Сірка. Геологічні особливості та перспективи видобутку
Родовища сірки є важливим природним ресурсом, що має широке застосування у різних галузях промисловості, від хімічної і нафтової до сільськогосподарської та фармацевтичної. Україна, маючи одні з найбільших запасів самородної сірки у світі, відіграє важливу роль у глобальній видобувній галузі. Значна частина родовищ зосереджена в Передкарпатському сірконосному басейні, а також на території Дніпровсько-Донецької западини та Керченського півострова. У цій статті розглянуто геологічні особливості українських сірчаних родовищ, їхні мінеральні характеристики та сучасний стан видобутку. Окрема увага приділяється генезису родовищ і можливим перспективам подальшого їх вивчення та експлуатації.
Загальні відомості
Середній вміст сірки в земній корі становить приблизно 3×10⁻⁴%. Підвищені концентрації (до 2,4×10⁻³%) характерні для глинистих і карбонатних порід. У природі сірка зустрічається як у зв’язаній формі — у вигляді сульфатів та сульфідів, так і у вільному стані. Вона також міститься в нафті, вугіллі, природному газі та деяких мінеральних водах.
Сірка входить до переліку корисних копалин загальнодержавного значення затвердженого постановою Кабінету Міністрів України від 12 грудня 1994 р. № 827, як хімічна сировина.
Самородна сірка може бути як кристалічною, так і аморфною. Найпоширенішою в природі є ромбічна сірка (α‑сірка), стійка при температурі нижче 95,5°C. Моноклінна сірка (β‑сірка) стабільна при температурі від 95,5°C до 119°C, тоді як аморфна (µ‑сірка) є метастабільною і при звичайних умовах переходить у ромбічну форму. Температури плавлення цих форм сірки становлять відповідно 110–112,6°C, 114,5–119°C та 114,5°C. Тепло- та електропровідність сірки дуже низькі, а її твердість варіюється від 1 до 2. Сірка практично нерозчинна у воді та кислотах, проте добре розчиняється в сірковуглеці, нафті, бензині та інших органічних рідинах.
Під час плавлення (при температурі 114–119,8°C) сірка перетворюється на рухливу жовту рідину. При температурі понад 160°C вона темніє та стає в’язкою, перетворюючись на густу темно-коричневу масу. При температурі 300°C сірка знову стає рідкою. Вона кипить при 444,6°C, а температура її займання в повітрі коливається в межах 214–280°C. При 360°C і вище сірка активно реагує з киснем, утворюючи SO₂. З воднем при температурі 400°C утворюється H₂S, який при 1690°C розкладається на воду і сірку.
До основних сполук сірки належать сірчаний ангідрид (SO₂), сірководень (H₂S) і сірчана кислота (H₂SO₄). Джерелами цих сполук можуть бути самородна сірка, нафта, природний газ, сульфідні та сульфатні руди (гіпс і ангідрит), бітумінозні піски та викопне вугілля. Найважливішим для народного господарства ресурсом є самородна сірка.
Сфери використання і вимоги до сировини
У хімічній промисловості сірчана кислота використовується для виробництва фосфорної, соляної та інших кислот. У сільському господарстві вона необхідна для виробництва фосфорних добрив (для отримання 1 тонни суперфосфату потрібно приблизно 400 кг сірчаної кислоти). У нафтопереробній промисловості сірчана кислота застосовується для очищення гасу та нафтових масел, а в металургії — для травлення металів. Значні обсяги сірчаної кислоти використовуються при видобутку урановихруд, виробництві мила, миючих засобів, фарб та пігментів.
Виробництво штучного волокна (віскози) також є значним споживачем сірки, зокрема для отримання CS₂. У паперовій промисловості сірку у вигляді SO₂ використовують при обробці деревної маси (бісульфатний метод). Велика кількість сірки також застосовується у процесі вулканізації гуми, де її кількість визначає властивості каучуку — від м’якого до твердого (ебоніт). Сірку також використовують у хіміко-фармацевтичній промисловості для виробництва сульфаніламідів та мазей, а також для виготовлення ультрамарину. У текстильній, харчовій, крохмальній і патоковій промисловості сірку та її сполуки застосовують для відбілювання, консервування фруктів і в холодильному виробництві. Крім того, сірку використовують для виробництва сірників, у піротехніці, скляній і шкіряній промисловості.
