Розумний «гору» пробурить
Застосування свердловинного методу видобутку дозволить забезпечити третину потреб України у фосфорних добривах.
Щорічно в розвинених країнах на кожен гектар сільгоспугідь вноситься до 300 кг добрив у перерахуванні на діючу речовину. Рослинам потрібні азот, калій, сірка та фосфор. Азот утворюється в ґрунті внаслідок діяльності мікроорганізмів, а також потрапляє до нього з кислими дощами. Запаси калію збільшуються під час вивітрювання гірських порід. Сірка випадає з атмосферними опадами, які відмивають небо від диму та продуктів вулканічних вивержень. Тільки запаси фосфору в ґрунті не поповнюються. Його додають шляхом внесення міндобрив.
Для України донедавна єдиним джерелом фосфатів були апатитові родовища на Кольському півострові в Росії. Але тепер хибінські рудники занепали — у 80-х роках там видобували до 20 млн т апатитового концентрату на рік, а в 2010-му вироблено лише 9 млн тонн. Відповідно зростає й ціна дефіцитної сировини. Фосфорити із країн Близького Сходу та Північної Африки — найреальніше джерело фосфатів. Але їхні родовища розташовані в пустелях, і для їхнього освоєння потрібні великі гроші. Чи є сировина для виробництва фосфорних добрив у нашій країні?
Близько лікоть…
В Україні фосфати ніколи не видобували. Їхні поклади надто бідні. На Стремигородському титано-апатитовому родовищі, що в Житомирській області, руда містить лише 2,7% Р2О5, у той час як кольські руди — 16%. Фосфорити в наших надрах утворюють малопотужні пласти на глибині до 100 м, і видобуток їх нерентабельний. Є лише кілька ділянок, на яких можна організувати видобуток у відкритий спосіб. Реальний їхній потенціал — до 100 тис. Т Р2О5 на рік, а нам треба 3 млн.
Новополтавське родовище в Запорізькій області — єдине в країні родовище апатитових руд, освоєння якого могло б забезпечити до однієї третини потреби у фосфорних добривах. Вертикальне рудне тіло довжиною 12 км йде на глибину понад 1 км. Запаси Р2О5 оцінені в 37 млн тонн. Правда, руда бідна, у ній не більше 5% Р2О5, зате апатит легко відокремлюється від пустої породи. Крім того, комплексна переробка дозволяє одержувати ще слюду й магнетит.
Верхня частина покладу в далекому геологічному минулому піддалася дії агресивних підземних вод. У цій зоні зосереджено 5 млн т п’ятиокису фосфору. Узяти їх звичайними способами важко. Вони залягають на глибині 100 м під пластами обводнених нестійких порід. Підземні виробки в таких умовах пройти неможливо — вони відразу обваляться. Якщо ж викопати кар’єр, то ширина його вгорі досягне 800 м і він займе близько 1000 га орних земель. Осушення кар’єру призвело б до втрати й без того мізерних запасів прісних підземних вод.
Як «обдурити» апатит
Ще в сімдесятих роках під час затвердження запасів говорили про необхідність проводити дослідні роботи з видобутку новополтавської пухкої апатитової руди через свердловини у вигляді гідросуміші. Технічна можливість свердловинного видобутку підтверджена на інших об’єктах: Кінгісеппському родовищі фосфориту, Шамраївському родовищі залізних руд та ін. Але для застосування такого способу потрібно, щоб над рудою залягали міцні породи, інакше над виробленим простором провалиться земна поверхня. На Новополтавському родовищі надійних порід немає.
У 1994 році для відпрацьовування кори вивітрювання Новополтавського родовища автор цієї статті запропонував свердловинний спосіб видобутку, який ґрунтується на саморуйнуванні руди під дією гравітаційних сил і заміщенні її закладним матеріалом. Відомо, що природа не любить пустоти. Свердловина, пробурена в корі вивітрювання апатитів, відразу обвалюється. Якщо її весь час прибирати, обвалювання триває і над місцем відбору формується зона розпушення у формі еліпсоїда. Еліпсоїд росте вгору, захоплюючи все нові пласти. Коли вершина розпушеної зони доростає до покрівлі рудного покладу, під склепіння треба накачувати закладний матеріал у вигляді густої пасти із суміші відходів збагачення руди та цементу. У такий спосіб утримується склепіння еліпсоїда. Зростання розпушеного ядра припиняється, а покривні породи не порушуються.
