МЕСТОРОЖДЕНИЕ

АПАТИТ-НЕФЕЛИНОВЫЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ ХИБИН

А.Е.КОЗАРЕНКО

В двадцатые годы ХХ в. в Хибинах были открыты огромные месторождения апатита, названного известным геологом А.E. Ферсманом камнем плодородия, потому что из этого минерала получают фосфорные удобрения.

Жарким заполярным летом 1926 г. геолог А.Н. Лабунцов со своими спутниками изучал в Хибинах геологическое строение южных склонов Расвумчорра (восточнее нынешнего Кировска). Серое однообразие скал местами оживлялось бледно-желтыми пятнами лишайников. Вдруг среди развалов грязно-серых нефелиновых сиенитов острый глаз геолога заметил светлые, зеленовато-желтоватые глыбы. Это был апатит. Так было открыто крупное Расвумчоррское месторождение апатит-нефелиновых руд, хотя отдельные находки апатита в Хибинах известны с 1923 г.

Хибины и Ловозёрские тундры1 считаются крупнейшим в мире (2000 км2) массивом нефелиновых сиенитов (хибиниты, луявриты, уртиты и др.). Хибинская часть массива является конической интрузией хибинитов, уртитов и других пород, распространяющихся на глубину 7 км. Новые данные позволяют предположить, что Хибинский и Ловозёрский массивы возникли из одного магмопровода. Хибинский щелочной массив сформировался около 360 млн лет назад.

Рудник Центральный прорезал склон горы и вышел
в долину р.  Вуоннемиок

Фото К.С. Лазаревича. 1995 г.

B настоящее время функционируют следующие рудники: Кировский (месторождения Кукисвумчорр и Юкспор), Расвумчоррский (месторождения Апатитовый цирк и плато Расвумчорр), Центральный (плато Расвумчорр) и Восточный (месторождения Коашва и Ньоркпахк). В 1963 г. мощность первой апатит-нефелиновой обогатительной фабрики (АНОФ-1) удвоилась. В том же году была пущена первая очередь новой фабрики — АНОФ-2; в 1984 г. построена последняя горно-обогатительная фабрика АНОФ-3 — обе за пределами горного массива, на Прихибинской равнине. В настоящее время расположенная в Кировске АНОФ-1, давно уже морально и физически устаревшая, не работает. Основное производство сконцентрировано на АНОФ-2. АНОФ-3 с 1997 г. простояла в законсервированном состоянии и начала работать лишь в 2000 г., ежемесячно производя 200 тыс. т апатитового концентрата. В ближайшие годы предполагается ввести сезонный режим работы фабрики для экономии электроэнергии и тепла. АНОФ-3 будет работать летом, когда возрастает спрос на ее продукцию.

Максимальный объем производства был достигнут в 1989 г.: добыто 60 млн т руды, получено около 20 млн т апатитового концентрата. Объем производства апатитового концентрата после промышленного спада 90-х годов постепенно наращивается: в 1998 г. он составил 8 млн т, в 1999 г. — 9 млн т, а нефелинового концентрата — 858 тыс. т. Добыча апатит-нефелиновой руды составляет около 24 млн т. Около 40% апатитового концентрата экспортируется.

Нефелиновый концентрат получают из отходов лишь на АНОФ-3.

Доля хибинских месторождений в структуре мировых запасов апатитовых руд составляет около 30%. К настоящему времени подробно изучено девять месторождений апатит-нефелиновых руд. Шесть месторождений — Кукисвумчоррское, Юкспорское, Апатитовый цирк, плато Расвумчорр, Коашва и Ньоркпахк — эксплуатируются ОАО «Апатит» согласно лицензии на право пользования недрами. Месторождения Куэльпор, Партомчорр и Олений ручей детально разведаны, но пока не разрабатываются.

Месторождения апатит-нефелиновых руд связаны с комплексом горных пород ийолит-уртитовой серии. Ийолиты (от Ийо — шведского названия деревни в Финляндии, где впервые были изучены эти породы) — горные породы, состоящие преимущественно из нефелина и эгирина. Уртиты (Луявр-Урт — саамское название Ловозёрских тундр) состоят почти полностью из минерала нефелина. Рудное вещество (апатит) локализовалось в магматических камерах в результате кристаллизационной дифференциации магмы, предположительно поступавшей из верхней мантии.

Мощность рудных апатитовых тел составляет примерно 150 м на Кукисвумчоррском месторождении, 90 м — на Юкспорском, 80 м — в Апатитовом цирке, 100 м — на плато Расвумчорр, около 60 м — в Коашве и Ньоркпахке. Рудные тела имеют форму пластово-линзообразных залежей. Руды представлены различными разновидностями: пятнистыми, пятнисто-полосчатыми, брекчиевидными и другими.

В минералогическом отношении апатит-нефелиновые руды Хибин состоят из шести главных минералов: апатита, нефелина, полевого шпата, титаномагнетита, сфена и пироксена.

