Техногенные минеральные образования: недооценённый ресурс  

Запасы полезных ископаемых не вечны, и в последние годы в отрасли всё чаще идут разговоры о том, что недра нужно использовать более рационально, в частности выжимать всё, что можно, из накопленных отходов добывающей деятельности. Этому вопросу уделили особое внимание на Уральском горнопромышленном форуме в рамках сессии «Актуальные вопросы разработки месторождений открытым и подземным способами».

Стоит ли относить ТМО к отходам?

С докладом об освоении техногенных минеральных образований (ТМО) на форуме выступил доктор геолого-минералогических наук, главный научный сотрудник ИГГ УрО РАН Владимир Александрович Наумов. Один из главных тезисов эксперта: техногенные воздействия стоит рассматривать как новый геологический этап развития Земли. Пересмотра требует и общепринятый подход к добыче ископаемых и ТМО.

«Динозавры оставили свои следы, брахиоподы — свои, и мы также оставляем след нашего пребывания в виде техногенных минеральных образований. Хочется сказать о самих понятиях “месторождение”, “полезное ископаемое” и “отходы недропользования”. Принято считать, что месторождение содержит преимущественно один компонент, который нам нужно извлечь, а остальное является “неполезным” ископаемым. Полезным ископаемым же называется только то, что нам сегодня экономически выгодно отрабатывать. На каком-то этапе развития это правильная позиция, но мы уже перешли черту, когда она становится неверной с точки зрения истории развития Земли и нашего места в этой системе.

Мы перерабатываем большой объём вещества, извлекаем нужное, а остальное почему-то относим к отходам. “Техногенные минеральные образования” — это уже устоявшийся термин, то, что официально назвали “отходы горного производства”. Но в то же время техногенным минеральным образованием является минеральная структура, которая нас окружает: бетонный пол, стальные конструкции, дороги и прочая инфраструктура, созданная человеком. И мы хотим, чтобы она была долговечной, не ломалась, не портилась, но при этом отвалы, которые образуют те же люди, никого не заботят, и их относят к отходам. Получается неувязка», — заявил г-н Наумов.

По мнению учёного, ТМО неверно принято относить к промышленным отходам — на самом деле, это временно не оценённый минеральный ресурс, который должным образом не изучается и не перерабатывается.

Нельзя сказать при этом, что в стране совсем нет интереса к ТМО. Стоит отметить, что отрасль не стоит на месте, а государство начинает стимулировать компании, которые занимаются переработкой накопленных отходов недропользования.

Так, с 1 сентября 2023 года вступило в силу новое постановление, согласно которому вскрышные и вмещающие горные породы, шламы, хвосты обогащения полезных ископаемых можно вовлекать во вторичный оборот на законных основаниях. Вскрышные и вмещающие породы перестали относить к категории отходов производства. Предприятия могут как использовать их для собственных нужд, так и передавать другим недропользователям.

Кроме того, с 1 января 2023 года компании уже получили возможность воспользоваться нулевым коэффициентом при расчёте платы за негативное воздействие на окружающую среду (НВОС) при условии, что они извлекают из накопленного сырья полезные компоненты.

Перспективы переработки ТМО

Владимир Наумов представил концептуальную модель по схеме открытой разработки рудного месторождения. Снизить экологические затраты и принести потенциальные доходы предприятию может как твёрдая (отвал вскрышных пород, текущие или лежалые хвосты), так и гидроминеральная часть ТМО (подкарьерные или подотвальные воды, воды с рудного склада или из шламохранилища).  

«Зная месторождение, вещественный состав руд, можно прогнозировать, что будет происходить, когда формируется рудный склад, куда перекладывается продукция, где она может лежать десятилетиями. Материал не сохраняет своих свойств, со временем состав может существенно изменить характеристики.

Покажу пример склада первичных пород. У сырья уже разрушены сульфидные комплексы: были первичные сульфиды, сейчас это кристаллы гидросульфатов, абсолютно другой материал с точки зрения обогатимости. Его не будут использовать в обогащении, а отправят в хвосты. То, что могло бы принести прибыль, становится нашей проблемой — переводится в отходы, выносится за пределы месторождения, за что нужно платить», — отметил г-н Наумов.

Помимо долгосрочного планирования освоения, Владимир Наумов предложил разделять накопленные техногенные образования на рудную и нерудную составляющие. Рудную часть можно пустить в дальнейший технологический цикл, добавив к имеющейся руде, для извлечения ценных компонентов. Чтобы предотвратить или минимизировать изменение состава, её можно складировать, к примеру в закрытых ёмкостях.