Щоб підняти зруйновану руду на поверхню, її змішують із водою та з повітрям, після чого гідросуміш виливається зі свердловин. Щоб одержати з руди концентрат, її промивають від глинистих частинок, які не містять зерен апатиту. Потім промита руда розмелюється до борошна й у вигляді рідкого тіста надходить у флотаційні машини. Там частинки апатиту прилипають до пухирців повітря й спливають на поверхню, а інші мінерали відносяться водним потоком. Залишається зібрати апатит із поверхні рудної пульпи, відфільтрувати воду й просушити отриманий концентрат.
У підсумку матимемо багатогранний ефект:
1. Логістичний
Дослідження вчених-збагачувачів показали, що Новополтавський апатитовий концентрат нічим не поступається тому, що привозиться з Кольського півострова. Але наш майже удвічі дешевше, адже для видобутку руди не копають глибоких шахт і кар’єрів і не перекидають купи землі. Не треба везти його за три тисячі кілометрів — заводи з переробки концентрату на мінеральні добрива розташовані поблизу.
2. Економічний
Застосування свердловинного видобутку з одночасним закладанням виробленого простору вимагає набагато менших капітальних витрат, ніж спорудження шахти або кар’єру. За розрахунками, основні витрати пов’язані з будівництвом водоводу, лінії електропередачі та залізничної вітки.
3. Соціальний
На руднику буде зайнято до тисячі чоловік, і це розв’яже проблему працевлаштування жителів навколишніх сіл і забезпечить їм високі заробітки. Молодь піде навчатися професій операторів видобувних свердловин, машиністів збагачувального обладнання, зварників, приладистів, наладників.
4. Інфраструктурний
Більша частина відходів збагачення руди піде на приготування закладної суміші, яку закачають назад у надра. Тільки глина від промивання накопичуватиметься на складі. Згодом її можна використовувати в будівництві.
Якщо в місцевої влади буде достатньо доброї волі й грошей, щоб скооперуватися з апатитовим рудником і замість однієї нитки водоводу побудувати дві, жителі матимуть чудову дніпровську воду для пиття й поливу присадибних ділянок, і це буквально оживить землю, що потерпає від посухи.
5. Сільськогосподарський
За потужності рудника 200 тис. т Р2О5 на рік добрив, отриманих із новополтавського концентрату, вистачить для забезпечення Запорізької та половини Дніпропетровської областей. Це дасть збільшення врожаю в перерахуванні на зернові 1 млн т, по 5 центнерів на кожного жителя Запорізької області.
Від свердловини — до шахти
З огляду на екологію свердловинний апатитовий рудник фактично безпечний. Перед проведенням видобувних робіт шар чорнозему зніматимуть і складатимуть неподалік. Видобувні роботи на кожній свердловині триватимуть 3—6 місяців, після чого трубопроводи приберуть, оголовки свердловин, що стирчать із землі, зріжуть на глибині 1 м, привезуть і розрівняють чорнозем та повернуть землю власникові. Весь час буде зайнято лише 84 га землі.
На збагачувальній фабриці створюється система оборотного водопостачання, стоків забрудненої води не буде. Рудник не спричинить змін у гідрогеології району. Більш того, заміна пухкої руди твердіючим закладним матеріалом поліпшить у майбутньому умови видобутку у шахтний спосіб, дозволить зменшити втрати сировини в цілику безпеки.
А що потім? Єдиний недолік майбутньої свердловини — короткий термін її роботи, лише 15 років. Але за цей час буде накопичено кошти для будівництва шахти. А вже шахта-годувальниця не підведе, життя рудника подовжиться аж на сотню років.
