Повышение эффективности использования минерального сырья. Грани проблемы

торов экономики Казахстана уже позволяют перейти к модернизации и развитию всех отраслей промышленности, формировать заказы на разработку инновационных наукоемких продуктов.

К одному из перспективных направлений относится извлечение металлов из руд методами биовосстановления и биовыщелачивания. Опыт Олимпиаднинского ГОК в Красноярском крае доказывает эффективность такой технологии, с использованием которой уже добыта не одна сотня тонн золота. Аналогичные технологии применяются в других странах СНГ (Узбекистан, Казахстан) и в ряде государств дальнего зарубежья. Они пригодны также для извлечения металлов из отвалов, хвостохранилищ, из сточных вод перерабатывающих предприятий. Преимуществом российской ситуации является то, что в Республике Адыгее построена фабрика, которая производит генетически видоизмененные микроорганизмы, приспособленные для извлечения металлов из конкретных типов руд.

В углях Кузбасса содержится значительное количество редких металлов, редких земель, радиоактивных и благородных элементов. По оценке Института угля и углехимии СО РАН, стоимость этих включений, определенная в мировых ценах, в 100 раз превышает стоимость всех углей бассейна. Однако они плохо поддаются извлечению ввиду рассеянности в углях. Повышение в три-семь раз концентрации этих элементов достигается за счет сжигания углей и складирования образующихся остатков в золошлаковые отвалы. Их извлечение из золошлаковой массы возможно с использованием мельницы, созданной в Институте проблем комплексного освоения недр РАН.

Важно также найти нетрадиционные области использования полезных ископаемых. Так, верхняя пачка

11

пласта Березовского и пропластки угля, заключенного во вскрышных породах Березовского месторождения Канско-Ачинского бассейна, представлены окисленными разностями, в которых содержится 90–95 % гуминовых веществ. Это очень ценно для районов Сибири

иДальнего Востока, которые почти не получают минеральных удобрений.

Остальная часть углей пласта Березовского имеет зольную часть, в которой преобладают тугоплавкие карбонаты кальция и магния. При сжигании этого угля в топках тепловых электростанций возникают трудности удаления золы. Это уже привело к резкому сокращению добычи угля на лучшем месторождении бассейна. Между тем работами «Сибтермо» показано, что уголь с такими свойствами золы после помола производимого из него полукокса хорошо подходит для вдувания высококалорийного пылеугольного топлива в доменные печи, сокращая тем самым потребность металлургии в природном газе, коксе и флюсах.

Особо чистый метан, извлекаемый из угольных пластов, — сырье для производства кормового белка. На Алданском нагорье расположена крупная провинция фосфоросодержащих минералов. В ее составе есть массив Инагли, сырье из которого пригодно для получения кормовых фосфатов.

Незначительные добавки редких и редкоземельных металлов существенно меняют прочностные характеристики материалов. Так, металлы с добавками ниобия

итантала обладают повышенной жаропрочностью, хладостойкостью и механической прочностью, что делает их незаменимыми при производстве конкурентоспособной на мировом рынке продукции машиностроения

иметаллообработки. Авиационный двигатель из ниобиевой стали значительно легче, чем из обычной, а это по-

12

зволяет облегчить и конструкцию самолета. Пропускная способность трубы из такой стали на треть выше, чем из обычной. Если из этой стали делать трубы газопроводов от месторождений Западной Сибири в Европу, то вместо трех ниток можно было бы проложить только две. Неслучайно мировые цены на эти металлы соизмеримы с ценой золота, а многие и значительно выше.

По уровню потребления редкоземельных металлов судят об уровне развития страны. Еще 20 лет тому назад Россия лидировала в этой области, теперь же тантала выпускается почти в два раза меньше, ниобия — в пять, а редких земель — в семь с лишним раз меньше по сравнению с концом 1980-х. В конце 1990-х годов потребление ниобия на тонну стали составляло: в США — 71 г, в Японии — 40 г, в России — 8 г. Согласно прогнозам Минпромэнерго РФ потребность в редких металлах возрастет вдвое, в основном за счет нужд ВПК.

