Промышленные воды

Промышленными называются воды, содержащие полезные ком­поненты (бром, йод, бор и др.) в количествах, обеспечивающих их рентабельную добычу и переработку с использованием совре­менных технологий в качестве сырья для химической промыш­ленности. Кроме указанных элементов, из подземных вод извле­кают литий, рубидий, цезий, калий, магний, поваренную соль, сульфат натрия, радий, стронций, гелий и др. В России подземные воды используются как гидроминеральное сырье на йод (100%) и бром (60—70%) общего производства.

Определение промышленных вод подчеркивает, во-первых, необходимость специальной оценки и обоснования минимальных концентраций полезных компонентов, позволяющих квалифици­ровать те или иные воды как промышленное сырье для каждого конкретного района или участка, в связи с чем устанавливаются разные абсолютные величины этих показателей для районов с различными геолого-гидрогеологическими и экономико-географи­ческими условиями; во-вторых, необходимость пересмотра этих показателей в зависимости от уровня развития технических средств, технологии производства, спроса на данный вид минерального сырья и т.д.

Ориентировочные требования к промышленным водам, осно­ванные на анализе закономерностей их распространения, условий залегания и технико-экономической оценки возможностей их эксплуатации в различных районах, приведены в табл. 15.3 и 15.4 (Бондаренко, Куликов, 1984).

Важность экономического аспекта использования минераль­ных вод в качестве сырьевой базы обусловлена рядом обстоя­тельств. Даже при высоком содержании полезных компонентов добыча и использование сырья может оказаться экономически нецелесообразной из-за большой глубины залегания, сложностей очистки и утилизации отходов производства, удаленности от потребителя, отсутствия транспортно-подъездных путей и др.

Таблица 15.3

Таблица 15.4

Минимально допустимые концентрации ценных компонентов в промышленных водах (Методические рекомендации..., 1977)

Ориентировочные требования к промышленным йодобромным водам ряда районов России (Бондаренко, Куликов, 1984)

В то же время подземные воды как сырьевая база имеют ряд преимуществ. В связи с широким региональным распространени­ем они характеризуются большими запасами и содержат, как пра­вило, не один, а несколько полезных компонентов. Кроме того, в ряде случаев извлекаемые промышленные воды могут попутно использоваться в бальнеологических целях или для теплоснабжения. По запасам редких металлов промышленные воды превосходят твердое рудное сырье. Добыча промышленных вод из скважин с помощью откачки или при самоизливе значительно дешевле гор­ных работ и одновременно является средством транспортировки их на поверхность. Дополнительное обогащение гидроминераль­ного сырья может также осуществляться путем испарительного концентрирования.

Подземные промышленные воды в основном относятся к груп­пе высокоминерализованных вод и рассолов. Л.С. Балашов выде­ляет три генетических вида подземных вод, которые по концентра­ции полезных компонентов и величине эксплуатационных запасов могут рассматриваться как перспективные на гидроминеральное сырье: I) пластовые хлоридные рассолы артезианских бассейнов;

2. углекислые воды альпийской зоны горно-складчатых областей;

3. термальные хлоридные воды областей современного вулканизма. Пластовые промышленные воды первого типа распространены наиболее широко и являются основным источником гидромине­рального сырья на бром, йод и бор. В водах второго и особенно третьего типов могут присутствовать литий, рубидий, цезий, бор, германий, фтор, кремний, мышьяк и др. Концентрации йода, брома и стронция в них невелики и промышленной ценности, как правило, не представляют.

Н.А. Плотниковым предложена схема районирования террито­рии распространения промышленных вод в крупных платфор­менных структурах (провинции Русской и Сибирской платформ, Западно-Сибирской, Скифской и Туранской плит и Прикаспий­ской геосинеклизы) и горно-складчатых областях (провинции гид­рогеологических областей: герцинской, мезозойской и альпийской складчатости). В пределах каждой из провинций выделены конкрет­ные районы (бассейны) развития определенных типов промыш­ленных вод.

