Способ добычи полезных ископаемых из воды

Друзья, всем привет. Сегодня я расскажу вам о том, какие существуют способы добычи полезных ископаемых, и их влияние на окружающую среду, но прежде всего эти способы зависят от самих ископаемых, их физико-химических свойств, мест размещения и развития технического прогресса.

Еще совсем недавно добыча природных ресурсов производилась вручную, что требовало больших физических усилий и немалых трудозатрат, а сама она имела достаточно низкую производительность труда.

В современных же условиях все изменилось коренным образом: с развитием мощных технических средств и применением специальных машин трудозатраты снизились, а производительность и объемы добычи ископаемых значительно возросли.

Основные способы и технология добычи природных ресурсов

Все минеральные ресурсы, как твердые, так и жидкие, и газообразные на нашей планете располагаются неравномерно и находятся либо на поверхности, либо глубоко под землей, и в зависимости от их мест размещения и залегания для их добычи используют тот или иной способ. Минеральные ресурсы Самими распространенными способами добычи природных ресурсов можно считать:

открытый способ либо карьерный способ,
закрытый способ либо подземный или шахтный способ,
комбинированный способ либо открыто-подземный способ,
геотехнологический способ либо скважинный способ,
дражный способ.

Все эти способы имеют как свои преимущества, так и недостатки, поэтому технология добычи полезных ископаемых открытым способом предполагает создание на местах разработки и добычи природных ресурсов глубоких котлованов в виде больших карьеров или разрезов, размеры которых зависят от относительно небольшой глубины и протяженности, а также мощности пластов залегания ископаемых. Открытый способ Преимуществом такого способа добычи является его относительная дешевизна, наибольшая производительность и трудоемкость, безопасные условия труда, а недостатками — большое снижение качества сырья из-за содержания в нем большого количества пустых пород, негативные последствия по отношению к окружающей среде.

Таким способом обычно добывают природное строительное и индустриальное сырье такое как –

известняк и мел,
песок и глина,
торф и уголь,
медь и свинец,
молибден и никель,
олово и вольфрам,
хром и марганец,
цинк и железо.

Твердые ископаемые, находящиеся на достаточной большой глубине залегания добывают подземным, т.е. закрытым способом, при котором сооружают подземные шахты. Подземная шахта Недостатком такого способа является его огромный риск для горняков, связанный с обрушением и загазованностью, а значит и взрывоопасностью.

Таким способом обычно добывают руды, полиметаллы и минеральное сырье

такие как:

медь и золото,
вольфрам и железо,
каменный уголь и минеральные соли.

Если открытый и закрытый способ добычи полезных ископаемых не подходит для данного месторождения промышленного сырья, то применяют комбинированный открыто-подземный способ, где сначала добываются открытым способом сырье из верхних слоев, а затем уже шахтным методом дорабатывают оставшиеся запасы металлических руд, залегающие на достаточно большой глубине.

Достоинствами такого способа являются большие объемы добычи природного сырья, а таким способом обычно добываются многие цветные металлы и алмазы.

Геотехнологический или скважинный способ используют при добыче специальных видов сырья, имеющих газообразное или жидкое состояние с помощью такой процедуры как бурение глубоких скважин, где при помощи физико-химического метода осаждения, выщелачивания и плавления извлекают из недр земли на поверхность выходящие по трубам полезные ископаемые.

Таким способом обычно добываются:

газ и нефть,
сера и литий,
фосфор и уран.

И наконец, отдельный дражный способ, где горное предприятие одновременно осуществляет как добычу сырья, так и его обогащение, т. е. с помощью специального оборудования первично происходит отделение ценной породы от сопутствующей пустой.

Таким способом обычно разрабатываются месторождения россыпей:

золота и алмазов,
платиноидов и касситерита.

Влияние на окружающую среду добычи полезного сырья

Добыча полезных ископаемых любым способом не может не оказывать на окружающую среду своего негативного воздействия, так как занимает огромные площади хозяйственных земель, доходящие порой до десятков тысяч квадратных километров. Такая техногенная нагрузка на природную среду нарушает естественный ход саморегуляции жизненных процессов окружающей среды и порой приводит к ее быстрой деградации.

Как правило, под их разработками находятся самые продуктивные почвенные черноземы:

полей и пашен,
лесов и водоемов,
дорог и населенных пунктов.

Производство добычи начинается с подготовительных очистных работ, где на местности удаляются все искусственные преграды, так:

вырубаются многолетние леса с ценными породами деревьев,
осушаются вековые водоемы в виде болот, рек и озер,
прокладываются инженерные коммуникации в виде водоотводящих канав и подъездных путей.