В последние годы в результате возросшего спроса в глобальном масштабе увеличиваются цены на редкие и редкоземельные металлы, которые находятся в ограниченных районах, преимущественно в Китае и Африке. Среди стран СНГ наибольшим потенциалом по обнаружению и добыче руд этих металлов располагают Казахстан, Узбекистан и Таджикистан. В России наиболее благоприятными регионами в отношении этих полезных ископаемых являются Забайкалье, Дальний Восток и Кольский полуостров. На территории одной только Магаданской области и на прилегающем шельфе Охотского моря запасы минеральных ресурсов оцениваются в 1,7 трлн дол., что составляет более 6 % общероссийского минерально-сырьевого богатства. По прогнозам геологов, Магаданский шельф Охотского моря заключает в себе как минимум два нефтяных месторождения, каждое из которых адекватно по ресурсам Самотлорскому.

13

Если Китай в 1995 г. произвел 25 т индия, то уже в 2005 г. — 200 т. Магаданская область занята в основном добычей золота и серебра. Но есть еще длинный перечень металлов, содержащихся в ее недрах: олово, цинк, свинец, вольфрам, молибден, медь, рений, цирконий, тантал, ниобий и другие, которые сегодня остаются невостребованными. Добываемые попутно с драгоценными металлами, многие из них идут в отвалы и хвостохранилища. Обычно в молибденовой руде находится редкий металл рений, который используется в космической технике, ядерных реакторах и как катализатор в химической промышленности для получения жаростойких сплавов. Во всем мире его добывается чуть больше 40 т, поэтому металл имеет высокую цену — 265 000 руб. за килограмм. Экономические расчеты показывают, что извлечение молибдена находится на грани рентабельности, но если извлекать одновременно рений, то рентабельность возрастает в разы.

Все изложенное говорит в пользу того, что следует установить государственную отчетность по извлечению попутных компонентов в полезных ископаемых и учредить законодательно штрафные платежи за их неиспользование. Такие штрафные платежи до разработки соответствующих технологий на уровне проектов могли бы иметь символическую величину, а в последующем — возрастать до уровня величин, соответствующих санкциям за потери основных полезных ископаемых в недрах.

Извлечение попутных компонентов — не единственный способ использования их полезных свойств. При отработке Ковдорского железорудного месторождения в его границах была обнаружена так называемая аномальная зона, в пределах которой руды содержали повышенное количество тантала и ниобия. Руды из этой

14

зоны извлекали селективно и направляли на Череповецкий металлургический комбинат в вагонах с особой отметкой. Комбинат обеспечивал выплавку из них стали и производство листа по специальным режимам. Лист, изготовленный из такой стали, будучи установленным на днищах автомобилей, был в два-три раза долговечнее по сравнению с листом из обычной стали.

ВКемеровской области из углей Кузбасса, содержащих редкие и редкоземельные металлы, производят спецкокс, при использовании которого в домнах легирующие компоненты переходят в состав стали.

ВИркутской области обнаружена целая железорудная провинция, простирающаяся от окраин г. Тайшета до восточной оконечности Саянского хребта и представленная природно-легированными рудами. Наибольшей концентрации легирующие компоненты достигают в самой восточной части хребта, нависающего над Тункинской котловиной, где уже давно намечено строительство Байкальского ГОК, постоянно откладываемое. При поставке на металлургические комбинаты такого кокса и руд в ценах следует отражать содержание легирующих.

Полнота использования месторождений относится не только непосредственно к полезному ископаемому, но и к вмещающим породам, границы между которыми часто условные.

Достаточно распространено использование скальных горных пород для производства щебня, песков в качестве подстилающего материала при дорожном строительстве, в том числе при прокладке внутрикарьерных трасс.