Балансовые запасы апатит-нефелиновых руд по эксплуатируемым месторождениям составляют 2,4 млрд т с содержанием Р2O5 15,2%. Апатит-нефелиновые руды Хибин отличаются высокой экологической чистотой по сравнению с другими источниками фосфатного сырья в мире, так как содержат мало фтора, мышьяка, стронция, ртути, кадмия, урана, иттрия.

Возможности прироста запасов апатит-нефелиновых руд в эксплуатируемых месторождениях путем их дальнейшей разведки в настоящее время исчерпаны. Наращивание производства апатитового концентрата возможно лишь за счет доразведки новых месторождений, находящихся в резерве, и разработки глубоких горизонтов эксплуатируемых месторождений. При уровнях ежегодной добычи в 25—30 млн т эксплуатируемые месторождения могут разрабатываться не менее 100 лет.

О комплексном использовании апатит-нефелиновых руд говорил еще А.Е. Ферсман. Из апатит-нефелиновых руд в объединении «Апатит» могут получать апатитовый, титано-магнетитовый, эгириновый, сфеновый и нефелиновый концентраты. Уже в 50-е годы нефелиновый концентрат стал использоваться для производства глинозема Пикалевским глиноземным комбинатом и Волховским алюминиевым заводом. Первоначально использовал глинозем из нефелинового концентрата Кандалакшский алюминиевый завод, а позже он перешел на более дешевое сырье из бокситов.

Нефелиновый концентрат на Пикалевском комбинате спекали с известняком и получали из 1 т нефелина 250 кг глинозема, 180 кг кальцинированной соды, 80 кг поташа, 2,6 т портландцемента и металл галлий. Сейчас глинозем из нефелинового концентрата не производится, потому что при получении 1 т глинозема попутно получается около 10 т портландцемента, который сейчас не находит сбыта в России. В центральной лаборатории объединения «Апатит» на опытной установке отработана новая технология переработки нефелинового концентрата, при которой получают глинозем, соду, поташ, калиевую и натриевую селитры, аморфный кремнезем.

Нефелиновый концентрат в виде окатышей может полностью заменять в металлургическом производстве плавиковый шпат (флюорит). Нефелиновые окатыши в отличие от флюорита не являются носителями фтора — опасного загрязнителя окружающей среды. Промышленные испытания проводились на Оскольском электрометаллургическом комбинате и на некоторых украинских предприятиях. Нефелиновый концентрат также используется в производстве стекловаты и керамических изделий.

Титаномагнетитовый концентрат выбрасывается в хвостохранилище. Но он может найти широкое применение в различных отраслях, например, как утяжелитель буровых растворов. Из хибинского титаномагнетита на металлургических предприятиях можно получать шлаки с содержанием TiO2 до 70%, а из них — пигментный диоксид титана (титановые белила).

Сфеновый концентрат можно использовать для получения пигмента. Эгириновый концентрат в настоящее время получают на опытно-промышленной установке из продукта нефелиновой флотации в количестве 3 т в сутки. Этот концентрат применяется при изготовлении стеклосмазки для трубопрокатного производства на Волжском трубном заводе. Возможно применение эгиринового концентрата для получения черных стекол, глазурей для керамики.

Апатитовый концентрат поступает в Череповец и Воскресенск, а также экспортируется за границу, в основном в Нидерланды, ФРГ, Скандинавские страны, Индонезию, на Украину, в Белоруссию и Литву. Развитые страны закупают хибинский апатитовый концентрат не столько для получения фосфорных удобрений, сколько для извлечения из него редкоземельных металлов: ниобия, лантана, церия, самария, неодима и многих других. Предприятия нашей страны пока не имеют таких технологий.

Добыча и обогащение апатит-нефелиновой руды приводит к техногенным изменениям окружающей среды. Разработка руды открытым способом на большинстве месторождений нарушает естественный ландшафт. При этом возникают крупные антропогенные осыпи и обширные карьеры. картина Кировского рудника поражает воображение. Огромная гора почти наполовину разрушена, будто великан откусил часть ее склона. Гигантские уступы рудников Расвумчорра и Восточного хорошо заметны издалека. На плато Расвумчорр (Центральный рудник) — яма глубиной в сотни метров, края которой уже прорезали склоны плато. В карьерах во время работы горной техники и автотранспорта скапливаются вредные выхлопные газы.

Загрязняющее воздействие проявляется в поступлении сточных вод апатит-нефелиновых обогатительных фабрик в водоемы. Воды, отцеживающиеся из пульпы хвостохранилища вблизи АНОФ-2 в отгороженном дамбой заливе, содержат взвеси и растворимые вещества и просачиваются в озеро Имандра, загрязняя его. С хвостохранилищ сдувается пыль, переносимая ветрами на расстояние до 6 км. Пыль оседает на поверхности растений, забивая устьица листьев и хвои, что приводит к их угнетению. С другой стороны, оседание пыли на поверхности почв улучшает их свойства, потому что минеральные частицы пыли облегчают аэрацию верхних, оторфованных горизонтов почв, снижают кислотность и поставляют питательные вещества (фосфор и микроэлементы). В Полярном альпийском ботаническом саду Кольского филиала РАН проводятся работы по подбору трав для высевания на хвостохранилищах, чтобы прекратить выдувание пыли с их поверхности.

