CC BY
72
НАУЧНО-ПОПУЛЯРНЫЕ СТАТЬИ
DOI:10.37614/2307-5228.2020.12.1.001 УДК 549:92
ХИБИНСКИЙ АПАТИТ. НАЧАЛО ИСТОРИИ Г. С. Ильин
Научно-организационный отдел ФИЦ «Кольский научный центр РАН», г. Апатиты
Аннотация
В статье рассказывается о мировой практике добычи апатита до открытия хибинских месторождений и использовании минерала в производстве фосфорных удобрений, начиная с середины XIX века. Также описана история открытия апатит-нефелиновых руд в Хибинских горах и становление их промышленного освоения. Ключевые слова:
апатит, суперфосфат, фосфорные удобрения, апатит-нефелиновые руды, история, Ферсман, Лабунцов, Хибины.
THE APATITE IN KHIBINY. THE BEGINNING OF HISTORY G. S. Ilyin
Department of Science Management, Kola Science Center of the Russian Academy of Sciences, Apatity
Abstract:
The article describes the global practice of apatite mining before the deposits in Khibiny were discovered and using the mineral in the phosphate fertilizers production started in the middle of XIX century. The history of the discovery of apatite-nepheline ores in the Khibiny mountains and the establishment of their industrial development are also described.
Key words
apatite, superphosphate, phosphate fertilizers, apatite-nepheline ores, history, Fersman, Labuntsov, Khibiny Mts
Введение
Разработка крупнейшего в мире месторождения апатитовых руд ведется в Хибинских горах на Кольском п-ове с 1929 г. Апатит является ценным материалом для производства высококачественных фосфорных удобрений.
Впервые он был описан немецким геологом А. Г. Вернером в 1788 г. [Werner, 1788]. Название можно перевести с греческого как камень-обманщик», так как кристаллы апатита часто путали с драгоценными топазами, бериллами и др. Долгое время в минералогии использовалась общая химическая формула апатита в следующем виде: Ca5(PO4b(F,Cl,OH). В 2010 г. Международная минералогическая ассоциация (IMA) разработала «Номенклатуру минералов надгруппы апатитов» [Pasero, 2010]. В общую надгруппу вошла группа апатитов, включающая в себя разновидности, ставшие отдельными минеральными видами: фторапатит Ca5(PO4bF
(именно его добывают в Хибинах), хлорапатит Ca5(PO4)3Cl, гидроксилапатит Ca5(PO4bOH и др.
Необходимость внесения в почву фосфорных удобрений была известна человечеству еще задолго до открытия фосфора и развития агрохимии. Для этих целей на протяжении веков использовался птичий помет и костная мука. Ценность таких удобрений была очень высока. На некоторых островах близ Южной Америки убийцам птиц, производивших гуано, грозила смертная казнь [Penrose, 1888].
Только к 1835 г. было открыто, что добавление серной кислоты к природному фосфату дает водорастворимое вещество, получившее название «суперфосфат».
В 1841 г. немецкий химик Юстус фон Либих издал большой труд «Органическая химия в ее применении к сельскому хозяйству и физиологии» [Liebig, 1841], где изложил свою теорию об основных питательных веществах, необходимых
для повышения урожайности. Ученый установил, что растениям важно получать такие элементы как водород, углерод, калий, азот и фосфор. Если первые два элемента растения могут брать из атмосферы, то последние необходимо вносить искусственно в виде легкоусвояемых соединений. Либих также определил, что после обработки костной муки кислотой главным полезным веществом является именно фосфор.
На основе этих знаний и трудов Либиха в 1843 г. британский предприниматель и химик-агроном Джон Беннет Лоус основал в Дептфорде (Лондон, Великобритания) первую фабрику по производству суперфосфата (рис. 1). Молотые кости животных реагировали с серной кислотой с образованием полутвердого вещества, которое затем охлаждалось в течение нескольких часов в специальных чанах [№е!!, 2012].
Рис. 1. Первая фабрика по производству суперфосфатных удобрений в Дептфорд-Крик, Великобритания, 1843 г. [!уе!!, 2012]
Из-за низкого качества получаемых удобрений вскоре для производства суперфосфата были найдены другие природные фосфорсодержащие вещества — осадочная порода фосфорит и минерал апатит.
В начале 1850-х гг. в районе Крагеро (Норвегия) геологами были обнаружены крупные жилы, содержащие кристаллы апатита. В 1854 г. английская фирма Evans and Atkins из Бирмингема открыла там первый апатитовый рудник. За 5 лет было добыто около 13 тыс. т апатита на общую сумму 110 тыс. долл. США [Penrose, 1888].
