CC BY
172
УДК 553.469 (571.51)
А.Ю. Озерский
ОАО «Красноярскгеология», Красноярск А.Г. Еханин
Территориальное агентство по недропользованию по Красноярскому краю, Красноярск
РЕСУРСЫ ГЕРМАНИЯ В НИЖНЕМЕЛОВЫХ ЛИГНИТАХ КАССКОЙ ПЛОЩАДИ И ЗАДАЧИ ПО ИХ ИЗУЧЕНИЮ И ОСВОЕНИЮ
Находки германиеносных лигнитов на юго-восточной окраине ЗападноСибирской плиты известны с середины прошлого столетия. В 1960-х гг. Ю.И. Горький, Е.С. Мейтов и др. подтвердили данные о наличии германиеносных лигнитов в бассейнах рек Кас и Сым. По данным этих исследователей содержания германия в лигнитах составили на Нижне-Касском участке 4 - 543 г/т лигнита при зольности 1,7 - 84,8%. В 1969 году, вследствие обнаружения германиеносных углей на Дальнем Востоке, приказом Министерства геологии СССР поисковые работы на германий в других регионах страны были прекращены. В Красноярском крае к этой проблеме вернулись в связи с реализацией Федеральной программы освоения Нижнего Приангарья [2]. В 2000 г. органы управления недрами Красноярского края поручили ОАО "Красноярская горно-геологическая компания" (ОАО «Красноярскгеология») выполнить поисковые работы на германий в бассейне рек Кас и Сым.
В 2000-2001 гг. Геоэкологической партией ОАО «Красноярскгеология» были выполнены маршрутные исследования и горные работы вдоль береговых обнажений рек Кас и Сым и их притоков. В 2003 г. были выполнены буровые работы на наиболее перспективном Нижне-Касском участке. Изученная площадь расположена на территории Енисейского района Красноярского края и представляет собой таежную и заболоченную Приенисейскую часть Западно-Сибирской равнины. Расстояние от Красноярского порта до ближайшей к участку пристани (п. Ярцево) по Енисею - 685 км. Расстояние до Красноярска по автомобильной дороге - 560 км, из которых 225 км - зимник. Ближайшая железнодорожная станция -Лесосибирск - расположена в 275 км южнее участка недр и доступна также только зимой.
Всего было пробурено 6 скважин, глубиной около 100 м каждая по профилю протяженностью 8 км. В бассейне реки Кас было выявлено 7 пластопересечений лигнитоносных горизонтов, а в бассейне реки Сым - 30 пластопересечений.
Работы показали, что наиболее перспективным является Нижне-Касский участок, расположенный в 30 км от устья реки Кас. Прогнозные ресурсы германия по сумме категорий Р2 +Р3 этого участка площадью 563 км оцениваются примерно в 11 тыс. т.
Германиевые руды Нижне-Касского участка представляют собой лигниты, содержания германия в которых составляют 100 - 280 г/т сухого лигнита или 560 - 3600 г/т золы. Наиболее богатые германием лигнитоносные
горизонты приурочены к аптскому и альбскому ярусам нижнего мела. Лигнитоносные горизонты представляют собой слои слабого песчаника, насыщенные обломками лигнитов - углефицированными фрагментами древесной растительности. Лигнитоносность в пределах отдельных горизонтов варьирует от 1% до 31%. В некоторых горизонтах встречен янтарь. Горизонты характеризуются пластообразным моноклинальным залеганием, при этом они имеют значительную протяженность. Углы падения горизонтов до 7°, падение в основном западное.
В перспективных горизонтах, представляющих интерес для добычи металла, среднее содержание германия составляет 205 г/т сухого лигнита, при разбросе концентраций 43 - 289 г/т с коэффициентом вариации около 85%. Лигнитоносная толща подстилается среднеюрскими (батскими?) отложениями, представляющими крайнее северное продолжение угленосных структур Канско-Ачинского бассейна. В среднеюрских отложениях скважинами были вскрыты два пласта бурого лигнитоносного угля, мощностью по 0,6 м. Однако в среднеюрских угольных пластах концентрации германия значительно ниже, чем в нижнемеловых лигнитах. Они варьируют в пределах 10-16 г/т, составляя в среднем 13 г/т.
В Институте химии и технической технологии СО РАН была оценена возможность извлечения германия из лигнитов Нижне-Касского участка и получен металлический германий. Химико-технологическими исследованиями была показана возможность непосредственного выщелачивания германия из лигнитов соляной кислотой. Выход металла в раствор составляет около 85%. Расход кислоты зависит от эффективности схемы обогащения лигнита. Химикотехнологические исследования позволяют характеризовать лигниты как очень перспективное сырье для получения германия [5].