В провинциях древних докембрийских платформ (Русская, Сибирская) и эпипалеозойских плит (Западно-Сибирская) сосре­доточены основные запасы промышленных вод. В провинциях горно-складчатых областей они развиты ограниченно, главным образом в межгорных впадинах и предгорных прогибах, а также в районах крупных региональных разломов, в частности в рифто- вых зонах и в областях современного вулканизма.

На Русской платформе основные запасы промышленных вод сосредоточены в карбонатных и терригенных отложениях Волго­Камского артезианского бассейна. Значительно меньше промыш­ленных вод в глубоких частях тектонических впадин и прогибов в Московском бассейне, в Прикаспийской впадине (солевой и под- солевой комплексы пермских и каменноугольных отложений). В пределах Западно-Сибирской плиты в юрских и меловых отло­жениях развиты главным образом йодные воды. При концентраци­ях брома всего до 0,15, йода в среднем 0,03 и бора 0,01—0,15 г/дм³ тем не менее ряд районов считается экономически перспектив­ными для добычи промышленных вод благодаря значительной водообильности отложений. Высококонцентрированные хлорид- ные кальциевые рассолы карбонатных соленосных отложений кембрийского возраста Ангаро-Ленского бассейна содержат калия до 40, стронция до 6,0, брома до 9,0 г/дм³. Установлено наличие промышленных вод в Тунгусском, Хатангском и Якутском арте­зианских бассейнах.

В соответствии с приведенным выше понятием “месторождение подземных вод” (см. гл. 14) с учетом специфики вод рассматри­ваемого типа месторождением подземных промышленных вод называ­ется продуктивный балансово-гидродинамический элемент поземной гидросферы, в пределах которого возможно получение подземных вод с содержанием полезного компонента (компонентов) выше мини­мальной для данного района промышленной концентрации. Напом­ним, что минимальные концентрации устанавливаются особо для каждого района в зависимости от технико-экономической рента­бельности добычи подземных вод при данной глубине залегания и водообильности продуктивного пласта, возможностей утилиза­ции отработанных вод, наличия или отсутствия “мешающих” компонентов и др. Последнее является одной из специфических особенностей оценки химического состава промышленных вод.

Некоторые “контртехнологические” вещества в составе под­земных вод снижают эффективность извлечения полезных ком­понентов по той или иной технологической схеме. Например, при использовании угольного метода при извлечении йода или при отгонке брома и йода с водяным паром количество концентри­рованной серной кислоты, используемой для подкисления, в за­висимости от исходного содержания HCOj может меняться от 6,0 до 100 кг на 1 кг йода. При этом если в воде присутствуют боль­шие количества кальция, бария, магния, они выпадают в осадок в виде сульфатов, засоряя уголь. То же действие оказывает избыток нафтеновых кислот. При использовании хлора в качестве окисли­теля имеет значение исходное содержание аммоний-иона и орга­нических веществ, характеризующихся высокой галоидопоглощае- мостью и увеличивающих расход окислителя до начала выделения брома и йода в свободном состоянии.

Эксплуатационные запасы промышленных вод рассчитывают­ся согласно действующим инструкциям с оценкой общего объема промышленных вод и массового содержания извлекаемых из ни! компонентов, которое может быть получено на месторождении за расчетный период эксплуатации. Это количество с технико-эко­номических позиций должно оправдать строительство и эксплуа­тацию предприятия, перерабатывающего сырье, и обеспечить рентабельный режим его работы. В связи с необходимостью обес­печения стабильной производительности эксплуатационные запа­сы промышленных вод, выражающиеся в суммарном дебите во­дозабора, могут выражаться одной постоянной величиной (при неизменной концентрации полезных компонентов) или рядом изменяющихся во времени значений при прогнозируемых изме­нениях концентрации в процессе эксплуатации. Требования к до­стоверности оценки запасов промышленных вод по сравнению с таковыми для вод хозяйственно-питьевого назначения являются значительно более жесткими в связи с дороговизной и сложнос­тью проведения дополнительных (ревизионных) исследований глубоких вод.

В настоящее время региональная оценка прогнозных эксплуа­тационных запасов подземных промышленных йодобромных вод с составлением соответствующих карт выполнена в России для всех районов их распространения.