При этом следует иметь в виду, что доля стоимости добычи (расход энергии) в общих затратах добыча – производство для разных металлов существенно различна (табл. 16).

Таблица 16

Расход энергии (10⁹ Дж/т) при добыче и производстве металлов

Постоянно происходит улучшение техники традиционных способов добычи. Возможность замораживания грунта, использование современных бурильных станков позволяет перейти к сверхглубокому бурению – 7 км и более. Улучшение техники проходки, разработка новых конструкций крепёжной техники, новейшее вентиляционное и откатное оборудование, проходческие машины новой конструкции (позволяющие разрабатывать тонкие и крутопадающие пласты и жилы) – позволили достичь новых рубежей в строительстве рудников и шахт.

Расширению запасов сырья способствуют мероприятия по уменьшению потерь в цикле добыча–обогащение–производство. В табл. 17 приведены примеры величины этих потерь в технологии некоторых металлов.

Таблица 17

Потери металлов (% от количества в месторождении) в цикле

Добыча–обогащение–производство (данные 1980 г.)

Одним из способов расширения запасов (особенно малых и рассеянных) металлов является их попутное извлечение, целесообразность которого определяется в основном экономическими факторами. Так, резкое увеличение в конце 70-х годов ХХ века цен на кобальт сделало его из традиционного побочного продукта производства меди (ПП) продуктом совместного производства (СПП). В конце 70-х г. в США в виде ПП произведено 100 % таких элементов, как As, Bi, Cd, Co, Ga, Ge, Hf, In, Ra, Re, Se, Te, а также 95 % Sc; 94 % Sb; 64 % Ag; 38 % Au; 31 % Mo.

В середине 1979 г. стоимость ПП в процентах от издержек производства меди составила в

Австралии – 94 %

Канаде (Cu – Zn) – 108 %

Канаде (меднопорфировые руды) – 32 %

Папуа Новой Гвинее – 67 %

Заире – 64 %

США – 24 %

Чили – 13 %

Моря и океаны являются одним из основных резервов минерального сырья человечества. Океан занимает 71 % поверхности Земли, объём его водных масс          в 18 раз превышает расположенный выше уровня моря объём материков. В океане встречаются все известные на Земле минералы: растворённые в воде, в виде взвеси, в составе донных отложений. Особенность состоит в том, что многие минеральные запасы непрерывно пополняются. По оценкам в результате эрозии земной поверхности в океаны ежегодно попадает 3,3 млрд т твёрдого вещества и около          4 млн т в год веществ космогенного происхождения. Каждый литр морской воды содержит в среднем 35 г растворённых минеральных веществ. При этом общий объём океанов Земли равен 1,336·10⁹ км³. Соли, растворённые в океане, в случае их выделения, покрыли бы всю земную сушу слоем толщиной около 200 м. На душу населения Земли приходится по 1,2 кг золота, растворённого в океане, а также 4 млн т натрия. Доказано, что нефти в морских месторождениях (шельф, открытое море) больше, чем на суше.

Сведения о содержании в океане некоторых элементов представлены в табл. 18.

Таблица 18

Содержание элементов в морской воде

Окончание табл. 18

Достоинством морской воды как источника минеральных ресурсов является её примерно постоянный состав и исходное состояние в виде раствора, что позволяет применять одинаковые технологические приёмы в разных районах мира. С другой стороны, значительные общие количества, но низкая концентрация некоторых элементов требуют для их выделения транспортировки через выделяющее устройство большого количества воды, что связано с значительными материальными затратами и, естественно сказывается на себестоимости производства. Именно по этой причине провалилась попытка немецких учёных наладить производство золота из морской воды, которое было необходимо Германии для уплаты репараций после Первой мировой войны. В этом смысле удобной является ситуация, когда морскую воду приходится перекачивать для решения других задач, а извлечение из неё металлов производится попутно. Подобная ситуация складывается при подаче охлаждающей морской воды на ядерные станции Японии, которые расположены на побережье.

Уже в конце ХХ в. из морской воды добывали NaCl, Mg (в США – 100 %),          Br (90 % мирового производства), сульфаты, соли Сa, соединения Mg. Проводятся успешные опыты сорбции на специально синтезированных смолах U, Au и др.

