Пляжи, разрабатываемые в настоящее время

В табл. 1 приводится перечень пляжевых побережий мира, в которых имеются минеральные залежи промышленного значения. Очевидно, что затопленные пляжи, содержащие подобные залежи, следует искать в морских зонах пляжей. Можно ожидать также, что по величине они значительно превосходят те пляжи, которые соответствуют современному уровню моря.

^* (Принятые сокращения: ТМ - тяжелые минералы (магнетит, ильменит, циркон, рутил, монацит); КП - кварцевые пески; Ф - фосфорит; Мт - магнетит; Ил - ильменит; А - алмазы; З - золото; Пт - платина; X - хромит; Мц - монацит.)

Алмазы морской зоны пляжей Юго-Западной Африки

В течение десятилетий ведется добыча алмазов из пляжевых песков вдоль Атлантического побережья Юго-Западной Африки. Геологи алмазодобывающих компаний зачастую дают оптимистические, но умозрительные заключения о наличии алмазов в галечниковых осадках морской зоны пляжа этой территории. Вследствие затопления морскими водами береговых осадков эти залежи становятся малопригодными для обычной наземной разработки, и поэтому казалось маловероятным, что их когда-либо начнут эксплуатировать, даже если в них будут обнаружены алмазы.

И все же одна инициативная группа исследователей заинтересовалась этой областью и начала поисковые работы в морской зоне пляжа на пески и галечники. Алмазы были найдены в аллювиальных осадках, представленных смесью песка и мелкого и крупного галечника, на глубине до 100 футов. В 1961 г. из пробы весом 4,5 т было извлечено 9 каратов алмазов стоимостью 450 американских долларов. Концессию на разработку алмазоносных залежей получила компания "Марин дайамонд корпорейшен". Территория концессии протягивается от устья реки Оранжевой до мыса Диац близ Людериц в Юго-Западной Африке. Она простирается на 3 мили в сторону моря от уровня малой воды.

Результаты поисковых работ в 1961 г. оказались столь многообещающими, что сразу же была начата разработка способов извлечения алмазов из морских галечников. Через год уже работала драга. Алмазоносные конгломераты поднимались с морского дна методом эрлифтового гидравлического драгирования. Эта система представляет собой трубопровод большого диаметра, в который нагнетается сжатый воздух. Устремляясь вверх, воздух увлекает за собой воду, в результате чего происходит уменьшение общей плотности столба жидкости внутри труб. Вследствие создавшегося разряжения придонные воды поднимаются по трубопроводу, захватывая алмазоносные галечники. Перемешивание донных осадков со струями нагнетаемой воды существенно повышает эффективность добычи.

На добывающей барже производится отделение обломков крупной фракции, а прошедший сквозь грохот материал подвергается дополнительному обогащению. Конечная стадия концентрирования заключается в применении процессов разделения в тяжелых средах и накапливании алмазов на ленте, покрытой жировой смесью. Однако до того как тяжелая жидкость с алмазами будет пропущена над улавливающей поверхностью, концентрат необходимо обработать каустической содой и рыбьим жиром. В конечном итоге алмазы, в отличие от других минералов, прилипают к покрытой жиром ленте. Принято считать, что этим методом производится вполне удовлетворительное извлечение алмазов. Однако отмечаются серьезные трудности в стремлении добиться высоких степеней очистки плотиковых, коренных пород, содержащих высокие концентрации алмазов. Основной недостаток применения гидравлического драгирования при разработке россыпных месторождений заключается в недостаточно полном извлечении полезных компонентов из коренных пород.

Плавучая алмазодобывающая и горнообогатительная фабрика является полностью автономным предприятием, которое может быть обеспечено всем необходимым для работы в открытом море в течение двух месяцев. Ее штат состоит из 60 человек. Производительность фабрики около 18 тыс. т алмазоносного материала в месяц (Collins, Keeble, 1962). Суточная выработка в конце 1962 г. составила 700 каратов алмазов ювелирного качества.

Пляжи близ Нома на Аляске

Более 60 лет ведется добыча золота на пляжах близ Нома на Аляске (Gibson, 1911). Ряд древних пляжей этой области, возраст которых соответствует интервалу от плиоцена до плейстоцена включительно (Hopkins et al., 1960), находятся на различных абсолютных отметках выше уровня моря. Осадки надводных пляжей представлены песком, состоящим из окрашенных окислами железа зерен кварца, магнетита и граната, а также конгломератами, сложенными преимущественно хорошо окатанными кварцевыми гальками, сцементированными местами карбонатом кальция. При современном уровне моря ширина полого наклоненного в сторону моря пляжа близ Нома составляет около 200 футов.

