Ресурсы недр Земли

Ресурсы недр Земли

    Ресурсы недр являются одним из системообразующих источников материальных ресурсов промышленного производства (энергетическое, металлургическое, химическое сырье и строительные материалы). В 2009 году из недр извлечено материальных ресурсов на сумму 4,8 трлн руб., из которых более 2,0 трлн руб. в виде налогов и платежей было направлено в бюджет страны, а доход от экспорта товаров более чем на 50% обусловлен предложением минеральных продуктов.

    Недрами являются частью земной коры, простирающейся до глубин, доступных для геологического изучения и освоения в современных условиях. В настоящее время максимальная глубина сверхглубокой скважины на Кольском полуострове составляет 12262 м.

    Природными  ресурсами недр являются полезные ископаемые (извлекается более 200 видов) и полезные свойства недр (геотермальное тепло, емкостные свойства недр и др.).

    Полезные  свойства недр – это использование недр в прикладных приложениях без цели добычи полезных ископаемых. В недрах организованы подземные хранилища природного газа (по России 25 объектов общей емкостью 65 млрд м³, подземное захоронение жидких радиоактивных отходов Сибирского химического комбината (г. Северск Томской обл.), построены железнодорожные тоннели, тоннели метро в крупных городах. На Камчатке действует электростанция, использующая геотермальное тепло.

    Полезные  ископаемые – это составные части недр (твердые, жидкие и газообразные), которые могут добываться с промышленной целью, путем извлечения или отделения их, независимо от того, находятся ли они в глубине или выходят на поверхность.

    Полезные  ископаемые залегают в недрах в виде обособленных природных объектов –  скоплений полезных веществ –  называемых месторождениями полезных ископаемых.

    Полезное  ископаемое по своим физическому  состоянию свойствам может быть: газообразным (природный горючий  газ, гелий и др.), жидким (нефть, газовый  конденсат, подземные воды и рассолы) и твердым (все остальные виды). По своим потребительским свойствам они могут быть:

• собственно полезное ископаемое, добытое из недр (глина, песок, нефть, железная руда и др.), в своем первичном состоянии уже являющееся товарным продуктом;
• концентрат первичного обогащения полезного ископаемого, составляющий лишь небольшую исходной рудной массы (марганцевый, хромитовый, медный, фосфатный и др. концентраты), требующий дополнительного передела для производства конечной товарной продукции (металлов, удобрений и др.);
• кристаллосырье и природные металлы (драгоценные камни, листовая слюда, волокнистый асбест, золото, платина и др.) имеющие товарный вид после добычи и первичного обогащения.

    По  распространенности полезные ископаемые подразделяются на две группы:

• общераспространенные полезные ископаемые, т.е. встречающееся практически повсеместно (глина, песок, сапропель, торф и др.). Их ресурсы невосполнимы, но практически неисчерпаемы.
• индивидуально расположенных и геометрически обособленных месторождений полезных ископаемых (все остальные полезные ископаемые). Их месторасположение уникально – там, где их создала природа и вне связи с антропогенным фактором (инфраструктурой человечества). Их ресурсы невосполнимы и исчерпаемы.

    Добываемым  полезным ископаемым практически нет  замены. Но исключения все же бывают:

• 100% пьезокварца и 99% технических алмазов в настоящее время изготовляются искусственно;
• в 60-е годов XX века пластик и нержавеющая сталь полностью вытеснили из производства оловянную посуду, а в 80-е годы пластиковые покрытия и алюминий вытеснили луженую оловом жесть при изготовлении консервных упаковок (мировой спрос на олово при каждом кризисе падал в несколько раз).

    Ввиду исчерпаемости и незаменимости большинство видов полезных ископаемых имеет место постоянный и устойчивый рост их рыночных цен во времени (правило истощаемых ресурсов Хотеллинга). Это обусловлено отработкой, в первую очередь, богатых и легкодоступных месторождений полезных ископаемых, а поле их исчезновения – переход к разработке более бедных и труднодоступных месторождений, что приводит к повышению издержек производства и минимальной себестоимости товарной продукции из полезных ископаемых. Одновременно это приводит к увеличению объемов ресурсной базы полезных ископаемых, т.к. становится экономически возможным разработка объектов, ранее не считавшимися месторождениями.

