Ковалёв С.Г. (и др.) Общая геология с основами гидрогеологии и гидрологии

Подождите немного. Документ загружается.

411

в) ртутно-сурьмяные руды с ртутью, сурьмой и флюоритом;

г) пегматиты с мусковитом, полевым шпатом и кварцем.

Кроме главных компонентов в рудах часто присутствуют в небольшом

количестве элементы-примеси, извлекаемые попутно с основными компо-

нентами. Попутные компоненты могут присутствовать либо в виде само-

стоятельных минералов, либо в виде изоморфных примесей в главных

минералах. Так, например, кадмий находится в сфалерите, рений в молиб-

дените, гафний в цирконе и т. д.

В зависимости от тех процессов, в результате которых возникли мине-

ралы, среди них могут быть выделены

гипогенные минералы, образовав-

шиеся в недрах Земли, и

гипергенные, образование которых связано с

процессами, происходящими на поверхности Земли или вблизи от нее.

Кондиционные требования к рудам. Качество руды определяется со-

держанием в ней полезных компонентов, наличием полезных и вредных

примесей, способностью руды к обогащению и т.д.

Минимальное содержание полезных компонентов в руде и максимально

допустимое содержание вредных примесей, а также минимальное количе-

ство запасов руды в недрах, определяющее экономически выгодную эксплуа-

тацию месторождения, называются промышленными кондициями для дан-

ного полезного ископаемого.

В зависимости от ценности минерального сырья кондиционные требо-

вания со стороны промышленности изменяются в довольно широких пре-

делах: от десятков процентов (железо, марганец, хром) до сотых долей

процента (уран, торий и др.). Некоторые металлы добываются при eще

более низких содержаниях в руде, обычно как попутные компоненты.

Промышленные кондиции с течением времени понижаются в связи с

совершенствованием техники добычи и переработки минерального сырья,

а также в связи с ростом потребности промышленности в данном вид по-

лезного ископаемого. Так, например, среднее содержание меди в добы-

ваемой медной руде составляло в начале XIX в. – 10%, в начале XX в. –

3,8%, а в настоящее время близко к 0,5% (табл. 22). Еще недавно мини-

мальное содержание свинца в руде считалось не ниже 2-3%, тогда как

сейчас оно понизилось до 1%.

Большое значение имеет способность руды к обогащению. Массивные

или сплошные руды обычно поступают в плавку без предварительного

обогащения, но если они содержат большое количество вредных приме-

сей, то так же, как и вкрапленные руды, предварительно подвергаются

обогащению. В плавку поступают полученные при этом концентраты со

значительно более высоким содержанием полезных компонентов, чем в

первичных рудах. Так, например, в первичных вкрапленных оловянных

412

рудах нередко содержание олова не превышает 0,5%, тогда как после обо-

гащения в концентратах его содержание составляет 40-50%.

Таблица 22

Коэффициенты минимально промышленных содержаний

металлов в руде

Металл Кларк Руды МПС

МПС

Железо 4,65 Магнетитовые руды и магне-

титовые кварциты

Комплексные руды

Марганец 0,1 Марганцевые руды

Комплексные руды

Хром 0,03 Хромитовые руды 14 14

Алюминий 8,05 Нефелиновые сиениты 22 10

Магний 1,87 Доломиты 16 9

Титан 0,45 Рутилсодержащие россыпи 0,6 0,4

Медь 0,0047 Меднопорфировые руды 0,4 0,4

Кобальт 0,0018 Кобальтовые сульфидные руды 0,1 0,1

Никель 0,0058 Сульфидные руды 0,25 0,25

Олово 0,0003 Оловянные руды 0,15 0,15

Вольфрам 0,0001 Вольфрамовые руды 0,15 0,15

Молибден 0,0001 Молибденовые руды 0,05 0,05

Бериллий 0,0004 Бериллсодержащие пегматиты

Молибден-берилловые руды

0,1

0,025

0,03

0,008

Цирконий 0,02 Титан-циркониевые россыпи

Баделлеитовые руды

0,2

0,09

1,4

Стронций 0,034 Целестиновые руды 30 24

Ниобий 0,002 Пирохлоровые руды 0,1 0,07

Тантал 0,0002 Колумбитсодержащие руды

Танталсодержащие руды

0,025

0,01

0,017

0,008

Редкие земли 0,013 Бастнезитовые руды

Монацитсодержащие россыпи

Ксенотимсодержащие россыпи

3,0

0,05

0,01

2,0

0,015

0,007

Золото 4,5 мг/т Золотые руды

Россыпи

4,6 г/т

150 г/т

4,6 г/т

150 г/т

Примечание: МПС

-минимально промышленные содержания металлов, окислов или мине-

ралов (в %), МПС

-минимально промышленные содержания в пересчете на металл (в %).