В начале 1961 г. компания "Шелл ойл" получила от властей штата Аляска разрешение на проведение исследовательских работ в море близ берегов Нома на площади 8 кв. миль. К югу от границы участка, выделенного для компании, глубина моря достигает 60 футов. В течение лета 1962 г. территория была исследована методами сейсмической и магнитной разведки. Данные зондирования указали на более крутое погружение коренных пород, чем предполагалось при составлении геологического профиля. В результате мощность тяжелых накоплений в открытом море намного превосходит ранее предполагавшуюся величину и достигает местами 300 футов. Магнитометрическими исследованиями были обнаружены аномалии, обусловленные наличием скоплений магнетита среди этих скрытых под морем отложений. Одновременно в береговых осадках магнетит был найден совместно с золотом, что и позволяет с определенной уверенностью вести поиски золотоносных залежей на исследуемом участке моря. Опробование залежей перенесено на будущее из-за кратковременности рабочего сезона в районе Нома. Пока намечено разбурить открытые залежи либо зимой с ледяного покрова, либо с плавучей буровой установки летом. Серьезные осложнения в проведении отбора проб возникают в связи с суровым климатом этой области и с той относительно большой глубиной, на которой располагаются золотоносные накопления под водой.

Помимо компании "Шелл ойл", властями штата Аляска было выдано частным лицам еще 27 лицензий на право ведения поисков в районе Нортон-Саун, в окрестностях Нома. Подобные разрешения легко выдаются каждому после уплаты взноса в 20 долл. Эти дополнительные лицензии, по-видимому, были приобретены для спекуляции, в случае если компания "Шелл ойл" найдет морские золотоносные залежи, пригодные для промышленной эксплуатации.

Затопленные русла юго-восточной Аляски

Ряд лицензий был получен на право ведения разведки и добычи золота в затопленных руслах юго-восточной Аляски. Например, компания "Вильямс гидравликс инкорпорейтед оф Окленд" (Калифорния) намерена начать изыскательские работы на золото в проливе Стивене к югу от Гранд-Айленд. Согласно лицензии, выделяется участок моря глубиной 520-900 футов и площадью 8 кв. миль. Здесь золото было обнаружено при изучении образцов осадков, исследовавшихся перед прокладкой телеграфных кабелей на Аляску. Обычно в этих отложениях содержатся столь мелкие зерна золота, что почти все методы, за исключением тех, где применяется растворение, не извлекают существенных количеств этого металла. Дж. С. Вильямс, президент компании, обладающей правом на такие работы, создал 5-тонный черпатель. Его особенность состоит в том, что при погружении на дно створки черпателя закрываются под напором воды. Однако до сих пор из затопленных русел еще не добыто сколько-нибудь ощутимых количеств золота. И все же разрешение на право поисковых работ, которое преобразуется в случае обнаружения промышленно ценных залежей в лицензию для их разработки, стоит всего-навсего 20 долл. Нигде в мире не найти более славного места для поисков золота, особенно летом, когда идет лосось. На Аляске известно немало весьма перспективных площадей, в которых могут быть найдены рентабельные для промышленной разработки залежи. К ним, прежде всего, относятся затопляемые приливом бассейны, в которые впадают реки, несущие золото. Приливные течения многих областей Аляски отличаются особой силой, которая сочетается с суровым климатом полярных районов. Поэтому залежи полезных ископаемых должны иметь высокие показатели, чтобы компенсировать все горнорудные затраты в подобных условиях. И если такие залежи будут найдены, их, очевидно, будут эксплуатировать; такова притягательная сила золота.

Добыча железистых песков близ берегов Японии

Магнетит является весьма распространенным компонентом пляжевых россыпных залежей. Однако в большинстве пляжевых осадков содержание этого минерала настолько мало, что их промышленная разработка нецелесообразна. И тем не менее в Японии, за пределами южного окончания острова Киушу, в течение многих лет производится добыча магнетита из пляжевых залежей. За последние годы начата также эксплуатация участков, находящихся в открытом море.

В заливе Ариаке "Йовата айрон энд стил компани" подготовила к добыче около 40 млн. т обогатимой железной руды из пляжевых песков, слагающих площадь в 31 кв. милю в пределах морской зоны пляжа. Залежи залива Ариаке характеризуются содержанием железа - 56%, окислов титана - 12% и фосфора - 0,26% (Anonymous, 1962). Окончательная разведка этих залежей будет завершена при помощи магнитометрических методов и разведочного колонкового бурения.

