Соли Камские

Ю. МОРАНЕВСКИЙ

Соликамск — в прошлом маленький городок, насчитывающий едва 3—4 тыс. жителей, расположен в 280 км к северо-востоку от Перми, в 7 км от Камы, на ее левом притоке —  р. Усолке.

Железнодорожный путь от Перми в Соликамск прорезает отроги Уральского хребта, местами проходит тоннелем или глубокими каменными выемками. Здесь много крутых подъемов, которые приходится преодолевать при помощи двойной тяги. В этой живописной гористой местности вдоль железнодорожного пути расположено много рудников, угольных копей и заводов. Под конец пути поезд отходит на Урал, спускаясь в раковинную долину Камы, покинутой им в Перми. Уже на берегу Камы поезд подходит к Березниковскому химкомбинату, громадной новостройке, растущей с каждым месяцем и призванной дать Союзу разнообразнейшие продукты химической промышленности — соду, хлор, соляную кислоту, аммиак и многое другое. От Березников новая железнодорожная ветка, построенная 5 лет назад, идет на север и на 30-м километре достигает Соликамска.

Здесь, в Соликамске, в 1925 г. разведочной партией б. Геологического комитета под руководством геолога-профессора П. И. Преображенского открыто месторождение солей калия и магния, по своей величине и богатству занимающие сейчас всеми признанное первое место в мире.

Чан для отстаивания калийных солей на обогатительной фабрике Калийного рудника № 1

Еще во время Ивана Грозного, четыреста лет назад, в районе Соликамска и Березников производилась выварка обыкновенной поваренной соли из соленых источников и соляных рассолов, которые выкачивали с глубин при помощи скважин-труб и колодцев. Самое название Соликамск получил за свои соляные богатства. Но только в наше время геологи, изучавшие строение земли в этом районе, высказали предположение, что в Соликамске кроме обыкновенной поваренной соли должны быть также ценные соли калия и магния, которые ввозились к нам из Германии. До открытия Соликамских месторождений Германия считалась первой в мире страной по запасам солей. В 1926 г. первая же разведочная скважина советских геологов встретила на глубине около 100 м калиевую соль.

Как образовалась соляная залежь

Калий — металл, очень похожий на натрий. Оба они очень легки, легче воды, мягки и легко режутся ножом; обоих надо хранить в керосине, так как на воздухе они очень быстро окисляются (присоединяют к себе кислород), а воду разлагают с выделением газа — водорода — и с  образованием щелочи. В природе оба металла широко распространены, но встречаются всегда в виде соединений с другими химическими элементами. Так соединение натрия (знак Na) с хлором (знак С1) есть обыкновенная поваренная соль (NaCl), или как ее иначе называют, хлористый натрий; соединение натрия с углеродом (С) и кислородом (О) есть сода: ее формула Na₂CO₃. Но больше всего калия и натрия заключено в каменных породах (силикаты), из которых сложена наружная оболочка нашего земного шара, так называемой земной коры.

Все производственные процессы калийного комбината целиком механизированы. Машинным отделением управляет один человек. Слева от дежурного машиниста слуховой аппарат, справа — аппараты световой сигнализации

Магний тяжелее калия и натрия, его удельный вес — 1,7. Он уже труднее окисляется, его можно хранить на воздухе. Но все, вероятно, знают, как ярко горит магний, если его поджечь, он образует при этом белый порошок окиси магния — соединения магния с кислородом. Магний также в большом количестве содержится во многих каменных породах — силикатах.

Под стеклом специальный аппарат, автоматически записывающий движение клети в стволе шахты

Но извлечь калий, магний и натрий из каменных пород не легко, потому что в воде эти породы не растворяются, и превратить заключенные в них металлы в более простые удобоиспользуемые соединения трудно.