Кларк по А.П.Виноградову (в %). По С.Я.Кагановичу, 1985.

При оценке качества неметаллического минерального сырья большое

значение имеют технологические свойства полезного ископаемого. На-

пример, для слюды важны электроизоляционные свойства ее пластинок и

413

их прозрачность; для асбеста существенное значение имеют огнестой-

кость, длина волокна, его прочность, эластичность и т. д. Для горючих

полезных ископаемых определяется в первую очередь теплота их сгора-

ния, а также их химические свойства, а для технологического топлива –

способность к коксованию.

Промышленная оценка месторождений полезных ископаемых зависит

не только от вещественного состава и структурно-текстурных особенно-

стей руд, но и от:

горнотехнических условий их разработки (формы, раз-

меров и условий залегания рудных тел), метода разработки (открытые

или подземные горные выработки), гидрогеологических условий (приток

вод в подземных горных выработках), способности руд к обогащению,

географо-экономических условий (степень удаленности от населенных

пунктов, пути сообщения, наличие рабочей силы, наличие строительных

и крепежных материалов, климат и т. д.).

Естественно, что в первую очередь вовлекаются в эксплуатацию ме-

сторождения более богатых, легкообогатимых руд, находя-щиеся в более

выгодных географо-экономических условиях, допускающие их разработ-

ку с помощью открытых горных выработок и в крупных масштабах.

Промышленные классификации металлов. Промышленные класси-

фикации металлов многочисленны, разнообразны и в значительной мере

условны, так как применение различных металлов современной промыш-

ленностью весьма разнообразно. В зависимости от свойств металлов

А.Г.Бетехтин классифицирует их следующим образом:

Группа черных и легирующих металлов:

а) типичные черные металлы – железо, марганец, хром;

б) ванадий и титан, играющие важную роль при легировании сталей;

в) кобальт и никель, придающие полезные качества сталям;

г) молибден и вольфрам, из которых выплавляются различные ферро-

сплавы, обладающие высокой твердостью, жароустойчивостью и другими

свойствами.

Группа цветных металлов: медь, цинк, свинец, олово, а также мышь-

як, сурьма, висмут, ртуть.

Группа легких металлов: алюминий, магний.

Группа благородных металлов: золото, серебро и металлы платиновой

группы (платина, палладий, родий, иридий, осмий и рутений).

Группа радиоактивных элементов: торий, плутоний и уран.

Группа редких металлов и редкоземельных элементов. К ним относят-

ся прежде всего такие металлы, как цирконий, ниобий, тантал, галлий,

германий, кадмий, индий, таллий, редкие щелочные металлы (литий, ру-

бидий, цезий, бериллий, гафний, рений, скандий, иттрий), редкие земли

(лантан, церий, тербий, иттербий и т. д.) и, наконец, селен и теллур.

414

Все эти группы металлов, свойства которых определяются строением

их атомов, занимают определенное положение в таблице Д.И.Менделеева.

Химические особенности отдельных металлов не только предопределяют

их поведение в условиях развития геологических процессов, но также иг-

рают большую роль при разработке технологических процессов их извле-

чения, получения различных сплавов и соединений, используемых в про-

мышленности.

Классификация ресурсов земных недр, запасы и прогнозные ресурсы

минерального сырья.

Ресурсы земных недр по своему вещественному

составу, месту нахождения и возможностям использования весьма мно-

гообразны (табл. 23).

Первые три группы вместе составляют минеральные ресурсы недр:

первая группа – природные ресурсы, вторая и третья – отходы их добычи

и переработки. Значительные по запасам скопления последних, в частно-

сти отвалы, представляющие промышленный интерес, иногда называют

техногенными месторож-дениями. Большое число объектов возможного

освоения предопределяет многообразие современных способов и средств,

сочетания которых эффективны для комплексного освоения отдельных

видов ресурсов недр.

Таблица 23

Классификация ресурсов земных недр

Группы Виды ресурсов земных недр

I Месторождения твердых, жидких и газообразных полезных иско-

паемых.

