Добыча полезных ископаемых в океане фото
Помимо поверхности континентов, человек в течение всей своей истории использует полезные ископаемые океана и моря.
До недавних времен главной областью эксплуатации было рыболовство, но в последние десятилетия важную роль в экономике некоторых приморских государств играет добыча нефти с морского дна в районе материковых окраин.
Человек использует соли, растворенные в морской воде. В настоящее время о запасах моря часто говорят, как о надежде человечества. Моря и океаны, покрывающие более двух третей поверхности земного шара, призваны поддержать энергетический, сырьевой и пищевой баланс увеличивающегося населения Земли.
Естественно, встает вопрос, реально ли это?
Что можно добыть с Мирового океана
Казалось бы само собой разумеющимся, что соль, которую употребляет человек, происходит из моря, но это не так.
Лишь третья часть поваренной соли получается путем испарения морской воды, остальная добывается на континентах или путем испарения соляного раствора — минерализованных вод, сопровождающих месторождения соли.
Итак, морская вода является химическим сырьем, но самое ценное, что из нее получают, не соль, а бром, используемый в первую очередь в фотографической промышленности, и магний. Из морской воды добывается более двух третей мирового потребления этих элементов.
Добыча брома в океане
Морская вода содержит и ряд других соединений, находящихся в растворенном состоянии. Время от времени в СМИ можно прочесть, сколько в ней находится урана или золота. Эти цифры действительно поражают.
Однако нас ограничивает в действиях тот факт, что мы пока не располагаем достаточным количеством энергии, чтобы наладить процесс их извлечения. Но ряд процессов проводит за человека сама природа.
Добыча тяжелых металлов с морского дна
Так, например, медь, марганец, кобальт, никель нет необходимости добывать из морской воды, поскольку эти металлы выпадают и кристаллизуются на дне океанских впадин в виде марганцовых конкреций. Это – образования величиной с орех, кулак или футбольный мяч, во множестве рассыпанные по дну Тихого и Атлантического океанов и состоящие из слоев окислов железа и марганца, кристаллическая структура которых легко связывает более тяжелые металлы, как никель, кобальт и медь.
Общее содержание полезных ископаемых океана в виде металлов в марганцовых конкрециях достигает 2,5%. Поэтому исследовательские корабли составляют карты морского дна, фотографируют его с помощью подводных камер, а ученые анализируют содержание металла в этих шаровидных образованиях.
Выявленное содержание металлов пока невелико, а расходы по добыче сырья со дна велики. Но надежды на источники сырья имеются, хотя о юридической стороне вопроса добычи со дна моря люди договариваются с трудом.
С большим успехом проводится добыча так называемых тяжелых минералов в прибрежных областях.
Например, ученые нашли подводную гору в 300 милях от побережья Канарских островов. Гора представляет редкоземельный металл теллур.
Стоимость этого металла составляет порядка 300 долларов за кг, что будет достаточно прибыльно начать добычу с морского дна.
Вода сортирует минералы
Средневековые горняки, да и позже золотоискатели получали золото путем промывки речных наносов. Вода уносила из старательских сит более легкие силикатные минералы, а на дне оставались более тяжелые минералы. Когда посчастливилось, то и кусочки золота.
Морской прибой и сильные морские течения в ряде мест делали эту работу за человека.
Более тяжелые минералы, например, касситерит (оловянная руда), циркон (циркониевая руда), рутил (окисел титана), моназит (сложный фосфат с содержанием редкоземельных элементов) и даже алмаз высвобождаются из горных пород в процессе выветривания, а поскольку они более стойки, чем многие другие минералы (например, полевой шпат), вода уносит их в море. Там они сортируются как в старательском сите: более легкие, обычно силикатные и кварцевые материалы уносятся, а на пляже или на мелком морском дне остаются тяжелые, полезные фракции. Во многих местах в мире добываются минералы в переходных зонах от океана к материкам.
