Предмет изучения

Предмет изучения при разведке месторождений полезных ископаемых
1.1. Основные понятия
Горное производство представляет собой процесс материального производства, при котором
товарный продукт получается путем добычи из недр полезных ископаемых (mineral resources).
Полезными ископаемым называют природный газ, жидкость, минерал или минеральный
агрегат, по своим физическим свойствам или химическому составу находящий применение в
современном материальном производстве в своем природном виде или в качестве сырья для
извлечения одного или нескольких ценных компонентов.
Полезные ископаемые залегают в недрах в виде обособленных природных скоплений,
называемых месторождениями (deposits). Месторождения полезного ископаемого, которые в
количественном и качественном отношении может быть предметом промышленной разработки
при данном состоянии техники и в данных экономических условиях, называются
промышленными. Другие скопления, которые по своим данным могли бы разрабатываться лишь
при изменившихся в лучшую сторону технико-экономических условиях, относятся к
непромышленным месторождениям.
Месторождения полезных ископаемых созданы природой и своим существованием обязаны
случайному сочетанию большого числа различных природных факторов. Поэтому, практически
каждое месторождение имеет свои, индивидуальные особенности (individual characteristics),
влияющие на технологию и экономику создаваемых на их базе горных предприятий.
Месторождения полезных ископаемых скрыты в недрах (hoard in the interior of the earth).
Их особенности, количественные и качественные характеристики, являющихся исходными
данными для проектирования горных предприятий, могут быть определены только на основании
предшествующих геологических исследований (разведки) и только приближенно.
1.2. Классификация минерального сырья
В настоящее время из недр извлекается около 200 видов полезных ископаемых.
Приведенная ниже экономическая классификация полезных ископаемых и минерального сырья
построена на признаке преимущественного использования отдельных групп в отраслях
промышленности. В ней выделено 8 групп и 35 подгрупп полезных ископаемых (см. табл. 1.1).
Некоторые полезные ископаемые многоотраслевого использования вынужденно повторяются в
разных подгруппах.
По отношению к транспортным издержкам минеральное сырье подразделяются на две
группы:


сырье повсеместного размещения или общераспространенные полезные ископаемые
(ubiquitous minerals);
локализованное сырье из индивидуально расположенных месторождений (individual mine
minerals).
К первой группе относятся материалы, более менее одинаково размещены по территории
региона – подземные воды, глина, песок, песчано-гравийная смесь, известняк, строительный
камень и др. Транспортные издержки делают экономически нецелесообразными перемещения
этих видов дешевого сырья на большие расстояния.
К локализованным материалам относятся те виды, которые в силу геологических или
экономических причин могут быть вовлечены в производство лишь в определенных местах –
участках расположения их месторождений. К этой группе относится подавляющее большинство
видов минерального сырья.
Таблица 1.1
Классификация основных видов полезных ископаемых
I. Твердое топливно-энергетическое и
химическое сырье
1. Каменный уголь – коксующийся, антрацит,
энергетический
3. Бурый уголь и лигниты
2. Уран
4. Горючие сланцы
V. Техническое сырье, драгоценные,
полудрагоценные и поделочные камни
5. Поделочные камни: первого класса – нефрит,
родонит, лазурит, малахит и др.; второго
класса – агальматолит, обсидиан и др.;
третьего класса – лабрадорит, мрамор, яшма
и др.; Поделочные камни органического
происхождения: мамонтовая кость,
окаменелое дерево.
5.Торф
II. Жидкое и газообразное топливноэнергетическое и химическое сырье
1. Нефть
6. Сырье для каменного литья: диабазы,
базальты и др.
7. Каменные кислотоупоры
2. Природный газ
VI. Сырье для строительной индустрии
3. Газовый конденсат
4. Попутный нефтяной газ
1. Строительные камни: стеновые
(изверженные, осадочные, метаморфические
горные породы), кровельные (сланцы и др.),
дорожные (галька, гравий, щебень), бутовые
III. Металлы
1. Черные металлы: Fe, Mn, Cr, Ti, V
2. Цветные металлы: Al, Mg, Cu, Pb. Zn, Ni, Co,
Sn, W, Mo, Hg, Bi, Sb, As
2. Облицовочные камни:
лабрадориты и др.