Отвалы добытых забалансовых полезных ископаемых, горных

пород вскрыши и от проходки подземных выработок, содержащие

полезные компоненты.

III

Отходы переработки обогатительного и металлургического про-

изводства (отвалы хвостов обогатительных фабрик, металлурги-

ческих шлаков, промывочных установок на россыпных место-

рождениях), сточные воды обогатительного и металлургического

производства, содержащие полезные компоненты.

IV Глубинные источники пресных, минеральных и термальных вод.

V Внутреннее (глубинное) тепло недр Земли.

Природные и техногенные полости в земных недрах (пещеры,

горные выработки, пригодные для размещения промышленно-

хозяйственных и лечебных объектов, захоронения отходов про-

мышленного производства и для других целей).

415

Для развития комплексного освоения месторождений большое значе-

ние имеет совершенствование постановки геолого-разведочных работ.

Геолого-разведочные работы – совокупность взаимосвязанных исследо-

ваний и операций, направленных на открытие месторождений, геолого-

экономическую их оценку и подготовку к разработке.

При поисково-оценочных работах обязательным становится выявление в

залежи и вмещающих его породах

попутных полезных ископаемых и ми-

неральных компонентов, которые могут представлять интерес и подлежат

дальнейшему изучению на стадии предварительной и детальной разведок.

На стадии разведки месторождений, а также в процессе их экс-

плуатации устанавливаются минеральный состав, содержание и запасы

попутных компонентов, производятся исследования по технологии эф-

фективной переработки комплексных полезных ископаемых. На разраба-

тываемых месторождениях также выполняются указанные геолого-

разведочные работы и исследования на отвалах и хвостохранилищах.

В связи с проблемой использования попутных компонентов, особо

важной становится задача научной разработки методик, инструкций, нор-

мативов по разведке, изучению технологических свойств и подсчёту запа-

сов полезных компонентов во вмещающих породах, породах вскрыши,

хвостохранилищах, отходах химико-металлургических процессов.

Критерием эффективности является достижение оптимальных, для разви-

тия промышленного производства страны и интересов будущих поколений,

показателей полноты использования ресурсов недр и участвующих в процес-

се их освоения трудовых и материальных ресурсов. Полные сквозные потери

полезных ископаемых складываются в среднем из потерь:

• в процессе добычи – 10-30%,

• при первичной переработке (обогащении) – 20-40%,

• при химико-металлургическом переделе – 10-15%.

Особенно велики потери при первичной переработке многокомпо-

нентных руд. Поэтому проблема комплексного, т. е. полного исполь-

зования минерального сырья, первой привлекла к себе внимание и офор-

милась как составная часть общей проблемы комплексного освоения ме-

сторождений твёрдых полезных ископаемых.

Непрерывно увеличивается число извлекаемых из комплексного мине-

рального сырья попутных компонентов, в частности редких элементов, растёт

коэффициент их извлечения. Если в 1950 году из руд цветных и чёрных ме-

таллов извлекалось 35 полезных компонентов, то к 1980 году число их дос-

тигло 70, а к 2000 году приблизилось к 100.

Заметно поднялась роль «попутной» продукции, т. е. новых извле-

каемых компонентов из руд в цветной металлургии. По некоторым видам

руд в полной стоимости получаемой конечной про-дукции доля «попут-

416

ной» составляет свыше 50%. Капиталовложения на её производство оку-

паются в 2-3 раза быстрее, чем на вновь строящихся предприятиях, кото-

рые выпускают эту продукцию как основную. Чем больше извлекается из

руд попутных полезных компонентов, тем ниже становится минимальное

промышленное содержание основных компонентов, а вместе с этим воз-

растают запасы и в конечном итоге повышается экономическая эффек-

тивность освоения минерально-сырьевых ресурсов.

Запасы минеральных ресурсов – это количество полезных ископаемых

в недрах Земли, установленное по данным геолого-разведочных работ или

в процессе разработки месторождения

Запасы подсчитываются для отдельных месторождений, рудных по-

лей, районов, бассейнов, регионов, стран, континентов и т.д. Запасы по-

лезных ископаемых измеряются в единицах объема или массы: природ-

ный газ, нерудные полезные ископаемые и строительные материалы – в

; нефть, уголь, руды – в тоннах; благородные металлы и редкие элемен-

ты – в кг; алмазы – в каратах.

