Золото на вырост
Доктор технических наук Александр Михайлов. Материал подготовлен Наталией Лесковой при поддержке проектного офиса «Десятилетие науки и технологий» АНО «Национальные приоритеты»
В Институте химии и химической технологии Красноярского научного центра Сибирского отделения РАН разработали принципиально новую технологию, позволяющую в контролируемых условиях «выращивать» месторождения полезных ископаемых.
В Институте химии и химической технологии Красноярского научного центра Сибирского отделения РАН разработали принципиально новую технологию, позволяющую в контролируемых условиях «выращивать» месторождения полезных ископаемых. Если в природе формирование подобных концентраций занимает тысячи и миллионы лет, то искусственное месторождение возможно создать всего за несколько лет.
Доктор технических наук Александр Михайлов, заведующий лабораторией минеральных ресурсов Института химии и химической технологии КНЦ СО РАН. Фото Анастасии Тамаровской.
Понятие «месторождение» — в первую очередь, экономическое, так называется скопление минеральных соединений, качество и количество которых позволяет рентабельно извлекать полезные ископаемые. Если такое возможно, то скопление минеральных соединений становится месторождением. Если же не выдерживается хотя бы один из факторов, то это не месторождение, а рудопроявление. Способов, которыми природа создаёт скопления минералов, очень много, некоторые из них формируются миллионы лет. За это время природные геологические процессы могут такое месторождение диссипировать по элементам, то есть переместить в массиве в разные стороны. Поэтому каждое потенциальное месторождение проходит оконтуривание, когда из всего скопления выделяют часть ресурсов, которые можно рентабельно извлечь.
Сейчас геологи ведут поиск, находят месторождение, изучают данные и делают расчёты, технологи подготавливают технологию, а потом месторождение отрабатывается. Но если провести аналогию с сельским хозяйством, в котором человечество прошло этапы от собирательства, выращивания, засевания и культивирования до генетического изменения растений, то в области разработки месторождений мы сегодня находимся где-то на уровне собирательства. Пусть мы и опытные, но всё-таки собиратели. Однако этот этап приходит к своему рубежу, за которым зарождается новое направление. Человек высоко ценит, когда ему преподносят желаемое на блюдечке с голубой каёмочкой. Природные процессы способны на такие шаги, но сама природа никогда «не задумывалась» о том, чтобы угодить человеческим желаниям. Поэтому наша задача — изучить природные процессы и применить их в своих интересах.
Перебрав весь спектр природных процессов, мы в лаборатории по-пробовали выделить те из них, которые протекают достаточно быстро и при этом удобны для современных технологических возможностей. И пришли к выводу, что предпочтительнее всего использовать процессы как раз фильтрационного типа, те, в которых вещество переходит в растворённое состояние. С помощью таких процессов полезное для нас соединение элемента может быть перемещено в нужную точку или зону массива.
Всё дело в самой природе воды и тех соединений, которые она образует за счёт способности к растворению. При этом когда элементы переходят из твёрдого состояния в раствор, они обретают подвижность и могут мигрировать в так называемом фильтрационном процессе. Мы подобрали часть таких природных условий и на них строим элементы управления, которые по своей сути представляют физические и химические барьеры. Водные растворы применимы практически для всего спектра твёрдых полезных ископаемых, в том числе благородных, цветных и чёрных металлов — все они могут быть представлены в водорастворимых соединениях.
Принцип работы лабораторных установок заключается в восходящем к поверхности движении растворов по массиву. Вообще восходящий поток водных растворов — это мощный природный процесс переноса влаги в атмосферу. Атмосферная влажность, тяготеющая к равновесному состоянию, действует как достаточно сильный насос, вытягивающий через испарение воду из массива. В результате в приповерхностном слое формируется зона аэрации, которая характеризуется изменением влажности: от воды до уровня атмосферной влажности. В наших установках использован именно этот природный механизм. Он очень созвучен желанию получать искомое на блюдечке. Вода испаряется в атмо-сферу, а то, что в ней находилось в виде солей, остаётся на поверхности. Помимо всего, это весьма экологически чистая технология, поскольку на практике будет задействован только локальный участок недр, в котором надо перенаправить массоперенос с одного места в другое. Важно, что в природе эти процессы есть, просто она переносит элементы неизвестно куда. А мы выбираем выгодное нам направление.