Разработка скрытых под водой песков проводилась различными методами, включая гидравлические системы, применение многоковшовых экскаваторов и драг с грейферными ковшами. Как показала практика, наиболее эффективными оказались методы эксплуатации с использованием драг с грейферными ковшами. Сильные водные течения, господствующие в заливе Ариаке, мешают контролировать положение эксплуатационного судна и создают дополнительные трудности в применении гидравлических либо черпательных методов, в которых используется ковшовая цепь, поскольку эффективность этих методов добычи зависит от постоянного контакта с морским дном. Однако в спокойных водах гидравлические и черпательные методы оказываются наиболее эффективными.

Для разработки залежей в заливе Ариаке был сконструирован, построен и передан в эксплуатацию опытный экскаватор с грейферным ковшом объемом 10,5 куб. ярдов. Его производительность составляет около 30 тыс. т в месяц, а стоимость 1 т концентрата железной руды - около 5 долл., причем в эту стоимость входят расходы по извлечению сырой руды и ее обогащению, которое производится на борту плавучей драги. Примерно 5% поднимаемого материала представляет собой железную руду, пригодную для обогащения.

Цементные пески

На некоторых побережьях встречаются ракушечные пески, образовавшиеся в результате механической эрозии раковин; пески эти поднимаются и используются как сырье для производства портландцемента или извести. Устричные раковины, добываемые "Айдел Симен компани" в заливе Сан-Франциско, направляются затем на цементные заводы. Известны также разработки устричных мелей в прибрежных водах штатов Луизиана и Вашингтон. В Мексиканском заливе "Этил дау кемикл компани" ведет разработку залежей раковин, из которых затем получают известь, применяемую для осаждения магнезии из морской воды. Наибольший интерес, вероятно, представляет эксплуатация морских накоплений раковин близ западного побережья Исландии.

В 1949 г. в результате систематических поисков известкового материала, пригодного для использования в качестве сырья для исландской цементной промышленности, была обнаружена залежь ракушечных песков, находившаяся в 10 милях от берега в заливе Факсафлоуи (рис. 3). Оконтуривание залежи производилось при помощи дночерпателя. Колонковые пробы отбирались для определения мощностей залежи, которые, как было установлено, меняются от 3 до 13 футов. Поднимаемый черпателями песок представляет собой смесь обломков раковин и базальтового туфа; содержание карбоната кальция составляет в нем около 80% (Cruickshank, 1962). К западу от границ залежи на небольшой глубине скалистого дна имеются богатые скопления моллюсков. В течение зимних месяцев волны Атлантики смывают, дробят и транспортируют раковины этих моллюсков на восток в залив Факсафлоуи. Постепенное погружение морского дна в заливе способствует накоплению здесь осадков, сносимых с относительного мелководья. Максимальная глубина залежи примерно 130 футов. При подходе к берегу приливные течения изменяют направление переноса на южное, в результате чего раковинный материал вновь уносится в море. Особенностью залежи является положительный баланс формирующего ее материала: раковинных обломков приносится значительно больше, чем их извлекается при эксплуатации, то есть, иными словами, эта самопополняющаяся залежь цементного сырья практически неистощима.

Рис. 3. Залежи раковин на дне залива Факсафлоуи (Исландия). Добываемое отсюда сырье используется для, производства портландцемента на заводе близ Акранеса.

Разработка этой залежи производится методом гидравлического отсоса грунта. Если материал залежи представлен несцементированными, пригодными для перекачивания по трубам осадками, то в этом случае нет необходимости применять измельчающие врубовые головки. Диаметр труб всасывающей линии 24 дюйма, а их длина 160 футов. В процессе добычи следует осуществлять гидравлический контроль, состоящий в том, чтобы поддерживать всасывающую головку на океанском дне, поднимая и опуская ее при движении судна через каждые 6 футов. Каждый час через эту систему перекачивается около 8 тыс. т воды, содержащей примерно 3-5% твердых осадков. Последние отделяются от воды и сгружаются в особые емкости на судне, производящем разработку. Грузоподъемность такого судна около 1000 т. При полной загрузке судно отправляется в порт, где производится перекачка песка на берег.

Пляжи Цейлона

Более 60 лет ведется разработка пляжей северо-восточного побережья Цейлона. Основные компоненты пляжевых песков этой области представлены ильменитом (75-80%), рутилом (6-10%), цирконом (6-7%) и магнетитом (2-3%). Источником песков являются метаморфические породы, широко развитые на всем пространстве от линии берега до внутренних районов острова. В процессе эрозии происходило освобождение минералов и их транспортировка на побережье. Эксплуатация пляжевых песков осуществляется сезонно. Во время штормов происходит естественное пополнение промышленно ценных минералов за счет перемыва их из осадков морской зоны пляжа (Cruickshank, 1962). Таким образом, по существу, ведется эффективная разработка затопленных площадей пляжей, хотя пространственно добыча ограничена фронтальной и тыловой зонами.