3. Редкие металлы: Li, Be, Nb, Ta, Zr, РЗМ, Sr
3. Цементное сырье: мергели, известняки,
глинистые сланцы, глины и др.
4. Рассеянные элементы: Sc, Ga, Ge, Rb, Cz, Cd,
In, Ta, Se, Te, Ga, Re
мраморы,
граниты,
4. Наполнители бетона: щебень, песок и др.
5. Благородные металлы: Au, Ag, Pt, Pd, Ir, Os, Rh, 5. Вяжущие материалы: мергели, известняки,
Ru
глины гипс, ангидрит
6. Радиоактивные металлы: Th, Ra
1.
2.
6. Гидравлические добавки: трассы, пемза,
IV. Нерудное сырье для металлургии
Флюсы, известняки и др., карбонаты, диатомиты, трепел, опока, перлит и др.
плавиковый шпат
7. Минеральные краски: мумия, охра, умбра
Огнеупоры:
магнезиты,
доломиты, 8. Стекольно-керамическое сырье: стекольные
огнеупорные глины, кварциты, графит, пески,
полевой
шпат,
пегматиты,
пирофиллит, формовочные пески
керамические глины, каолин
3. Высокоглиноземистое сырье: нефелиновые
VII. Горнохимическое сырье
сиениты, алуниты, силлиманит, кианит, 1. Химическое сырье: натрийсодержащие соли,
сера, серный колчедан, сульфаты кальция,
андалузит, диаспор
бария, алунит, карбонатное сырье
V. Техническое сырье, драгоценные,
полудрагоценные и поделочные камни
1. Абразивы: алмазы технические, корунд, топаз, 2. Агрономическое сырье: фосфориты, апатиты,
гранат, кварц
калийные соли, бораты, глауконит, селитра,
известняки
2. Пьезооптическое сырье: пьезокварц,
оптический кварц. исландский шпат,
оптический флюорит
VIII. Воды
3. Тепло- и электроизоляционное сырье: асбест
(хризотил-асбест и др.), тальк и тальковый
камень, слюда (мусковит, флогопит,
вермикульт)
1. Подземные воды: питьевые, технические,
геотермальные,
минеральные,
бальнеологические
(углекислые,
сероводородные; радиоактивные и др.),
соляные воды, нефтяные воды, содержащие
4. Драгоценные и полудрагоценные камни: первого бром, йод и др.
класса – алмаз, рубин, сапфир, изумруд,
александрит и др.; второго класса – топаз,
аквамарин, красный турмалин; третьего
2. Поверхностные воды: озерные рассолы (рапа и
класса – благородные разности гранатов,
др.), морские воды (как источник для получения
кордиерита, кианита, эпидота, турмалина и
магния и др.)
др.; драгоценные камни органического
происхождения (жемчуг, коралл, янтарь и др.) 3. Минеральные грязи и илы
IX. Газы
1. Азот
2. Углекислый газ
3. Инертные газы: гелий, неон, аргон, радон
4. Сероводород
По степени освоенности минеральные виды полезных ископаемых подразделяются на
традиционные и нетрадиционные.
К традиционным полезным ископаемым (traditional minerals) относятся большинство
основных видов минерального сырья, используемых потребителями для производства
определенных товаров и услуг в течение продолжительного периода времени (десятки и сотни
лет).
Нетрадиционные полезные ископаемые (unconventional minerals, alternative minerals)
представляют собой новые минеральные виды, ранее не вовлекаемые в производство.
Большинство традиционных полезных ископаемых в недалеком прошлом также были
нетрадиционными, а зачастую и экзотическими: например, алюминий в XIX веке считался редким
драгоценным металлом, а урановые руды до 40-х годов – лишь сырьем для производства радиевой
люминесцирующей краски. К появлению новых нетрадиционных источников сырья приводит
открытие промышленных концентраций нового минерала или минерала, известного ранее лишь
как акцессорного; новой парагенетической ассоциации промышленного минерала; новых
полезных свойств у известного промышленного минерала (например, теплопроводных и
полупроводниковых у алмазов, ионно-обменных у цеолитов и т. д.). Вовлечение в оборот новых и
нетрадиционных видов минерального сырья – важный элемент интенсивного воспроизводства
минерально-сырьевой базы.