Однако полезные ископаемые океана и моря пока сложно извлечь или достать с морского дна с учетом получения прибыли. Но технологии улучшаются и, возможно, основные источники сырья будут находиться в море.
В море Бисмарка, глубина которого 1600 метров, весной 2018 года компания Nautilus Minerals приступит к разработке меднорудного гидротермального месторождения Solwara 1. Если проект увенчается коммерческим успехом, он может стать началом «погружения» на океанское дно горнодобывающих компаний в поисках колоссальных запасов всевозможных полезных ископаемых.
Британские моряки не зря называют океан «сундуком Дэйви Джонса» — «порыться» в нем собирались уже давно. Первым был инженер из Шотландии Джордж Брюс, который, построив в бухте Кулросс в 1575 году угольную шахту с устьем типа кессона и с водонепроницаемым копром, попытался запустить руку в сокровищницу морского дьявола. Дэйви Джонс быстро вернул свое – в 1925 году на Кулросс налетел ужасный шторм, уничтоживший творение Брюса. Но новая технология в Старом Свете быстро нашла распространение. По методу Брюса с 17 по 19 века в море добывали золото, янтарь, олово и уголь от Балтики до Японии.
- Песчаная каша с алмазами
Когда к концу 19 века горняки обогатили свой арсенал мощными паровыми машинами, на Аляске придумали «горизонтальную» схему для добычи золота, гибкую и простую. Использовались грунтовые плавучие насосы, землечерпалки, породу выгружали на баржи-плашкоуты. Возможности горизонтальной добычи с появлением тяжелой специальной техники были существенно расширены. Таким способом сегодня добывают на мелководье практически что угодно – от драгоценных камней и редкоземельного вещества монацита до железной руды и строительного гравия.
Например, работающая в Намибии компания De Beers уже более полусотни лет с успехом добывает алмазы в песчаных отложениях реки Оранжевой, намытых за миллионы лет. Первое время разработки велись на глубинах, не превышающих 45 метров, но в 2006 году легкодоступные залежи истощились, и инженеры компании перешли от использования земснарядов к плавучим буровым.
- Глубоководный карьер Solwara 1
Участок, который занимает Solwara 1, находится на вершине подводного потухшего вулкана. По земным меркам он невелик – 0,112 квадратных километров, примерно как 15 футбольных полей. Но таких месторождений на дне океана известно уже много тысяч.
В 2015 году специально для De Beers для освоения находящейся на глубине 100-140 метров концессии компания Marine & Mineral Projects создала гусеничный «пылесос», управляемый дистанционно. Это – электрогидравлический 320-тонный гигант, который в состоянии за один час освободить от песка площадку размером в два футбольных поля. Технологический цикл весьма короткий, оканчивается он на вспомогательном судне Mafuta, где поднятый шлам проходит через сортировочный конвейер. Спецназ компании De Beers доставляет на землю с борта этого судна до 700 прекрасных крупных алмазов.
Но алмазы и золото – не самые главные сокровища глубоководных зон океана. Океанографические исследования 1970-1980-х годов показали, что на морском дне имеются колоссальные залежи полиметаллических руд. Образование руды в специфических условиях сделало ее более насыщенной металлами, чем на расположенных на суше месторождениях. Но не так уж легко поднять эту руду на сушу.
В 1975-1982 годах немецкая компания Preussag AG первой попыталась по договору с Саудовской Аравией разведать в Красном море котловину Atlantis II, которую десять лет назад нашли на двухкилометровой глубине. Разведка бурением показала, что на территории в 60 квадратных километров в минерализованном иле толщиной 28 метров находятся 1 830 000 тонн цинка, 402 000 тонн меди, 3432 тонны серебра и 26 тонн золота. В сотрудничестве с французской компанией немцы в 80-х годах разработали и удачно испытали схему «вертикальной» глубоководной добычи, в основу которой легли принципы работы буровых морских платформ.
