Многочисленные группы жил высококачественного кварца, пригодного для электроники, оптической промышленности, энергетики, были выявлены в Восточно-Саянской и Байкальской провинциях ещё советской геологоразведкой. Однако в тот период, проходивший под лозунгом «Догнать и перегнать», мало кто рассматривал эти ресурсы с точки зрения их качества. И зря, как выясняется теперь. Об уникальных свойствах сырья, являющегося основой для солнечной энергетики, «СЭ» рассказал кандидат геолого-минералогических наук Александр Фёдоров. Вместе со своими коллегами из Института геохимии СО РАН он изучает особенности образования чистых кварцитов в Байкальском регионе.

– Актуальность темы производства кремния понятна. Это и микроэлектроника, и медицина, и авиация, и, конечно же, солнечная энергетика. Более того, сейчас в России необходимо вести речь не только о том, чтобы страна активнее занималась производством кремния и продукции из него, но и о том, чтобы расширяла собственную минерально-сырьевую базу для получения высокочистых кварцевых материалов. Тем более перспективы для этого есть.

Надо отметить, что в России в целом много кварцевого сырья. В изобилии оно встречается на Кольском полуострове, на Урале, в Сибири, Забайкалье. Однако во всех случаях речь идёт о кварце, который имеет довольно высокое содержание элементов примесей. Так, например, в Бурятии известно Черемшанское месторождение, оно используется для получения металлургического кремния на Иркутском алюминиевом заводе. Содержание элементов примесей там достигает 1,5–2%, или 15 тыс. граммов на тонну – очень много для промышленного применения. Причём этот кварц считается ещё достаточно чистым по сравнению с сырьём других объектов недропользования.

Чистого же кварца у нас немного. В основном в России, да и в мире, он представлен жильными разновидностями – трещинами в горных породах, которые заполнены кварцем с различными минеральными включениями. А вот в центральных частях трещин могут образовываться полости, которые заполняются высокочистым минералом, самой чистой разновидностью кварца – горным хрусталём. Но в природе подобных участков немного. Так, например, в Иркутской области на сегодня утверждённые запасы по жильным разновидностям кварца составляют в лучшем случае десятки тонн, при этом потребность в нём намного выше.

Однако нашему региону всё-таки повезло. Институт геохимии обнаружил на территории Восточных Саян провинцию высокочистого кварца, включающую месторождение Бурал-Сарьдаг. Примеси здесь не превышают нескольких сотен граммов на тонну материала. Получается на два-три порядка меньше, чем на действующем Черемшанском месторождении. Ничего подобного в стране у нас просто нет, поэтому объект исследования назвали суперкварцитами.

Сама кварцитоносная территория была выявлена сотрудниками Окинской экспедиции ещё во времена советской геологоразведки, но тогда её никто не рассматривал как месторождение с высокочистым сырьём. Она просто была отмечена на геологической карте страны как один из многих перспективных объектов. И только теперь, в лабораторных условиях, их оценили с точки зрения качества.

– Что представляет собой эта залежь? Она тоже сформирована как жильная разновидность?

– Месторождение имеет интересную структуру. В его верхней части расположены самые чистые разновидности кварца – «суперкварциты». В некоторых неочищенных пробах, отобранных нами, содержание примесей составляет всего лишь до 50 граммов на тонну. Вот посмотрите на этот экземпляр – по-моему, всё очевидно: белый, с небольшими прозрачными вкраплениями, как кусок сахара. А суммарно в 45 пробах суперкварцитов примеси составили 138 граммов на тонну. Главным образом они содержат железо и алюминий. При обогащении эти металлы уходят, остаётся не более 15–20 граммов – очень хороший результат.

После верхнего слоя всё идёт по убыванию – чем глубже, тем грязнее кварцит. Например, слой, который подстилает суперкварциты, – осветлённый кварцит. В его пробах суммарное содержание примесей составляет 164 грамма на тонну. Наиболее «грязные» кварциты, расположенные в самом низу, содержат 1,3% примесей. Даже эти пробы по сравнению с Черемшанским месторождением в два раза чище.

В настоящий момент в Восточно-Саянской провинции переведены в категорию природных ресурсов и запасов только кварциты Бурал-Сарьдага. «Суперкварцитов» здесь содержится 66 тысяч тонн и 998 тысяч тонн микрокварцитов (по категории С1 – 497, С2 – 484 тысяч тонн). Хотя на самом деле перспектив намного больше. Так, на Восточно-Саянской провинции выявлено около полутора десятков других кварцитовых проявлений. 

– Территория сейчас слабо изучена, но можно ли предположить по геологическим признакам, есть в Саянах другие потенциальные месторождения, содержащие особо чистый кварц?

– Нам уже известны некоторые перспективные объекты. Рядом с Бурал-Сарьдагом есть около десятка проявлений, в том числе Урда-Гарган. На нём сосредоточены те же самые кварциты, но они в меньшей степени испытали геологические преобразования, поэтому немного уступают по качеству сырья Бурал-Сарьдагу. Тем не менее даже на Урда-Гаргане есть аналоги суперкварцитов.

После нескольких лет исследований удалось обнаружить такую закономерность: все объекты с содержанием промышленного кварцита в Байкальском регионе протягиваются полосой вдоль юго-восточного обрамления Сибирской платформы. Этот складчатый пояс достигает нескольких тысяч километров. Естественно, в его пределах можно найти подобные геодинамические обстановки. Но пока вся эта территория изучена точечно.

Среди уже известных залежей в Восточно-Саянской и Байкальской провинциях – Уватское месторождение, на сырье которого работает Братский металлургический завод, кварцит на Хамар-Дабанском хребте в районе реки Быстрой. Кроме кварца здесь есть апатит и диопсид. И тот и другой материалы сами по себе являются промышленно полезным, но в кварцитах они – вредная примесь. Её можно отделять, тогда, по нашим оценкам, остаётся неплохой кварц с примесями около 100 грамм на тонну. На западном берегу Байкала есть Голоустнинское месторождение, находится оно, правда, в зоне байкальского водо­сбора, поэтому добыча здесь невозможна. Есть также Черемшанское, о котором уже упомянул. Встречается в регионе гранулированный жильный кварц – большая провинция в Бодайбинском районе, которая называется Большепатомским кварцитоносным узлом, и т.д.

– Каковы свойства «суперкварцита», в чём его уникальность?

– Кварцевое стекло, которое можно получать из «суперкварцитов», обладает уникальными свойствами по сравнению с обычным. Например, взять его теплофизические свойства. У оптического кварцевого стекла коэффициент температурного расширения значительно ниже, чем у обычного. То есть при нагревании оно не расширяется. Если мы нальём в обычный холодный стакан кипяток, он просто треснет из-за того, что внутренняя его часть нагреется быстрее внешней. Со стаканом из кварца этого не произойдёт.

– Однако его, наверное, не стоит пускать на стаканы. Ваши коллеги, специализирующиеся на углеводородах, например, не раз говорили, что уникальный газ Ковыктинского месторождения нельзя просто добывать и отправлять в трубу. Как, на ваш взгляд, целесообразно использовать такое уникальное сырьё?

– Естественно, для этого материала есть своя ниша. Кварцевое стекло пропускает ультрафиолет, его активно используют в медицине, изготовляя из него кварцевые лампы. В промышленности его можно применять в качестве обтекателей для летательных аппаратов. Когда, например, ракета летит при большой скорости, её носовая часть нагревается. Она может потечь и потеряет прозрачность, станет матовой. Кварцевое стекло не поменяет свои свойства, останется прозрачным и при более высокой температуре. Кремний, получаемый из кварцита, применяется в микроэлектронике и, конечно же, энергетике.

«Суперкварциты» Бурал – Сарьдага – это сырьё,
почти обогащённое самой природой

– Бурал-Сарьдаг до сих пор в нераспределённом фонде. На ваш взгляд, с чем это может быть связано? Географическое месторасположение делает его нерентабельным?

– На самом деле месторождение имеет главное преимущество – добывать здесь можно открытым способом, что гораздо дешевле, нет необходимости строить шахту или проводить вскрышные работы, которые, к слову сказать, по объёму превышают добытый полезный материал в сотни, а то и тысячи раз. Кроме того, качество сырья практически не изменяется на большой объём продуктивной толщи. Располагается оно примерно на высоте 2,5 тысячи километров, но там довольно удобная площадка, мы добираемся туда на автомобильном транспорте без особых проблем. Что касается железнодорожной инфраструктуры, здесь немного сложнее – от ближайшей станции до Восточно-Сянской провинции порядка 200 км. Но и Черемшанское месторождение находится не так близко – более 80 км. 

Сравните: в Екатеринбурге, где действует один из трёх существующих в России заводов по производству кремния (ещё два в Иркутской области – в Братске и Шелехове), работать приходится вообще на сырье из Украины.

Кроме того, не надо забывать, что «суперкварциты» обогащаются намного проще и лучше, чем обычный, скажем, терригенный (обломочный) кварцит. Потому что в особо чистом кварците Бурал-Сарьдага мало не только химических примесей, но и структурных – в самом минерале кварца. Ведь если загрязнена структура кристалла, то эту примесь почти невозможно очистить. Технологии по очистке очень затратны с энергической точки зрения и являются неэкологичными. А суперкварциты Бурал-Сарьдага – это сырьё, уже почти обогащённое, самой природой подготовленное к использованию. Поэтому, на мой взгляд, Приангарье является достаточно перспективной территорией для создания площадки по производству такого типа продукции. Просто сейчас в России приоритетным энергетическим сырьём по-прежнему остаются нефть и газ. Когда дело дойдёт до солнечной энергетики на основе кремния, которая, в отличие от углеводородов, действительно является возобновляемым энергетическим ресурсом, я не знаю. Хотя вижу в ней большие перспективы.

– И всё-таки у нас пока нет реализованных проектов по производству кремния для энергетики. Провалились планы «Нитола», который ссылается на то, что не смог конкурировать с Китаем. Разработки вашего института существуют уже около 10 лет, но до сих пор они на уровне проекта.

– Вы знаете, даже Германия, которая считается лидером по производству солнечных панелей, испытывает огромные затруднения, потому что конкуренцию создаёт Китай. Между тем в Китае это направление поддерживается государством, что даёт возможность выпускать те же солнечные панели, но раза в три дешевле, чем немецкие. Конечно, у китайского производителя похуже каче­ство, но это непринципиально, если потребителю нужна солнечная батарея лишь для того, чтобы, например, заряжать ноутбук. Она всё равно отслужит лет пятнадцать, после чего можно купить новую. На мой взгляд, расчёт у нас может быть только на одно – на государственную поддержку.