Нові напрями використання сірки включають виробництво сірчаних асфальтів, бетонів, кераміки, пінної сірки та сірчаних покриттів. Видобування і використання сірки є важливими показниками рівня розвитку промисловості країни.
Видобування сірки
Рудами для видобутку сірки можуть бути будь-які сірчані породи з вмістом самородної сірки не менше 5–8%. За вмістом сірки руди поділяють на багаті (понад 25%), середні (10–25%) і бідні (5–10%). За мінеральним складом і літологічними властивостями виділяють кілька типів руд, серед яких найпоширенішими є вапнякові (кальцитові), кальцит-доломітові, мергелисті та глинисті руди, рідше зустрічаються кременисто-піщані та так звані опалітові руди і сірчані кварцити. До шкідливих домішок у самородній сірці належать гіпс, бітуми, миш’як і селен. Сірка, призначена для виробництва сірчаної кислоти, не повинна містити понад 5% домішок, з яких органічні речовини мають складати не більше 1%. Особливо високі вимоги ставляться до сірки, яка використовується для виготовлення віскози (шкідливі домішки — бітуми і миш’як), целюлози (Se 0,05%), гуми (миш‘як і бітуми), фармацевтичних препаратів, пороху (неприпустимі домішки — пісок).
Родовища самородної сірки розробляються за допомогою відкритих кар’єрів або шляхом підземної виплавки за методом Фреша. Підземна розробка ускладнюється через легку займистість сірки, виділення отруйних сірчаних газів і вибухонебезпечність дрібнодисперсного сірчаного пилу. Метод Фреша полягає в тому, що через бурові свердловини в рудне тіло подають перегріту воду (165°C), яка розплавляє сірку на місці її залягання. Потім рідка сірка за допомогою стисненого повітря виштовхується на поверхню. Основні вимоги до родовищ, які експлуатуються цим методом, включають водопроникність сірковмісних порід, непроникність покривних та підстильних порід, вміст сірки понад 10% і видобуток не менше 40%.
Багаті руди (понад 25% сірки) направляються безпосередньо на переробку, тоді як бідні руди збагачуються шляхом флотації. Сірка виплавляється в автоклавах за допомогою перегрітої пари, в результаті чого отримують “грудкувату” сірку. Вартість технічної сірки коливається від 60 до 240 доларів за тонну, в середньому становить близько 120 доларів за тонну.
Генетичні та геолого-промислові типи родовищ
Родовища сірки формуються під різними геологічними умовами, що пов’язані з різноманітними процесами, такими як магматичні та гідротермальні для сульфідних родовищ, а також осадові для сульфатних відкладень.
- Для самородної сірки виділяють дві основні групи родовищ:
- Вулканогенні, що розташовані в зонах сучасної або недавньої вулканічної активності (ексгаляційні, гідротермальні, вулканогенно-осадові);
- Екзогенні, які переважно пов’язані з породами лагунного або лагунно-морського походження (сингенетичні та епігенетичні).
Вулканогенні родовища мають важливе значення, зокрема ексгаляційні родовища, що утворюються в результаті дії фумарол і сольфатар. Сірка переноситься у вигляді газів та сірководню з вулканічних центрів і осідає внаслідок конденсації на холодних стінках тріщин у туфах і лавах. Руди таких родовищ зазвичай мають високу якість, а поклади розташовані групами, хоч і не великі за розмірами.
Гідротермальні родовища, пов’язані з ексгаляційними, утворюються внаслідок дії гарячих сірчанокислих вод, що призводить до інтенсивного перетворення порід (каолінізація, опалізація, алунітизація). Сірка тут утворюється в результаті хімічної взаємодії H₂S і SO₂, а породи змінюються на вторинні кварцити, що містять кварц, опал, сірку, алуніт та каолін.У таких родовищах спостерігається вертикальна зональність, де змінюються фації кварцитів від верхніх частин до нижніх. Зокрема, монокварцити переходять у сірчано-алунітові кварцити, далі — в каолінові та серицитові кварцити. Така зональність зумовлена зміною кислотності розчинів.