    Как правило, при разработке месторождений  полезных ископаемых извлекается и  реализуется один товарный продукт. Иногда из месторождений 2–3 базовых товарных продуктов (свинца и цинка; апатита и нефелина; меди, никеля и платиноидов). Но для каждого нового месторождения рассматривается возможность вовлечения в разработку не только главных продуктов, но и попутных компонентов и попутных полезных ископаемых. Их вовлечение увеличивают стоимость реализации товарных продуктов и, соответственно, общую ценность месторождения и сокращают объемы потерь (отходов).

    Попутные  полезные компоненты могут быть примесными (накапливаются в базовых продуктах обогащения) и самостоятельными попутными минеральными продуктами (требуют специального извлечения из руд). Например, из колчеданных медных и полиметаллических руд можно извлекать примесные Au, Ag, Cd, In, Ga, Se, Te, Bi и др., которые связаны с основными рудообразующими минералами, накапливаются при их обогащении в концентратах, а при металлургическом переделе в различных отходах, откуда они попутно или специальной переработкой могут быть достаточно просто утилизированы. Для попутных минеральных продуктов можно назвать примеры бадделеитового концентрата (ZrO₂) из железных руд Ковдорского месторождения, баритового концентрата (ВаSO₄) из свинцово-цинковых руд Салаирского месторождения.

    Попутные  полезные ископаемые представляют собой товарные продукты, селективно извлекаемые при разработке базового месторождения в результате самостоятельного технологического процесса. По сути дела, попутные полезные ископаемые представляют собой самостоятельные месторождения, зачастую генетически не имеющие ничего общего с базовым месторождением. Например, при разработке большинства месторождений попутно извлекаются дренажные воды, которые используются затем в промышленных и коммунально-бытовых целях. При открытой добыче породы вскрыши (вышележащих над полезным ископаемым пород) можно использовать в качестве строительных материалов или других приложений.

    Месторождения с несколькими базовыми компонентами, с извлекаемыми попутными полезными компонентами или попутными полезными ископаемыми называются комплексными месторождениями.

    Отдельной категорией являются редкие рассеянные элементы (Cd, Se, Te, Ga, Ge, Hf, In, Sc, Rb, Cs, Re, Os, Ir, Ru, Rh, La, Yb, Sm, Eu), которые не образуют самостоятельных месторождений. Они извлекаются попутно из комплексных месторождений. Спецификой рынка предложения этих материалов является пассивность их объема производства, обусловленную зависимостью от объемов переработки первичного сырья (медных, никелевых, полиметаллических, литиевых, алюминиевых руд и др.), управляемых по выходу основных компонентов. Например, мировое производство иридия (Ir) составляет всего 2,5 т/год и не может быть увеличено, даже при резком увеличении его спроса. Иногда наличие примеси невостребованных редких элементов снижает стоимость реализации товарных продуктов базовых компонентов. Так, например, наличие висмута в медном концентрате снижает его товарную ценность на 5% за каждый 1% содержания Bi (рафинирование меди от висмута требует дополнительных издержек).

    С позиции гарантированного обеспечения  государственных потребностей стран выделяется группа стратегических видов полезных ископаемых. Наличие месторождений этих видов полезных ископаемых влияет на национальную и экономическую безопасность, обеспечивает основы их суверенитета, являясь экономической основой промышленности страны. В России к стратегическим видам отнесены: нефть, природный газ, U, Mn, Cr, Ti, бокситы, Cu, Ni, Pb, Mo, W, Sn, Zr, Ta, Nb, Co, Sc, Be, Sb, Li, Ge, Re, редкие земли иттриевой группы, Au, Ag, платиноиды, алмазы, особо чистое кварцевое сырье.

    Для российских условий выделяется группа дефицитных видов полезных ископаемых, для которых имеется большая доля импорта – марганцевое сырье [марганцевый концентрат (импортируется 91%), ферромарганец (60%) и силикомарганец (80%)], хромиты (70%), алюминиевое сырье [бокситы (до 10%) и глинозем (62%)], цирконовый концентрат(100%), титановое сырье (89%), феррониобий (66%), плавиковый шпат (57%), горный воск (100%), обогащенный каолин (60%), щелочной бентонит (30%)и барит (30%). Наличие таких потоков – очевидная экономическая опасность стабильности работы промышленности России.