Оборудование – всасывающий агрегат с закрепленным на несущем трубопроводе гидромонитором – было испытано и с глубины 2200 метров было поднято на вспомогательное судно более пятнадцати тысяч тонн сырья, которое превзошло по своему качеству все ожидания. Но, поскольку цены на металл упали, от проекта саудовцы отказались. Не раз за последующие годы идея оживала, но снова возвращалась под сукно. В итоге в 2010 году объявили о начале разработки одного из крупнейших в мировом масштабе месторождений меди и цинка Atlantis II Deep. Сроки пока не назначены. Но прежде всего Дейви Джонса посетят нержавеющие роботы Nautilus Minerals.
- Мытьем и катаньем
Канадская компания Nautilus Minerals, имеющая лицензию на разработку проекта Solwara 1, имеет весьма драматичную историю. По поднимаемым запасам это месторождение, расположенное у острова Новая Ирландия, весьма заурядное – в нем имеется 2,5 млн. тонн халькопирита с содержанием 7,5% меди, 7,2 г/т золота и 37 г/т серебра, рыночная стоимость составляет 1,5 млрд. долларов. Но из-за него пять лет ожесточенно торговались предприниматель, экологи и правительство Папуа – Новой Гвинеи. Споры переходили в настоящее вымогательство и в 2014 году истратившие миллионы долларов на разведку канадцы сдались и решились поделиться с бедной республикой правами на технологию глубоководной добычи.
Сделка устроила всех. Островитяне получают неплохую ренту, а канадцы – дополнительные 17 лицензий на разработку месторождений в море Бисмарка площадью 450 тысяч квадратных километров. Это на ближайшие 10 лет обеспечит их работой.
Nautilus – единственная в мире компания, владеющая детально отработанной технологией горных глубоководных работ и уникальным оборудованием для нее. Инженеры компании адаптировали водно-шламовую схему подъема руды к условиям Solwara 1. В эту схему входят три основных элемента: дистанционно управляемая подводная техника, система вертикального подъема шлама и вспомогательное судно. Основой всей технологии стало первое в мире судно, предназначенное специально для горных глубоководных работ. Строить его начали в апреле 2015 года в Китае. В апреле 2018 года 227-метровый флагманский корабль Nautilus с точнейшей системой позиционирования, 7-ю туннельными трастерами и 6-ю азимутальными рулевыми колонками Rolls Royce, общая мощность которых составляет 42 000 л.с. должен сойти со стапелей.
Эта «плавучая шахта» обеспечит всю технологию разработки месторождения – доставит в точку погружения оборудование, обеспечит спуск, обслуживание и подъем машин, подъем, сушку и складирование шлама. Подводную технику для Nautilus разработала британская компания SMD. Были намерения создать многооперационный сложный комбайн, который мог бы в течение многих месяцев работать при нулевой температуре и огромном давлении в агрессивной среде. Но в сотрудничестве со специалистами Sandvik и Caterpillar было принято решение на каждую из трех основных операций создать свой гусеничный робот: для выравнивания рабочего уступа, вскрытия порода и для подъема на поверхность океана шлама. В ноябре 2015 года стальные монстры стоимостью 100 миллионов долларов прошли «сухие» испытания, предстоящим летом их будут испытывать на мелководье.
В этой троице роботов главное место занимает врубовая подготовительная машина Auxiliary Cutter, имеющая установленный на длинной поворотной балке фрезерный сдвоенный рыхлитель. Она должна срезать неровности рельефа, обеспечив для будущего карьера ровную площадку. Если встретятся участки с сильным наклоном, агрегат использует боковые гидравлические опоры. Следующим пойдет основной «добытчик» — врубовая тяжелая машина Bulk Cutter. Масса ее 310 тонн и работает она огромным режущим барабаном. Она производит глубокое вскрытие, дробит породу и грейдирует ее в валы.