Вулканогенно-осадові родовища утворюються на дні кратерних озер, де по тріщинах виходять гарячі джерела та сірчані гази. Руди таких родовищ складаються з сірки, опалу та чорного залізного колчедану. Екзогенні родовища мають найбільше практичне значення, оскільки містять близько 90% всіх розвіданих запасів самородної сірки у світі. Вони поділяються на сингенетичні (осадово-біохімічні) та епігенетичні (інфільтраційно-біохімічні).
Сингенетичні родовища утворюються в озерах і лагунах, де відбувається осадження сульфатних солей. Анаеробні бактерії, що розвиваються в органічно насичених придонних частинах басейнів, спричиняють редукцію сульфатів і утворення сірководню, який піднімається до поверхні, де окислюється до самородної сірки. Такі родовища мають пластову форму і приурочені до антиклінальних складок та куполоподібних піднять. Типові приклади — родовища самородної сірки Прикарпаття.
Епігенетичні родовища формуються в тріщинуватих та пористих породах, насичених сульфатними водами, що містять органічну речовину. Сірководень, утворений у процесі сульфатредукції, окислюється до сірки в зонах змішування глибинних і поверхневих вод. Такі родовища часто асоціюються з нафтогазоносними районами і містять вуглеводневі сполуки, як-от озокерит та асфальтові бітуми. Прикладом є Трускавецьке родовище в Україні.
Родовища сірки в Україні
За розвіданими запасами самородної сірки Україна займає одну з провідних позицій у світі. За даними державного балансу, враховується десять родовищ із загальними запасами в 196 мільйонів тонн, з яких підтверджені запаси (категорії А+В+С1) становлять 128,3 млн тонн, а категорія С2 — 2,3 млн тонн. До недавнього часу велися роботи на трьох родовищах Передкарпатського сірконосного басейну (Подорожнянське, Язівське, Немирівське), тоді як сім інших родовищ (Загайпільське, Гримнівське, Шевченківське, Любенське, Тейсарівське, Тлумацьке, Жуківське) перебувають у резерві.
Видобуток на Подорожнянському родовищі був припинений у 1997 році, на Немирівському — призупинений, а розробка триває лише на Язівському родовищі. Обсяги видобутку сірки знизилися з 1,8 мільйона тонн у 1991 році до 79 тисяч тонн у 2003 році. Сірка також зустрічається в нафтових родовищах Сумської та Львівської областей, де її загальні запаси становлять 430 тисяч тонн і 47 тисяч тонн відповідно.
Передкарпатський сірконосний басейн простягається вузькою смугою через території Львівської та Івано-Франківської областей і Польщі, вздовж південно-західного краю Руської платформи та її стикування з Передкарпатським прогином. Родовища цього басейну належать до інфільтраційно-метасоматичного типу й знаходяться в глинисто-карбонатно-сульфатних формаціях, що залягають у товщах тортонського і сарматського ярусів, які сягають товщини від 10 до 400 м. Неогенові відклади перекриті малопотужним шаром четвертинних порід. Промислові поклади сірки приурочені до ратинських вапняків, у яких сірка залягає у вигляді тонкорозсіяних криптокристалічних відокремлень.
Сумарна потужність продуктивних пластів коливається від 2 до 30 метрів, а вміст сірки може досягати 91,4%. Руди поділяються на два типи: вапнякові та глинясто-вапнякові. Найбільшими родовищами басейну є Роздольське та Язівське. Продуктивні шари складаються із сульфатно-карбонатних відкладів лагунного походження, до яких приурочені основні скупчення сірки. Максимальна концентрація сірки спостерігається в нижній частині цих відкладів, зменшуючись у напрямку до верхніх шарів і зі збільшенням теригенного матеріалу у вапняках.
Трускавецьке родовище сформоване карбонатно-піщано-глинистими породами нижньоворотищенської світи міоцену, які утворюють антиклінальну структуру. Сірчано-поліметалічне зруденіння чітко стратифіковане й зосереджене в пачці брекчієподібних грубозернистих філітових пісковиків і сірих глин. Особливістю цієї пачки є підвищена карбонатність (до 50%), наявність органічного вуглецю (1–2%) і прошарки сірих вапняків. Мінералізований горизонт знаходиться у верхніх частинах нижньоворотищенської світи, що характеризується регіональним опрісненням. Нижче “рудного” горизонту залягає товща одноманітних сірих вапняків, глинистих сланців із прошарками гіпсу та скупченнями кам’яної солі. Над нею знаходяться засолені глини верхньоворотищенської світи з покладами калійної та кам’яної солі. Зона зруденіння має потужність від 100–150 м у центральній частині до 20–30 м на флангах родовища. Мінеральний склад порід є різноманітним і включає самородну сірку, брункіт (сульфід цинку), галеніт, марказит, гіпс, кальцит, ангідрит, доломіт, целестин та озокерит. Родовища унікальні через свої мінеральні асоціації та умови утворення, що призводить до різних теорій щодо їхнього генезису (магматичний, гідротермальний, осадовий, екзогенний). Більшість дослідників відносить родовище до інфільтраційних, які утворилися через процеси розсольного рудогенезу.
Самородна сірка також зустрічається в ряді інших місць, таких як Єфремівська, Олексіївська, Петрівська та інші солянокупольні структури, де сірка утворює вкраплення або прожилки у кам’яній солі й глинисто-карбонатних породах. На Корульському куполі сірка зустрічається між буровугільними шарами палеогену. Наприклад, Новодмитрівське родовище, розташоване в південно-східній частині ДДЗ, містить лінзоподібні поклади самородної сірки в сульфатно-карбонатних породах.
Сірчані руди залягають у верхній частині товщі, переважно під верхнім пластом вапняку, й мають лінзоподібну форму з потужністю 2–6 м. Сірка представлена світло-жовтими мікрозернистими або пелітоморфними утвореннями, а також крупнокристалічною прозорою сіркою. Мінеральний склад руд включає доломіт, сірку, гіпс, кальцит, кварц, глинисті мінерали, а також незначні кількості галіту та фосфориту. Ці родовища є перспективними для подальшого вивчення і розробки.
Крім того, державним балансом враховуються також незначні запаси сірки (397 тис. т) в двох нафтових родовищах – Коханівському ( Львівська область) (31 тис. т) і Бугреватівському ( Сумська область) (366 тис. т). Вміст сірки в нафті 1,1–3,8 %. Починаючи з 1995 р. сірка на Коханівському родовищі не виробляється. Видобуток сірки на Бугреватівському ро- довищі в останні роки складав близько 6 тис. т.
Отже, Україна має значні перспективи для подальшого розвитку видобутку самородної сірки, зважаючи на великі запаси та різноманітні родовища. Геологічні особливості Передкарпатського сірконосного басейну, а також інших районів дозволяють оптимізувати процеси видобутку та переробки сірки. Однак, для ефективного використання цих ресурсів необхідно впроваджувати сучасні технології розвідки та видобутку, а також продовжувати геологічні дослідження з метою покращення оцінки запасів і якості руд. Це дозволить не тільки збільшити обсяги виробництва, але й забезпечити стабільне економічне зростання в регіонах, де знаходяться ці родовища.
ПРОЙДЕМО РАЗОМ ШЛЯХ ВІД ІДЕЇ ДО ВИДОБУВАННЯ
Можливо Вас зацікавлять також:
Цирконій і гафній. Властивості та поширення
Гафній і цирконій — це стратегічно важливі метали, які завдяки своїм унікальним фізико-хімічним властивостям
Плагіограніт. Інтрузивна порода як свідок глибинних процесів планети
Плагіограніт — інтрузивна порода, що відображає процеси магматичної диференціації та формування океанічної кори.
Палигорськіт. Унікальні властивості породи та її поширення
Палигорськіт — волокнистий глинистий мінерал із високими адсорбційними властивостями, який утворюється у відкладах теплого мілководдя.