В середине XIX в. в Канаде были открыты еще более крупные месторождения апатита. В 1871 г. канадская компания Buckingham Mining Company также начала добычу этого ценного минерала [Penrose, 1888]. Норвежский и канадский апатит отправлялся на перерабатывающие фабрики Великобритании, Франции и Швеции.
Общие объемы добычи апатита в конце XIX -начале XX вв. не превышали нескольких десятков тысяч тонн в год. Для обеспечения возрастающего мирового спроса на суперфосфат в первую очередь использовалась менее богатая фосфо-
ром осадочная порода фосфорит. Это сырье широко использовалось и в российском производстве удобрений. В Российскую Империю фосфориты поставлялись из Марокко.
Апатит Хибинских тундр
Первая находка апатита в Хибинах принадлежит французскому исследователю, географу Шарлю Рабо (рис. 2). Во время экспедиции 1885 г. по Кольскому почтовому тракту между поселениями Кола и Кандалакша он совершил восхождение на одну из вершин в западных Хибинах в районе ущелья Юмъекорр, сделал первые в истории фотографии гор и собрал минералогическую коллекцию. Это произошло за шесть лет до большой комплексной экспедиции финляндского геолога Вильгельма Рамзая в Хибинские тундры. По возвращении во Францию Рабо передал собранные образцы геологу Ш. Велену. На основании проведенных анализов в 1891 г. вышел их общий труд по геологии Кольского полуострова. В описании пород, слагающих Хибины, перечислены различные минералы, среди которых присутствует и апатит [Rabot, 1891]. Конечно, это были неболь-
шие включения, имевшие исключительно минералогический интерес.
В 1903 г. на Кольском п-ове проводил исследования выдающийся кристаллограф и минералог Е. С. Федоров. Он не смог побывать в Хибинах, но обнаружил похожие апатит-нефелиновые породы на Турьем п-ове в Кандалакшском заливе Белого моря. Проанализировав химический состав пород, Евграф Степанович смело предположил,
что они могут стать отличным материалом для удобрений в сельскохозяйственной отрасли: «...состав этой изверженной породы, как бы приспособлен для эксплуатации в сельскохозяйственной промышленности в виду чрезвычайно большого содержания фосфорной кислоты и щелочей...» [Федоров, 1909]. Но никаких последующих опытов с этими породами не последовало.
Рис. 2. Экспедиционный караван Шарля Рабо. Август 1885 г. Сайт. URL: www.digitaltmuseum.no
Следующий этап освоения Европейского Севера России начинается в 1916 г., когда вдоль Кольского почтового тракта была построена железная дорога, а на берегу Баренцева моря заложен новый город Романов-на-Мурмане (в 1917 г. переименован в Мурманск). После Октябрьской революции и периода интервенции 1918-1919 гг. руководство молодого советского государства принимает решение о комплексном исследовании северных регионов. В марте 1920 г. создается Северная научно-промысловая экспедиция для изучения производительных сил Севера.
В начале июня 1920 г. по Мурманской железной дороге отправилась комиссия под руководством президента Академии наук академика А. П. Карпинского. К нему присоединился и молодой академик Александр Евгеньевич
Ферсман. Во время длительной стоянки поезда на станции Имандра в районе северо-западных Хибин ученые совершили прогулку к ближайшей горе Малый Манепахк. На склоне были найдены необычные породы и минералы, сильно заинтересовавшие академиков. Осенью того же года А. Е. Ферсман организовал первую экспедицию с целью исследования Хибин.
Проникнуть в центральную часть горного массива Александру Евгеньевичу удалось только во время второй экспедиции летом 1921 г. В конце полевого сезона отрядом геологов были найдены крупные глыбы апатита. Эта находка описана в отчете за 30 августа 1921 г.: «Ночь необыкновенно холодна (около -5), утром — иней. Выступили довольно усталые в долину между двумя отрогами Кукисвумчорра... Идя по левому зеленому
склону, на расстоянии приблизительно 1 км пересекли приток, круто спускавшийся со склона Кукисвумчорра. В выносах этого притока большое количество зеленых глыб до 1 пуда весом апатитовой породы, часто носившей слоистый характер. За отсутствием времени и утомлением мы не могли искать коренных выходов жил апатита, по-видимому, весьма доступных...» [Хибинские и Ловозерские тундры., 1925].