Эта работа освобождения калия, натрия и магния из силикатов делается в природе водой, воздухом, ветром, теплом и холодом. Породы разрушаются или, как говорят геологи, выветриваются. Это разрушение идет так медленно, что человеческой жизни мало, чтобы наблюдать ход этого процесса. Земля существует сотни миллионов лет; нетрудно себе представить, что даже при самой ничтожной скорости этот процесс за такой колоссальный срок даст громадные результаты. Калий, натрий, магний превращаются постепенно в более простые соединения — соли, растворимые в воде. Вода, падая в виде дождя и снега, омывает поверхностный слой земли и уносит эти растворимые соли. Но затем судьба их различна: соли калия в большей своей части поглощаются рыхлым почвенным слоем и используются растениями, правильное развитие которых без солей калия невозможно; натриевые же и магниевые соли не поглощаются и выносятся водой в реки, а реками — в море.

Электрический ток приводит в движение врубовки, электробуры, скреперы. Бурильщик бурит скважину колонковым электробуром.

Морская вода солона. Если выпарить досуха литр океанской воды, то в сосуде, где велось выпаривание, останется около 35 г солей; в морях, расположенных в нежарких странах, о большими впадающими в них реками, приносящими много пресной воды, солей оказывается уже меньше. Так в Черном море солей около 20 г на литр воды, а в Финском заливе — всего 5—7 г. Три четверти веса солей морской воды составляет обыкновенная поваренная соль — хлористый натрий; гораздо меньше в морской воде солей магния, еще меньше калия. Не все соли морской воды — соединение металлов с хлором. Среди них есть в небольшом количестве и соединения с серой и кислородом — сернокислые соли, с бромом — бромистые соли и т. д. Вообще в небольших и ничтожных количествах в морской воде есть почти все известные вещества, даже золото, но его так мало (около 5 тысячных долей грамма на тонну воды), что добыча его из морской воды экономически невыгодна.

Запал бикфордова шнура, который уходит в скважину, заряженную взрывчатым веществом

Представим себе, что морской залив отделился песчаной отмелью (косой) от моря. Вода постепенно испаряется из такого «озера», и его вода делается все более и более соленой. Вода не может растворять беспредельное количество соли. По мере испарения воды раствор делается «насыщенным», неспособным удержать большее количество соли в растворенном состоянии. Для океанской воды состояние такой насыщенности достигается тогда, когда испарилось 0,9 воды — ее объем стал в 10 раз меньше. Если усыхание идет дальше, соль начинает выпадать в твердом виде, и ее кристаллы копятся на дне водоема. На юге нашего Союза можно наблюдать сейчас такие соляные лиманы и озера.

Врубовая машина "Самсон"

В морской воде, как сказано, очень много солей. Какая будет при усыхании садиться первой? Ответить на этот вопрос нетрудно: так как больше всего в морской воде хлористого натрия, то при испарении она первой «насытит» раствор и начнет выпадать (впрочем еще раньше будет выпадать сернокислый кальций, так как он мало растворим). Когда большая часть поваренной соли будет уже твердым осадком лежать на дне, из оставшегося «маточного рассола» начнут осаждаться соли калия, а потом и соли магния вместе с солями калия.

Лебедка для откатки руды от забоя к штреку

Представим себе, что наш залив высох до конца и его постепенно занесло песком, глиной, создавшей защитный от воды покров. Прошли тысячи и миллионы лет, этот защитный слой рос, превращая постепенно бывший залив в месторождение ископаемых солей. Так приблизительно образовалось и Соликамское месторождение. Когда-то, сотни миллионов лет назад, район нынешнего Соликамска был под водой. Громадное «Пермское» море расстилалось вдоль уральских гор, в то время более высоких, чем теперь, до самого Каспийского моря. На запад это море доходило до Волги. Одним из его заливов и был Соликамский район.

Металлический ящик — скрепер при помощи лебедки захватывает соль и передает ее из забоя к откаточному штреку. Скрепер захватывает до 2 тонн груза. В смену он подает к штреку до 50 вагонеток

Богатства Соликамска и их разработка

Соликамское месторождение представляет собой громадную пластовую соляную залежь, общая поверхность которой определяется сейчас в 1 700 км², а мощность (по вертикали) колеблется от 350 до 500 м. Соляная толща покрыта известково-глинистыми породами и гипсом и лежит на глубине от 100 до 200 м от поверхности. Самые верхние пласты оказываются хлористым натрием (ископаемый хлористый натрий называется каменной солью). Далее идет мощная область распространения так называемого карналлита. В состав этой соли (ее формула KCl.MgCl₂.6H₂O) входит хлористый калий (26,8 проц.), хлористый магний (34,3 проц.) и вода (38,9 проц.). Это обычно оранжево-бурая, красновато-бурая, иногда желтая и редко бесцветная соль; ее окраска зависит от примеси окиси железа. Редко встречается чистый стопроцентный карналлит, обычно, он смешан с каменной солью (NaCl).

Схематический разрез Соликамского месторождения калийных солей

Карналлит легко размокает во влажном воздухе, так как притягивает воду. Мощность карналлитовой части залежи равна в среднем около 60 м. Запас «сырого» карналлита, разведанный в Соликамске, составляет грандиозную цифру свыше 60 млрд, т, содержащих около 9 млрд, т калия и 5,5 млрд, т магния. Карналлит содержит кроме калия и магния еще очень нужный промышленности бром. Его в среднем около 0,1 проц., — казалось бы, немного, однако если принять во внимание запасы карналлита, то для брома получается запас, равный миллионам тонн.

Пустая вагонетка выталкивает из клети груженую, которая идет без помощи человека к механическому опрокиду

Ниже карналлита идет несколько пластов мощностью от 1 до 6 м так называемого сильвинита — смеси хлористых калия и натрия. В отношении калия это самая ценная часть залежи, так как содержание хлористого калия здесь выше, чем в сыром карналлите, достигая в рабочих пластах 25—40 проц. Сильвинит имеет мясо-красный цвет или сургучно-красный цвет от присутствующих окислов железа, иногда бывает молочно-белым. Запасы калия в сильвините свыше 4 млрд, т, а всего в Соликамске не менее 13 млрд. т. Это в несколько раз больше, чем во всех иностранных месторождениях, вместе взятых.

Это механические опрокиды. Электротолкач подает к ним вагонетки с сильвинитом. В секунду автомат опрокидывает вагонетку и сильвинит ссыпается в подземный бункер

Ниже сильвинита идет на очень большую глубину до 500—600 м каменная соль.

Разведка месторождений шла с помощью механического бурения. Пробуривались скважины глубиной от 100 до 500 м, а одна глубокая скважина пробурена до глубины 1040 м, — больше километра вглубь земли. При бурении из земли вынимается выпиленная буровым инструментом цилиндрическая колонка, куски которой носят специальное название кернов. Приставленные один к другому такие керны дают возможность подробно представить себе, как лежит соль и каков ее состав и особенности.

Готовый 85-процентный хлор-калий подается на транспортер для погрузки. Движущаяся по рельсам машина "Кротцер" своими гребешками захватывает и разрыхляет готовый хлор-калий

Вскоре после того, как разведка установила, что в Соликамске наш Союз имеет богатейшее месторождение солей калия и магния, был учрежден специальный калийный трест (ныне Союзкалий) для эксплуатации месторождений. К Соликамску была проложена железнодорожная ветка, на Каме стал сооружаться специальный порт для погрузки и отправки водой солей, а на месторождении заложены рудники.

В настоящее время 1-й рудник пущен в ход. Это колоссальное сооружение. В нем две шахты глубиною по 260 м каждая и диаметром в 5 м. От них расходятся лабиринты подземных коридоров и камер, проведенных в соли. Пол, потолок, стены этих коридоров — разноцветная соль. Общая длина подземных путей превышает 9 км. Они полностью электрифицированы и механизированы. Рудник должен давать 1500 тыс. т калиевой соли в год. На поверхности сооружена прекрасная электростанция, завод переработки солей, солемельница, хранилище соли, лаборатория и масса служебных построек. Население Соликамска давно перевалило за 20 тыс. чел. Город нельзя узнать.