Известны случаи избирательного накопления морскими животными и растениями некоторых элементов. Так, ванадий концентрируется в крови аспидий (ядовитых морских змей), йод в водорослях. Некоторые виды водорослей поглощают уран.

Установлено, что дно морей и океанов располагает огромными ресурсами полезных ископаемых: гидротермальные сульфидные минералы на поверхности и в толще океанической коры, железомарганцевые конкреции, металлоносные осадки дна открытого океана, прибрежные морские россыпи.

В рифтовых зонах океана (вытянутых на сотни километров узких провалах дна) обнаружены высокотемпературные рудоносные растворы, которые при выходе на поверхность дна формируют сульфидные залежи. Средняя глубина океанических рифтов составляет 2700–2900 м. В рифтовых зонах происходит подъем к поверхности расплавленного вещества мантии. Нагретая вода выщелачивает рудные элементы из базальтов. При подъёме к поверхности рифта горячая рудоносная вода смешивается с холодной океанической, при этом многие элементы выпадают в осадок. Частицы осадка подводными течениями могут разноситься на значительные расстояния. Среди отложений преобладают пирит (FeS₂), пирротин (Fe_1-xS), сфалерит (ZnS), халькопирит (CuFeS₂). В них нередко достаточно высоко содержание Hg, Ni, Sn, W, U, V, Ag, Au, Tl, Cd. В скоплениях концентрации Fe до 30 %; Zn 0,2–50 %;    Cu – 0,2 – 20 %. Запасы металлов в таких гидротермальных полях оцениваются мил-лионами тонн. Время формирования сульфидных осадкообразований от нескольких десятков до сотен лет.

Рудные месторождения морского дна повторяют месторождения прибрежных районов или связаны с деятельностью подводных вулканов.

Глубоководные Fe–Mn конкреции впервые были обнаружены во время экспедиции на «Челленджере» (Великобритания) в 1873 – 1876 гг. Они представляют собой стяжения – минеральные образования почти шарообразной формы, состоящие в основном из  гидроксидов железа и марганца, на дне океанов, морей, озёр. Размер их от 0,01 мм до десятков сантиметров. В удалённых от материков океанах конкреции покрывают огромные участки дна. Так, в некоторых частях Индийского океана их от 4 до 10 тыс. т на 1 км².

Обычно конкреция содержит ядро – какое-либо инородное тело (часто – обломки вулканических пород, иногда зубы акулы и т.п.). Основные минералы конкреций: Mn (среднее содержание 27,5 %), Ni (1,26 %), Cu (1,03 %), Со (0,25 %), имеются также Mo, Zn, Pb, редкоземельные элементы. Потенциальные запасы металлов на некоторых площадях в экваториальной зоне Тихого океана оцениваются: Mn в     6000 млн т; Ni – 300 млн т, Cu – 250 млн т; Со – 100 млн т.

Скорость накопления массы конкреций на дне Мирового океана превышает темпы потребления входящих в них металлов промышленностью.

Наиболее важным условием подводного накопления материала конкреций является высокая степень окисления присутствующих в воде ионов (Mn²⁺ до Mn⁴⁺ с образованием MnО₂).

Металлоносные осадки – обогащённые Fe, Mn и некоторыми другими элементами донные отложения. Элементы в них поступают из различных источников: терригенных (обломочные), биогенных и гидротермальных (как и в другие виды отложений). Терригенные компоненты часто заносятся речными стоками. Биологический процесс связан с созданием в биогенных осадках восстановительной среды, что способствует осаждению таких металлов, как Mo, U и др. Кроме того, образование таких осадков может происходить за счёт отмирания аккумулирующего металлы планктона. Только во впадине Красного моря   Атлантис–II запасы металлов оцениваются: Zn около 2,5 млн т, Cu – 600 тыс. т, Ag – 9 тыс. т.

Выветривание горных пород освобождает механически и химически устойчивые минеральные частицы, мелкие фракции которых водяными потоками выносятся к устью рек. Тяжёлые, устойчивые частицы образуют россыпи, содержащие самородное золото, платину, касситерит SnO₂, вольфрамит (Fe, Mn)WO₄, шеелит CaWO₄, киноварь HgS, ильменит FeTiO₃, колумбит (Fe, Mn)Nb₂O₆, танталит (Fe, Mn)Ta₂O₆, монацит CePO₄, циркон ZnSiO₄.