Несмотря на крупные объемы найденного апатита, ученые заинтересовались им только с минералогической точки зрения, а также в качестве материала для пополнения музейных коллекций и обмена с другими учреждениями. Ситуация изменилась, когда к экспедициям Ферсмана присоединился увлеченный минералог с военным прошлым Александр Николаевич Лабунцов.
Летом 1923 г. А. Н. Лабунцов вошел в небольшой отряд для обследования южной части Хибин. Позже, в письме В. И. Вернадскому, он писал: «.При прохождении в дождь плато Расвумчорр, были встречены крупные куски апатито-нефелиновой породы; через несколько дней мной был совершен специальный подъем на Расвумчорр и при обследовании удалось установить значительные коренные выходы этой породы в обрыве плато во 2-й западный цирк Расвумчорра» [Архив РАН]. Отряд заинтересовала и одна особенность: «.все выходы (апатита) густо поросли травою, что весьма необычно для Хибин, где высокогорные плато всегда почти лишены растительности» [Гуткова, 1925].
К тому времени в районе ж. д. станции Хибины был организован сельскохозяйственный пункт для проведения опытов по выращиванию растений в условиях северного климата. Возглавил опытный пункт молодой агроном И. Г. Эйхфельд. Есть интересный исторический факт, отраженный в его письме от 15 октября 1934 г. в Комиссию по истории города Хибиногорска (с 1934 г. переименован в Кировск): «Высылаю <...> дело № 1 за 1923 год с выпиской из статьи Е. С. Федорова, толкнувшей меня на использование апатитов» [Токарев и др., 2017]. Таким образом, идеи по применению минерала в сельском хозяйстве заинтересовали агронома и он, по всей видимости, попробовал на практике применить необработанный измельченный хибинский апатит.
Весной 1924 г. на заседании Отделения физико-математических наук был представлен доклад одной из участниц экспедиции Н. Н. Гутковой «Апатиты Хибинских тундр» [Гуткова, 1925]. Нина
Николаевна отметила большое количество находок минерала в разных точках Хибин и упомянула о возможности его применения: «Открытие жил апатита, к тому же содержащего большое количество редких земель, представляет не только большой научный, но, может быть, в будущем некоторый практический интерес» [Гуткова, 1925].
В 1924 г. исследования Хибин были завершены, финансирование новых крупных экспедиций в этот район не предполагалось. Но летом следующего года по счастливой случайности Лабунцов снова оказался в Хибинах для сбора недавно открытого им ловчоррита (современное название минерала мозандрит-(Се) определено Международной минералогической ассоциацией в 2016 г.), содержащего редкие земли и радиоактивные элементы. Попутно с этими сборами ему, по собственной инициативе, удалось добыть и небольшую партию апатитовой породы на горе Расвумчорр.
Борьба за апатит
В январе 1926 г. А. Н. Лабунцов обратился в Институт по изучению Севера с вопросом о промышленном обследовании месторождений, но встретил большое недоверие к возможности существования крупных залежей апатита. Только при активной поддержке академика А. Е. Ферсмана удалось получить небольшое финансирование в размере 700 руб. от Колонизационного отдела Мурманской ж. д. для организации очередной поездки в Хибины. В результате проведенных Лабунцовым исследований были подсчитаны запасы обнаруженной апатитовой руды, составившие 2 млн т.
В сентябре на Кольский выехала специальная комиссия в составе директора Института по изучению Севера профессора Р. Л. Самойловича, инженера Д. И. Щербакова и профессора П. А. Борисова. Участники лично убедились в объемах обнаруженного месторождения на плато Расвумчорр. Уже в конце октября, после обращения Борисова в Колонизационный отдел, была срочно организована экспедиция с целью добычи технологической пробы. На оленях, по первому снегу, за апатитом отправились сотрудники Хибинского сельскохозяйственного пункта, в том числе и его руководитель И. Г. Эйхфельд. В течение нескольких дней с вершины и склонов Апатитового отрога горы Расвумчорр (ныне Ийолито-вый отрог) из-под снега было добыто и вывезено к железной дороге около тонны апатитовой руды [Эйхфельд, 1927].
Часть добытой пробы была передана в Институт Механобр, другую часть отправили для испытаний в фирму «Гумбольд» в Германии. Оба исследования дали хорошие результаты. Содержание фосфорной кислоты составило от 18 до 25 % при среднем содержании апатита в породе около 50 % [Лабунцов, 1927].