По показателям качества ископаемого топлива лигниты близки к бурым углям, что позволяет сжигать добытую руду для получения германиевого концентрата (золы), а получаемую при этом тепловую и электрическую энергию возможно будет использовать для нужд рудника. По результатам технического анализа лигниты и проведённой кодировке можно приравнять к углям марки Б, к группе 2Б и переходной подгруппе 2БВ - 2БФ. Высшая удельная теплота сгорания ^^) лигнитов варьирует от 5060 до 6610 ккал/кг, составляя в среднем 6265 ккал/кг. Зольность (А^ изменяется от 3,9 до 32,9%, при среднем значении 17,2%. Массовая доля рабочей влаги ^г) в среднем равна 34 %. Выход летучих веществ (У^) - 44,9 - 63,8%. По содержанию гуминовых кислот встречаются как совсем неокисленные лигниты с выходом гуминовых кислот (НА^*) 5 %, так и окисленные лигниты с различной степенью окисления, достигающей 78,6%. Их средняя плотность
3 3
незначительно варьирует около 1,0 т/м , объёмная масса составляет 0,94 т/м при зольности 3,52 %, пористость колеблется в пределах 5,05 - 6,0 %. В сухом состоянии лигниты соответствуют марке дробимости - 200. Выход смолы безводной (Т^к) - 2,2 - 10,1 %, выход полукокса (бК^ - 55,6 - 81,5%, коксовый остаток в основном слипшийся, но в трёх пробах спёкшийся, не сплавленный,
выход летучих веществ (У^). - 44,9 - 54,49 %, влажность полукокса (WdsK) -1,3 - 16,2 %, показатель Грей-Кинга (0^к) - 11,1 - 29,2 %.
В составе лигнитов преобладают углерод (59,6 - 69,8 %) и кислород (23,8 - 33,9%). Подчиненное значение имеют водород (4,6 - 5,4 %) и азот (0,2 -
0,8%). Содержание серы колеблется от 0,39 до 1,31 %. Ведущим элементом золы лигнитов является кремний (в среднем 26%), при подчиненном значении железа (7,6%), алюминия (7,3%) и кальция (5,1%). Содержания магния, калия и натрия изменяются от десятых долей до первых процентов, а содержания фосфора составляют сотые доли процента.
Исходя из химического состава, по классификации Я.Э Юдовича и М.П. Кетрис [8], лигниты относятся к гумусовому (арконовому) классу кахитолитов. Однако, с точки зрения рудоносности этих образований, геохимическая характеристика лигнитов только на основе их «горючей» части является неполной и вероятно не может достоверно объяснить механизм накопления германия. Более продуктивным является рассмотрение золы лигнитов, что позволяет соотнести химические элементы с ее генетическими классами: растительным («внутренней» золой) и
сорбционным («внешней» золой). По величинам петрохимических модулей зола лигнитов сопоставляется с преимущественно глинистыми осадочными породами гидролизатного хемотипа. Ее отличительной особенностью является супертитанистость (титановый модуль ТЮ2:А1203 равен 0,14) [6]. Обычно накопление титана в зоне гипергенеза связывается с механическим массопереносом, однако его высокая концентрация в лигнитах вероятнее всего связана с химическим осаждением растворенного или коллоидного титана на геохимическом барьере.
Различными видами анализов в золе лигнитов обнаружено присутствие 20 сопутствующих химических элементов, из которых 16 характеризуются устойчивым присутствием, их встречаемость превышает 50%. Помимо германия, зола лигнитов может представить интерес для извлечения из нее ванадия, титана, бериллия, циркония, иттрия, иттербия и, вероятно, скандия [3].
Формула геохимической ассоциации малых элементов, рассчитанная по отношению к кларкам зол бурых углей [7], имеет следующий вид [6]:
Ое27,3-Сг14,4-№6,6-У5,2-ГП4,0-СО2,6-Ве2,6-2г2,0-8С1,7-МП1,5 -У^.
Эта ассоциация отличается от известной Ge-Be-W ассоциации, связанной с сорбционными барьерами ископаемых углей германий-угольного типа месторождений [4, 6]. Кроме того, факторным анализом выявлена общность в накоплении германия, титана и железа [1], что подтверждает гипотезу о глубоких структурно-вещественных и генетических различиях германиеносных углей и лигнитов.
Все известные германий-угольные месторождения выявлены в регионах, где угленакопление протекало на фоне затухающего вулканизма на изолированных площадях небольших приразломных депрессий, а уникально высокие содержания установлены в угольных пластах, залегающих в низах угленосных мульд [4]. В меловой период и после него проявления
вулканизма по восточной периферии Западно-Сибирской плиты не были установлены. Кроме того, сама Касская впадина не является небольшой изолированной приразломной депрессией. Это - обширная по размерам отрицательная структура, раскрытая в сторону центра Западно-Сибирской плиты. Во-вторых, высокие концентрации германия в Касской впадине приурочены не к “низам угленосных мульд”, как в месторождениях германий-угольного типа, а наоборот - к надугольному комплексу. Германиеносные меловые отложения с максимальными концентрациями металла с размывом перекрывают юрскую угленосную формацию, для которой высокие содержания германия не характерны. Наконец, в-третьих, касские лигниты, строго говоря, нельзя считать углем. Фактически - это углефицированные обломки (включения) ископаемой древесины в слоях песчаника.