Настает очередь сложнейшей операции всего цикла – собрать водно-шламовую массу и подать ее в шламоподъемник. Эту задачу обеспечит «пылесос» Collecting Machine, оснащенный помпой с режуще-всасывающим соплом и связанный гибким рукавом с шламоподъемником.
Мощность и геометрия резания комплекса врубовых машин должны обеспечивать на выходе куски породы не более 5 см размером, при этом скругленные. При этом будет обеспечена наилучшая консистенция шлама, снижен абразивный износ и устранен риск получения пробок. Как считают эксперты SMD, Collecting Machine соберет 70-80% всей вскрытой породы.
Поднятый на судно шлам будет храниться в трюмах и перегружаться потом на балкеры. Экологи настояли на том, что поднятую глубинную воду будут фильтровать и опять закачивать на глубину. Предложенная Nautilus схема добычи природе угрожает не более тралового рыболовства. По мнению учены,х глубоководные локальные биосистемы уже через несколько лет после внешнего воздействия восстанавливаются. Более серьезный вопрос – аварии техногенного типа и человеческий фактор. Чтобы противостоять им, Nautilus нашел свое решение – на Solwara 1 управлением всеми процессами будет заниматься компания из Голландии Tree C Technology.
Если все пройдет по графику, первую тонну породы древнего вулканического плато Solwara техник поднимет весной 2018 года. Можно надеяться, что и этот «маленький шаг» компании Nautilus в бездну окажется для всего человечества огромным шагом.
(Visited 206 times, 1 visits today)
Весной 2018 года в море Бисмарка на глубине 1600 м компания Nautilus Minerals начнет промышленную разработку гидротермального меднорудного месторождения Solwara 1. Коммерческий успех этого проекта может запустить процесс массового «погружения» горнодобывающих компаний на океанское дно в погоне за колоссальными запасами полезных ископаемых.
Идея основательно порыться в «сундуке Дэйви Джонса», как британские моряки называют океанскую пучину, не нова. Первым, кому удалось запустить руку в закрома морского дьявола, был шотландский инженер Джордж Брюс, построивший в 1575 году посреди бухты Кулросс угольную шахту с водонепроницаемым копром и устьем кессонного типа. И хотя в 1625 году Дэйви Джонс вернул свое, наслав на Кулросс шторм невиданной силы, который за ночь разнес детище Брюса в щепки, технология быстро распространилась по Старому Свету. В XVII—XIX вв./bm9icg===>еках от Японии до Балтики по методу Брюса в море добывали уголь, олово, золото и янтарь.
Алмазы из песчаной каши
В конце XIX века, когда в арсенале горняков появились мощные паровые машины, на Аляске была разработана простая и гибкая «горизонтальная» схема подводной добычи золота при помощи плавучих грунтовых насосов, землечерпалок и барж-плашкоутов, на которые выгружали породу. Со временем за счет использования тяжелой спецтехники для подводных работ возможности горизонтальной добычи значительно расширились. Сегодня на морском мелководье подобным образом добывают все что угодно — от строительного гравия и железной руды до редкоземельного монацита и драгоценных камней.
Площадь участка Solwara 1, расположенного на вершине потухшего подводного вулкана, по земным меркам невелика — всего 0,112 км2, или 15 футбольных полей. Но на дне Мирового океана подобных месторождений обнаружено уже несколько тысяч.
К примеру, в Намибии компания De Beers уже более полувека успешно извлекает алмазы из песчаных отложений, которые в течение миллионов лет на берега Атлантики выносили воды реки Оранжевой. Поначалу добыча велась на глубинах до 35 м, но в 2006 году, после истощения легкодоступных залежей, инженерам De Beers пришлось заменить обычные земснаряды плавучими буровыми.