Затем производят вскрышные работы, целью которых служит послойное удаление и перемещение в отвалы пустой породы открывающей доступ к самим природным ресурсам:

мягкую и легкую породу разрабатывают при помощи бульдозеров и землеройных машин,
скальную и твердую породу сначала взрывают при помощи буровзрывной техники, а потом разрабатывают при помощи экскаваторов и скреперов,

уже обнаженные полезные ископаемые добывают и грузят на специальные транспортные средства — карьерные самосвалы,

которые везут добытое сырье на обогатительные предприятия и металлургические комбинаты.

Добыча природного сырья имеет еще и такие негативные последствия для окружающей среды как загрязнение почвы, воды и воздуха химическими элементами отвалов, что пагубно влияет как на растительный, так и животный мир данной местности.

Это негативное воздействие на окружающую среду отрицательно влияет и на здоровье людей, живущих в близлежащих местностях – повышением заболеваемости местного населения.

Поэтому в период разработки месторождений полезных ископаемых необходимы такие регулярные мероприятия как — проведение наблюдений и экологический мониторинг.Уменьшить негативное влияние на окружающую среду в дальнейшем можно усовершенствованием методов разработки, а также с помощью рекультивации этих земель, возвратом и приведением их в первоначальное состояние, однако на это нужны огромные финансовые средства и немалый временной интервал.

Поэтому добывающие предприятия согласно закону охраны недр и окружающей среды обязаны после всех проведенных работ по добыче сырья обеспечить восстановление естественного ландшафта местности, где за свой счет они сажают леса и разбивают лесопарки с созданием в последствие зон отдыха, а также восстанавливают плодородный слой почвы, вовлекая его в сельскохозяйственный оборот.

Надеюсь, вам понравилась моя статья о способах добычи полезных ископаемых, и вы узнали из нее много полезного для себя. Может быть, и вы знаете какие–то новые способы добычи природного сырья. Расскажите мне об этом в комментарии к статье, мне будет любопытно их узнать. Разрешите на этом с вами попрощаться и до новых встреч дорогие друзья.

Предлагаю Вам подписаться на обновления блога, чтобы получать мои статьи на свою почту. А также вы можете поставить свою оценку статье по 10 системе, отметив ее определенным количеством звездочек.

Приходите ко мне в гости и приводите друзей, ведь этот сайт создан специально для вас. Я всегда рада видеть вас и уверена, что вы обязательно найдете здесь много полезной и интересной информации.

Источник

Подводная добыча полезных ископаемых, разработка месторождений полезных, ископаемых под водами Мирового океана.

Разработка поверхностных месторождений шельфа и ложа океана производится открытым способом через водную толщу. На поверхности шельфа (19% площади суши) и ложа океана (50% площади Земли) сосредоточены огромные минеральные ресурсы. Только в железомарганцевых конкрециях донных отложений Тихого океана запасы марганца прогнозируются в 2,4×1011т, кобальта — 2,8×109т, никеля — 9,4×109т, меди — 5,3×109т. На шельфе располагаются россыпные месторождения тяжёлых минералов и металлов.

Первые попытки освоения шельфа сделаны в 11 в. до н. э., когда финикийцы из отложений морских ракушек добывали сырьё для производства пурпурной краски. Позднее (6 в. до н. э.) на островах Полинезии велась разработка коралловых рифов для получения строительных материалов. В 3 в. до н. э. с глубины 4 м у о. Халка, в пролив Босфор, ныряльщики добывали медную руду. В конце 19 в. началось освоение россыпей золота, затем ильменита, рутила, циркона, монацита на побережье Австралии (1870), Бразилии (1884), Индии (1909). В 20-х гг. 20 в. была начата добыча олова из морских россыпей Индонезии, в 1963 — алмазов на шельфе Юго-Западной Африки. В начале 60-х гг. добывалась железная руда из россыпей залива Ариаке (Япония). В СССР работы по освоению морских россыпей были начаты в 1966 на шельфе восточной части Балтики, где добывались титано-цирконовые концентраты.

В 1973 свыше 70 дражных предприятий добывали из россыпей шельфа около 120—130 млн. м3 горной массы, при этом добыча оловянных концентратов из морских россыпей достигала 10% от мирового объёма добычи олова (без СССР), а стоимость добытых алмазов в отдельные годы составляла свыше 3% от общей стоимости добываемых алмазов.

