Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
1.1. Целесообразность исследования природных рассолов
Подземные воды, наряду с поверхностными, являются основой водного фонда России и служат, главным образом, для питьевых целей. Естественные ресурсы подземных вод (сумма всех приходных элементов водного баланса водоносных горизонтов) составляют примерно 790 000 млн. м3/год. Потенциальные эксплуатационные ресурсы оцениваются к настоящему времени в объеме свыше 316 000 млн. м3/год.
Наиболее разведаны прогнозные ресурсы в Калининградской области - 87,9%, наименее - от 2,5 до 4,8% - на севере и северо-западе России, а также в Сибирском и Дальневосточном регионах. В центральных районах европейской части России степень разведанности изменяется от 16,4% (Уральский экономический район) до 37,1% (Центральный экономический район). Наибольшая степень использования прогнозных ресурсов в Центральном экономическом районе - 14,4%, наименьшая - в Северном, Сибирском и Дальневосточном регионах - 0,5-1,9%. В целом по стране степень освоения запасов подземных вод не превышает 20 %.
В последнее время все более актуальной становится проблема защиты окружающей среды от вредного воздействия жидких отходов разработки месторождений, которыми являются подземные воды. В сущности, подземные воды - богатейший источник различного рода минеральных соединений, имеющих как промышленное, так и бальнеологическое значение.
Промышленными водами называются природные воды с концентрацией отдельных компонентов, обеспечивающей экономически выгодную добычу и переработку. Кондиционными считаются воды, содержание элементов в которых превышает (в мг/дм3): брома - 200, йода - 10, бора - 100, лития - 10, рубидия - 3, цезия - 0,5, калия - 1000, стронция - 300 [2]. Рентабельность эксплуатации промышленных вод зависит также от производительности скважин, возможности утилизации отработанных вод и других условий.
Солёные воды и рассолы давно используются для получения поваренной соли. Об этом упоминал ещё древнегреческий историк Геродот. На Руси в XIII веке для снабжения солеварен рассолом практиковалось «верчение» скважин и обсадка их деревянными трубами. Добыча поваренной соли из подземных рассолов в больших масштабах производилась также в Сибири, Германии, Китае, на Ближнем Востоке. В Италии вот уже 150 лет из вод горячих источников (парогидротерм) извлекают борную кислоту [3].
Промышленные воды называют «жидкой рудой». Это новый вид нетрадиционного и комплексного минерального сырья, промышленное значение которого в полной мере пока трудно оценить. Со временем переработка «жидких руд», вероятно, примет массовый характер. «Рассолы, - сказал академик А.В.Сидоренко, - станут такими же источниками полезных ископаемых, как и твёрдые минеральные конкреции» [4].
Актуальная задача современности - расширение границ использования минеральных ресурсов как путем повышения полноты и комплексности их извлечения из недр, так и за счет освоения нетрадиционных видов полезных ископаемых, к которым можно отнести и воду. На целесообразность переработки гидроминерального сырья указывают примеры эффективной добычи из него во многих странах поваренной соли, йода, брома, калия. В настоящее время из подземных рассолов, возможно добывать серу, соду, медь, цинк, некоторые урановые соли, значительную часть лития, борной кислоты и глауберовой соли, иногда извлекаются магний, вольфрам, уран, радий. В США из рассолов добывают бром и литий, в Чехии - фтористый кальций, глауберову соль, в Японии литий, германий и мышьяк.
Особенно велико значение "жидких руд" для получения редких металлов (лития, рубидия, цезия и др.), масштабы использования которых во многом определяют темпы развития ряда производств и, в целом, научно-технического прогресса. Однако поликомпонентный состав водных растворов используется ещё далеко не полностью. Потребность общества и промышленная ценность редких металлов предопределяют развитие исследований, направленных на изучение и освоение гидроминерального сырья: совершенствование методов поисков, разведки и оценки эксплуатационных запасов гидроминерального сырья; изучение и оценку ресурсного потенциала подземных вод; разработку технологических схем извлечения из подземных вод промышленно-ценных компонентов; создание и внедрение малоотходной технологии переработки подземных вод, обеспечивающей охрану окружающей среды.
В настоящее время рассолы, вскрывающиеся при разработке различных месторождений полезных ископаемых Восточной Сибири, являются жидкими отходами и не перерабатываются. Теоретическую и практическую целесообразность переработки рассолов отражают результаты исследований ведущих специалистов - А.А.Дзюба, П.И.Трофимука, Е.В.Пинеккера, Б.И.Писарского, Г.М.Шпейзера, Н.П.Коцупало, А.С.Анциферова. Высокое содержание промышленно-ценных компонентов в рассолах предопределяет экономическую эффективность их переработки при условии применения комплексных технологических схем. Из рассолов можно получить большой перечень товарной продукции, к тому же это сырьё имеет ряд преимуществ перед месторождениями твёрдых полезных ископаемых. Однако, одним из основных факторов, сдерживающих широкое промышленное внедрение комплексной переработки гидроминерального сырья, является отсутствие высокоэффективных конкурентоспособных технологий извлечения промышленно-ценных компонентов. Так существующие технологии позволяют извлекать лишь незначительное количество ценных компонентов, а большая часть ценного сырья при их реализации теряется.
Существует много методов переработки подземных вод (выпаривание, ионный обмен и т.д.). Целесообразность применения того или иного метода определяется рядом факторов: содержанием основных компонентов, обогащающих рассол, требованиями к продуктам, допустимой энергоёмкостью [5, 6].
Одно из основных направлений решения проблемы эффективной переработки рассолов - теоретическое обоснование возможности селективного извлечения максимального числа компонентов и внедрения в производство комплексных технологических схем. В настоящее время проработаны вопросы извлечения ценных компонентов из разбавленных растворов. Теоретические аспекты селективного выделения компонентов из концентрированных поликомпонентных растворов недостаточно изучены.
Необходимо по возможности также максимально использовать природно-климатические ресурсы территории залегания рассолов. Так для использования рассолов Восточной Сибири может оказаться весьма полезным резко-континентальный климат региона. Процесс вымораживания известен в основном для опреснения растворов. Применение его для разделения фаз высокоминерализованных систем, в частности, рассолов, не известно. Также недостаточно ясны основные механизмы, управляющие поведением водных систем при отрицательных температурах.