Геологические экспедиции планомерно обследовали все указанные районы, лаборатории проводили комплексные анализы взятых образцов, выявляя не только наличие основных полезных ископаемых, но и другие, сопутствующие ресурсы, для комплексной разработки.
Из нефтяных и газовых месторождений первыми начали осваивать газовые запасы Средней Азии, как наиболее доступные, и нефть озера Самотлор. Газовые месторождения на Ямале были исследованы, но их разработку отложили на будущее, из-за сложных природных условий.
Если с нефтью, углем, железом, ураном, золотом, алмазами, медью, алюминием, титаном, цирконием, бериллием и распространёнными легирующими добавками всё было относительно понятно, то с применяемостью редкоземельных элементов Первый секретарь попросил ознакомить его и остальных членов Президиума ЦК чуть подробнее. Пётр Яковлевич Антропов в начале 1954 года подготовил и прочитал в Президиуме небольшую лекцию:
— В настоящее время в число 'редких' входят 35 элементов, включающих группы редких металлов — литий, бериллий, цирконий, тантал, ниобий и редкоземельных элементов — лантаноиды, иттрий и скандий.
Несмотря на их название, редкоземельные элементы не всегда являются редкими по своей суммарной массе. Иногда они широко распространены в земной коре. Редкоземельными их называют потому, что концентрация в рудах, как правило, настолько низка, что их извлечение и обогащение для переработки и использования экономически неэффективно. В некоторых случаях редкоземельные элементы накапливаются в результате добычи других ископаемых, например, меди, золота, урана, фосфатов и железа, в качестве побочного продукта. Объемы добычи редкоземельных веществ в целом, во всем мире не превышают 140 тысяч тонн. Такие элементы, как лютеций, иттербий, диспрозий, вообще ежегодно производятся килограммами и десятками килограммов.
Их ценность заключается в том, что даже малые количества этих веществ при промышленном производстве позволяют получать уникальные по свойствам и качеству материалы и изделия из них. Редкие элементы позволяют повышать качество сплавов никеля, стали, алюминия, титана. Используя низколегированные стали, содержащие 0,03-0,07% ниобия и 0,01-0,1% ванадия, можно на 30-40% снизить вес конструкций при строительстве автомобилей, мостов, многоэтажных зданий, газо— и нефтепроводов, геологоразведочного бурового оборудования и увеличить срок их службы в 2-3 раза. Они необходимы для строительства нефте— и газопроводов в сложных природных и климатических условиях и в агрессивных средах, к примеру, по дну Балтийского и Черного морей, а также при строительстве нефте— и газодобывающих платформ для добычи углеводородов на шельфе.
Редкоземельные элементы обычно делят на более лёгкие и тяжелые. В природе чаще встречаются лёгкие элементы с атомными номерами от 57 до 63, а также скандий и иттрий. Они легче извлекаются при добыче и чаще применяются. Тяжелые редкоземельные элементы с атомными номерами от 64 до 71 обычно более сложны для извлечения. Их способность выдерживать более высокие температуры, по сравнению с лёгкими, часто делает их незаменимыми, к примеру, в энергетике.
Антропов, не будучи посвящённым, не мог в полной мере обрисовать потребности промышленности в редкоземельных металлах. Для узкого круга его выступление дополнил академик Келдыш:
— Если рассмотреть области использования редкоземельных элементов, следует отметить, что для перспективных генераторов и электроприводов будут нужны неодим, празеодим, диспрозий, гадолиний, тербий, самарий. Для плоских жидкокристаллических экранов будущих телевизоров и дисплеев ЭВМ потребуются эрбий, иттрий, европий и церий. Для производства цветного стекла и лазеров нужны гольмий, иттербий, итррий. Для рентгеновских аппаратов необходим тулий. Для электроники, как вы уже знаете, понадобятся тантал и литий. Для тугоплавких сплавов, из которых делают турбинные лопатки, необходим рений. Высокопрочные суперсплавы для космической и авиационной техники, содержащие от 4 до 10% рения, выдерживают температуры до 2000 градусов и более без потери прочности. Из них изготавливаются корпуса и лопасти турбин, сопла двигателей ракет и самолетов. Кроме того, рений будет использоваться в нефтехимической промышленности — в биметаллических катализаторах при крекинге и риформинге нефти. Он применяется в электронике и электротехнике. С его добавлением изготавливают термопары, антикатоды, полупроводники, электронные лучевые трубки. И этот список можно продолжать ещё долго.
— То есть получается, что использование этих редких металлов в качестве легирующих добавок — не более чем малая выступающая над водой часть айсберга, — заключил Первый секретарь.
— Фактически да, вся высокотехнологичная линия развития техники базируется на сложнейших технологиях, невозможных без использования редкоземельных элементов.
