Умный «гору» пробурит
Применение скважинного метода добычи позволит обеспечить треть потребностей Украины в фосфорных удобрениях.
Ежегодно в развитых странах на каждый гектар сельхозугодий вносится до 300 кг удобрений в пересчете на действующее вещество. Растениям нужен азот, калий, сера и фосфор. Азот образуется в почве в результате деятельности микроорганизмов, а также привносится кислыми дождями. Запасы калия увеличиваются при выветривании горных пород. Сера выпадает с атмосферными осадками, отмывающими небо от дымов и продуктов вулканических извержений. Только запасы фосфора в почве не пополняются. Их добавляют путем внесения минудобрений.
Для Украины до недавнего времени единственным источником фосфатов были апатитовые месторождения на Кольском полуострове в России. Но теперь хибинские рудники пришли в упадок — в 80-х годах там добывали до 20 млн т апатитового концентрата в год, а в 2010-м произведено всего 9 млн т. Соответственно растет и цена дефицитного сырья. Фосфориты из стран Ближнего Востока и Северной Африки — наиболее реальный источник фосфатов. Но их месторождения находятся в пустынях, и для их освоения нужны большие деньги. Есть ли сырье для производства фосфорных удобрений в нашей стране?
Близок локоть…
В Украине фосфаты никогда не добывали. Их залежи очень уж бедные. На Стремигородском титано-апатитовом месторождении, что в Житомирской области, руда содержит всего 2,7% Р2О5, тогда как кольские руды вмещают 16%. Фосфориты в наших недрах образуют маломощные пласты на глубине до 100 м, и добыча их нерентабельна. Есть лишь несколько участков, на которых можно организовать извлечение открытым способом. Реальный их потенциал — до 100 тыс. т Р2О5 в год, а нам нужно 3 млн.
Новополтавское месторождение в Запорожской области — единственное в стране месторождение апатитовых руд, освоение которого могло бы обеспечить до одной трети потребности в фосфорных удобрениях. Вертикальное рудное тело протянуто на 12 км и уходит на глубину более 1 км. Запасы Р2О5 оценены в 37 млн т. Правда, руда бедная, в ней не более 5% Р2О5, но зато апатит легко отделяется от пустой породы. Кроме того, комплексная переработка позволяет получать еще слюду и магнетит.
Верхняя часть залежи в далеком геологическом прошлом подверглась действию агрессивных подземных вод. В этой зоне сосредоточено 5 млн т пятиокиси фосфора. Взять их обычными способами трудно. Они залегают на глубине 100 м под слоеным пирогом из обводненных неустойчивых пород. Подземные выработки в таких условиях пройти невозможно — они тут же завалятся. Если же выкопать карьер, то ширина его по верху достигнет 800 м и он займет около 1000 га пахотных земель. Осушение карьера привело бы к потере и без того скудных запасов пресных подземных вод.
Как «обмануть» апатит
Еще в семидесятых годах при утверждении запасов была высказана необходимость проводить опытные работы по добыче новополтавской рыхлой апатитовой руды через скважины в виде гидросмеси. Техническая возможность скважинной добычи подтверждена на других объектах: Кингисеппском месторождении фосфорита, Шамраевском месторождении железных руд и др. Но для применения такого способа требовалось, чтобы над рудой залегали прочные породы, иначе над выработанным пространством провалится земная поверхность. На Новополтавском месторождении надежных пород нет.
В 1994 году для отработки коры выветривания Новополтавского месторождения автор данной статьи предложил скважинный способ добычи, основанный на саморазрушении руды под действием гравитационных сил и замещении ее закладочным материалом. Известно, что природа не любит пустоты. Скважина, пробуренная в коре выветривания апатитов, тут же обваливается. Если ее все время убирать, обваливание продолжается и над местом отбора формируется зона разрыхления в форме эллипсоида. Эллипсоид растет вверх, захватывая все новые слои. Когда вершина разрыхленной зоны дорастает до кровли рудной залежи, под свод нужно закачивать закладочный материал в виде густой пасты из смеси отходов обогащения руды и цемента. Таким образом удерживается свод эллипсоида. Рост разрыхленного ядра прекращается, а покрывающие породы не нарушаются.
Чтобы поднять разрушенную руду на поверхность, ее смешивают с водой и с воздухом, после чего гидросмесь изливается из скважин. Чтобы получить из руды концентрат, ее промывают от глинистых частиц, не содержащих зерен апатита. Затем промытую руду размалывают до муки и в виде жидкого теста направляют во флотационные машины. Там частицы апатита прилипают к пузырькам воздуха и всплывают на поверхность, а остальные минералы уносятся водным потоком. Остается собрать апатит с поверхности рудной пульпы, отфильтровать воду и просушить полученный концентрат.
В итоге получим многогранный эффект:
1. Логистический
Исследования ученых-обогатителей показали, что Новополтавский апатитовый концентрат ничем не уступает привозимому с Кольского полуострова. Но наш почти в два раза дешевле, ведь для добычи руды не копают глубоких шахт и карьеров и не переворачивают горы земли. Не нужно везти его за три тысячи километров — заводы по переработке концентрата в минеральные удобрения находятся поблизости.
2. Экономический
Применение скважинной добычи с одновременной закладкой выработанного пространства потребует гораздо меньших капитальных затрат, чем возведение шахты или карьера. Расчеты показывают, что основные издержки связаны со строительством водовода, линии электропередачи и железнодорожной ветки.
3. Социальный
На руднике будет занято до тысячи человек, и это решит проблему обеспечения работой жителей ближайших сел и обеспечит им высокие заработки. Молодежь пойдет обучаться профессиям операторов добычных скважин, машинистов обогатительного оборудования, сварщиков, прибористов, наладчиков.
4. Инфраструктурный
Большая часть отходов обогащения руды пойдет на приготовление закладочной смеси, которую закачают обратно в недра. Только глина от промывки будет накапливаться на складе. Со временем ее можно использовать в строительстве.
Если у местной власти будет достаточно доброй воли и денег, чтобы скооперироваться с апатитовым рудником и вместо одной нитки водовода построить две, жители получат прекрасную днепровскую воду для питья и полива приусадебных участков, и это буквально преобразит страдающую от засухи землю.
5. Сельскохозяйственный
При мощности рудника 200 тыс. т Р2О5 в год удобрений, полученных из новополтавского концентрата, хватит для обеспечения Запорожской и половины Днепропетровской областей. Это даст прибавку урожая в пересчете на зерновые 1 млн т, по 5 центнеров на каждого жителя Запорожской области.
От скважины – к шахте
С экологической точки зрения скважинный апатитовый рудник практически безобиден. Перед проведением добычных работ слой чернозема будут снимать и складывать неподалеку. Добычные работы на каждой скважине продолжатся 3—6 месяцев, после чего трубопроводы уберут, торчащие из земли оголовки скважин срежут на глубине 1 м, привезут и разровняют чернозем и вернут землю хозяину. Постоянно будет занято всего 84 га земли.
На обогатительной фабрике создается система оборотного водоснабжения, стоков загрязненной воды не будет. Рудник не вызовет изменений в гидрогеологии района. Более того, замена рыхлой руды твердеющим закладочным материалом улучшит в будущем условия добычи шахтным способом, позволит уменьшить потери сырья в целике безопасности.
А что потом? Единственный недостаток будущей скважины — короткий срок ее работы, всего 15 лет. Но за это время будут накоплены средства для строительства шахты. А уж шахта-кормилица не подведет, жизнь рудника продлится на целую сотню лет.
