CC BY
96
ГЕОЛОГО-МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 553.492.1.014.3:622.349.21 (234.83)
ПРОБЛЕМА КОМПЛЕКСНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ БОКСИТОВ ТИ-МАНА
Е.П. КАЛИНИН
Институт геологии Коми НЦ УрО РАН, г. Сыктывкар institute@geo.komisc.ru
В работе показаны ресурсный потенциал бокситов и объемы добычи бокситового сырья в ведущих странах мира. Россия попадает в десятку стран с общими запасами 750 млн. т, с долей в мире подтвержденных запасов 3,2 %. Целесообразна организация новых производств с учетом имеющихся запасов. Необходима разработка специальной республиканской программы, объединяющей вопросы геологии, добычи и комплексной переработки бокситов и каолиновых глин Тимана.
Ключевые слова: бокситы, глинозем, кремневый модуль, боксито-глинозем-ный комплекс, красный шлам, редкие элементы бокситов
E.P. KALININ. PROBLEMS OF INTEGRATED USE OF TIMAN BAUXITES
At the present stage of economic development of the Komi Republic a considerable interest is drawn to the problem of development of high-quality Middle Timan bauxites. The Komi Republic holds about 30 % of proven reserves of bauxites of Russia. On this basis it is possible to create a powerful modern production, providing deep processing of mineral raw. The rocks allow producing rough ceramics, mineral wool, tiles, gravel and cement. Based on the bauxite-related kaolinite clays it is possible to organize the production of porcelain, earthenware and ceramics. The phosphorous bauxites recycling results in the production of potassium and phosphate fertilizers. The electrical fusion of high-ferrous bauxites allows producing high-grade cast iron alongside with alumina. The elements of bauxites can be used for recovery of industry concentrations of rare metals (gallium, vanadium, niobium, scandium, rare earth metals). The most promising production is the production of refractories, portland cement, coagulants, ceramics and certainly alumina for metal aluminum. In general all the necessary conditions were prepared to develop mineral resource base of the region and to create a diversified mining and processing industries.
Keywords: bauxites, alumina, silicon module, bauxite and alumina complex, red mud, bauxite rare elements
Мировые ресурсы бокситов
Основным природным сырьем для получения алюминия являются бокситы, которые на 98 % обеспечивают мировое производство алюминия. В меньшей степени алюминий извлекается из нефелиновых сиенитов, анортозитов, алунитов, высокоглиноземистых глин и сланцев. Бокситы сложены гидратами глинозема (диаспоры и гидроаргиллиты) с примесью гидроксидов железа, титана, гематита, сидерита, опала, алюмосиликатов и других минералов. Средние содержания глинозема в разрабатываемых бокситах достигают 55 %, нефелинах -28, в алунитах - около 20 %. Важным показателем качества бокситов является кремневый модуль (А1203/БЮ2), который для самых низких сортов бокситов должен быть не ниже 2 % при содержании
глинозема не менее 37 %. Высокосортные бокситы характеризуются величиной этого модуля более 10% и содержаниями глинозема свыше 50 %.
Около 95 % мировых ресурсов бокситов связано с латеритными корами выветривания. Это остаточные и переотложенные месторождения, в первую очередь Гвинеи, Австралии, Гайаны. Остальные бокситы - с осадочными месторождениями в терригенных и карбонатных толщах Ямайки, Гаити, Греции, Югославии, Тихвинского, Северо-Ураль-ского, Южно-Уральского и Салаирского районов России и др. Выявленные ресурсы бокситов учтены в 83 странах мира и на 01.01.2002 г. (табл. 1) составляли 81,6 млрд. т. Примерно 87 % мировых общих и такая же доля подтвержденных запасов бокситов сосредоточены в шести странах: в Гвинее -52 и 37% соответственно, Австралии-11 и 19, Бра-
Таблица 1
Запасы бокситов ведущих стран мира (01.01.2002 г.) [3]
Страны Общие запасы, млн. т Доля в мире, % Подтвержденные запасы, млн. т Доля в мире, % Содержание глинозема
Гвинея 20900 51,6 7400 36,7 52
Австралия 4400 10,9 3764 18,7 48
Бразилия 2900 7,2 1800 8,9 51
Индия 2654 6,5 1027 5,1 47
Ямайка 2000 4,9 2000 9,9 47
Гайана 1190 2,9 685 3,4 57
Вьетнам 1000 2,5 351 1,7 41
Россия 750 1,9 650 3,2 46
Всего
в мире 40527 100 20142 100 -
зилии - 7 и 9, Индии - 7 и 5, Ямайке - 5 и 10, Гайане - 3 и 3, России - 2 и 3 %.