ВКанско-Ачинском бассейне содержание редкоземельных элементов во вскрышных породах даже выше, чем в угле. На предприятиях Курской магнитной аномалии мел вскрышных пород направляется на обжиг цемента.

15

При прекращении добычи слюды на комбинате «Алданслюда» встал вопрос о необходимости сохранения производственного коллектива и связанного с ним жилого фонда, поскольку комбинат в условиях малой заселенности территории Республики Саха (Якутия) является градообразующим предприятием. При исследовании свойств вмещающих пород было установлено, что они являются хорошим связующим для абразивных кругов. В Новосибирске на заводе, выпускающем такую продукцию, наладили производство кругов на новом связующем, что обеспечило повышение скорости вращения кругов в три раза и, соответственно, чистоту полируемых поверхностей.

Технологический аспект повышения эффективности использования минерального сырья

В минерально-сырьевом комплексе создание новых наукоемких технологий базируется на использовании новых фундаментальных знаний в области физики, химии, микробиологии и генной инженерии, общественной организации производства.

При переработке вольфрамо-молибденовых руд для раскрытия минеральных зерен применяется способ автоклавирования концентрата. Проектными проработками было установлено, что полное извлечение всех компонентов из концентрата достигается при четырехкратном автоклавировании. Это оказалось чрезмерно дорого, и остановились на двухкратной переработке. В результате значительная часть токсичных тяжелых металлов уходила в сливные воды предприятия, а затем в ручьи и воды горного региона.

Раскрытию минеральных зерен способствует облучение руд светом лазерной лампы на конвейере. В результате количество автоклавных переработок сокращается до одной. При этом прекращается сброс тяжелых метал-

16

лов в окружающую среду. Технология позволяет дополнительно выделять из руды редкие и редкоземельные элементы, в частности благородные металлы.

Гирационная мельница может быть применена для извлечения редких и редкоземельных металлов из золошлаковой массы, образующейся при сжигании угля на тепловых электростанциях.

При переработке кимберлитов алмазы также выделяются в самостоятельный поток, не подвергающийся дробящему воздействию и способствующий сохранению алмазных включений, в том числе уникальных. Если в настоящее время российские алмазы имеют цену 70–100 дол. за карат, а намибийские, добываемые из речных стоков и не проходящие стадию обогащения,— 350–400 дол. за карат, то есть основания считать, что российские алмазы, прошедшие через гирационную мельницу, также возрастут в цене.

Гирационная мельница может быть использована и при переработке железистых кварцитов для очистки железосодержащих зерен от излишков кварца. В результате получается концентрат с высоким содержанием железа, пригодный для производства металлизированных окатышей и последующего восстановления их в сталь, минуя доменный процесс. Это расширит рудную базу бескоксовой металлургии. Концентрат с содержанием железа 69,5 % уже получен методами химического обогащения на Северном ГОК в районе г. Кривой Рог (хотя содержание кремния в рудах достаточно велико).

С помощью микробиологических технологий уже добывают сотни тонн золота в год из труднообогатимых и упорных руд. Технология может быть распространена на добычу и повторное извлечение из хвостохранилищ полезных компонентов из медных, свинцовых, цинковых, серебросодержащих и других сульфидных руд.

17

ОАО «Сибтермо» разработало технологию глубокой переработки бурых и низкозольных каменных углей с целью получения полукокса и генераторного газа из угля. Использование явления обратной тепловой волны позволяет дожечь в ее температурном поле практически все вредные для окружающей среды вещества и соединения, получив газ, практически не отличающийся от природного. Полукокс используется в различных отраслях экономики как сорбент и высококачественное топливо. Вдувание в домны молотого полукокса, по опыту мировой металлургии, снижает потребность в дефицитных марках коксующегося угля до 60 %, позволяет отказаться от значительной доли экологически опасного производства кокса и потребления природного газа. Разработка внедрена на ряде объектов не только в России, но и в Монголии. Область ее использования очень широка.

