Методы добычи полезных ископаемых, проблемы их истощения и отходов

При помощи открытого способа — разрезами, карьерами — в основном добывают сырье, используемое для строительства: известняк, песок, мел и т. п., торф, некоторые виды угля, также железные и медные руды. Чукичамата — самый большой открытый рудник в мире, в котором добывают медную руду. Он расположен в центральных Андах на севере Чили и входит в структуру Чилийской национальной медной корпорации — самого крупного производителя меди в мире. Его размеры составляют 4,3 км в длину, 3 км в ширину и 850 м в глубину. К крупнейшим в мире также принадлежат кимберлитовая трубка Удачная в Якутии, Лебединский железорудный карьер в Курской магнитной аномалии (КМА).

Твердые полезные ископаемые, которые залегают на большой глубине в недрах земли, добывают с помощью сооружения подземных шахт. Самая глубокая в мире — шахта Тау-Тона, расположенная в 70 км от Йоханнесбурга (ЮАР), на которой добывается золото; месторождение вскрыто до глубины 3,9 км. Чаще всего таким способом добывается уголь. Шахтный способ добычи полезных ископаемых считается наиболее опасным для жизни сотрудников таких предприятий.

Полезные ископаемые жидкого и газообразного типа извлекают из земли путем бурения специальных скважин, откуда полезные ископаемые поступают на поверхность по трубам. Добычу нефти и газа ведут на больших глубинах, обычно с искусственным воздействием на продуктивный пласт. Развиваются способы добычи полезных ископаемых и в акваториях морей, в первую очередь морская нефтедобыча.

Внедряются бесшахтные геотехнологические методы (выщелачивание). Для добычи соли ее растворяют под землей путем подачи в скважину воды. А такое сырье, как сера, предварительно расплавляется под действием горячего пара, подающегося через скважину.

При добыче некоторых цветных металлов в горнодобывающем деле используется вода. Именно таким образом добывается литий — его находят в подземных водах, где он растворен и находится в минеральной воде в виде соединений. Также есть месторождения подземных вод, из которых осаждают медь, например Дегтярский рудник на Урале. Медь растворяется в подземных водах под действием бактерий, способных растворять соединения меди с серой, превращая их в медный купорос.

Уже более 50 лет прослеживается тенденция к общему уменьшению запасов минерального сырья в масштабах мирового хозяйства. Истощение природных ресурсов является одной из глобальных экологических проблем. Ресурсы минерального сырья ограниченны, фактически невосполнимы и при сохранении экспоненциально растущего их потребления в обозримом будущем будут исчерпаны.

При этом важно учитывать следующее обстоятельство: человечеству, в сущности, не грозит близкое исчерпание физически наличных в земных недрах минеральных ресурсов — весьма ограниченной является технически доступная и экономически эффективная (по качеству и условиям залегания) часть многих важных видов полезных ископаемых. Например, железо никуда с планеты не исчезает, оно рассеивается, корродирует, но остается, в отличие от нефти и других горючих ископаемых. Исчерпание ресурсов приведет к обращению к менее эффективным залежам, что будет серьезным испытанием для экономики многих государств. Так, США сейчас полностью обеспечивают свои потребности лишь по 22 видам минерального сырья (не считая строительно-каменных материалов), а по многим видам стратегического сырья (уран, кобальт, стронций, тантал, кадмий, вольфрам, хром, марганец и т. д.) зависят от импорта. А Япония, добившаяся выдающихся успехов в экономике, имеет вообще весьма ограниченные минеральные ресурсы. Она обладает лишь запасами серы и пиритов, остальные ресурсы импортирует.

Ускоренной отработке запасов минеральных ресурсов способствуют также потери полезных ископаемых в процессах их добычи и переработки. В настоящее время самые большие потери минерального сырья, в том числе твердого, обусловлены неумением рационально извлекать его из недр, а также осуществлять эффективную первичную переработку на обогатительных предприятиях. При шахтной разработке, например угля, его минимальные потери достигают 25% промышленных запасов. На некоторых шахтах в недрах оставляют около половины пригодных для добычи залежей.

Особенность добычи и обогащения — образование многокомпонентных и многочисленных отходов. В процессе добычи 1 т угля образуется около 3 т отходов. На 1 т цветных металлов приходится не менее 100−150 т отходов при добыче и 50−60 т при переработке. При добыче 1 т редких, благородных или радиоактивных металлов образуется 5−10 тыс. т отходов, а при переработке — еще от 10 до 100 тыс. т. Каждая унция золота — результат добычи приблизительно 12 т руды; каждая тонна меди получается из приблизительно 30 т руды. Для менее ценных материалов (например, песка, гравия и глины), которые составляют большую часть добываемого сырья, количество пустой породы минимально.

В целом можно считать, что общее количество породы, извлекаемой из шахт и карьеров всего мира, по крайней мере, вдвое больше количества добываемого сырья (не считая снятия верхнего слоя пустой породы). Всего приблизительно 50 млрдт горной массы добывается каждый год. Это равносильно тому, как если бы каждый год выкапывали полутораметровую яму, по площади равную Швейцарии.

В последние десятилетия установилось понятие «техногенные месторождения» — отвалы горнодобывающих предприятий, хвостохранилища обогатительных фабрик, шлакозольные отвалы топливно-энергетического комплекса, шлаки и шламы металлургического производства и химической отрасли. По количеству и качеству содержащегося минерального сырья они пригодны для промышленного использования в настоящее время или в будущем по мере развития науки и техники и изменения экономических условий. Такое сырье, как германий, по мнению многих специалистов, даже выгоднее добывать из золы тепловых электростанций.

В развитых индустриальных странах мира уровень использования промышленных отходов достигает 70−80%, тогда как в СНГ и ближнем зарубежье он не превышает 12−15%. В США, например, из промотходов получают 20 % всего алюминия, 33 % железа, 50 % свинца и цинка, 44% меди и т. д. Подобная тенденция использования вторичных ресурсов наблюдается в Канаде, Великобритании, ЮАР, Испании и других странах. Например, в штате Монтана (США) из отвалов рудника Мандиски получают ежегодно 2 т золота и 4 т серебра, при содержании в отвалах 0,84 г/т золота и 2,8 г/т серебра. В ЮАР из отвалов золотоизвлекательных фабрик при содержании 0,53 г/т золота и 40 г/т урана получают 3,5 т золота и 696 т урана в год при производительности 50 тыс. т/сут.

Многие богатые месторождения, расположенные на небольших глубинах и в легкодоступных районах, уже отработаны. Это вызывает необходимость извлечения полезных ископаемых, которые залегают на больших глубинах, в сложных горно-геологических условиях, отличаются пониженным содержанием полезных компонентов, требуют дальних перевозок ит. п. Непрерывно возрастающая потребность в минеральном сырье, добыча которого в мире удваивается каждые 10−15 лет, приводит к использованию все более бедного сырья, увеличению объема перерабатываемой горной массы, глубин горных работ и других, требующих усовершенствования, способов добычи и технологии переработки сырья.