Ученые Санкт-Петербургского Горного университета разрабатывают принципиально новый способ переработки хвостов одного из предприятий Архангельской области, которое занимается обогащением алмазов. Они предлагают превращать шлам в глинопорошок, который в комбинации с водой и специальной минеральной добавкой в качестве реагента, даст суспензию – подходящую основу для создания буровых промывочных растворов. «Форпост» решил выяснить, насколько актуальны эти научные изыскания.
Из года в год Россия бьет рекорды по образованию промышленных отходов: в 2021 году отечественные предприятия сгенерировали 8,45 млрд тонн, что на 21,5% превышает показатель 2020 года и на 9% – 2019-го. В лидерах – горные и металлургические комбинаты, деятельность которых лежит в основе экономического развития любой страны, но в то же время оказывает негативное воздействие на окружающую среду, в том числе, за счет образования побочных продуктов.
Так, при добыче алмазов карьерным способом из кимберлитовых трубок на обогатительную фабрику поступает руда, состоящая из алмазоносной и, в основном, пустой породы. Она отправляется в дробильные установки и постепенно измельчается в несколько приемов. Далее сортируется по крупности: под действием гравитации и центробежных сил более тяжелые частицы, содержащие полезный компонент, оседают, а более легкие смываются водой.
Повтор таких циклов позволяет извлечь даже мельчайшие частицы драгоценных камней, но приводит к необходимости утилизировать огромные объемы отходов, структура которых различается в зависимости от горно-геологических условий в том или ином регионе планеты. В Архангельской области, из-за высокого содержания в почве сапонита, они представляют собой глинистый шлам, разбухший в процессе обогащения из-за неизбежного насыщения водой.
Частично он вовлекается во вторичный оборот. Например, используется для производства удобрений, строительных материалов, кормовых добавок для животных, а также в качестве лечебной грязи. Кроме того, его применяют в противофильтрационных экранах на полигонах токсичных отходов и завесах в плотинах малых ГЭС. Однако большую часть шлама приходится складировать в специальных хвостохранилищах – дорогостоящих искусственных сооружениях, представляющих потенциальную опасность как для человека, так и для экосистемы. Именно поэтому ученые во всем мире продолжают работать над инновациями, которые позволят снять остроту проблемы.
Уникальность разработки исследователей Горного в том, что полученный ими сапонитовый глинопорошок может стать аналогом бентонита, который традиционно используется для изготовления технических жидкостей. В частности, буровых растворов. Сравнивая свойства бентонита и сапонита, они ожидают, что по ряду показателей последний даже превзойдет существующую технологию.
«При контакте с водой сапонитовая глина дает суспензию, частицы которой хорошо удерживаются по всему объему, что обеспечивает равномерность и вязкость системы. Стабильность является важным свойством для буровых растворов, ведь оседание твердых частиц внутри скважины на бур может создать дополнительную нагрузку на оборудование и привести к его преждевременному износу. Частицы традиционно применяемого бентонита удерживаются в объеме раствора в результате добавления полимерных реагентов. Но для получения бурового раствора с применением сапонита потребуется меньшее количество полимеров, то есть в перспективе он не только позволит увеличить межремонтный период работы скважинного оборудования, но и сделает процесс бурения более экологически чистым», – поясняет аспирант кафедры химических технологий переработки энергоносителей, сотрудник Научного центра “Проблем переработки минеральных и техногенных ресурсов” Мария Торопчина.
Для каждой скважины ввиду различий геолого-технических условий бурения необходимо подбирать уникальные по своим свойствам жидкости. Поэтому ученые в ходе лабораторных экспериментов, направленных на улучшение качественных показателей сапонитовой суспензии с минеральной добавкой, ориентируются на характеристики раствора, который используется на реальном месторождении. Им уже удалось добиться очевидных успехов в сфере реологии, поэтому сейчас основные усилия направлены на совершенствование фильтрационных свойств эмульсии.
«Мы надеемся, что сапонитовый глинопорошок, который мы получим, можно будет использовать как структурообразующий агент для буровых жидкостей. На этапе лабораторных исследований сложно говорить о долгосрочных последствиях для улучшения эффективности бурения, однако мы уже разработали технологию получения суспензии и выяснили, какой обработке необходимо ее подвергнуть для достижения наилучших реологических и фильтрационных свойств», – уточняет Мария Торопчина
На следующем этапе исследований представителям Санкт-Петербургского горного университета предстоит организовать производство суспензии в полупромышленном масштабе. Далее настанет черед опытно-промышленных испытаний с применением жидкости на реальном месторождении, а затем – выход на получение из шлама продукта конечного потребления. Конечно, качество инновации и скорость ее внедрения в производство во многом будет зависеть от уровня интеграции университета с игроками рынка – горнодобывающими и нефтегазовыми предприятиями. Но учитывая, что в число партнеров Горного входят десятки флагманских горнорудных, химических и энергетических компаний, сомнений в способности его ученых капитализировать свои научные изыскания практически не возникает.