Розумний «гору» пробурить
Застосування свердловинного методу видобутку дозволить забезпечити третину потреб України у фосфорних добривах
Анатолій ГАЙДІН
Щорічно в розвинених країнах на кожен гектар сільгоспугідь вноситься до 300 кг добрив у перерахуванні на діючу речовину. Рослинам потрібні азот, калій, сірка та фосфор. Азот утворюється в ґрунті внаслідок діяльності мікроорганізмів, а також потрапляє до нього з кислими дощами. Запаси калію збільшуються під час вивітрювання гірських порід. Сірка випадає з атмосферними опадами, які відмивають небо від диму та продуктів вулканічних вивержень. Тільки запаси фосфору в ґрунті не поповнюються. Його додають шляхом внесення міндобрив.
Для України донедавна єдиним джерелом фосфатів були апатитові родовища на Кольському півострові в Росії. Але тепер хибінські рудники занепали — у 80-х роках там видобували до 20 млн т апатитового концентрату на рік, а в 2010-му вироблено лише 9 млн тонн. Відповідно зростає й ціна дефіцитної сировини. Фосфорити із країн Близького Сходу та Північної Африки — найреальніше джерело фосфатів. Але їхні родовища розташовані в пустелях, і для їхнього освоєння потрібні великі гроші. Чи є сировина для виробництва фосфорних добрив у нашій країні?
Докладно
Близько лікоть…
В Україні фосфати ніколи не видобували. Їхні поклади надто бідні. На Стремигородському титано-апатитовому родовищі, що в Житомирській області, руда містить лише 2,7% Р2О5, у той час як кольські руди — 16%. Фосфорити в наших надрах утворюють малопотужні пласти на глибині до 100 м, і видобуток їх нерентабельний. Є лише кілька ділянок, на яких можна організувати видобуток у відкритий спосіб. Реальний їхній потенціал — до 100 тис. Т Р2О5 на рік, а нам треба 3 млн.
Новополтавське родовище в Запорізькій області — єдине в країні родовище апатитових руд, освоєння якого могло б забезпечити до однієї третини потреби у фосфорних добривах. Вертикальне рудне тіло довжиною 12 км йде на глибину понад 1 км. Запаси Р2О5 оцінені в 37 млн тонн. Правда, руда бідна, у ній не більше 5% Р2О5, зате апатит легко відокремлюється від пустої породи. Крім того, комплексна переробка дозволяє одержувати ще слюду й магнетит.
Верхня частина покладу в далекому геологічному минулому піддалася дії агресивних підземних вод. У цій зоні зосереджено 5 млн т п’ятиокису фосфору. Узяти їх звичайними способами важко. Вони залягають на глибині 100 м під пластами обводнених нестійких порід. Підземні виробки в таких умовах пройти неможливо — вони відразу обваляться. Якщо ж викопати кар’єр, то ширина його вгорі досягне 800 м і він займе близько 1000 га орних земель. Осушення кар’єру призвело б до втрати й без того мізерних запасів прісних підземних вод.
Якщо розібратися
Як «обдурити» апатит
Ще в сімдесятих роках під час затвердження запасів говорили про необхідність проводити дослідні роботи з видобутку новополтавської пухкої апатитової руди через свердловини у вигляді гідросуміші. Технічна можливість свердловинного видобутку підтверджена на інших об’єктах: Кінгісеппському родовищі фосфориту, Шамраївському родовищі залізних руд та ін. Але для застосування такого способу потрібно, щоб над рудою залягали міцні породи, інакше над виробленим простором провалиться земна поверхня. На Новополтавському родовищі надійних порід немає.
У 1994 році для відпрацьовування кори вивітрювання Новополтавського родовища автор цієї статті запропонував свердловинний спосіб видобутку, який ґрунтується на саморуйнуванні руди під дією гравітаційних сил і заміщенні її закладним матеріалом. Відомо, що природа не любить пустоти. Свердловина, пробурена в корі вивітрювання апатитів, відразу обвалюється. Якщо її весь час прибирати, обвалювання триває і над місцем відбору формується зона розпушення у формі еліпсоїда. Еліпсоїд росте вгору, захоплюючи все нові пласти. Коли вершина розпушеної зони доростає до покрівлі рудного покладу, під склепіння треба накачувати закладний матеріал у вигляді густої пасти із суміші відходів збагачення руди та цементу. У такий спосіб утримується склепіння еліпсоїда. Зростання розпушеного ядра припиняється, а покривні породи не порушуються.