— Получается, что добывать эти редкие металлы дорого и долго, изделия, их содержащие, тоже выходят недешёвыми, — заметил Хрущёв. — Тогда надо обязательно предусмотреть мероприятия по сбору отслуживших изделий, переплавке и повторному использованию. Чтобы ни одного грамма редкоземельных элементов не пропадало. Обратить внимание на зарубежные месторождения, по возможности, использовать вначале заграничные ресурсы, оставляя свои залежи на чёрный день.
Получив исчерпывающие рекомендации, Никита Сергеевич попросил академика проанализировать предполагаемое 'дерево технологий' и на основании этого анализа определить очерёдность освоения тех или иных месторождений. Келдыш ещё раз переговорил с министром геологии, поразмыслил и изложил свой взгляд на проблему:
— Насколько я понял из доклада и пояснений товарища Антропова, многие редкие металлы залегают совместно друг с другом или рассеяны в минералах, содержащих менее редкие элементы. Тут, скорее, правильнее будет говорить о необходимости комплексного извлечения из руды всех ценных металлов и прочих веществ, в ней содержащихся. Это, конечно, будет сложнее и дороже, чем, скажем, извлекать только медь или железо. Но если мы пойдём по обманчиво простому и дешёвому пути, мы будем обречены на большие потери финансов и трудозатраты на вторичное перелопачивание отвалов для извлечения из них ранее выброшенных ценных ископаемых.
Академику удалось убедить Первого секретаря. Освоение природных ресурсов с самого начала проводили комплексно. Первым шагом было использование попутного нефтяного газа, который раньше просто выбрасывали в атмосферу или сжигали. Теперь его откачивали, извлекали гелий и другие ценные газовые примеси, а горючий метан перерабатывали в диметилэфир или использовали для выработки электроэнергии на контейнерных газотурбинных электростанциях, прежде всего, для электроснабжения самих же месторождений и насосных станций на трубопроводах. Аналогично, наладили откачку метана, выделяющегося в угольных шахтах и прочих горных выработках, для его последующего использования в народном хозяйстве.
Одним из первых освоенных комплексным способом месторождений было уникальное, единственное в мире месторождение рения в кратере вулкана Кудрявый на острове Итуруп. До этого в СССР рений добывали как попутное сырьё из молибденовых и некоторых медных руд при содержании 0.5 — 1,0 гр/т. В Советском Союзе было три значительных месторождения рения: медистые песчаники Джезказганского месторождения в Казахстане и медно-молибденовые месторождения в Узбекистане и Армении. Рений также добывали на крупнейшем в мире медно-молибденовом месторождении Эрдэнет в Монголии. Отправленная на остров геологическая партия оценила запасы рениита на склонах кратера вулкана всего в 15-20 тонн. Однако попутно выяснилось, что 'тлеющий' вулкан ежегодно выбрасывает в атмосферу до 20 тонн ценнейшего рения в виде вулканических газов. Вместе с рением в вулканических газах обнаружилась немалая часть таблицы Менделеева: германий, висмут, индий, молибден, золото, серебро и другие металлы.
Вулкан Кудрявый высотой 986 метров относится к вулканам гавайского типа. Он не взрывается, как газовые вулканы, а тихо тлеет. Ночью, заглянув в кратер, можно увидеть в глубине раскалённую ярко-красную лаву. Раньше лава иногда прорывалась на поверхность и растекалась по склонам, но последние сто лет вулкан вёл себя спокойно. Поверхность кратера вулкана Кудрявый имеет размеры 200х400 метров. На кратере были найдены шесть фумарольных полей — площадок размером 30х40 метров с большим количеством мест выхода газа, над которыми всегда курится желтоватый дымок. Четыре из шести этих полей выделяют газы с высокой температурой, от 500 до 940 градусов по Цельсию. Минерал, содержащий до 80% рения, образуется только на этих 'горячих' полях. Там, где газы более холодные, рениита выделяется намного меньше, а при температуре ниже 200 градусов он практически отсутствует.
Воспользовавшись спокойным характером вулкана, выходы газа в кратере в 1957 году накрыли конструкцией из нескольких геокуполов, оснащённой мощной системой вытяжной вентиляции. Несущие конструкции куполов собрали у подножия и опустили в кратер при помощи дирижабля. На первом этапе вулканические газы только откачивали, улавливая фильтрами все выделяемые вулканом полезные вещества, не только рений. Вторым этапом на безопасном расстоянии от вулкана был построен полноценный обогатительный завод, перерабатывавший все полезные элементы в концентраты, которые затем на судах вывозили на континентальную часть СССР.
(Автор не ставил себе задачу описать освоение всех месторождений и ограничился лишь несколькими характерными примерами)
Геологоразведка — дело само по себе не быстрое. Геологическая партия может месяцами лазить по горам и лесам, пока наткнётся на что-то ценное. Переданные сведения ускоряли процесс, но лишь в самой начальной его стадии. Каждое найденное месторождение нужно было тщательно изучить, оконтурить границы залегания рудного тела, определить содержание всех видов полезных ископаемых — основных и сопутствующих. Для проведения оценочных исследований приходилось бурить сотни скважин, пробивать десятки шурфов.