ДОБЫЧА И ПЕРЕРАБОТКА АПАТИТА

К.С. ЛАЗАРЕВИЧ

Комбайн перемещает руду по штольне. Рудник им. С.М. Кирова

Фото АО «Апатит»

Руду добывают открытым способом и под землей. Для подземной добычи проходят горизонтальные горные выработки — штольни. Но в Хибинах шахтерам, работающим под землей, приходится не спускаться к штольням, а подниматься. Большая платформа — клеть — движется параллельно склону горы, она подвозит горняков на нужный уровень. Штольни, расположенные на этом уровне, называют по их абсолютной отметке; так, 570-й горизонт находится на 570 м выше уровня моря.

Главных опасностей, которые подстерегают шахтеров-угольщиков, здесь нет. Кровля горных выработок прочная, обвалы редки. Магматические породы не газоносны, взрывы метана исключены. Но все же в выработках ставят деревянные крепи, потому что породы трещиноваты, а применение взрывчатки при горных работах увеличивает трещины, расшатывает блоки горных пород.

В конце штольни (в забое) пробуривают скважины небольшого диаметра — шпуры. Шпур может быть направлен вниз, в сторону (горизонтальный шпур), вверх (восстающий). В каждый шпур закладывают взрывчатку и, удалив всех людей, производят взрыв. О наиболее мощных взрывах предупреждают даже население прилегающих поселков.

А после взрыва выбирают из забоя руду. При этом бывает, что от основной массы породы отваливаются куски, слишком большие, чтобы можно было их транспортировать. В таком куске (негабаритном) делают шпур и разбивают глыбу несильным взрывом.

На извлечении руды из забоя работают горные комбайны.

Серьезная опасность для горняков — пыль. Если не применять защитных средств, она оседает в легких, вызывая тяжелую болезнь — силикоз. Поэтому обязательному применению респираторов уделяют на рудниках и на обогатительных фабриках большое внимание, а в городской системе здравоохранения работает противосиликозная служба.

Открытую добычу ведут в карьерах. Если руда залегает с поверхности, прямо с поверхности можно вести и добычу (горняки всегда говорят до’быча). Если же рудное тело перекрыто другими породами — вскрышей, нужно эти породы сначала удалить, то есть произвести вскрышны’е работы. Карьер — это или ступень на склоне горы, или большая, глубиной иногда в сотни метров, яма со склонами в виде огромных ступеней, по которым могут ездить (и ездят в большом количестве) самосвалы.

Иногда карьер, сделанный в виде понижения на плоской вершине горы, расширяясь, добирается до ее склона и прорезает его, открываясь в соседнюю долину.

Отделяют руду от дна и стенок карьера тоже взрывами, но обычно гораздо более мощными, чем при подземной добыче. Негабаритные глыбы, как и при подземной разработке, дробят маломощными взрывами.

На Центральном руднике на плато Расвумчорр (горняки неизменно говорят ру’дник) пройдены несколько шахт — рудоспусков. Самосвалы сбрасывают в них руду, она падает в рудовозные вагоны поезда, стоящего в тоннеле, который прорезает всю гору. Чтобы в вагоны не попадали негабаритные глыбы, в рудоспуске установлено нечто вроде решета — скрепленные под прямым углом друг к другу стальные балки, в ячейки между которыми могут проваливаться камни — крупные, но не слишком; устройство носит выразительное название грохот. Нетрудно догадаться, что рудовозные вагоны должны быть достаточно прочны.

На поездах руду везут на обогатительную фабрику. Разгрузка происходит просто: вагоны самоопрокидывающиеся. Руду дополнительно дробят и размалывают в порошок. Снова пыль; на этот раз она в большом количестве выбрасывается через трубы фабрики с горячим воздухом. Когда работала в городе АНОФ-1, дети в окружающих домах болели силикозом; город вздохнул с облегчением, когда фабрику закрыли. АНОФ-2 и АНОФ-3 разместили с умом, вдали от жилых массивов, учли направления преобладающих ветров, так что жизнь эти фабрики не портят.

Смолотую руду смешивают с водой; в ней растворены вещества, благодаря которым одни минералы, входящие в состав руды, смачиваются и остаются во взвешенном состоянии (осесть они не успевают), другие же — полезный компонент руды — не смачиваются, благодаря поверхностному натяжению жидкости прилипают к воздушным пузырькам и всплывают. Такой способ обогащения называется флотацией (франц. flottation, англ. floatation — плавание на поверхности воды). В концентрате содержится около 40% P2O5.