Скрытый код руды: как наука меняет подход к добыче полезных ископаемых

Несколько лет назад геолог Ольга Иващенкова переехала из Санкт-Петербурга на Кольский полуостров, чтобы исследовать петрографию и минералогию Хибинского щелочного массива. Одна из главных задач ученого на сегодня — создание эталонной коллекции пород и руд апатит-нефелиновых месторождений. Чтобы добыча руды была эффективной, научная группа Ольги проводит тщательный анализ. Им нужно разглядеть то, что скрыто от глаз: тончайшие примеси и невидимые особенности структуры пород.

Как геологи изучают минералы? Что такое «геологическое зрение»? Об этом научный сотрудник филиала Мурманского арктического университета, младший научный сотрудник Федерального исследовательского центра «Кольский научный центр РАН» рассказала порталу Наука.рф.

 — Ольга, ваши исследования связаны с добычей руды на территории Хибинского щелочного массива. Говорят, в этом месте созданы идеальные условия для геологов. Почему?

 — Для геолога Хибины действительно создают уникальные условия: в одном компактном районе сосредоточен крупнейший в мире щелочной массив возрастом около 390 млн лет с кольцевым строением, минералогическим разнообразием и крупными месторождениями апатит-нефелиновых руд. Он расположен в центре Кольского полуострова и занимает площадь 1327 км².

Эта территория отличается исключительным богатством минеральных видов и представляет собой настоящий музей под открытым небом. Здесь изучают и щелочный магматизм, и генезис апатит-нефелиновых руд. Более сотни минералов, многие из которых редкие, были найдены и описаны здесь. Существует даже отдельное направление — исследования пегматитов* коллекционных минералов Хибин.

Специалисты изучают термобарогеохимические условия этой породы образования и соотносят данные с общей моделью эволюции массива. В этой работе сходятся задачи геофизики, петрологии магматических систем и минералогии. Это делает Хибины идеальной площадкой для междисциплинарных исследований.

 — Как ваш путь привел вас сюда, к исследованиям за полярным кругом?

 — Я родилась в маленьком шахтерском поселке в Ростовской области. В моем окружении всегда были люди, чья работа так или иначе связана с добычей полезных ископаемых. Поступив на геологический факультет СПбГУ, на третьем курсе я выбрала кафедру минералогии. Во время обучения активно принимала участие в научных грантах, готовила публикации, участвовала в стажировках и полевых экспедициях.

В 2022 году жизнь сделала неожиданный поворот: моему молодому человеку предложили работу в Кольском научном центре РАН в Апатитах Мурманской области. Для меня этот переезд стал непростым решением. В это же время при поддержке компании «ФосАгро» развивался Научно-исследовательский центр (НИЦ) КНЦ РАН. Меня пригласили в группу рудной минералогии апатит-нефелиновых месторождений.

 — Что собой представляют эти минеральные образования?

 — Это богатые фосфатные руды комплексного состава. Они являются ценным сырьем для фосфорной, алюминиевой и стеклокерамической промышленности. С геологической точки зрения это специфический тип апатитовых руд. Они локализованы преимущественно в щелочных массивах. Хибинский массив на Кольском полуострове — классический пример.

Из апатитовой составляющей получают апатитовый концентрат с содержанием оксида фосфора. В основном, из него производят фосфорные минеральные удобрения и соли. Часть материала также идет в черную и цветную металлургию, стекольную и керамическую промышленность. Нефелиновый концентрат — это уже сопутствующий продукт обогащения, но у него тоже есть промышленное значение. Его используют в производстве алюминия (глинозем), для получения соды, в стекольной промышленности как алюмосиликатное сырье, в некоторых химических производствах.

 — В чем заключалась ваша задача на этом проекте?

 — Я занималась углубленным петрографо-минералогическим анализом технологических проб. Искала «скрытые» особенности пород, влияющие на обогатимость руды. Наш коллектив работал над тем, чтобы из руды извлекалось как можно больше полезного вещества, а качество конечного продукта (апатитового концентрата) оставалось высоким — даже если состав руды менялся.

 — Какие «скрытые» особенности могут быть у пород?

 — Это свойства и текстурно-структурные черты, которые нельзя увидеть при простом геологическом (полевом) осмотре образца. Их можно выявить только при тщательных исследованиях, либо уже в процессе дробления, измельчения и обогащения. Допустим, на глаз кажется, что руда «равномерная». Но если изучить ее под микроскопом, окажется, что часть ценного минерала заключена в сложных сростках, либо включена в другие фазы, а еще в ней присутствуют так называемые «пленки», различные включения и многое другое.