В 2001 г. в мире было добыто 137,7 млн. т бокситов. В 2002 г. добыча возросла до 141 млн. т. Обеспеченность мировой экономики подтвержденными запасами при сохранении нынешнего уровня добычи составляет около 150 лет. Однако в 1980 г. в мире добывалось около 76 млн. т бокситов. Значит, средний темп роста добычи за длительный период составил около 3 % в год. При сохранении этих темпов подтвержденные запасы достаточны для 56 лет добычи [3]. В 2008 г. в мире было добыто 220,98 млн. т бокситов; таким образом, мировая добыча выросла в 2,5 раза по сравнению с 1980 г., почти удвоилась по сравнению с 1990 г. и выросла на 60 % по сравнению с 2000 г. [5].
В России запасы бокситов невелики и сосредоточены в основном на Урале, Тимане и в районе КМА. Дефицит бокситовых руд частично восполняется за счет нефелинового сырья (месторождения Хибиногорной группы в Мурманской области и Кия-Шалтырское месторождение в Кемеровской области). Выявленные ресурсы нефелиновых руд в России на 01.01.2002 г. составляли 6,9 млрд. т, общие запасы - 2,6 млрд. т, подтвержденные - 2,4 млрд. т.
Создание боксито-глиноземного комплекса в Республике Коми
Февраль 1998 г. вошел в историю Республики Коми как знаменательная дата: начало зарождения новой горнорудной отрасли — бокситовой. Честь открытия как южнотиманских, так и среднетиман-ских бокситовых месторождений принадлежит геологам Ухтинской геологоразведочной экспедиции [7]. В.В. Беляевым (Институт геологии Коми НЦ УрО РАН) детально исследованы древние коры выветривания и бокситовые месторождения Южного и Среднего Тимана. Им проведена детальная минералогическая и геохимическая типизация бокситов и обоснована возможность их комплексного использования, разработаны критерии прогнозирования и поисков новых месторождений. В.В. Беляевым лично и в соавторстве опубликовано более 40 научных работ, в том числе четыре монографии,
посвященные минералогии и геохимии бокситов и других высокоглиноземистых пород (каолинов) Тимана [7-11].
Среднетиманский бокситовый рудник (СТБР) был введен в действие акционерным обществом «Боксит Тимана» в 1998 г. Сырьевой базой являются месторождения бокситов Ворыквинской группы: Вежаю-Ворыквинское, Верхнещугорское и Восточное. Бокситы Ворыквинской группы подразделяются на глиноземные, маложелезистые и абразивные сорта. Добыча бокситов Среднего Тимана началась в феврале 1998 г. с разработки рудного тела № 2 центральной залежи Вежаю-Ворыквинского месторождения. Динамика добычных работ на руднике впечатляющая: от 63 479 т бокситов в 1998 г. до 2 010 864 т в 2005 г. Статистика по годам: 1998 г. -63 479 т; 1999 г. - 336 511 т; 2000 г. - 521 579 т; 2001 г. - 701 114 т; 2002 г. - 626 961 т; 2003 г. -974 106 т; 2004 г. - 1 468 411 т; 2005 г. - 2 010 864 т [1 ].
Основной объект добычных работ - бокситы глиноземных сортов, направляемые на переработку на глиноземные заводы России. Первым и основным потребителем тиманских бокситов был и остается Уральский алюминиевый завод. Кроме этого, Среднетиманский бокситовый рудник поставляет бокситы на Челябинский абразивный завод, где из них производят высококачественные корунды и электрокорунды для абразивной промышленности (табл. 2).