Запасы характеризуются различной рентабельностью их извлечения,

переработки и использования, на которой отражаются местоположение

месторождения, его размеры, концентрация полезных компонентов и их

технологические свойства, сложность горно-геологических условий раз-

работки и другие природные и технико-экономические факторы.

В классификациях запасов полезных ископаемых, действующих в Рос-

сии, устанавливаются единые принципы подсчёта и государственного

учёта запасов всех видов минерального сырья. Для разработки долговре-

менных планов развития минерально-сырьевой базы и установления воз-

можностей удовлетворения перспективной потребности в минеральном

сырье этими классификациями устанавливаются также основные принци-

пы количественной оценки прогнозных ресурсов полезных ископаемых

(для нефти и газа также перспективных ресурсов).

3апасы подсчитываются и учитываются по каждому виду полезных

ископаемых и возможному направлению их использования.

По степени изученности запасы подразделяются на разведанные запасы

категорий А, В, C

и предварительно оценённые – категория С

(рис. 153).

Подразделение запасов на категории учитывает различия в достоверности

определения, снижающейся последовательно от категории А к категории С

Критериями установления категорий для твёрдых полезных ископаемых яв-

ляются изученность форм, размеров и условий залегания рудных тел, харак-

тера и закономерностей изменчивости их морфологии, внутреннего строения,

качества и технологических свойств, гидрогеологических, инженерно-

геологических и других природных условий месторождения. Для нефти, при-

родного газа и конденсата – форм и размеров залежей, эффективной нефте-

417

или газонасыщенной толщины, типа коллектора, характера изменения кол-

лекторских свойств и нефте- или газонасыщенности продуктивных пластов,

качества и состава нефти (газа), основных особенностей залежей, опреде-

ляющих условия их разработки.

Рис. 153. Классификация

запасов месторождений и

прогнозных ресурсов твер-

дых полезных ископаемых,

нефти и газа, действующая

в России

_________________________

3апасы полезных ис-

копаемых и содержащих-

ся в них полезных компо-

нентов по их хозяйствен-

ному значению подразде-

ляются на две группы,

подлежащие раздельному

подсчёту и учёту – балан-

совые запасы и забалан-

совые запасы. В балансо-

вых запасах нефти, рас-

творённого газа, конден-

сата и содержащихся в

них полезных компонен-

тов, имеющих промыш-

ленное значение, подсчи-

тываются и учитываются

извлекаемые запасы. За-

пасы, заключённые в пре-

делах охранных зон

крупных водоёмов и во-

дотоков, населенных пунктов, капитальных сооружений и сельскохозяй-

ственных объектов, заповедников, памятников природы, истории и куль-

туры, относятся к балансовым или забалансовым на основании технико-

экономических расчётов, в которых учитываются затраты на перенос со-

оружений или специальные способы отработки.

В основу зарубежных классификаций запасов (рис. 154), как и россий-

ских, положены два основных принципа подразделения:

418

1) вероятность их существования, степень изученности;

2) экономическая целесообразность (рентабельность) разработки зале-

жи и использования полезных ископаемых в природном состоянии или

для последующего извлечения ценных компонентов.

Рис. 154. Классификация геологических ресурсов минерального сырья, исполь-

зуемая геологическим управлением США (по «United States mineral recources»,

1973)

§54. Современное состояние

мировой горнодобывающей промышленности

К началу третьего тысячелетия роль минеральных ресурсов в создании

оптимального уровня жизни и стабильного мира на нашей планете суще-

ственно возросла по сравнению с предшествующими историческими эпо-

хами. Даже небольшие колебания в поставках на мировой рынок некото-

рых видов минерального сырья создают в экономике государств кризис-

ные ситуации. Только за последнее столетие валовой мировой продукт

вырос с 60 до 20 000 млрд. долларов США в год. Сейчас ежегодно в мире

добывают 300 млрд. т сырья, не считая воды, или около 53 т на каждого

жителя планеты.

419

Таблица 24

Добыча и потребление минерального сырья в различных

группах стран, % от мирового объема

Добыча Потребление

Группы стран

Население

всего на 1%

населения

всего на 1%

населения

Развитые

Развивающиеся

Остальные страны

37 (35)

36 (37)

27 (28)

2,31 (2,19)

0,69 (0,71)

0,84 (0,88)

53 (52)

22 (21)

25 (27)

3,31 (3,25)

0,42 (0,40)

0,78 (0,84)

Примечание: Показан общий объем минерального сырья; в скобках – топливно-энергетичес-

кие ресурсы (по В.И.Старостину).