Открыты и освоены месторождения новых драгоценных камней – сугилита в ЮАР,
тугтулита в Гренландии, танзанита в Танзании, большую популярность получил также
поделочный камень – чароит (Республика Саха-Якутия, РФ).
В качестве флюса при выплавке стали получил новое промышленное использование на
металлургических заводах Украины ставролитовый концентрат. Разностороннее применение
получают нетрадиционные виды нерудных ископаемых для производства новых композиционных
керамических изделий. Здесь определилось весьма перспективное направление – получение
высокопрочных, высокоогнеупорных и кислотоупорных изделий на основе муллитовой,
волластонитовой, форстеритовой и других подобных видов керамики. Эффективным сырьем для
этого могут служить магнезиальные силикаты (безжелезистый оливин, форстерит, энстатит,
диопсид), высокоглиноземистые метаморфические минералы (дистен, андалузит и др.).
К нетрадиционным экологически чистым топливным ресурсам относится месторождения
термальных вод и тепло глубинных горячих пород. Геотермальные технологии наиболее
эффективно используются в Исландии, где обеспечивают более 40% энергопотребления, в том
числе тепличные комплексы площадью 120 млн. м2 (больше, чем по всей России). Использование
только разведанных в России запасов термальных вод позволило бы заменить примерно 40 млн. т
условного топлива в год, в частности для теплоснабжения Петропавловска-Камчатского, Омска,
Томска, Махачкалы, Грозного, Нальчика.
С позиции гарантированного обеспечения государственных потребностей стран –
производителей минерального сырья стратегическими и дефицитными видами ресурсов недр,
наличие которых влияет на их национальную безопасность, обеспечивает основы их суверенитета,
а также для выполнения обязательств по их международным договорам, среди множества видов
полезных ископаемых выделяется группа стратегических видов минерального сырья (resources
strategic mineral), объемы добычи которых регулируются правительствами этих стран. Наиболее
часто в списке СВМС встречаются хром, марганец, титан, никель, кобальт, олово, ванадий,
цирконий, молибден, вольфрам, платиноиды, редкоземельные элементы. С течением времени их
качественный состав может меняться. В перечень СВМС США включен 91 вид металлов и
материалов минерального происхождения. Стоимость накопленных к настоящему времени
стратегических запасов США составляет 11,5 млрд. долл., а недостающаяя часть оценивается в 7,7
млрд. долл. Среди других стран наиболее крупными стратегическими запасами обладают
Франция, Великобритания и Германия.
Постановлением Правительства РФ № 50-р от 16 января 1996 г. к стратегическим видам
минерального сырья в Российской Федерации отнесены: нефть, природный газ, уран, марганец,
хром, титан, бокситы, медь, никель, свинец, молибден, вольфрам, олово, цирконий, тантал,
ниобий, кобальт, скандий, бериллий, сурьма, литий, германий, рений, редкие земли иттриевой
группы, золото, серебро, платиноиды, алмазы, особо чистое кварцевое сырье.
1.3. Единицы измерения минерального сырья
Меры измерения большинства твердых полезных ископаемых производят в единицах массы:
в России, Франции, Германии – в метрических тоннах (ton, сокращенно – tn), в США и Англии – в
коротких или длинных (английских) тоннах (short ton и long ton, сокращенно – sh tn и l tn), по
907,2 и 1016,0 кг, соответственно. Измерение сыпучих полезных ископаемых (песков, гравия, а
также песков для промывки в россыпях), строительного и облицовочного камня и природного газа
осуществляется в объемных единицах: кубический метр (м3), кубический фут (cubic foot,
сокращенно cu ft или ft3), равный 0,0283 м3 и сухой баррель (barrel dry, сокращенно bbl dry),
равный в США 115,6 дм3, а в Англии – 163,6 дм3. Запасы и объемы добычи нефти в России
принято измерять в единицах массы (метрических тоннах), а в западных странах чаще пользуются
объемными единицами – нефтяной баррель (barrel oil, сокращенно bbl oil), равный 159,0 дм3 или
~150 кг нефти плотностью 935 кг/м3. Нефтепродукты измеряются в английских (4,55 дм3) или
американских (3,87 дм3) галлонах (gallon, сокращенно gal). Энергоносители измеряются также в
тоннах условного топлива (ton fuel equivalent), сокращенно тут (t.f.e.), отвечающим расходу
энергетического сырья на образование 7·109 кал (29,3·109 дж) тепла. Одна тонна условного
топлива равна 258 кг нефти, 93,9 м3 природного газа, 605 кг угля, 1,4 т торфа или 16,5 г урана. В
англоязычных странах используется условная Британская тепловая единица (БТЕ) [British thermal
unit (BTU)] – это количество тепла, необходимое для повышения температуры 1 фунта (453,6
грамма) воды на 1 градус Фаренгейта. 1 БТЕ=252 кал.=1,055 Дж. и эквивалентна теплоте сгорания
примерно 0,974 кубического фута природного газа.