В зависимости от горно-геологических и гидрометеорологических условий, глубины разработки и вида полезного ископаемого применяются различные технические средства (рис. 1), а также способы П. д. Разрабатываются россыпи преимущественно многочерпаковыми, гидравлическими и грейферными драгами. Для разработки железомарганцевых конкреций испытаны и строятся (1974) драги с гидравлическим подъёмом (эрлифт) и ковшами, закрепляемыми на бесконечном тросе.

Перспективы открытой П. д. на шельфе определяются её преимуществами по сравнению с разработкой месторождений суши: строительство дражных и др. технических судов на крупных судостроительных заводах исключает период строительно-монтажных работ на месторождении; значительно уменьшаются объёмы по вскрытию месторождений полезных ископаемых; исключается строительство подъездных путей, линий электропередач и жилых посёлков, а также отпадает необходимость отчуждения с.-х. земель и последующей их рекультивации.

Горные работы на шельфе затрудняются наличием волнений на водной поверхности, заносимостью выработок на дне моря, размывом отвалов, выемкой пород и их сбросом в среду жизнедеятельности морской фауны и флоры, а также необходимостью поддержания устойчивости береговых линий.

Основные направления научно-исследовательских работ по освоению шельфа в СССР: разработка методов геологических поисков и опробования морских россыпей шельфа с установлением их геолого-экономической оценки; разработка научных основ технологии подводной добычи полезных ископаемых в районах континентального шельфа и океанического ложа без ущерба для водных организмов; создание машин, производящих добычу и обогащение полезных ископаемых на всех глубинах шельфа.

Разработка месторождений недр Мирового океана осуществляется подземными горными выработками и буровыми скважинами.

П. д. из коренных месторождений по методам выемки руд полезного ископаемого мало чем отличается от добычи на суше (см. Подземная разработка полезных ископаемых). На большинстве подводных шахт стволы закладываются на суше, вследствие этого откаточные выработки имеют протяжённость в несколько км. Применяют вскрытие шахтных полей стволами с искусственных островов (например, шахта «Майке», Япония). Глубина заложения горных выработок под дном, гарантирующая их от затопления, зависит от свойств вышележащих пород и обычно равна 65—80 м. Разработка месторождений ведётся с закладкой выработанного пространства; проветривание морских шахт осуществляется через один ствол по трубам.

В 1974 эксплуатировалось 57 угольных шахт в Японии, Великобритании, Турции, на о. Тайвань, две железорудные шахты в Финляндии и Канаде, два оловянных рудника в Великобритании и СССР.

Наибольший объём П. д. приходится на добычу нефти и газа из недр Мирового океана. Перспективной является также добыча твёрдых полезных ископаемых геотехнологическими методами (см. Подземное выщелачивание, Подземное растворение). Например, годовая добыча серы с помощью расплавления на месторождениях Мексиканского залива превышает 600 тыс. т (1973).

К П. д. относят также извлечение полезных ископаемых из морской воды, основанное на физико-химических процессах выделения растворённых в ней солей, различных химических элементов, общий объём которых достигает 48 млн. км3 (в т. ч. около 2×1016т натрия, около 2×1015т магния, около 1,3×1014т брома).

С середины 19 в. из маточных рассолов поваренной соли во Франции начали получать бром. С 30-х гг. 20 в. начато промышленное извлечение из морской воды магния. В 1970 в СССР, США, Великобритании и др. странах работало свыше 100 предприятий по добыче хлористого натрия из морской воды с объёмом производства свыше 10 млн. т, магния 300 тыс. т и брома 75 тыс. т.

Технология извлечения химических элементов из морской воды предусматривает, как правило, их концентрацию, а затем, при взаимодействии насыщенного раствора с др. элементами, их получение в виде соединений (рис. 2).

Концентрация химических элементов в морской воде низкая (за исключением натрия, магния, брома), и потому их извлечение нерентабельно (1974). Перспективы в этом направлении связаны с увеличением объёмов опреснения морской воды. Из получаемых при этом попутных рассолов химических элементы можно эффективно извлекать на установках по адсорбционному обмену и экстракции. О правовых вопросах П. д. см. в ст. Шельф. См. также статьи Океан и Морская геофизическая разведка.

Лит.: Меро Д., Минеральные богатства океана, пер. с англ., М., 1969; Добыча полезных ископаемых со дна морей и океанов, М., 1970.

Г. А. Нурок. Ю. В. Бубис.

Способ добычи полезных ископаемых из воды

Рис. 2. Схема получения магния из морской воды: 1 — трубопровод для подачи морской воды; 2 — распределительный резервуар; 3 — устройство для гидрообработки; 4 — вторичный реактор; 5 — третичный реактор; 6 — первичный загуститель; 7 — ёмкость для хранения пресной воды; 8 — промывная установка; 9 — вакуум-фильтр; 10 — винтовой транспортёр; 11 — ёмкость для хранения загустелого Mg(OH)2; 12 — устройство для гидрообработки пресной воды; 13 — роторные сушильные печи.