Характерной чертой морских пляжевых накоплений промышленно ценных минералов является их естественное пополнение после добычи. Заметим, что вообще при разработке морских минеральных залежей постоянная компенсация выработанных минералов является весьма распространенной особенностью.

Пляжи других побережий

Пляжи западного побережья Северной Америки почти повсеместно содержат магнетит, золото, платину и монацит, количество которых, однако, редко достигает промышленных кондиций. Тем не менее на некоторых из этих пляжей уже ведется промышленная разработка. Например, у Редондо-Бич (Калифорния) в 1927 и 1928 гг. было добыто 15 тыс. т ильменитового концентрата (Lydon, 1957). Содержание ильменита в пляжевых осадках составляет примерно 7%. На пляжах юго-западного побережья Орегона в настоящее время ведется извлечение хромита и других тяжелых металлов, включая золото и платину (Trumbull, 1958). На пляже Монтерея (Калифорния) производится разработка кремнеземистых песков, а на пляже Эль-Сегандо (Калифорния) добываются пески, используемые для пескоструйной очистки и как формовочное сырье. Пляжевые галечники между Карлсбадом и Энсинитасом (Калифорния) разрабатывались до 1948 г. Как сырье для шлифовальных камней и изготовления фильтров (Troxel, 1957).

На пляжах юго-западной Индии, Квинсленда и Нового Южного Уэльса (Австралия) и Южной Бразилии в течение многих лет ведется добыча ильменита, рутила, монацита и циркона (Beasley, 1948; Blaskett, Dunkin, 1948; Gillson, 1951; Tipper, 1914). В последние годы начата разработка залежей титановых минералов на песчаных пляжах восточной Флориды. Интересно отметить, что запасы залежи Таранаки юго-западного побережья острова Северный (Новая Зеландия) составляют несколько миллионов тонн тяжелых минералов с содержанием TiO₂ около 9% (Aubel, 1920).

В общем можно с уверенностью считать, что подобные залежи промышленно ценных минералов встречаются не только среди береговых пляжевых отложений, но и среди затопленных морем осадков подобного типа. Для поисков залежей морской зоны пляжей применяются способы отбора проб, широко используемые в практике нефтепоисковых работ. Однако эксплуатация этих месторождений производится уже особыми методами, специально созданными в настоящее время для работы в столь специфичных условиях. Основная трудность разработки пляжевых накоплений состоит в том, что наиболее богатый полезными компонентами слой, как правило, располагается на контакте между рыхлыми осадками и коренными породами. Если поверхность коренных пород трещиноватая, кавернозная, то ценные минералы обычно скапливаются в углублениях и неровностях. Для ведения эффективной эксплуатации подобных залежей необходимо, чтобы горнодобывающие агрегаты обладали способностью врубаться на некоторую небольшую глубину в породы. Если же коренные породы представлены выветрелыми либо мягкими разностями, а глубина их залегания не превышает 100 футов и если участок, где производится добыча, защищен от океанских волн и зыби, то можно с успехом использовать многоковшовый экскаватор. Другими методами извлечения грунта, как правило, нельзя выполнить работу по очистке коренных пород от осадков. Если же, согласно плану разработки пляжевых залежей, намечено вскрывать лишь вышележащие отложения и контактную зону, то в схему эксплуатации следует внести серьезные изменения. Предварительные проекты соответствующих машин уже имеются, но ни одна из них еще не прошла промышленных испытаний.

С внесением серьезных усовершенствований в методы эксплуатации пляжевых залежей морской зоны следует непременно ожидать активизации добычи. Создание в Японии новых методов применения титанистых железных руд при производстве стали позволило устранить все те препятствия, которые мешали освоению крупных магнетитовых залежей на морских пляжах. В последнее время Онтарский исследовательский центр в Торонто (Канада) разработал новый технологический процесс использования природного газа для плавки магнетитовых песков (Anonymous, 1963b). В окончательно отработанном варианте схемы на 1 т получаемого железа будет расходоваться около 35 тыс. куб. футов газа. Новый, процесс обладает следующими преимуществами: тонкозернистая руда загружается в печь без предварительной агломерации; капитальные затраты отличаются низкой стоимостью; отпадает необходимость в потреблении коксующегося угля. Как особое достоинство отметим экономическую рентабельность процесса даже при снижении выплавки чушкового чугуна до 25 т в день. Представляется чрезвычайно выгодным использование подобной технологической схемы в развивающихся странах, обладающих запасами природного газа.