В 2015 году специально для освоения концессии Atlantic 1 (глубина 100−140 м) компания Marine & Mineral Projects построила для De Beers новый гусеничный «пылесос» с дистанционным управлением — 320-тонный электрогидравлический гигант, способный за час очистить от песка площадку размером в два футбольных поля. Короткий технологический цикл завершается на вспомогательном судне Mafuta, где драгоценный шлам непрерывно поступает на сортировочный конвейер. Каждые сутки с борта Mafuta на большую землю частный спецназ De Beers доставляет около 700 крупных алмазов высшего качества.
Впрочем, золото и алмазы — мелочи в сравнении с настоящими сокровищами, ждущими своего часа в глубоководных зонах океана. В 1970—1980-х в результате масштабных океанографических исследований выяснилось, что морское дно буквально усеяно гигантскими залежами полиметаллических руд. Причем из-за специфических условий рудообразования содержание металлов в них на порядок выше, чем в месторождениях на суше. Правда, поднять руду на сушу — задача не из легких.
Первой это попыталась сделать немецкая компания Preussag AG, которая в 1975—1982 годах по контракту с властями Саудовской Аравии производила разведку котловины Atlantis II Deep, обнаруженной в Красном море на глубине свыше 2 км десятью годами ранее. Разведочное бурение на площади около 60 км2 показало, что в плотном «ковре» минерализованного ила толщиной до 28 м содержится, в пересчете на чистый металл, около 1 830 000 т цинка, 402 000 т меди, 3432 т серебра и 26 т золота. В середине 1980-х в кооперации с французской компанией BRGM немцы разработали и успешно опробовали «вертикальную» схему глубоководной добычи, которая в общих чертах была скопирована с морских буровых платформ.
В ходе испытаний оборудования — всасывающего агрегата с гидромонитором, закрепленного на несущем трубопроводе высотой 2200 м, — на вспомогательное судно было поднято более 15 000 т сырья, качество которого превзошло ожидания металлургов. Но из-за резкого падения цен на металлы саудовцы отказались от проекта. В последующие годы идея многократно оживала и вновь ложилась под сукно. Наконец, в 2010 году было объявлено, что разработка Atlantis II Deep, одного из крупнейших в мире глубоководных медноцинковых месторождений, все-таки начнется. Когда это случится — неизвестно. В любом случае не раньше, чем в гости к Дэйви Джонсу отправятся нержавеющие роботы Nautilus Minerals.
Рудообразование в зонах срединных хребтов не прекращается ни на минуту уже миллионы лет. По оценке экспертов компании Technip, стоимость тонны «глубоководной» руды составляет $500−2000 в «металлическом» эквиваленте.
Мытьем и катаньем
История проекта Solwara 1, лицензия на разработку которого принадлежит канадской компании Nautilus Minerals, не менее драматична. Это вполне заурядное по извлекаемым запасам месторождение (2,5 млн тонн халькопирита, содержащего 7,5% меди, 7,2 г/т золота и 37 г/т серебра, рыночной стоимостью $1,5 млрд) у берегов острова Новая Ирландия в течение пяти лет было предметом ожесточенного торга между правительством Папуа — Новой Гвинеи, экологами и предпринимателями. Причем стиль дискуссии зачастую напоминал банальное вымогательство. В итоге в 2014 году канадцы, потратившие десятки миллионов на разведочное бурение, капитулировали и согласились поделиться с бедной, но гордой республикой правами на технологию добычи.
Сделка удовлетворила обе стороны. Островитяне отныне могут рассчитывать на солидную ренту, а канадцы, получившие еще 17 лицензий на месторождения площадью 450 000 км2 в море Бисмарка, обеспечили себя работой на ближайшее десятилетие. Сегодня Nautilus, пожалуй, единственная компания в мире, обладающая детально проработанной технологией и уникальным оборудованием для глубоководных горных работ. Водно-шламовая схема добычи руды, адаптированная инженерами Nautilus под условия Solwara 1, состоит из трех базовых элементов: подводной карьерной техники с дистанционным управлением, вертикальной системы подъема шлама и вспомогательного судна. Ключевой элемент технологии — первое в мире специализированное судно для глубоководных горных работ, строительство которого началось в апреле 2015 года на китайской верфи Fujian Mawei. Ожидается, что 227-метровый флагман Nautilus, оснащенный высокоточной системой позиционирования с семью туннельными трастерами и шестью азимутальными рулевыми колонками Rolls Royce общей мощностью 42 000 л.с., сойдет со стапелей в апреле 2018 года. На «плечах» этой плавучей шахты будет держаться, в прямом и переносном смысле, весь технологический цикл месторождения: доставка оборудования в точку погружения; спуск, подъем и обслуживание машин; подъем, осушение и складирование шлама.