Глиноземный завод
Дальнейшие перспективы развития СТРБ прямо связаны со строительством на базе месторождений Ворыквинской группы завода по производству глинозема в Сосногорском районе Республики Коми. Для обеспечения нормального функционирования проектируемого глиноземного завода необходимо увеличить мощность СТБР до 6,5 млн. т боксита в год, в том числе 5,5 млн. т гидрохимического (байеровского) сорта и 1 млн. т спекательного сырья. Капитальные вложения для окончательного решения всех организационных мероприятий по обустройству рудника составят 43,6 млрд. руб. [2].
Сосногорский глиноземный завод при производстве 1,4 млн.т главной товарной продукции в год позволит сократить имеющийся в настоящее время дефицит сырья для российской алюминиевой промышленности на 30-40 %. Конкурентоспособность сосногорского глинозема будет обеспечиваться его относительно низкой себестоимостью. В результате осуществления этого проекта Республика Коми получит солидного экономического партнера, а в ее бюджет новый налогоплательщик будет ежегодно перечислять около 2 млрд. руб. Кроме того, компания намерена задействовать в бок-сито-глиноземном комплексе свыше 2,5 тыс. работников, основную часть которых будут набирать и готовить в республике.
Строительство нового глиноземного завода позволит в перспективе вовлечь в эксплуатацию имеющиеся на Южном Тимане низкокачественные месторождения бокситов. После ввода глиноземного завода в эксплуатацию планируется ежегодно на-
Таблица 2
Объемы поставок бокситов Среднетиманского бокситового рудника на заводы страны, т [1]
Год Всего за год Завод-потребитель
УАЗ БГЗ | ЧАЗ | БАЗ 1 ПГЗ | АГК
1998 63479 63078 - 401 - - -
1999 336511 283285 30295 22931 - - -
2000 521579 466399 26187 28994 - - -
2001 701114 474607 160861 12304 53342 - -
2002 626961 605295 - 1530 20136 - -
2003 974106 740300 - 17782 216024 - -
2004 1468411 953209 - 12627 502575 - -
2005 2010864 1039128 147416 18613 615282 146702 43724
Примечание: УАЗ - Уральский алюминиевый завод, БГЗ - Бокситогорский глиноземный завод, ЧАЗ -Челябинский абразивный завод, БАЗ - Богословский алюминиевый завод, ПГЗ - Пикалевский глиноземный завод, АГК - Ачинский глиноземный комбинат.
правлять 40 млн. руб. на реализацию мероприятий по охране окружающей среды.
Проект «Коми Алюминий», осуществляемый в республике компаниями СУАЛ и РУСАЛ, позволит создать в итоге мощное современное производство, обеспечивающее глубокую переработку минерального сырья, станет продолжением стратегии перевода экономики республики с сырьевой направленностью на выпуск конечной промышленной продукции.
Пути реализации комплексного использования бокситов Тимана
При освоении бокситовых месторождений весьма актуальной является проблема комплексного использования сырья. Так, наряду с бокситами для глиноземного производства экономически эффективно освоение бокситов для огнеупорной промышленности и изготовления абразивов. Из пород вскрыши можно производить грубую керамику, минеральную вату, облицовочную плитку, щебень, цемент и другие стройматериалы. На основе каолиновых глин возможна организация производства различных разновидностей фарфора, фаянса и керамики. Имеется сырье для стекольной (микро-клиниты) и стекловолоконной (базальты) промышленности. Бокситовые руды, глинозем, вмещающие породы (глины, аллиты), красный шлам могут использоваться для различных видов керамики: мул-литовой, корундовой, керамических ферромагнетиков. При переработке фосфорсодержащих бокситов можно получить калийно-фосфорные удобрения. При электроплавке высокожелезистых бокситов, наряду с глиноземом, можно производить высокосортный чугун. Бемитовый шлам пригоден для изготовления цемента [2].
Одной из важнейших задач переработки бокситов является проблема переработки красного шлама. С ним теряется много элементов-примесей (ниобий, хром, скандий). Красные шламы перспективны для выделения редкоземельных элементов, титана. При переработке красных шламов решается и большое количество экологических вопросов. Возможны утилизация красных шламов путем комплексной пирометаллургической переработки на чугун, глинозем, щелочь, редкие и рассеянные ме-
таллы, а также комплексная гидрометаллургическая переработка (кислотные способы). Красные шламы могут быть использованы в производстве строительных, дорожных, керамических материалов, цемента и флокулянтов.
Из перспективных для попутного извлечения элементов необходимо отметить галлий, ванадий, ниобий, скандий, редкоземельные металлы. Формы нахождения редких элементов в породах субстрата определяют их поведение в процессе выветривания. Редкие элементы в бокситах входят в состав карбонатной ^п, РЬ, Со, TR, Sc, N Sr) и алюмоси-ликатной ^а, Sc, V, N №) составляющих породы, а также в состав акцессорных минералов (РЬ, Zn, Си, N Со, As, TR, V, Sc, Т^. Последние представлены сульфидами, арсенидами, титанониоба-тами, фосфатами и алюмосульфосфатами. Предполагается поэтапное вовлечение редких элементов в гипергенный процесс в соответствии с последовательностью разложения породообразующих минералов (карбонатов, полевых шпатов, слюд, кварца). Редкие элементы, входящие в состав устойчивых к выветриванию акцессорных минералов, могут образовывать остаточные концентрации [4].
Для примера рассмотрим рассчитанные варианты некоторых экономических показателей ряда компонентов Верхнещугорского и Восточного месторождений бокситов [6].
Годовой выпуск товарной продукции Верхнещугорского и Восточного месторождений:
- глинозем - 1790-2005 т;
- базальт для огнеупорной промышленности -100 тыс. т;
- щебень - 5500 тыс. м3;
- галлий - 31,3 - 35,1 т;
- V2O5 - 119,8 - 144,2 т.
Годовая прибыль Верхнещугорского и Восточного месторождений: Всего 23-31,4 млн. руб.; В том числе:
- глинозем - 5,9-8,7 млн. руб.;
- базальт для огнеупорной промышленности -2,62-2,76 млн. руб.;
- щебень - 17,08 млн. руб.;
- редкие металлы - 3-3,6 млн. руб.
При этом обнаруживается, что годовая прибыль по редким металлам в изученных бокситах
составляет около 10 % от общей стоимости всех компонентов бокситового сырья (3-3,6 млн. руб. от всего 23-31,4 млн. руб.)
Организация новых производств и продуктов переработки бокситов Тимана
Наиболее перспективными являются производства огнеупоров, портландцемента, коагулянтов, керамики.
Производство коагулянтов. В нашей стране и за рубежом широкое распространение получили неорганические коагулянты, из которых наиболее существенное значение имеют сульфат алюминия и полиалюминий-хлорид. Область применения этих реактивов весьма разнообразна: очистка бытовых и промышленных стоков, очистка вод перед закачкой в нефтяные пласты. Важным потребителем сульфата алюминия является целлюлозно-бумажная промышленность. Низкоосновной оксихлорид алюминия опробован в производстве картона и цемента. Применение этого коагулянта в картонном производстве улучшает физико-механические свойства картона, в производстве цемента - увеличивает прочность бетона. Он может использоваться в системах бурения и тампонажных работах. Коагулянты найдут широкое применение в промышленности Республики Коми.
Технология производства сульфата алюминия сравнительно проста. В качестве основного сырьевого компонента используется гидрооксид алюминия. Однако, учитывая его дороговизну, сульфат алюминия получают из природного сырья: бокситов, каолинов, нефелина. Из высокожелезистых бокситов и красных шламов могут быть получены смешанные алюможелезистые коагулянты.
Сырьем для производства коагулянтов в Республике Коми являются высококремнистые белые бокситы Вежаю-Ворыквинского месторождения, обеленные аллиты северных залежей Верхнещу-горского месторождения, некондиционные бокситы всех месторождений. В изготовлении коагулянтов могут применяться красные шламы.
Производство абразивов. Среднетиманские месторождения содержат значительные запасы абразивных сортов бокситов, составляющих около четверти от общих запасов руд. В настоящее время они являются единственным сырьевым источником для производства абразивов в России.
Запасы и качество бокситов позволяют организовать производство электрокорунда, но при этом необходима сравнительная экономическая оценка выгодности данного производства по сравнению с производством глинозема. Цена электрокорунда (1992 г.) размерностью 8-250 меш. составляла: коричневого (94 % А1203) - 380-450 фунтов стерлингов за тонну; белого (99,5 % А1203) - 530600 фунтов стерлингов за тонну.
Производство огнеупорных материалов и изделий. В составе бокситовых руд среднетиман-ского района имеются маложелезистые разности, пригодные для производства огнеупорных изделий. Основное количество этих руд (около 80 % общих
их запасов) сосредоточено в Вежаю-Ворыквинском месторождении. Меньшее количество, но очень высокого качества установлено в северных залежах Верхнещугорского месторождения. Потребности страны в белых маложелезистых бокситах составляют 0,5 млн. т, на будущее возможен рост потребления до 1 млн. т. Лабораторно-технологические испытания белых бокситов Вежаю-Ворыквинского месторождения показали их пригодность для производства муллитокремнеземистых изделий, а также разнообразных высокоглиноземистых неформо-ванных огнеупоров.
Этот вид сырья, вероятно, пригоден не только для производства огнеупоров, но и при производстве безусадочных цементов для жаропрочных бетонов. В настоящее время жаропрочные бетоны получают все большее применение, так как они дают существенную экономию за счет удешевления и ускорения монтажных работ и удлинения сроков службы тепловых агрегатов.
Самостоятельное значение может иметь в Республике Коми добыча каолинового сырья в перспективных районах Южного Тимана. С распадом СССР Россия осталась без качественной сырьевой базы каолинов. Потребители каолина имеются и в Республике Коми. Это целлюлозно-бумажный комбинат, а также строящееся производство санитар-но-фаянсовых изделий. К 2005 г. ежегодная потребность российской промышленности в обогащенном каолине возросла до 1,3 млн. т. Все выше сказанное свидетельствует о целесообразности финансирования геологоразведочных работ на создание сырьевой базы каолинов [9].
Заключение
Республика Коми располагает мощным потенциалом глиноземного сырья, в том числе бокситами глиноземных, абразивных, огнеупорных сортов с повышенным содержанием редких металлов, фосфатобокситами, каолиновыми глинами. Разведанные запасы Среднего Тимана достаточны для их добычи и организации перерабатывающих производств. Состав и качество бокситов позволяют получать из них разнообразные товарные продукты. Создание глиноземного производства в Республике Коми, помимо поставок глинозема на алюминиевые заводы, необходимо ориентировать на выпуск разнообразных товарных продуктов. Целесообразна организация новых производств, в частности коагулянтов, портландцемента, огнеупоров, керамики. Учитывая острую нужду в качественных каолиновых глинах, в России необходимо возобновить геологоразведочные работы на этот вид сырья на перспективных площадях Южного Тимана [9].
Сложившаяся ситуация в балансе глиноземного сырья в России выдвигает Республику Коми как наиболее перспективную. В этой связи необходима разработка специальной республиканской программы, объединяющей вопросы геологии, добычи и комплексной переработки бокситов и каолиновых глин [7-9].
Литература
1. Броневой ВА., Мальцев К.Р., Карапетян А.В., Иевлев АА Создание современного боксито-глиноземного комплекса в Республике Коми// Горный журнал. 2007. № 3. С. 28-31.
2. Витязева ВА., Гуменюк А. С., Естафьев Г. А., Лихачев В. В. Проблемы комплексного освоения месторождений бокситов Тимана // Материалы конф. «Природные ресурсы и производительные силы Республики Коми». Сыктывкар, 1993. 27 с.
3. Еремин Н.И., Дергачев А.Л. Экономика минерального сырья. 2-е изд. М.: КДУ, 2008. 504 с.
4. Лихачев В.В. Редкометалльность бокситовой коры выветривания Среднего Тимана. Сыктывкар: Коми НЦ УрО РАН, 1993. 224 с.