Аппараты "Шнек", сменившие грузчиков, быстро наполняют железнодорожные составы сильвинитом За 8—10 минут вагон загружен и готов к отправке

Нелегко было проходить шахты. Соль хорошо растворима в воде, и вода — главный враг соляных рудников. Поэтому при проходке шахты надо было позаботиться о том, чтобы в рудник не могла попасть вода.

Первая шахта проходилась так, что по мере прохождения по ее окружности ставилась временная деревянная заборка и пространство между нею и стенками шахты заливалось цементом. Однако больших потоков подземной воды так изолировать не удалось, и был применен способ тюббингования — закрытия стенок шахты специально изготовленными чугунными тюббингами: каждый из них закрывает 1/8 часть поверхности цилиндрической шахты; герметически скрепленные друг с другом они одевают стенки шахты сплошным чугунным чехлом.

При проходке 2-й шахты был применен интересный метод замораживания: по окружности будущей шахты было заложено 24 буровые скважины глубиной в 140 м и в каждую скважину спущено 2 трубы; по одной в скважину спускался охлаждающий раствор, а по другой он. поднимался назад. Охлаждающий раствор — это раствор поваренной соли, охлажденный твердой углекислотой (сухой лед — см. о нем в № 6 за 1933 г. в «Технике молодежи»). Через несколько недель все пространство между скважинами оказывалось промерзшим, и можно было копать шахту, не боясь воды. Стенки этой шахты были затем также закреплены тюббингами.

Механизирована на Соликамском комбинате и последняя операция перед отправкой: насыпка и зашивка мешков

Роль Соликамских солей в хозяйстве Союза

Мы уже говорили, что растения нуждаются в солях калия: без них они не могут развиваться нормально. Соли калия есть в древесной золе и ее часто поэтому употребляют как удобрение. Ценнейшим минеральным удобрением являются соли калия. Внесение их в почву вместе с другими минеральными удобрениями (содержащими фосфор и азот) повышает урожай многих сельскохозяйственных растений в полтора-два раза. Нетрудно понять, какую громадную роль приобретает возможность иметь свои советские минеральные удобрения в условиях широкого развертывания социалистических форм сельского хозяйства. Калийные удобрения являются наряду с механизацией обработки почвы одним из крупнейших факторов повышения урожайности советских полей.

Хлористый калий готов к отправке. На мешке стоит марка: "Сделано в СССР".

Производство металлического магния из карналлита является ближайшей задачей в использовании Соликамских богатств. В дни пуска соликамцы выдвинули лозунг: «Калий есть, магний будет». Магний нужен как сырье для производства легких сплавов, очень твердых, вязких, легко обрабатывающихся и неизменяющихся (например сплав электронметалл, содержащий кроме магния 6 проц. алюминия, 1 лроц. цинка и немного марганца). Смесь так называемой основной хлорокиси магния, легко получаемой из карналлита, с древесными опилками представляет прекрасный материал для полов (цемент Сорреля).

Таковы богатства Соликамска.

Товарищам, которые захотели бы подробнее познакомиться с Соликамском, рекомендуем такие книжки:
П. И. ПРЕОБРАЖЕНСКИЙ — Соликамское калийное месторождение, Ленгосхимтехиздат, 1933 г., цена 2 р. 50 к.
A. А. ИВАНОВ — Калийные соли. Геологии, издательство, 1930 г., цена 25 коп. '
B. И. НИКОЛАЕВ — Соляные проблемы СССР. Изд. Академии наук, 1933 г.
Журнал "Калий", издаваемый Союзкалием в Москве.