Кроме того, в минералах можно встретить различные примеси. В том числе «вредные» элементы: сера, мышьяк, фтор, хлор, некоторые тяжелые металлы. Они могут распределяться по нескольким минеральным фазам и никак не проявлять себя на макроскопическом уровне. Их находят с помощью элементного анализа.

 — Как они влияют на обогатимость руды?

 — Из-за тонких вкраплений, сложных сростков, «обрастания» полезного минерала другими фазами приходится тоньше измельчать материал, многократно его дробить, применять сложные схемы обогащения. Это делает процесс дорогостоящим и снижает извлечение ценных компонентов. Но это уже задача для технолога. Он подбирает методы, которые сделают конечный продукт «чистым». Например, гравитация*, флотация или химическое выщелачивание.

 — Вы упомянули углубленный петрографо-минералогический анализ. Как выглядят такие исследования?

 — Отмечу, что этот анализ подходит не только для апатит-нефелиновых пород. С его помощью изучают вещественный состав и текстурно-структурные особенности других типов пород и руд.

Как минералог, в этот анализ я обычно закладываю несколько блоков исследований. В частности, макроскопическое описание: мы изучаем тип породы или руды (руда — это экономический термин), структуру, текстуру, наличие прожилков, зональность неравномерности рудных скоплений и другие параметры. Помимо этого, проводим оптическую микроскопию шлифов и аншлифов*: диагностика минералов в проходящем и отраженном свете.

Еще есть технолого-минералогический блок: изучаем типы сростков, характер их распределения по классам крупности, оцениваем степень раскрытия минералов при заданных режимах дробления и измельчения, и многое другое. Все эти процедуры помогают нам обосновать оптимальную схему подготовки и обогащения пробы, а также выявить минералогические факторы, которые могут помешать извлекать минералы.

 — Какую роль сыграли ваши исследования?

 — Практически за три года мы проанализировали 3 500 проб. Сейчас на основе этих данных создается 3D-модель геолого-технического картирования разрабатываемых месторождений. С их помощью предприятие планирует добычу руды с более точной оценкой показателей. Мне нравился этот проект тем, что у него четкое практическое значение. Наша работа напрямую влияет на добычу и переработку исключительной по своей чистоте апатит-нефелиновой руды. Из нее создают экологичные фосфорсодержащие удобрения, от которых зависит продовольственная безопасность России и всего мира.

 — Над какими задачами сейчас работаете?

 — В настоящий момент я работаю в подразделении научно-исследовательской лаборатории «Прикладная геология» Инженерной школы Апатитского филиала МАУ. Одна из моих ключевых задач — создание эталонной коллекции пород и руд апатит-нефелиновых месторождений.

 — Что такое эталонные коллекции пород?

 — Если кратко, это специально отобранные и описанные наборы образцов пород и руд. Они служат «опорной шкалой» для всех геологических работ на месторождении. Я создаю шесть эталонных коллекций. Это совместная работа с тремя рудниками — Восточный, Кировский и Расвумчоррский («ФосАгро»).

Такая коллекция включает типичные и крайние разновидности пород. Каждый образец снабжается точной привязкой: номер скважины, глубина и горизонт, описание структуры и текстуры, результаты анализов. Для геолога эталонная коллекция решает сразу несколько задач, в том числе унификация описаний, быстрая идентификация, опорный материал для моделей месторождений, учебная и музейная функция.

 — Как такая коллекция может помочь геологу-исследователю?

 — Важно понимать, что это не просто «ящик с камнями», а инструмент стандартизации и контроля качества геологической документации. Для наших студентов она становится уникальным учебным пособием, которое превращает теорию в «живые» образцы.

Работая с такой коллекцией, молодые геологи тренируют глаз и руку, учатся описывать породы: фиксировать структуру, текстуру, цвет. У них формируется «геологическое зрение», развиваются навыки диагностики минералов — как в руке, так и в шлифах, где нужно уверенно определять породообразующие минералы оптическими методами. Это помогает лучше понимать типы руд и подготовиться к полевым практикам. Так что у этой работы есть четкое прикладное значение. Как для студентов, так и производственных геологов.

 — А что вас больше всего вдохновляет в работе?

 — Я занимаюсь исследованиями в области фундаментальной и прикладной минералогии. И меня вдохновляет тот факт, что результаты моих исследований напрямую влияют на промышленное производство. При этом отмечу, что без фундаментальной науки обойтись нельзя, она тоже играет важную роль. Но мне кажется, что сейчас наступил такой момент в развитии нашей страны, когда все мы — и наука, и вузы, и предприятия — должны научиться взаимодействовать и трансформировать научные знания. Успехи в этом направлении уже есть. Уверена, что в будущем такая синергия приведет к настоящим прикладным прорывам.

Беседовала Анна Шиховец