В настоящее время активно разрабатываются способы добычи и переработки руд донных месторождений.

В ХХ веке каждые 10–15 лет происходило удвоение добычи руд металлов, нефти, газа и угля. Фонд месторождений полезных ископаемых, находящихся вблизи поверхности и в сравнительно доступных местах, практически исчерпан. Тем важнее использовать все резервы расширения запасов, описанные выше.

Общие тенденции развития минерально-сырьевой базы мира, сложившейся в последней четверти XX столетия, характеризуются следующими особенностями (по данным: Мосинец В. Н., Грязнов М. В. «Уранодобывающая промышленность и окружающая среда». Энергоатомиздат, 1983. 121 с.).

Горнодобывающая промышленность является важнейшим национальным богатством промышленно-развитых стран. Удовлетворяя постоянно растущие потребности в природном сырье, горнодобывающая промышленность обеспечивает функционирование всех последующих стадий промышленного производства. Поэтому для горнодобывающей промышленности характерны чрезвычайно высокие темпы роста объёмов производства (в 2–3 раза превышающие темпы роста народонаселения).

Мировое производство продукции горнодобывающей промышленности практически сосредоточено в 20 странах. Основная добыча полезных ископаемых во второй половине ХХ века была сосредоточена в двух странах – СССР и США, на долю которых приходится соответственно 27–28 и 22–24 % всего мирового производства. После образования СНГ из-за порой катастрофического снижения объёма производства многих (в том числе – и редких) металлов роль стран СНГ в общем мировом объёме добычи упала. Однако мировые тенденции развития добывающей промышленности практически сохранились.

Развитие минерально-сырьевой базы промышленно развитых стран характеризуется следующими тенденциями:

- открытием ряда крупных месторождений, но с более бедными рудами. Если в 1955 г. среднее содержание меди в рудах мира составляло около 1,3 – 1,5 %, то в  1980 г. с учётом открытых месторождений оно упало до 0,5 – 0,6 %, но в то же время      в 3–5 раз выросли общие запасы руд и металлов. Такие же тенденции к увеличению запасов в 2–3 раза при падении содержания металлов в рудах в 1,5–2,0 раза характерны для месторождений алюминия, золота, ртути, сурьмы и др., в том числе и радиоактивных руд;

- резким ростом запасов сырья в крупных уникальных месторождениях, создаю-щих возможности для высокой концентрации горного производства. Достаточно сказать, что если в начале 50-х гг. мировые запасы меди были сосредоточены в 115 месторождениях, то в 80-е гг. такие же запасы находятся лишь в 12 крупнейших месторождениях мира. Концентрация добычи на крупнейших месторождениях мира характерна для радиоактивных руд и руд редких металлов:

- усложнением горно-технических, горно-геологических и гидрогеологических условий разработки месторождений, особенно предназначенных для подземных горных работ, кроме месторождений железа и алюминия;

- вовлечением в разработку всё более многокомпонентных руд, требующих селективного извлечения как на стадиях добычи, транспортировки и обогащения, так и на стадиях последующей переработки;

- появлением месторождений полезных ископаемых в нетрадиционных вмещаю-щих породах под глубоко погребенными платформами, открытием уникальных по своим масштабам гидрогенных месторождений руд цветных, редких и радиоактивных металлов;

- открытием месторождений в удалённых районах, создающих большие тех-нические трудности в их освоении при значительном разрыве во времени между окончанием разведки и строительством горнодобывающих предприятий, обусловливаемом необходимостью больших капитальных вложений.