Покорители бездны Разработка уникальных глубоководных роботов для работы в экстремальных условиях Solwara?1 продолжалась более пяти лет. Уровень сложности этой задачи, по словам инженеров британской компании SMD, можно сравнить лишь с созданием марсианских роверов. Если «боевое крещение» роботов у берегов Папуа — Новой Гвинеи пройдет успешно, спрос на подобную технику со стороны горнодобывающих компаний может составить сотни единиц в год.
Вся подводная техника для Nautilus была разработана британской компанией SMD. Планировалось создать сложный многооперационный комбайн, способный месяцами работать в агрессивной среде при нулевой температуре и колоссальном давлении. Но после консультаций с экспертами Sandvik и Caterpillar было решено сделать по одному специализированному гусеничному роботу для каждой из трех базовых операций — выравнивания рабочего уступа, вскрытия породы и подъема шлама на-гора. «Сухие» испытания стальных монстров общей стоимостью $100 млн прошли в ноябре 2015-го, а будущим летом им предстоит серия тестов на мелководье.
Партию первой скрипки в этом трио играет подготовительная врубовая машина Auxiliary Cutter, оснащенная сдвоенным фрезерным рыхлителем на длинной поворотной балке. Ее задача — сформировать ровную площадку для будущего карьера, срезав неровности рельефа. Для сохранения устойчивости на участках с сильным уклоном Auxiliary Cutter сможет использовать боковые гидроопоры. Следом будет двигаться главный «добытчик» Nautilus — тяжелая врубовая машина Bulk Cutter массой 310 т с огромным режущим барабаном. Функция Bulk Cutter — глубокое вскрытие, дробление и грейдерование породы в валы.
Самая сложная операция цикла — сбор и подача водно-шламовой массы в райзер-шламоподъемник — будет выполняться «пылесосом» Collecting Machine, который оборудован мощной помпой с режуще-всасывающим соплом и соединен с райзером гибким рукавом. Геометрия и мощность резания врубовых машин рассчитаны инженерами SMD так, чтобы на выходе получались скругленные куски породы около 5 см в диаметре. Это позволит добиться оптимальной консистенции шлама и снизить абразивный износ и риск образования пробок. По оценкам экспертов SMD, Collecting Machine сможет собирать от 70 до 80% объема вскрытой породы. На судне шлам будет складироваться в трюмы, а затем перегружаться на балкеры. При этом «донную» шламовую воду по настоянию экологов придется фильтровать и вновь закачивать на глубину. В целом схема добычи Nautilus угрожает природе океана не больше, чем траловое рыболовство. Локальные глубоководные биосистемы, по наблюдению ученых, восстанавливаются уже через несколько лет после прекращения внешнего воздействия. Иное дело — техногенные аварии и пресловутый человеческий фактор. Но и здесь у Nautilus есть эффективное решение. Всеми процессами на Solwara 1 будет управлять система, которую разрабатывает голландская компания Tree C Technology.
Если все пойдет по плану, острые клыки врубовой машины вырвут первую тонну породы с поверхности древнего вулканического плато Solwara весной 2018 года. Хочется надеяться, что этот «маленький шаг» в бездну, на который отважился Nautilus, станет огромным шагом для всего человечества.
Статья «Сундук Дэйви Джонса» опубликована в журнале «Популярная механика»
(№4, Апрель 2016).