В минерально-сырьевом комплексе преобладают технологии отраслевой направленности, как правило однопродуктовые. Создание многоотраслевых метатехнологий позволяет повысить комплексность использования минерального сырья, в разы сократить объем перерабатываемой горной массы, уменьшить объем работы транспорта, снизить нагрузку на окружающую среду. Метатехнологии могут быть построены на двух принципах: переработки отходов одного предприятия другими с целью последовательного извлечения ценных компонентов (принцип акад. И. П. Бардина) и создания технологических процессов, в которых одновременно получают два и более продуктов (квадро-, триотехнологии и т. д.). Так, крупнейшее на Урале Качканарское месторождение легкообогатимых титано-магниевых руд содержит всего 16 % железа, но дает возможность извлекать из шлака Нижнетагильского металлургиче-

18

ского комбината ванадий и титан, что обеспечивает высокую эффективность технологии. В итоге комбинат теперь переименован и называется «Качканарский ГОК «Ванадий».

Одновременная эксплуатация нескольких месторождений (принцип акад. Н. В. Мельникова) иллюстрируется решением задачи на примере группы минеральносырьевых объектов, расположенных в зоне пересечения Байкало-Амурской и Амуро-Якутской магистралей на территории Забайкальского края и Республики Саха (Якутия). Здесь имеются Селигдарское месторождение апатитов, группа Олекминских мелких месторождений природного газа, Сакунское месторождение сынныритов (ультракалиевых метасиликатов), месторождения местных песков.

За счет эксплуатации месторождений природного газа можно получать азотную кислоту, которую следует применять для переработки апатитов. При этом мы имеем сложное азотно-фосфорное удобрение и гамму редкоземельных элементов. Апатитовое сырье на карбонатитовом связующем направляют на спекание с сынныритом, в результате чего получают сложное фосфорно-калийное удобрение, гамму редкоземельных элементов, бёлитовый шлам для последующего обжига цемента, аморфный кремний в виде кремнегеля, глинозем. В результате смешения сложных азотнофосфорных и азотно-калийных удобрений образуется комплексное минеральное удобрение, эффективность действия которого значительно увеличивается за счет добавки аморфного кремния. Один из современных нетрадиционных способов повышения плодородия почв предполагает внесение редких земель. Глинозем направляют на выработку алюминия. Цемент в смеси с песком дает бетон, что важно для района нового освое-

19

ния. Аморфный кремний — материал для изготовления волоконно-оптических кабелей. Вскрышные карбонатные породы Селигдарского месторождения следует использовать для раскисления почв Дальневосточного региона. Социально-экономические показатели улучшаются по сравнению с раздельной зксплуатацией месторождений: народнохозяйственный эффект повышается в 4,2 раза, объемы извлеченной минеральной массы уменьшаются в 1,4 раза, экологический эффект вырастает в 1,8 раза, высвобождение транспорта составляет около 30 %, экономия затрат в строительстве — 40 %.

Аналогичную структуру вполне реально создать в Республике Бурятии на базе Ашурковского месторождения апатитов и одного из месторождений сынныритов. Вместо природного газа можно получать генераторный газ из бурых углей по технологии «Сибтермо». Единичные технологии в составе метатехнологии известны и широко распространены в России. Их соединение в метатехнологии происходит за счет использования новых принципов организации общественного производства, что осуществимо в рамках межотраслевых холдингов. Эффективность метатехнологий кратно возрастает в результате проявления эффекта синергии.

В Кузбассе может быть создана метатехнология на базе углей, содержащих широкую гамму редких и редкоземельных элементов. Золошлаковые отвалы представляют концентраты этих элементов: содержание элементов в три-семь раз выше, чем в углях (в зависимости от марки угля и пласта). Эта масса может быть переработана с помощью гирационной мельницы. Редкие земли представляют собой окислы металлов, которые после восстановления при взаимодействии с водой приводят к интенсивному выделению водорода. Последний может быть использован в водородной энергетике. Легирова-

20