Использовавшийся ещё с довоенных времён способ геоэлектрозондирования позволял значительно сократить затраты. Суть метода заключалась в создании геоэлектрического разреза литосферы путём многократного зондирования исследуемого участка мощными электрическими импульсами. Однако, исследования обычно проводились в очень отдалённых от цивилизации местах. Импульс тока для зондирования требовался мощный. Первые довоенные опыты проводились с относительно маломощными генераторами, позволявшими уверенно получать достоверные результаты лишь для небольших участков. Для оконтуривания большого месторождения требовались относительно компактные и мощные источники тока в несколько ампер и даже десятков ампер, и кабели длиной до 30 километров.
(см. В.К. Хмелевской 'Геофизические методы исследования земной коры. гл. 3 'Электроразведка' http://geo.web.ru/db/msg.html?uri=page20.html&mid=1161636)
Поэтому одним из наиболее перспективных источников тока для геоэлектрического зондирования стали МГД-генераторы. В них импульс тока вырабатывался за счёт движения высокоскоростного потока плазмы в электромагнитном поле, создаваемом соленоидами. Источником плазмы был выбран твердотопливный ракетный двигатель. Для увеличения содержания ионов в плазме в состав твёрдого топлива добавляли присадки на основе щелочных металлов, например, карбоната калия. (http://nplit.ru/books/item/f00/s00/z0000060/st041.shtml)
К ракетному двигателю вместо привычного круглого сопла приделывали канал прямоугольного сечения, из толстого, многослойного, примерно 15-20 мм, стеклостекстолита, спрофилированный по форме сопла, чтобы обеспечить необходимое ускорение плазменного потока. Снаружи к каналу приставляли соленоиды, а изнутри его обкладывали керамической футеровкой, в которую встраивали электроды. Ток возникал в этих электродах, к ним подключали кабель для токосъёма.
Красивую идею сразу же попытались применить для промышленной генерации электричества, разумеется, не на РДТТ, а используя как источник плазмы пламя горящего угля с присадками щелочных металлов. С промышленной генерацией получился облом — скоростной поток плазмы очень быстро выносил футеровку канала, что приводило к его прогоранию. Но для подачи кратковременного импульса, длительностью от 1 до 10 секунд, комбинация РДТТ и футерованного керамикой канала вполне годилась.
Испытания нового способа геологоразведки провели в Туркменистане, вблизи аула Дарваза, где предварительно проведённая, очень осторожная сейсморазведка показала наличие подземных пустот, вероятно, наполненных природным газом. При помощи электрических импульсов эти пустоты удалось оконтурить. Затем, с безопасного расстояния были пробурены наклонные скважины, с помощью которых организовали добычу газа. Опасные участки над подземными кавернами обнесли заборами с предупредительными знаками. Газа в подземных резервуарах, как вначале казалось, было немного, но, по мере откачки, он продолжал просачиваться из пластов, непрерывно подпитывая скважины. Выход газа с месторождения получался не слишком большой, но стабильный, и, судя по данным в 'электронной энциклопедии', он обещал оставаться таким на протяжении более чем 50 лет.
Государственные испытания установок геоэлектроразведки с МГД-генераторами были проведены в Пермской области на Верхнекамском месторождении калийных солей вблизи городов Березники и Соликамск. На 1959 г население Соликамска составляло 83 тысячи человек, население Березников — 106 тысяч, а к 1962 году увеличилось до 120 тысяч.
Из 'электронной энциклопедии' было известно, что в 1986 г в Березниках образовался первый провал грунта на месте подземных выработок, а в последующие годы эти провалы участились, причём их появление сопровождалось техногенными землетрясениями. Первые выбросы соли и газа на втором березниковском руднике были отмечены уже в 30-х гг.
Проведённое электрозондирование помогло с большей точностью выявить контуры залегания солевых пластов под обоими городами. Хотя угрозы провалов ещё не было, стало ясно, что просачивание воды в солевые пласты приведёт к их постепенному размыву и оседанию грунта.
Генеральные планы застройки обоих городов были пересмотрены. Землеотвод под строительство на угрожаемых участках был запрещён, уже существующую застройку и даже железнодорожную станцию решено было перенести. Процесс пересмотра оказался очень непростым, пришлось преодолевать значительное сопротивление разного рода 'экономителей', ратовавших за всемерное удешевление проектов, и на этом основании отметавших все доводы об угрозе размыва соляных пластов. Дело дошло до Совета министров. На совещании Косыгин внёс предложение выделить всем, кто выступал против переноса городов в безопасное место участки под дачное строительство на опасных участках:
— Давайте, мы вам, товарищи, на этой территории участки под дачные посёлки выделим, хотите? Нет? Не хотите? Тогда почему же вы агитируете против логичного решения не строить ничего на опасных участках? Потому что 'не ваше личное'?