Однако картина распределения и потребления минерального сырья по

странам с различным уровнем экономического развития крайне неравно-

мерная (табл. 24, 25).

Из таблицы 24 следует, что развитые страны (США, Англия, Герма-

ния, Франция, Япония), на долю которых приходится 16% населения Зем-

ли, используют более половины добываемых в мире полезных ископае-

мых. Картина для отдельных видов сырья еще более впечатляющая. Раз-

витые страны потребляют более 80% урана, около 77% меди, 72% свинца,

59% цинка, 67% никеля, от 50 до 80% олова, вольфрама, молибдена, более

50% фосфатного сырья.

Таблица 25

Запасы и относительные темпы добычи нефти

Страна, континент Запасы

(в % от мировых)

Обеспеченность (лет)

Запасы/годовая добыча

Россия 13,9 71

Европа (без РФ) 1,9 9

Азия (без РФ) 62,6 74

Африка 6,6 28

Америка 14,6 2

в том числе США 1,9 9,4

Австралия 0,4 16

Мир 100 48,3

Примечание: по В.И.Старостину.

Велика роль неметаллических полезных ископаемых в мировой эко-

номике. Они широко используются в строительной индустрии, агропро-

мышленном, агрохимическом, металлургическом и топливно-энергети-

420

ческом комплексах и обеспечении экологической безопасности.

В мире лавинно растет потребление агрохимического сырья, обеспечи-

вающего стабильные урожаи всех сельскохозяйственных культур. По объе-

му наиболее важным среди них является фосфатное и калийное сырье. В

настоящее время ежегодно производится более 170 млн. т концентратов

фосфорных руд, которые содержат 55–60 млн. т Р

. Около половины это-

го количества приходится на долю США (45 млн. т) и России (35 млн. т).

Крупными производителями и экспортерами фосфатного сырья являются

также страны Северной Африки (Марокко, Тунис, Алжир, Египет), Ирак,

Иран и острова Тихого океана (Науру, Оман, остров Рождества).

Помимо фосфоритовых и апатитовых руд для приготовления удобре-

ний широко используют шлаки (отходы) металлургической переработки

фосфористых железных и марганцевых руд. На поля Западной Европы

ежегодно вносится около 9 млн. т таких шлаков. Многие страны и даже

континенты (Западная Европа, Англия, Канада, Япония, Австралия, Ин-

дия) практически лишены этого вида минерального сырья и вынуждены

импортировать его во все возрастающих объемах. Добыча и потребление

фосфатов – наиболее динамично развивающаяся отрасль мирового хозяй-

ства. Общий объем получаемых концентратов удваивается через каждый

10–15 лет. С 1937 года отмечено пятикратное возрастание объемов добы-

чи фосфатного сырья.

Вторым по значению и объему добычи агрохимическим видом сырья

являются калийные соли. В мире ежегодно из них производят 17–20 млн.

т К

О, из которых 95% используется для приготовления удобрений. Ли-

дерство в калийной индустрии занимают пять стран: Канада, Германия,

Россия, Франция и США, на долю которых приходится почти 85% миро-

вой добычи этого вида сырья.

Минерально-сырьевая база России. Россия в настоящее время являет-

ся крупнейшей минерально-сырьевой державой мира. Стоимость разве-

данных и предварительно оцененных запасов на ее территории составляет

29 трлн. долларов США, а прогнозируемые запасы оцениваются в 140

трлн. долларов. На долю России в мировых запасах приходится: нефти –

12–13%, газа – 32%, угля – 11%, железа – 26%, свинца – 10%, цинка –

15%, калийных солей – 31%, кобальта – 21%. По запасам стратегических

видов полезных ископаемых (никеля, золота, серебра, платиноидов, алма-

зов) Россия занимает 1–3-е места в мире. Даже сейчас, в условиях эконо-

мического спада, из недр нашей страны извлекается около 30% мирового

объема природного газа, 10% нефти, 12% железной руды, 22% никеля и

кобальта. Структура разведанных запасов нефти, газа, углей, цветных и

благородных металлов в целом благоприятна для освоения. Около 70% их

сосредоточено в крупных и уникальных месторождениях.