Щоб підняти зруйновану руду на поверхню, її змішують із водою та з повітрям, після чого гідросуміш виливається зі свердловин. Щоб одержати з руди концентрат, її промивають від глинистих частинок, які не містять зерен апатиту. Потім промита руда розмелюється до борошна й у вигляді рідкого тіста надходить у флотаційні машини. Там частинки апатиту прилипають до пухирців повітря й спливають на поверхню, а інші мінерали відносяться водним потоком. Залишається зібрати апатит із поверхні рудної пульпи, відфільтрувати воду й просушити отриманий концентрат.
У підсумку матимемо багатогранний ефект:
1. Логістичний
Дослідження вчених-збагачувачів показали, що Новополтавський апатитовий концентрат нічим не поступається тому, що привозиться з Кольського півострова. Але наш майже удвічі дешевше, адже для видобутку руди не копають глибоких шахт і кар’єрів і не перекидають купи землі. Не треба везти його за три тисячі кілометрів — заводи з переробки концентрату на мінеральні добрива розташовані поблизу.
2. Економічний
Застосування свердловинного видобутку з одночасним закладанням виробленого простору вимагає набагато менших капітальних витрат, ніж спорудження шахти або кар’єру. За розрахунками, основні витрати пов’язані з будівництвом водоводу, лінії електропередачі та залізничної вітки.
3. Соціальний
На руднику буде зайнято до тисячі чоловік, і це розв’яже проблему працевлаштування жителів навколишніх сіл і забезпечить їм високі заробітки. Молодь піде навчатися професій операторів видобувних свердловин, машиністів збагачувального обладнання, зварників, приладистів, наладників.
4. Інфраструктурний
Більша частина відходів збагачення руди піде на приготування закладної суміші, яку закачають назад у надра. Тільки глина від промивання накопичуватиметься на складі. Згодом її можна використовувати в будівництві.
Якщо в місцевої влади буде достатньо доброї волі й грошей, щоб скооперуватися з апатитовим рудником і замість однієї нитки водоводу побудувати дві, жителі матимуть чудову дніпровську воду для пиття й поливу присадибних ділянок, і це буквально оживить землю, що потерпає від посухи.
5. Сільськогосподарський
За потужності рудника 200 тис. т Р2О5 на рік добрив, отриманих із новополтавського концентрату, вистачить для забезпечення Запорізької та половини Дніпропетровської областей. Це дасть збільшення врожаю в перерахуванні на зернові 1 млн т, по 5 центнерів на кожного жителя Запорізької області.
У підсумку
Від свердловини — до шахти
З огляду на екологію свердловинний апатитовий рудник фактично безпечний. Перед проведенням видобувних робіт шар чорнозему зніматимуть і складатимуть неподалік. Видобувні роботи на кожній свердловині триватимуть 3—6 місяців, після чого трубопроводи приберуть, оголовки свердловин, що стирчать із землі, зріжуть на глибині 1 м, привезуть і розрівняють чорнозем та повернуть землю власникові. Весь час буде зайнято лише 84 га землі.
На збагачувальній фабриці створюється система оборотного водопостачання, стоків забрудненої води не буде. Рудник не спричинить змін у гідрогеології району. Більш того, заміна пухкої руди твердіючим закладним матеріалом поліпшить у майбутньому умови видобутку у шахтний спосіб, дозволить зменшити втрати сировини в цілику безпеки.
А що потім? Єдиний недолік майбутньої свердловини — короткий термін її роботи, лише 15 років. Але за цей час буде накопичено кошти для будівництва шахти. А вже шахта-годувальниця не підведе, життя рудника подовжиться аж на сотню років.