Способ добычи полезных ископаемых из воды

Рис. 1. Технические средства подводной добычи полезных ископаемых.

Оглавление

Источник

Добыча полезных ископаемых из вод складывается из бурения и оборудования добычных скважин, откачки вод, технологии извлечения изних полезных компонентов, сброса и захоронения или утилизации отработанных вод.

Успех разработки месторождений гидроминерального сырья определяется физико-геологическими условиями залегания вод и концентрацией полезных компонентов.

Добыча минерализованных вод имеет много общего с нефтедобычей.Месторождения вскрываются системой скважин, оборудованных фонтанной арматурой (при самоизливе) или насосами. Добыча может эффективно вестись с поддержанием пластового давления путем подачи в залежь отработанных вод, что обеспечивает одновременное решение задачинтенсификации добычи и сброса отработанной веды.

В переработке добытых вод используются три основных технологических направления:

· галургическая схема переработки рассолов с многостадийной упаркой (подгалургическим методом понимают получение солей при помощи последовательных процессов растворения и кристаллизации);

· схема, использующая осадительные методы, сорбцию, экстракцию и концентрирование упариванием;

· схема селективного извлечения микрокомпонентов без извлечения основных солей.

Выбор схемы переработки зависит от минерального состава вод, потребностей в продукции и экологических требований.

На сегодня мировое производство йода оценивается в 15-20 тыс.т/год, в России же сейчас производят только 200 т/год, при потребностидо 800 т/год. Мировое производство брома около 450 тыс.т/год, а потребность России достигает 20 тыс. т/год. Производство брома организованона АО «Галоген» – 2 тыс. т/год.Разведанное Астраханское газо-конденсатное месторождение подземных вод способно обеспечить Россию бором, йодом. Не менее богатыбромом, стронцием, калием, и литием Оренбургское газоконденсатноеместорождение и подошвенные воды севера Тюменьских газовых месторождений.

В последние годы ООО «НПЦ Подземгидроминерал» выполнил оценку термальных георесурсов с оценкой их гидроминерального состава, которая показала целесообразность их использования не только как источник теплового потенциала.

В настоящее время ведутся разработки новых технологий переработкигидроминеральното сырья, потребность в которых чрезвычайно велика,так как их отсутствие сдерживает освоение гидроминеральных ресурсовстраны и не позволяет ликвидировать дефицит производства многих редких элементов.

ДОБЫЧА И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕПЛА ЗЕМЛИ

Общие представления о тепле Земли

Тепло Земли, или общее теплосодержание нашей планеты нетруднооценить, учитывая значение ее массы и усредняя температуру, которую вцентре внутреннего ядра можно принять равной 4500°С (Е.А. Любимова).Фактически потенциал геотермальной энергии можно признать практически неисчерпаемым.

Принято считать, что строение Земли – это литосфера до глубины150 км, представленная силикатами и окислами, а ядро – расплав железа.Есть и другое представление-о ядре Земли. Вернадский В.И. и Ларин В.И.считают, что в верхней его части (150-2300 км) присутствуют сплавы исоединения кремния, марганца и железа, ниже располагаются металлы срастворённым в них водородом, а глубже гидриды металлов.

Известно, что металлы способны растворять в одном объёме тысячиобъёмов водорода. Химическая реакция взаимодействия водорода с металлами образует качественно новое соединение – гидрид. При определенных изменениях давления и температуры происходит дегазация сплавов. Удаляясь от центра Земли, водород диффундирует к поверхности. Наэтом процессе основана одна из гипотез образования воды и месторождений нефти и газов. Обсуждается также гипотеза, что отработанные нефтяные месторождения со временем можно будет отрабатывать повторно.

Водород- ценное энергетическое сырьё. Его можно получить электролизом воды, но при этом затраты на его получение не компенсируютсяэффектом от его использования.

Заманчиво уловить движущийся к поверхности из глубин Земли водород. Но как это сделать? Промышленность освоила бурение только до10 км. Если будет разработана технология бурения на большие глубины,можно будет получить водород по одной из технологических схем подземного растворения солей или подземной выплавки серы, нагнетая в оченьглубокую скважину воду, и от ее взаимодействия с металлами (напримерMg) извлекать водород и тепло.

