Как добывают алмазы?

Алмаз выделяется среди любых других природных веществ необыкновенной твёрдостью, и при этом довольно редок. Эти и другие необыкновенные свойства делают такую горную породу очень популярной во всём мире. Потому важно знать, каким образом их извлекают в природе.

Парадоксальной спецификой алмазов является то, что они очень тверды, хотя и состоят из углерода. Тот же углерод, только с другой кристаллической решёткой, образует графит (самую мягкую из горных пород). Все алмазы, которые добывают, образованы крайне плотно совмещёнными атомами. Исключительная прочность не мешает минералу быть хрупким: при резком ударе кристалл раскалывается. Считается, что возникновение алмазов происходило на глубине в десятки или сотни километров, за сотни миллионов лет.

Чаще всего, чтобы добыть алмазы в промышленных масштабах, отыскивают кимберлитовые трубки. Эти геологические образования названы по городу Кимберли, что в Южной Африке, где раньше всего обнаружен такой тип залежей. Формирование минерала в земных глубинах происходит при очень высоких температурах и давлениях. Окончательной версии происхождения алмазов пока наука не выработала.

Геологические структуры, в которых находятся алмазы, постепенно разрушаются ветром и водой. Щебень, галька, гравий и другие окружающие породы перемещаются. Есть только предположения разной степени достоверности. В результате формируются рассыпные залежи. Ещё один тип (но намного более редкий) — это особо твёрдая форма углерода, появляющаяся в местах падения метеоритов.

В каждом из этих случаев есть свой ряд оттенков, однако, важно обратить внимание на ценность конкретных расцветок. Редки (и оттого ценятся) прозрачная голубая, зелёная и розовая окраска. Ещё выше стоимость бесцветных на 100% камней.

Вне зависимости от того, какой версии придерживаются те или иные специалисты, все они согласны в одном: важные этапы формирования камня проходят на большой глубине. Оттуда, вместе с магматическими потоками, вещество поступает наверх. В определённый момент собственно и появляются взрывные трубки. Глубина их залегания не превышает 1500 м.

Все почти знают про промышленную добычу алмазов в Якутии и ЮАР. Но также она ведётся:

• в Архангельской области;
• западной части Австралии;
• Канаде;
• Конго;
• Ботсване.

Добыча из россыпей практически не ведётся. Они играют лишь небольшую роль в общемировых поставках алмазного сырья. Да и стабильность поставок добытой на поверхности продукции под вопросом. Открытый способ (карьеры) практикуется обычно при извлечении алмазов с глубины 600 м и менее. В более глубоких трубках извлечь алмазное сырьё можно преимущественно при помощи рудников.

Строительство рудников стараются отложить до последнего момента. Обычно это участки или в зоне вечной мерзлоты, или в особо жарких местностях. Часто на большой глубине в выработках требуется непрерывно выкачивать подземную воду. Породу из карьеров, а затем из рудников на больших грузовиках перевозят на фабрики. Там это сырьё очищают водой.

Современные карьеры достигли уже практически предельной глубины, на которую они могут заходить. Опыт работы показал, что дополнительно усложняет дело небольшая ширина выработки и крутизна бортов. С самого начала планируют извлечение алмазов открытым способом с разбивкой по этапам. Этот приём даёт возможность чаще отслеживать изменение свойств пород и выработки в целом. Соответственно, облегчается выбор оптимальных способов и схем работы.

Чтобы правильно выбрать параметры борта в самом начале разработки, нужно использовать разведочные скважины. Извлечённые оттуда образцы подвергают физико-химическим испытаниям по специальной программе. Дополнительно учитывается опыт при отработке похожих карьеров. Контуры бортов оптимизируют при проектировании. Их нельзя вести очень полого, иначе работа сильно усложняется.

Для всех промежуточных контуров свойства горных пород непрерывно уточняются с учётом отбираемых из каждой партии образцов. Иногда практикуются натурные испытания прямо в борту карьера. Особое внимание уделяется оценке степени растрескивания пород. Дополнительно изучают, как они ведут себя на крутых склонах. Угол наклона реального борта закладывают в проектах от 50 до 55 градусов.

Обычно процесс занимает месяцы, но иногда растягивается на несколько лет. Обязательно используются специальные расчёты. Только они позволяют заключить, где расположены основательные залежи, а где сделаны случайные находки.

Как карьеры, так и рудники или шахты чаще всего строятся в труднодоступных местах. Потому вокруг создаётся жилая и производственная инфраструктура. Известен ряд примеров, когда месторождение становилось градообразующим объектом для довольно крупного города. Так как торговать сырьём в чистом виде невыгодно, строятся обогатительные фабрики. С них алмазы, отделённые окончательно от пустой породы, везут на гранильные предприятия.

Огранку тоже закономерно стараются организовать поблизости. Чем глубже залежи, тем больше денег придётся вложить в их освоение и обустройство месторождения.

В течение очень долгого времени получать алмазы и бриллианты можно было только из Индии. Но какую бы богатую массу там ни отложили в своё время природные процессы, к концу XVII столетия эти запасы были уже в значительной мере исчерпаны. Продуктивность добычи резко падала. Однако развитие технологий позволило переломить ситуацию. Кардинально изменилась обстановка после открытия кимберлитовых трубок.