В этих условиях серьёзные задачи встают в области совершенствования процессов добычи полезных ископаемых:

- дальнейшее расширение и развитие способа открытых горных работ на дейст-вующих и вновь открываемых месторождениях, становление и развитие морского горного дела;

- комплексное использование минерального сырья с утилизацией всех попутно добываемых пустых пород, шахтных вод, газов и др.;

- комплексная переработка минерального сырья с созданием малоотходных тех-нологических процессов при полном использовании отходов, что позволит на      20 – 25 % увеличить валовую стоимость получаемой горной продукции;

- оптимизация структуры капитальных вложений с созданием межотраслевых и территориальных балансов минерального сырья, ограничение капитальных вложений в строительство новых предприятий по добыче сырья, которое может быть получено попутно при реконструкции существующих рудников, разработка экономического механизма управления эффективностью капитальных вложений;

- концентрация горных работ, комплексная механизация и автоматизация про-изводства, высокая организация труда, ориентированного на повышение эффективности конечных народно-хозяйственных показателей на основе селективной выемки полезных ископаемых;

- периодическое переутверждение промышленных кондиций на различные виды полезных ископаемых, учитывающее общие тенденции к сокращению ресурсов и вовлечению в разработку всё более бедных месторождений;

- разработка принципиально новых способов получения полезных ископаемых – подземного выщелачивания, кучного выщелачивания, подземной выплавки, скважинной гидродобычи и др. (убедительной иллюстрацией успехов этого направления является, например, то, что в США из отвалов забалансовых медных руд уже сейчас получают до 33 % общего производства меди);

- постоянная рекультивация земель, нарушенных открытыми и подземными гор-ными работами, с передачей их в народное хозяйство;

- использование пустых вскрышных пород для производства щебня, гравия, полу-чение дополнительных продуктов из шлаков, использование шахтных вод.

Отмеченные качественные особенности развития добычи топлива, чёрных, цветных и редких металлов характерны и для развития сырьевой базы ядерной энергетики. Для производства и потребления минерально-сырьевых ресурсов сегодня характерны и принципиально новые количественные тенденции.

Экологические ограничения добычи минеральных ресурсов могут возникнуть значительно быстрее, чем предполагается, в связи с высокими темпами извлечения и транспортировки веществ земной коры. При извлечении до 2000 г. из недр Земли   905–910 млрд т полезных ископаемых и 950 млрд м³ пустых пород в сочетании с  500 млрд т полезных ископаемых и 560 млрд м³ пустых пород, извлечённых из недр Земли ранее, смогут создаться достаточно сложные условия эксплуатации недр в связи с отторжением значительных площадей земли, распространением геохимических аномалий при влиянии отвалов на почву, воду, атмосферу, нарушением естественных геохимических равновесий. Внедрение экологических ограничений как постоянного, так и временного характера, во всяком случае, в региональных масштабах отдельных районов земного шара (главным образом северного полушария) представляется наиболее вероятным уже в ближайшее время. Это потребует существенных изменений в технике и технологии при создании малоотходной добычи полезных ископаемых.

Необходимость введения экономических ограничений на добычу минеральных ресурсов определяется как следствие решения задачи «затраты – эффект»: по мере сокращения запасов и снижения качества добываемого сырья его извлечение может стать экономически нерентабельным. Однако повышение цен на отдельные виды минерального сырья стимулирует вовлечение в производство всё более бедных месторождений или месторождений, залегающих в неблагоприятных горно-технических и горно-геологических условиях, разработка которых ранее была нерентабельна. Тем самым значительно увеличиваются ресурсы этих полезных ископаемых и отодвигается на более поздние периоды необходимость введения экономических ограничений добычи сырья. Подобное положение наблюдалось в конце ХХ в. в области добычи и производства урана, когда за сравнительно короткий промежуток времени цены на уран возросли в несколько раз, что позволило шире вовлекать в производство более бедные руды.

При сохранении основных общемировых тенденций, российская сырьевая база характеризуется целым рядом особенностей. Россия остаётся богатой страной, так как её природно-ресурсный потенциал примерно в 2 раза превосходит США, в         5–6 раз Германию, в 18–20 раз Японию. В Литературной газете (№ 21 2003 г.) приводятся следующие данные: в настоящее время население России составляет     2,5 % от мирового, она занимает 11 % территории Земли, при этом обладает примерно 30 % мировых запасов полезных ископаемых. «Независимая газета» (13.01.99) приводит следующие данные: разведанные запасы полезных ископаемых России оцениваются в 30 трлн долларов, в то время как запасы США составляют       8 трлн долларов,         Китая – 6,5, Японии – 0,1, всей Европы (без России) – 0,5 трлн долларов.

Какова же структура минерального богатства России? Она представлена в       табл. 19.

Таблица 19