Изменяющиеся по сезонам года интенсивность солнечной радиации итемпература земной поверхности вызывают годовые колебания температуры верхних слоев земной коры. На глубине 20-25 м залегает нейтральный слой, а его температура, как правило, на 1-1,5 °C превышает среднегодовую температуру воздуха в конкретном районе.

Теплопроводность пород зависит в основном от их состава, плотности и типа тектонической структуры.Вследствие разнообразия геологического строения различных районов геотемпературное поле изменяется весьма неоднородно. Например, вмощной толще молодых кайнозойско-мезозойских отложений СеверногоКавказа глубина залегания изотермы 100°С (температура, удовлетворяющая требованиям теплоснабжения) в Грозном, Махачкале и других районах составляет около 2 км, даже нефть из глубоких скважин добываетсяс температурой более 100 °С. В условиях Санкт-Петербурга температура100 °С в гранито-гнейсах гарантируется лишь на глубине 3,5 км. B вулканических районах Японии граниты с температурой более 200°С залегают на глубине 2 км (район Огачи), а на некоторых участках даже на меньшихглубинах температура достигает 250°С. Еще более высокие температурыожидаются вблизи очагов вулканов. На склоне вулкана Авача, недалеко отПетропавловска-Камчатского на глубине 4 км температура будет не менее400°С.

Геотермальные ресурсы

При освоении тепла Земли добывается энергия, полученная от извлеченных на земную поверхность природных или техногенных теплоносителей. Это добытый из скважины природный пар (до 250-350 °С), термальные воды (45-150 °С), горячие рассолы (до 200-300 °С), нефтегазовыесмеси. Техногенные теплоносители – это нагнетаемые с поверхности водаили жидкости с низкой температурой кипения (углекислота, фреоны идр.), нагретые при фильтрационном теплообмене твердыми горячимипородами.

Под геотермальными ресурсами понимается часть теплосодержаниятвердой, жидкой и газообразной фаз земной коры, которую экономическицелесообразно извлечь из недр для использования.

Сотрудниками СПГГИ (ТУ) и ФГУП «Недра» предложено геотермальные ресурсы подразделить на две группы.

A. Геотермальные ресурсы естественных коллекторов – гидрогеотермальные. Они промышленно эксплуатируются фонтанными (Исландия,Венгрия, Россия, Китай и др.) и циркуляционными системами (Франция,США, Германия, Дания, Украина, Польша, Швейцария и др.).

Б. Геотермальные ресурсы слабопроницаемых горных пород.Технология их извлечения находится на экспериментальном уровне, созданы только опытные циркуляционные системы с искусственными коллекторами (Фэнтон Хилл – США, Корнуэлл – Англия, Тырныауз – Россия, Хиджиори – Япония, Баден-Вюртемберг – Германия, Солтс – Франция).

Их общий потенциал определяется как теплосодержание толщи литосферы на предельную глубину бурения.Геотермальные ресурсы мира оцениваются в 137 трлн. тонн условноготоплива (т у.т.), что в 10 раз превышает суммарные топливные ресурсыЗемли.

На территории России они на доступных глубинах (до 6 км) в 4-6раз превышают ресурсы углеводородов и по оценке СПГГИ (ТУ) составляют для нужд теплоснабжения – 57 трлн. т у.т., в том числе для отопления – 31 трлн. т у.т. Геотермальными ресурсами теплоснабжения охваченапочти вся территория России, прогнозные технически доступные ресурсыобеспечивают нужды горячего водоснабжения на 95 % территории, отопления – на 69 %, а экономически целесообразные – соответственно на88 и 55%

К сожалению, добыча геотермальной энергии эффективна только натерритории ее использования, но зато добытые геотермальные ресурсымогут обеспечить потребителя теплом и электроэнергией в трудно доступных, удаленных и неосвоенных районах.

Строительство станций геотермального теплоснабжения (СГТ) стимулирует освоение геотермальных ресурсов и обеспечивает полную автоматизацию и безопасность добычи геотермальной энергии.

Опыт показал, что добыча и использование теплоты недр на действующих зарубежных и отечественных предприятиях в благоприятных геотермических условиях экономически высоко эффективны.

Использование СГТ обеспечивает возможность отопления, индивидуального теплоснабжения жилых, производственных зданий и сооружений.

Циркуляционная технология обеспечивает замкнутый цикл оборота геотермального теплоносителя и не допускает сбросов в окружающуюсреду.

Созданная СПГГИ (ТУ) карта прогнозных, технически доступных ресурсовгеотермального теплоснабжения, отражает геолого-геотермические условия экономических районов территории позволяет оценивать реальнуюсырьевую базу геотермального источника энергии.

Источник