Лабораторные установки представляют собой колонны, заполненные рассеянным полезным материалом, в нижнюю часть которых подаётся вода. На поверхности и в зоне аэрации колонны формируется слой, представляющий собой, по сути, концентрированный раствор. Из-за того, что предельные концентрации для разных солей имеют разные значения, мы получаем осадок из слоёв разных компонентов: это раздельные слои меди, кобальта, никеля и других элементов. Самое трудное в этом плане полезное ископаемое — платина, вернее, её соединения. Она очень плохо входит в процессы массопереноса с помощью воды.
В результате экспериментов стало очевидно, что при исходно низком содержании компонента всё-таки можно получить концентрат, причём получить его на поверхности. Такой вариант будет эффективен в том числе при работе с отходами обогащения, которые обычно использовать практически невозможно, а проблемы они доставляют немалые. Например, в рассолах газовых и нефтяных месторождений присутствуют водные растворы брома, лития и других элементов, а поскольку все эти вещества не относятся к углеводородам, то для предприятия они не представляют интереса. Их попросту отправляют в утиль.
Как показывают эксперименты, практически все компоненты, которые находятся в массиве (а в любом массиве находится почти весь спектр таблицы Менделеева), можно перенести с одного места в другое благодаря фильтрации. Но наша задача сводится не к закачке в пласт воды — она там и так практически всегда присутствует, а именно к инициированию начала процесса и обеспечению фильтрации с последующим осаждением. Мы просто направляем движение воды в нужную сторону.
Если взять природные массивы, то процессы в них идут близко к поверхности, на глубине до 200—300 метров. На этой глубине используется ещё и бактериальная обработка. Бактериальное сопровождение мы начинаем применять уже на подготовительной операции при переводе элементов в раствор. Бактерии помогают направить процесс и в некоторых случаях даже его ускорить. Для наших установок применяются и бактерии, и грибы — аборигенные разновидности, которые присутствовали изначально в исследуемом материале.
Существуют, причём довольно давно, похожие технологические решения добычи полезных ископаемых, например, подземное выщелачивание урановых руд. Природа тоже пользуется подобным методом — есть достаточно много месторождений, которые относятся к фильтрационному переносу. Так что, по большому счёту, метод создала природа, а мы у неё подсмотрели и стараемся разработать технологическое решение в виде рецептуры процессов фильтрационного массопереноса.
Лабораторная часть технологии у нас уже достаточно хорошо освоена. Следующий шаг — полупромышленный масштаб. Мы контактируем с недропользователями, имеющими лицензии на разведку и отработку полиметаллических руд и руд, содержащих благородные металлы. Но это непросто, потому что все предприятия работают по своим технологическим решениям, которые заложены в регламенте их производства. Они не хотят и не могут менять технологию, это дорого и сложно. Их также останавливает то, что процесс подготовки месторождения, который мы предлагаем, по сегодняшним технологическим принципам достаточно длительный: от трёх до пяти лет. А для недропользователей это критично, им нужен результат, как говорится, вчера.
Сейчас мы способны «выращивать» месторождения чёрных, цветных и благородных металлов. Уже подготовлены соответствующие рецепты для «выращивания» месторождений золота, хотя до получения слитков дело ещё не дошло.
Для каждого химического элемента есть отдельный вариант процесса фильтрационного переноса, который мы отрабатываем. Какие-то варианты неизбежно уйдут в небытие, зато какие-то дадут новые возможности и новые технологические решения будущего.
Читайте в любое время