Названные обстоятельства не позволяют нам отнести германиеносные лигниты восточной окраины Западно-Сибирской плиты к германий-угольному типу месторождений, скорее всего речь идёт о новом генетическом типе - германий-лигнитовом. Поэтому проведение дальнейших геологоразведочных работ здесь требует применения специфических подходов, особенно при опробовании и подсчете запасов германия, которые могут подтвердить эту гипотезу.
Предварительные экономические расчеты выполнены исходя из обеспечения сырьем существующего годового производства германия 10 т в Красноярске на действующем заводе ФГУП «Германий». При этом будущее горнодобывающее предприятие в течение 15 лет должно будет добывать 40
-5
тыс. т лигнита в год или перерабатывать 180 тыс. м горной массы вмещающего лигнитоносного горизонта. Горно-геологические условия Нижне-Касского участка позволяют ведение горных работ открытым способом с применением гидромеханического способа добычи и обогащения лигнитов. Добытый лигнит должен на месте перерабатываться в концентрат путем сжигания на специальной котельной, с получением попутной тепловой и электрической энергии, а полученный концентрат (около 1,7 тыс. т) будет вывозиться в Красноярск в течение навигации.
В результате предварительных расчётов получены следующие техникоэкономические показатели будущего горнодобывающего предприятия:
1. Себестоимость 1 т германиевого концентрата СШ Красноярск с учётом вскрышных работ, добычи лигнита, получения концентрата и перевозки $ 1223.
2. Общие затраты на получение 1 кг Ge - $ 332.
3. Рентабельность предприятия по чистой прибыли 25 %.
Отрицательными факторами для освоения германиеносных лигнитов являются большая удаленность участка от основного производства, суровые климатические условия, сезонный характер добычи, обогащения и транспортировки. Недостаточно высокая лигнитоносность обусловливает большие объемы вскрышных горных работ. Все это вместе требует больших
инвестиционных затрат и капитальных вложений, а также годовых эксплуатационных затрат на уровне $ 3 млн. [5]. Тем не менее, при условии сохранения современного уровня цен, деятельность такого предприятия будет безусловно рентабельной.
Подтверждение перспективности Нижне-Касского участка может быть окончательно доказано проведением целенаправленных геологоразведочных работ, программа которых разработана в ОАО «Красноярскгеология». На поисково-оценочной стадии предлагается выявить и изучить благоприятные в горно-геологическом отношении участки недр, привлекательные для вероятных инвесторов. При этом поиски германиеносных лигнитов планируется провести не только в пределах Нижне-Касского участка, но и на других выявленных нами участках, расположенных ближе к Енисейску. Для реализации поисково- оценочной стадии геологоразведочных работ потребуется бурение 8300 п.м., суммарная сметная стоимость работ - около $ 850 000. На разведочной стадии, целью которой является выявление участка с запасами 150 т германия, предлагается выполнить бурение до 14 тыс. п.м скважин. Сметная стоимость разведочной стадии оценивается в $ 1,2 млн. Общие приведенные затраты геологоразведочных работ на 1 кг Ge составит $13,8, что приближенно составляет 3 % от текущей стоимости конечной продукции.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Евдокимов А.П., Озерский А.Ю., Еханин А.Г. Германиеносные лигниты юговосточной окраины Западно-Сибирской плиты // Разведка и охрана недр, № 6, 2004. - С. 2629
2. Еханин А.Г. Проблемы германиеносности углей и лигнитов южной части Тунгусского бассейна // Сырьевые ресурсы Нижнего Приангарья. - Красноярск, Дирекция Федеральной целевой программы освоения Нижнего Приангарья в Красноярском крае, 1997. - С. 49-51.
3. Клер В.Р., Миронов К.В. Инструкция по изучению и оценке попутных твёрдых полезных ископаемых и компонентов при разведке месторождений угля и горючих сланцев. - М.: Наука, 1987. - 135 с.
4. Металлогения и геохимия угленосных и сланцесодержащих толщ СССР. Закономерности концентрации элементов и методы из изучения / В.Р. Клер, В.Ф. Ненахова и др. - М.: Наука, 1988. С. 140- 142.
5. Новые данные по германиеносности мезозойских лигнитов в бассейне р. Кас (Красноярский край)/ Евдокимов А.П., Еханин А.Г., Кузьмин В.И., Озерский А.Ю // Геология угольных месторождений: Межвуз. науч. темат. сб. - Екатеринбург: Изд-во Уральской горно-геологической академии, 2002. - Вып. 12. - С. 181-187.
6. Озерский А.Ю., Еханин А.Г., Евдокимов А.П. Геохимические особенности германиеносных лигнитов Касской площади (Красноярский край) // Проблемы поисковой и экологической геохимии Сибири: Материалы науч. конф., посвященной 100-летию проф. Томского политехнического ун-та П.А. Удодова. - Томск: Изд-во ТПУ, 2003. - С. 186- 188.
7. Ценные и токсичные элементы в товарных углях России: Справочник. - М.: Недра, 1996. - С. 10-11, 14-15.
8. Юдович Я.Э., Кетрис М.П. Основы литохимии. - СПб.: Наука, 2000. - 479 с
© А.Ю. Озерский, А.Г. Еханин, 2006