Основной трудностью в решении вопроса хибинских апатитов являлось отсутствие у советских промышленников опыта в переработке этого сырья (технологический процесс отличается от работы с фосфоритами). Много вопросов вызывал и процесс обогащения. Летом 1927 г. А. Н. Лабунцов с небольшим отрядом студентов вновь посетил Хибины. Ему удалось обнаружить новые месторождения апатитовых руд на горах Юкспор, Кукисвумчорр и Поачвумчорр. Суммарная оценка запасов составила 20 млн т. Обладая новыми данными в исследованиях хибинского апатита, Александр Николаевич указывает на большое значение новых месторождений в производстве качественных удобрений: «...такие апатитовые месторождения могут давать даже более богатый
фосфорным ангидридом продукт, чем лучшие и обогащенные фосфориты» [Лабунцов, 1928].
На следующий год отряд под руководством инженера В. И. Влодавца провел детальное обследование месторождения на горе Кукисвумчорр, а летом 1929 г. в Хибины отправилась большая геологоразведочная партия НИУ (Научный институт по удобрениям) под руководством М. П. Фивега. Проведенные буровые работы показали запасы в 100 млн т.
Параллельно сотрудники НИУ во главе с проф. С. И. Вольфковичем провели большое количество опытов по получению суперфосфата из хибинского апатита не только в лабораторных, но и заводских условиях Чернореченского суперфосфатного завода. Были определены необходимые условия и дополнительные компоненты при производстве удобрений [Вольфкович и др., 1930].
В октябре того же 1929 г. при активной поддержке Первого секретаря Ленинградского обкома ВКП(б) С. М. Кирова был запущен в работу первый апатитовый рудник на горе Кукисвумчорр, а 13 ноября создан трест «Апатит».
Литература
Архив РАН. Ф. 518. Оп. 3. Д. 916. Л. 8-10.
Вольфкович С. И, Берлин Л. Е., Гриншпан Л. Производство суперфосфата из апатита // Хибинские апатиты. Л.: Издание гостреста «Апатит», 1930. № 1. С. 139-203.
Гуткова Н. Н. Апатиты Хибинских тундр // Известия РАН. 1925. Т. 19. Вып. 1-5. С. 123-132.
Лабунцов А. Н. К вопросу об использовании хибинского апатита в нашей фосфатной промышленности // Горный журнал. 1928. № 1. С. 32-35.
Лабунцов А. Н. Полезные ископаемые Хибинских тундр и Кольского полуострова // Карело-Мурманский край. 1927. № 5-6. С. 7-9.
Токарев А. Д., Петров В. П., Макарова Е. И. Создание апатитовой промышленности в Хибинах (Кольский полуостров) как исторический раннесоветский опыт хозяйственного освоения заполярного региона в 1920-1930-х гг. // Труды Кольского научного центра. Гуманитарные исследования. 2017. Вып. 12. С. 5-20.
Федоров Е. С. Белое море как источник материала для сельскохозяйственной культуры // Известия Архангельского общества изучения Русского Севера. 1909. № 3. С. 67-70.
Хибинские и Ловозерские тундры. Т. I. Маршруты / отв. ред. А. Е. Ферсман. М., 1925. 196 с.
Эйхфельд И. Г. В Хибины за апатитами // Карело-Мурманский край. 1927. № 2. С. 8-13.
Ivell D. Phosphate Fertilizer Production — from the 1830's to 2011 and beyond // Procedia Engineering. 46. 2012. P. 166-171.
Liebig J. Die organische Chemie in ihrer Anwendung auf Agricultur und Physiologie / Braunschweig: F. Vieweg, 1841. 351 p.
Pasero M., Kampf A. R., Ferrari C., Pekov I. V., Rakovan J., White T. J. Nomenclature of the Apatite Supergroup Minerals // European Journal of Mineralogy. 2010. V. 22. P. 163-179.
Penrose Jr. Nature and Origin of Deposits of Phosphate of Lime // Bulletin of the United States Geological Survey. No. 46. 1888. P. 479-601.
Rabot Ch. Explorations dans la Laponie russe ou presqu'ile de Kola (1884-1885). - Géologie. Roches cristallophylliennes et éruptives, par Ch. Velain // Bull. Soc. Géogr. Paris. 1891. T. Х11. P. 49-102.
Werner A. G. Geschichte, Charakteristik und kurze chemische Untersuchung des Apatits // Bergm. Journ. 1. Bd. 1. Freiberg, 1788. S. 76-96.