Эксперт отметил, что нерудная часть отходов недропользования представлена, как правило, кварцевым или шпатовым сырьём, которое тоже следует пустить во вторичный оборот. Возможности применения материалов из нерудной части ТМО изучают специалисты Пермского национального исследовательского политехнического университета.

Эксперименты позволили выявить стеклокристаллическую структуру сырья (сложные по строению и составу кристаллические составляющие + стеклофазный разветвлённый каркас). Г-н Наумов отмечает, что материалы представляют инновационный продукт, свойства которого значительно отличаются от характеристик аналогичных спечённых или прессованных материалов. За счёт каменного литья части ТМО можно дать вторую жизнь.

Г-н Наумов рассказал, что учёные уже получили патент на литой стеклокерамический материал. Среди перспективных вариантов его использования Владимир Александрович назвал изделия строительного назначения (плитки и блоки), футеровочные изделия, трубы и вкладыши, блоки и утяжелители и пр.

Природа подскажет

Владимир Наумов также отметил ещё одно перспективное направление работы с ТМО. Исследователям удалось получить гравитационный продукт ликвационной плавки — материал, обогащённый укрупнёнными «каплями» первичных микро- и наносоединений благородных и цветных металлов. Учёный подчеркнул, что это решение подсказала природа.

«Часто природа сама подсказывает нам пути решения тех вопросов, которыми мы занимаемся. Когда мы их увидим, сможем перейти к следующему этапу развития геологии и горной отрасли. На этом этапе недропользователи станут осваивать месторождения не только механической и химической переработкой, но и предварительно подготовив какую-то часть, используя природные эффекты: промораживание, оттаивание, испарение. За счёт этих естественных технологий формируются частицы золота в россыпях.

К примеру, в Австралии на основе испарительного барьера формируются самородки до нескольких килограммов. Далеко ходить не будем: у нас в Якутии, где многолетние мёрзлые породы, в результате промерзания происходит высвобождение того же золота из первичных сульфидов. И на этом месте нет руды, кварцевых жил, из которых высвобождается золото, а металл формируется, потому что идёт преобразование вещества, новообразование», — поделился специалист.

Исследователи предлагают организовывать «природную обогатительную фабрику» — создавать внутри техногенных отвалов искусственные геохимические барьеры в виде комплекса сорбционных модулей. В частности, для извлечения драгметалла хотят использовать природоподобные технологии управления переносом золота в виде разных золотоносных фаз, катализаторы ускорения реакций, сорбенты и вещества для осаждения, способы усиления процессов высвобождения золотосодержащих материалов и др.

Как резюмировал Владимир Наумов, за управлением природоподобными процессами будущее. «В техногенных минеральных образованиях заложен большой потенциал. Я думаю, что мы должны первыми это понять и начать реализовывать», — призвал г-н Наумов.

С точки зрения эстетики

«Смотреть на проблему ТМО нужно с позиции истории развития Земли, того, что нас ждёт в будущем. Получается, что часть месторождений мы отрабатывать вообще не должны, потому что их восстановление будет экономически невыгодным, а часть обязаны отрабатывать довольно полно и плотно, иначе зачем выходить на новые месторождения, если не навели порядок на прошлых», — подчеркнул г-н Наумов.  

Он затронул вопрос не только повторного вовлечения в промышленный оборот отходов недропользования, но и способов использования пространства отработанного месторождения. Среди международных примеров того, как можно обыграть освободившееся пространство, г-н Наумов назвал 18-этажную гостиницу InterContinental Shanghai Wonderland, которую организовали на месте бывшего угольного карьера Шенкенг (Шанхай). Создатели этого проекта именуют отель подводным небоскрёбом, так как все номера расположены ниже уровня земли.

Есть и более бюджетный вариант — обустройство мест отдыха. В нашей стране даже существуют такие примеры, в частности голубые озёра Александровска (Пермский край). Водоёмы, которые стали излюбленным местом отдыха жителей региона и магнитом для туристов, — это не что иное, как два затопленных карьера, где раньше добывали известняк.

Как подчеркнул г-н Наумов, опыт зарубежных компаний подсказывает, что план переработки ТМО (как жидкой, так и твёрдой фазы) эффективно прописывать сразу же при проектировании месторождений и условий их освоения.

Живой интерес участников форума к выступлению эксперта только подтвердил тот факт, что вопросы экологии не отошли на второй план на фоне внешнеполитических изменений. В отрасли понимают проблему истощения минерально-сырьевой базы и рассматривают все возможные пути её решения, в том числе вовлечение в оборот отходов недропользования.