов и стали. Остальная часть идёт на производство проволоки, ленты и нужды химической и пищевой промышленности. Есть небольшое потребление в реактивной авиации, ракетостроении, радиолокации и атомных станциях.

Использование урана

Количество этого химического элемента в природных условиях немалое. Он встречается в 100 раз чаще золота и в 50 раз — серебра. Среди основных ураносодержащих пород можно назвать:

• Оксидные — ураниты, урановые смолы.
• Силикатные — коффиниты.
• Титанаты.
• Уранилсиликаты.
• Уранилы-ванадаты.
• Тюямуниты.
• Уранилфосфаты.

Наибольшие залежи урана находятся на территории Австралии, Казахстана и России. Наша страна располагает десятью процентами мировых запасоВ, из которых две трети добывается в Якутии. Крупнейшие месторождения — Стрельцовское, Октябрьское, Антейское, Мало-Тулукуевское, Аргунскоеу, Далматовское, Хиагдинское.

Применяется химический элемент в виде ядерного топлива. Наибольшее употребление характерно для изотопа U235, поддерживающего цепную реакцию. Он используется в реакторах. Для увеличения мощности термоядерного оружия используется U238, а U233 годится в виде топлива к газофазному ядерному ракетному двигателю.

Кроме перечисленных ископаемых к рудной категории относятся благородные металлы. Золото, серебро и платина нашли широкое применения как в ювелирной отрасли, так и в приборостроении, электротехнике и медицине. Добыча этих элементов ведётся с незапамятных времён и часто использовали для чеканки монет.