В качестве мер измерения цветных металлов применяются: метрическая тонна, килограмм
(кг, kg) и английский торговый фунт (pound или libra, сокращенно – lb) весом 453,6 г. Добыча
жидкой ртути в англоязычных странах учитывается в бутылях (flask) весом 34,47 кг. Запасы и
объемы добычи драгоценных металлов в России измеряют в килограммах (кг), а в США, Англии и
других странах используются тройские (монетные) унции (troy ounce, сокращенно – oz tr),
составляющие 373,2 и 31,103 г, соответственно, а также пенниуейт (pennyweight) – 1/20 унции =
1,5550 г. Для алмазов и драгоценных камней используют меры веса – карат и гран (carat и grain,
сокращенно – ct и gr) – 0,200 г и 0,065 г, соответственно.
1.4. Виды товарной продукции из минерального сырья
В зависимости от области использования полезного ископаемого и некоторых особенностей
этого использования, в качестве товарного продукта горных предприятий могут выступать:
1. Полезное ископаемое (газ, жидкость, руда или горная масса), непосредственно добытое из
недр в природном виде или после обработки, придающий потребительские свойства и
выполняемой на месте добычи (обезвоживание, деэмульсия и обессолевание нефти, сепарация
газа, осветление и обеззараживание питьевых вод, для твердых продуктов: сортировка,
отмывка, размол, распиловка, иногда – обжиг).
2. Концентрат, полученный при обогащении добытого сырья и используемый как полуфабрикат
для дальнейшей переработки в один или несколько товарных продуктов.
3. Металл, кристаллосырье или иной минеральный продукт, которые при обогащении добытого
сырья имеют товарный вид уже после первичной переработки.
Первая группа включает энергоносители (кроме урана), стройматериалы, керамическое
сырье и такие виды химического и технического сырья, как калийные, магниевые и натриевые
соли, фосфориты (направляемые на производство из них фосфоритной муки), флюсовое и
огнеупорное сырье, тальк и пирофиллит, цеолиты и др.
К этой же группе относятся богатые руды железа (>50%), хрома (>45%), никеля (>1%),
которые используются непосредственно для выплавки металлов, а также бокситы.
Следует отметить, что к товарному продукту этой группы потребители всегда предъявляют
определенные требования, устанавливаемые техническими условиями, отраслевыми, а иногда и
государственными стандартами. В перечень устанавливаемых показателей, в зависимости от вида
сырья, могут входить лимитные содержания различных компонентов, величины физических
характеристик (температура возгонки, плавления, сопротивление сжатию и т.п.), различные
специальные характеристики (спекаемость, цвет, сорбционная способность и т.п.), размерность
монолитов (кусковатость, блочность) и др. С учетом этих требований сырье может делиться на
сорта или марки, имеющие различную ценность, а нередко и различное назначение.
Вторая группа включает продукты (концентраты) первичной переработки (обогащения)
большинства руд металлов и некоторых видов химического сырья, в которых содержание
полезного компонента, по сравнению с исходной, добытой из недр, массой, значительно
повышено. Такой концентрат может иметь единственное назначение, являясь сырьем для
выплавки металла или получения чистого химического соединения ценного элемента, или
многоцелевое назначение, являясь сырьем для получения ряда химических продуктов различного
назначения, иногда с прямым использованием в сыром виде. В первом случае концентрат
практически является полуфабрикатом, представляющим интерес только для определенного
металлургического производства.
Переработке в концентраты подлежат бедные руды железа, хрома, никеля и все руды
остальных цветных (кроме алюминия), и редких металлов. При этом для комплексных руд (медноникелевых, медно-цинковых, свинцово-цинковых и т.п.) обычно получают селективные
концентраты каждого компонента.
Кроме руд металлов, обогащению с получением концентратов обычно подвергаются
фосфатное сырье (апатиты, с получением попутного нефелинового концентрата для производства
алюминия), боросиликатное сырье, бедные руды плавикового шпата, пиритсодержащие руды для
сернокислотного производства и др.
Как правило, качество концентратов устанавливается отраслевыми или государственными
стандартами, которыми лимитируются минимальное содержание ценных компонентов и
максимальные – вредных примесей, а иногда и некоторые физические параметры (влажность и
др.). Концентратами, используемыми исключительно в целях металлургического передела в
черновой металл, являются концентраты всех цветных металлов. Концентраты редких металлов в
большинстве случаев имеют многоцелевое назначение. Так, вольфрамитовый концентрат может
непосредственно использоваться для легирования стали в мартеновском процессе или при
электроплавке, а может (вместе с шеелитовым концентратом) поступать для переработки в
ферровольфрам, металлический вольфрам, карбид вольфрама и твердые сплавы на его основе.
Достаточно различные продукты на разных производствах могут вырабатываться из
молибденовых, литиевых, бериллиевых и других редкометальных концентратов.
Концентраты неметаллического сырья обычно также имеют многоцелевое назначение и
могут перерабатываться в различные соединения и продукты. Так, например, апатитовый
(фосфоритовый) концентрат в основном поставляется на предприятия по выпуску удобрений.
Кроме того, он служит сырьем для выпуска чистого фосфора и различных фосфорсодержащих
веществ самого разного назначения (ядохимикаты, моющие средства, ингибиторы для
нефтедобычи и т.д.)
К третьей группе относятся такие сырьевые материалы, которые требуют обогащения и
переработки добытого сырья, но из которых в результате такой переработки образуются готовые
товарные продукты: черновой металл, или чистый химический продукт, кристаллосырье или
мономинеральный продукт. Из руд металлов в эту группу входят золотосодержащие руды со
свободным золотом и ртутные руды, продуктами первичной переработки которых оказываются
соответственно черновое золото и ртуть, а также россыпи золота и платины. Из неметаллических
сырьевых материалов сюда относятся полезные ископаемые, содержащие в качестве ценного
компонента природные кристаллы с особыми свойствами: алмазы, пьезокварц, оптические
флюорит и кальцит, слюды (мусковит, флогопит), а также различные ювелирно-ограночные
кристаллы (корунды, бериллы, турмалины и др.). За исключением алмазов, для этих последних
видов сырья основным способом обогащения является ручная разборка, в процессе которой
отбирается кристаллосырье, соответствующее определенным требованиям по размерности,
чистоте, прозрачности и др. Для выделения алмазов из алмазосодержащих пород используются
различные механизированные способы, фотометрическое обогащение, однако конечной стадией
является опять-таки ручная разборка. Аналогично производится выборка товарной продукции
некристаллических самоцветов (лазурита, нефрита, чароита, родонита и др.). Такая минеральная
продукция всегда рассортировывается на несколько сортов, причем ценность кристаллов высшего
сорта в расчете на весовую единицу может превышать ценность низших сортов на два-три
порядка.
Кроме упомянутых видов сырья, в эту группу может быть отнесен асбест, по существу
также представляющий собой специфическое кристаллосырье. Обогащение асбестовых руд
ведется механическими способами с получением мономинеральных продуктов, разделяемых на
сорта по длине волокна. Наиболее ценными являются длинноволокнистые сорта.
К этой же группе относятся также сырьевые продукты, получаемые из рудной массы (без
предварительного обогащения) гидрометаллургическим способом – уран, медь и золото.