    В таблице 1 показано состояние минерально-сырьевой базы России. Различаются понятия  запасов полезных ископаемых, подготовленных к освоению в результате специальных геологоразведочных работ, и ресурсов полезных ископаемых, наличие которых вероятно, а подтверждение которых возможно лишь в результате будущих геологоразведочных работ. Учитывая, что площадь России составляет 13% мировой суши, лишь для природного газа, угля, железа, никеля и ниобия имеет место высокая концентрация этих полезных ископаемых на территории нашей страны. Россия мировой лидер в добыче природного газа и нефти, занимая 2-е место в добыче бурого угля, 3-е – в производстве минеральных удобрений (калиевых и фосфатных), 4-е – в производстве электроэнергии, 5-е – по добыче каменного угля и железных руд.

Таблица 1

Состояние минерально-сырьевой базы России по состоянию на 01.01.2010 г,  
добыча, экспорт-импорт и внутреннее потребление полезных ископаемых за 2009 г  
(по данным Роскомнедра, 2010)

* – добыча полезного  ископаемого, в скобках – производство  товарных руд или концентратов, при наличии этих данных баланс  производства, экспорта, импорта и  потребления приводится по ним;

** – производство  товарного глинозема из бокситов  и нефелиновых руд

*** – данные за 2008 г. 

    На  экспорт отправляется 100% произведенного в России никеля, 100% редких земель, 96% вольфрама, 93% алмазов, 91% платиноидов, 87% алюминия, 82% серебра, 76% свинца, 73% калийных солей, 69% фосфатных удобрений, 61% меди, 61% бадделеита, 52% нефти, 30% природного газа.

    Имеют место и встречные потоки трансграничных перевозок отдельных полезных ископаемых: 35% экспорта и 11% импорта угля, 7,4% экспорта и 3,3% импорта железных руд, 6,1% экспорта и 14% импорта цинковых концентратов, 37% экспорта и 14% импорта цинка, 31% экспорта и 59% импорта олова.

    Эффективность использования материальных ресурсов недр определяется показателями извлечения полезных ископаемых из недр или их потерями в недрах, коэффициентом  вскрыши, коэффициента разубоживания  полезного ископаемого пустыми  породами, коэффициентом извлечения полезных компонентов из руд при обогащении, потерями в хвостах обогащения и удельной величиной образованием отходов обогащения.

    Размер  потерь полезных ископаемых в недрах зависит от способа разработки. Например, для нефти первоначальный коэффициент извлечения из недр (КИН) составляет всего 0,15–0,25 (большая часть нефти остается в недрах). При использовании вторичных и третичных технологий интенсификации разработки месторождений нефти на поздних стадиях он может быть увеличен до 0,3–0,6. Для технологичного в отработке природного газа коэффициент извлечения из недр (КИГ) более 0,95. При подземной разработке месторождений угля в недрах остается до 40% угля в охранных целиках. При открытой разработке целики оставляются крайне редко и потери в недрах минимальны (до 5–10%). Зачастую, участки уже разработанных подземным и открытым способом месторождений с появлением новых технологий становятся предметом повторной их разработки.

    Коэффициент вскрыши при открытой разработке (отношение объемов извлеченного полезного ископаемого к объемам пустых вскрышных пород, направляемых в отвалы отходов) составляет от 1–2 до 7–10 (в зависимости от ценности полезного ископаемого).

    Коэффициент разубоживания извлеченного из недр полезного ископаемого пустыми породами (снижает качество продукта и увеличивает эксплуатационные затраты) зависит от возможности его селективного извлечения составляет 1–5% для открытой добычи и 5–20% для подземной разработки твердых полезных ископаемых. Для нефти определяется обратный к коэффициенту разубоживания коэффициент обводненности, показывающий долю воды в полученной их добычных скважин нефтесодержащей жидкости. На заключительной стадии разработки нефтяных месторождений он может составлять 95%.