5. Ремизова Л.И. Алюминий. Минеральное сырье: от недр до рынка//Научный мир. 2011. 496 с.
6. ТЭО постоянных кондиций для подсчета запасов Верхнещугорского и Восточного месторождений бокситов Среднего Тимана. Л.: Гипроникель, 1988.
7. Беляев В.В., Яцкевич БА., Швецова И.В. Девонские бокситы Тимана. Сыктывкар: Коми НЦ УрО РАН, 1997. 187 с.
8. Беляев В.В. Минерально-сырьевая база алюминиевой промышленности России: состояние и перспективы. Сыктывкар: Коми НЦ УрО РАН, 1999. 66 с.
9. Беляев В.В. Каолины России: состояние и перспективы сырьевой базы. Сыктывкар, 2003. 60 с.
10. Фишман М.В. Беляев Вячеслав Васильевич// Люди науки. Сыктывкар: Институт геологии Коми НЦ УрО РАН, 1997. С. 32-33.
11. Юшкин Н.П. Беляев Вячеслав Васильевич // Библиография ученого. Сыктывкар, 2004. 36 с.
References
1. Bronevoi VA., Maltsev K.R., Karapetyan A.V., Ievlev A.A. Sozdanie sovremennogo boksito-glinozemnogo kompleksa v Respublike Komi // Gornyi zhurnal [The creation of a modern bauxite-alumina complex in the Komi Republic// Mining J.], 2007. No. 3. P. 28-31.
2. Vityazeva VA., Gumenyuk AS, Estafyev GA, Likhachev V.B. Problemy kompleksnogo osvoe-niya mestorozhdenii boksitov Timana // Mate-rialy konf. "Prirodnye resursy i proizvo-ditel'nye sily Respubliki Komi" [Problems of complex development of the Timan bauxites deposits // Proc. of the Conf. "Natural resources and productive forces of the Komi Republic], Syktyvkar, 1993. 27 p.
3. Eremin N.I., Dergachev A.L. Ekonomika miner-al'nogo syr'ya [Economy of mineral raw materials]. 2-nd edition. Moscow: KDU, 2008. 504 p.
4. Likhachev V.V. Redkometal'nost' boksitovoi ko-ry vyvetrivaniya Srednego Timana [The rare metal content of the bauxite crust of weathering of the Middle Timan]. Syktyvkar: Komi Sci.Centre, Ural Branch, RAS, 1993. 224 p.
5. Remizova L.I. Alyuminii / Mineral'noe syr'e: ot nedr do rynka // Nauchnyi mir [Aluminum/ Mineral raw materials: from the depths to the market // Research world], 2011. 496 p.
6. TEO postoyannykh konditsii dlya podscheta zapasov Verkhneshchugorskogo i Vostochnogo mestorozhdenii boksitov Srednego Timana [Feasibility study of permanent conditions for calculation of reserves of Verkhneshchugorsky and Vostochny deposits of the Middle Timan bauxites]. Leningrad: Gipronikel', 1988.
7. Belyaev V.V., Yatskevich BA., Shvetsova I.V. Devonskie boksity Timana [Devonian bauxites of the Timan]. Syktyvkar. Komi Sci. Centre, Ural Branch, RAS. 1997. 187 p.
8. Belyaev V.V. Mineral'no-syr'evaya baza alyumi-nievoi promyshlennosti Rossii: sostoyanie i perspektivy [Mineral-raw material base of aluminum industry of Russia: condition and prospects]. Syktyvkar: Komi Sci. Centre, Ural Branch, RAS, 1999. 66 p.
9. Belyaev V.V. Kaoliny Rossii: sostoyanie i perspektivy syr'evoi bazy [Kaolins of Russia: condition and prospects for raw materials]. Syktyvkar, 2003. 60 p.
10. Fishman M.V. Belyaev Vyacheslav Vasilye-vich// Lyudi nauki [People of science]. Syktyvkar: 1997. P. 32-33.
11. Yushkin N.P. Belyaev Vyacheslav Vasilyevich// Bibliografiya uchenogo [Bibliography of the scientist]. Syktyvkar, 2004. 36 p.
Статья поступила в редакцию 06.05.2015.