Чтобы понять глубже, как происходит добыча, надо вернуться к вопросу появления алмазов в природе. Преобладающая теория гласит, что они формируются на глубинах свыше 100 км, где развиваются очень высокие температуры и давления. Наверх порода поднимается в процессе вулканических извержений.

Отыскать подходящие объекты и наладить на них производство можно только при существенных затратах. Уже подготовительный процесс дорог, сложен и долог. Считается, что на извлечение каждых 2 каратов алмазного сырья приходится перерабатывать свыше 1000 кг горных пород. Карьеры создаются сначала путём взрывных работ. Бурят шпуры и туда закладывают взрывчатку, потом послойно раздробляют породу.

Углубление выработок производится до тех пор, пока не прекратится получение полезных ископаемых. Большую проблему представляет отделение ценного сырья от руды. Применяются такие подходы:

• работа жировой установки;
• поиск нужных кристаллов в рентгеновских лучах;
• погружение породы в специальные суспензии.

Жировой метод подразумевает смешивание извлечённой породы с водой, а затем высыпание её на смазанную особым жиром поверхность. На жире сохраняются кристаллы. Более продвинутая методика — просвечивание рентгеновскими лучами. В большинстве случаев применяется суспензионный метод. В жидкости, имеющей повышенную плотность, производят утопление пустой породы, при этом кусочки углерода оказываются на поверхности.

В недавнем прошлом лидерами алмазодобычи выступали Бразилия, а затем Австралия. Но австралийские алмазные залежи постепенно исчерпывают себя. В шестёрку лидирующих государств входит и Ангола. Впрочем, в Канаде, Ботсване извлекается гораздо больше ценнейших самоцветов.

Как россыпи, так и копи быстро разрабатываются. Приходится систематически обновлять сеть рудников и карьеров. Чем глубже те же карьеры, тем меньше вероятность найти значительное количество сырья. Поэтому всё большее количество карьеров глубиной более километра закрывается из-за нерентабельности. Шахтный метод добычи отличается большей сложностью и опасностью, однако, он экономически выгоден.

Крупнейшее месторождение алмазов в нашей стране – «Мир» в Якутии. Разработка его ведётся с конца 1950-х годов. Начиная с 1957 и по 2001 гг. там карьерным способом извлекли минерала на 17 миллиардов долларов (в текущих ценах). Чтобы обеспечить такой результат, пришлось раздробить, поднять и вывезти примерно 350 миллионов куб. м. пустой породы. К концу 1990-х величина выработки достигла таких размеров, что самосвалам от точки добычи до склада приходилось проезжать по 8 км. В 2001 году из-за чрезмерной сложности карьер пришлось законсервировать.

А в 2009 году началось использование рудника «Мир». Вода, циркулирующая под землёй, не просто выкачивается наружу — её перенаправляют по трубам в специальные разломы, обнаруженные геологами поблизости. За 2013 год месторождение дало ещё 2 млн карат отличных алмазов технического качества. Предприятие действует 7 дней в неделю, продолжительность шахтёрских смен — 7 часов.

Используемые на руднике комбайны оснащаются стрелами с фрезерными коронками. Зубцы, хотя они и сделаны из закалённого металла, подвергаются очень сильному износу. Поэтому каждая приступающая к работе смена осматривает рабочую часть инструментов. В случае надобности её заменяют немедленно. Раздроблённую породу перемещают до выхода из рудника при помощи конвейерных лент.

В ряде алмазных рудников при разработке специально оставляют целыми отдельные донные части. Их толщина может достигать нескольких десятков метров. Если бы эти структуры разрабатывались, избежать затопления месторождений было бы практически невозможно. Дополнительно для защиты применяются слои водостойких материалов. Перемещение пород на рудниках и в карьерах производится при помощи колоссальных грузовиков (вместимостью иногда более 100 тонн).

В прошлом ситуация была совсем иной. Вплоть до XIX века никакие механические приспособления не использовались. «Королевой» алмазодобычи выступала обыкновенная горная лопата или кирка. Иногда попросту гребли речной песок и вручную пропускали его через сито. Но такие методы уже давно потеряли целесообразность.

А среди двух способов — карьерного и рудничного — более привлекательным оказывается второй вариант. Большое внимание в повседневной работе алмазных шахтёров уделяется правилам безопасности. Никого под землю не пропускают без каски со встроенным фонарём и без автономного дыхательного аппарата. Строго запрещается оставлять его дальше 3 м от себя. Обязательно обустраивается вентиляция, благодаря которой в норме дышать под землёй легко.

Российские предприятия по алмазодобыче (особенно расположенные в Якутии) — пожалуй, самые высокотехнологичные в мире. Там используется транспорт, рассчитанный на очень суровые морозы. Очень жёсткие температурные требования предъявляются и к иному оборудованию. Считается, что ввести в эксплуатацию новое месторождение с нуля можно за 3 или 4 миллиарда долларов. Входят ли в эту сумму затраты на первичный геологический поиск — ни одна компания не сообщает.

Но позднее, когда карьер или шахта уже готовы, использовать их и развивать выработки будет куда дешевле. Наибольшую сложность при подземном способе представляет поддержание оптимальной рабочей среды. Основные стволы для подъёма породы могут применяться при авариях. В разных местах рудников готовят рекреационные ниши.

О том, как добывают алмазы в России, смотрите следующее фидео: