Определение
Гематитовые руды – это руды с высоким содержанием гематита (Fe2O3), кварца и небольшой примесью магнетита, карбоната и слюд (рис. 1, 2, 3, приложение). Гематитовые руды распространены в вулканогенно-осадочных и гидротермальных комплексах, коре выветривания железистых кварцитов. Гематитовые руды можно определить по металлическому блеску и черному цвету часто с красными прослоями окислов железа. Богатые гематитовые руды могут быть не магнитными, но содержать до 65% Fe и до 18% Mn.
 |
 |
| Рис. 1. Образец гематитовой руды (рудопроявление Рогосельга). | Рис. 2. Фото полированного среза (аншлиф) гематитовой руды. Основная серая масса – гематит; черные вкрапления – магнетит; светлые тонкие прослои – кварц; красные прослои – окислы железа, гематит; крупные светлые и розовые включения – доломит. |
 |
 |
| Рис. 3. Микрофото гематитовой руды под рудным микроскопом (фото в отраженном свете). Светлые пластинки – гематит; крупные коричневые зерна – магнетит; черные зерна – не рудные минералы (кварц, слюды, доломит и др.) |
|
Распространение
Гематитовые руды обнаружены на всех континентах и приурочены к древним докембрийским щитам. На крупнейшие месторождения гематит-магнетитовых руд в России, Канаде, Австралии и других странах мира приходится около 70% добычи железа (рис. 4). Большинство месторождений связано с железистыми кварцитами. В Карелии крупные залежи гематитовых и магнетитовых руд выявлены в Костомукшском, Муезерском и Пряжинском районах.
 |
| Рис. 4. Полосчатые железистые кварциты с гематитом (Австралия) https://en.m.wikipedia.org/wiki/Banded_iron_formation |
Возраст
Древнейшие гематитовые руды, приуроченные к железистым кварцитам, формировались на Земле начиная с 4.1 и до 0.75 млрд лет назад. Гематитовые руды в Карелии образовались в интервале 2.8 – 2.1 млрд лет назад.
Процесс образования
Образование гематитовых руд происходило в условиях морского мелководья в результате увеличения уровня кислорода в атмосфере, окисления растворённого в воде железа и последующего его выпадение в осадок в виде оксидов железа (гематита и магнетита). Позднее пласты осадков были метаморфизованы и деформированы под воздействием давления и температуры (рис. 5).
 |
| Рис. 5. Модель образования гематитовой руды (полосчатых железистых кварцитов) и доломитов на территории Туломозерского рудопроявления. |
Доступные локации
Туломозерские гематитовые рудопроявления расположены в Пряжинском районе Карелии, в 146 км от г. Петрозаводска, к северу от поселка Колатсельга. На рудном объекте выявлено более 40 гематитовых рудопроявлений с общими запасами около 200 тыс. тон. Маломощные пласты гематитовых руд залегают на небольшой глубине и иногда встречаются на поверхности. Они преимущественно сосредоточены в полосе длиной около 16 км в направлении от д. Колатсельга до д. Сона. Детальное изучение одного из самых богатых рудопроявлений Рогосельга показало, что здесь на дневную поверхность выходят, по крайней мере, два складчатоповторяющихся пласта, состоящих из цепочек линз гематитовых руд. Протяженность отдельных рудных линз не превышает 100 м при мощности 2 м. При этом мощность прослоев с наибольшей концентрацией гематита колеблется в пределах 0.1-0.5 м. Гематитовые руды непосредственно ассоциируют с доломитами, среди которых присутствуют редкие прослои хлорит-серицитовых сланцев. Последние характеризуются тонкой слоистостью, псаммитовой структурой и представляют собой песчано-глинистые осадки. В доломитах встречены постройки строматолитов. Микроскопическое изучение выявило, что оруденение связано с двумя различными типами пород – с хемогенными железисто-кремнистыми осадками и терригенными железисто-песчаными. Причем, обе разновидности руд могут встретиться в пределах одного рудного пласта. Для обоих случаев характерна слоистая до микрослоистой текстура. Рудообразующим минералом является гематит, представленный несколькими генерациями. Гематитсодержащим кварцитопесчаникам присуща псаммитовая структура, обусловленная наличием зерен кварца различной степени окатанности, реже плагиоклаза, промежутки между которыми выполнены тонкозернистым кварцем, серицитом и гематитом.
Подземные и наземные горные выработки 19 века сохранились на бывшем руднике Рогосельга, где в канавах и стенках можно найти пласты гематитовых руд (рис. 6). На рудопроявлении Рогосельга преобладают гематитовые руды с тонкозернистым гранобластовым кварцем - гематитовые кварциты. Под микроскопом в проходящем свете наблюдаются хлопьевидные и округлые обособления, состоящие из микрогранобластового кварца, оконтуренные рудным минералом и представляющие собой перекристаллизованные гели кремнезёма. В отраженном свете установлено, что рудный минерал представлен гематитом трех генераций.
 |
 |
 |
 |
| Рис. 6. Фото штольни по добыче пластовых залежей гематитовой руды на рудопроявлении Рогосельга. | |
Формирование гематита I генерации, присутствующего в виде точечных зерен среди микрогранобластового кварца, связано с дегидратацией гидрогеля гидроокиси железа. Гематит II образует петельчато-сростковые и спутано решетчатые, кружевидные агрегаты в существенно рудных слойках. К III генерации относится пластинчатый гомогенный гематит сланцевоплойчатых железнослюдковых руд, кристаллизующийся в тектонически напряженных зонах, и ситовидный порфиробластический, образующийся на заключительной стадии метаморфизма (Гоpьковeц, Рaeвcкaя, 2000; Путеводитель геологических экскурсий по Карелии ( раздел "Туломозеро"), 2000 г.).
Тулмозерский рудный парк: экспозиция об истории завода
Масштабы добычи железной руды и производства железа можно оценить по сохранившимся каменным корпусам на территории Туломозерского горного парка – ранее завода (Рудный парк "Тулмозерье").
История освоения гематитовых рудопроявлений Туломозера и особенностей обработки руды на заводе описаны в путеводителе XXVI молодежной научной школы-конференции, посвященной памяти члена-корреспондента АН СССР К.О. Кратца и академика РАН Ф.П. Митрофанова. Актуальные проблемы геологии докембрия, геофизики и геоэкологии (Шеков и др., 2015):
«Туломозерский горный парк был благоустроен для посещения туристами в ходе реализации крупного международного проекта «Дорога горных промыслов». Благодаря проекту были описаны и введены в туристический оборот многие памятники природы и индустриальной истории, включая выходы горных пород, места горных разработок, заброшенные шахты и штольни, горноперерабатывающие и металлургические заводы.
Особенностью Туломозерского чугунолитейного завода, как памятника истории, являются его частично разрушенные корпуса и находящиеся неподалёку рудники, вместе - позволяющие воссоздать полноценный производственный комплекс по добыче и переработке железорудного сырья конца XIX - начала XX века.
Предприятие работало недолго, за весь срок выпустив всего 518866 пудов (или около 8 300 тонн) чугуна. Любопытно отметить, что строительство этого завода, его кратковременная активность и скорое закрытие – лишь малая часть его полной истории, включающей многолетнее геологическое изучение прилегающей местности и проектирование завода. Таким образом, Тулмозерский рудный парк позволяет логически увязать между собой целый ряд наук: геологию, историю, экономику и технологию.
Из производственных сооружений Туломозерского завода сохранились: здание мастерской, шихтарня с основанием для малой «шведской» домны, литейный корпус, котельное и машинное отделения (рис. 7, приложение). Почти все подземные горные выработки, откуда на завод поставлялась руда, сейчас являются затопленными. Единственным исключением в этом ряду является Рогосельгская штольня, но ввиду ветхого состояния крепей и следов свежих обвалов она не гарантирует безопасности при посещении.
 |
 |
| Рис.7. Туломозерский завод: фото завода, план завода с расположением корпусов. | |
Первые поселения появились на этой земле еще в XVI веке, но поскольку граница находилась поблизости, эти поселения были немногочисленными и малонаселёнными. Интерес к этой территории был связан с подозрениями на большие запасы гематита, но разработка отдельных рудопроявлений велась крестьянами и раньше.
В 1785 и 1812 годах Онежское и Ладожское озёра, а также окрестности обследовал Академик Н.Я. Озерецковский. В изданных по итогам его путешествий книгах был упомянут и Туломозерский завод, по имени своего владельца, названный «завод Ивана Бармина». Это предприятие проработало с 1762 до 1778 год и находилось близ деревни Гилкожа на южной оконечности Туломозера. Основным сырьём выступала озёрная и болотная руда, гематит использовался в меньшей мере.
Металлургическое производство всегда требовало большого оборотного капитала. В отличие от многих крестьян, у олонецкого купца И. С. Бармина имелись денежные средства в достаточном для этих целей объёмах. Он был судовладелец и лесопромышленник, имел в собственности значительную долю от Тивдийского стального завода. Всё имущество завода Бармина оценивалось в 57 840 рублей, доля самого Бармина составляла 34 272 руб. По описи 1779 года, заводские постройки включали в себя плотину, домну, сыродутную крицовую фабрику, молотовую фабрику, несколько мастерских для производства кровельного железа, якорей, и изготовления кос и топоров, лесопилку и мукомольную мельницу. Производительность завода не превышала 3.5 тысяч пудов в год. Производство остановилось в связи с недостатком денежных средств и осложнений с вольнонаёмной рабочей силой в условиях параллельного и довольно динамичного развития в регионе лесной промышленности (Васильевская, 1954).
Интерес к Туломозерскому чугунолитейному заводу вызван в связи с участием в его судьбе высокопоставленных лиц: Великих князей Николая Николаевича и его сына - Петра Николаевича, министра финансов России, графа Е.Ф. Канкрина, директора Санкт-Петербургского международного коммерческого банка А.Ю. Ротштейна и Председателя Совета Народных Комиссаров Карельской АССР Э.А. Гюллинга. Немаловажно отметить, что геологическим изучением этой территории занимались известные учёные К.А. Кулибин (внук знаменитого механика и сын не менее выдающегося геолога), И.В. Мушкетов, А. А. Иностранцев - целью которых было научное обоснование коммерческих перспектив разработки месторождения.
В середине ХIХ века актуальной стала проблема развития российской промышленности - темпы добычи железа сильно отставали, а без него промышленный переворот был неосуществим. Банкир А.Ю. Ротштейн, главный акционер АО «Сталь», планировал строительство в Олонецкой губернии целого металлургического холдинга с несколькими заводами, и по этой причине инициировал геологоразведки в различных железорудных районах Карелии и взял в аренду несколько десятков озёр. До 1897 года сомнений в успехе дела у него не было.
История геологических исследований Туломозерского месторождения железной руды представляется более широкой и не менее интересной, чем история предприятия, построенного здесь в 1896 г. Акционерным обществом «Сталь». Первые попытки научного изучения этой территории относятся к 1838 году, когда управляющий Олонецкими горными заводами полковник Р. А. Армстронг направил в Тулмозеро первую геологическую экспедицию. В январе 1842 года в связи с намерением российского министра финансов, главного управляющего штабом корпуса горных инженеров Е.Ф. Канкрина организовать на р. Лососинке ещё один завод по производству железнодорожных рельс, изучение Туломозерского рудопроявления было продолжено.
Горный инженер Комаров работу саботировал, ограничившись обследованием поверхностных выходов горной породы и сделав вывод, что месторождение безнадёжно. Он был обеспокоен тем, что мощность жил составляет всего несколько вершков, и что на пути жилы часто встречаются прослойки и желваки кварца. Похожие сомнения были озвучены и К.А. Кулибиным, командированным для изучения рудопроявления в 1872 году. Заложив несколько разведочных канав и четыре вертикальные выработки, Кулибин сделал вывод, что Туломозерское рудопроявление содержит несколько рудных тел секущего характера, но мощность жил оставляет желать лучшего, а крепость вмещающей горной породы удорожает добычу. В дальнейшем специалисты дискутировали, прежде всего, по поводу объёма запасов руды. Направление простирания рудных тел и их мощность интересовали их в меньшей степени, а вопросов рентабельности разработки этого рудопроявления геологи вообще старались не касаться.
В мае 1896 года инициатор создания акционерного общества «Сталь» Великий Князь Пётр Николаевич и Директор Санкт-Петербургского коммерческого банка А.Ю. Ротштейн договорились о том, что если геологами будут доказаны «запасы» полезного ископаемого Туломозерского месторождения железной руды не менее 900 миллионов пудов2 при содержании железа не менее 50% и кремния не более 10%, то банк берёт на себя обязательство о выкупе 33 500 акций акционерного общества «Сталь». Летом того же года эту территорию обследовали геологи и горные инженеры, направленные как со стороны банка, так и со стороны Великого князя Петра Николаевича. Итоговое обсуждение состоялось на заседании правления акционерного общества «Сталь» 26 августа 1896 года, но достигнуть компромисса не удалось, и 3 сентября 1896 года материалы были переданы на заключение и экспертизу профессору Горного института, действительному статскому советнику горному инженеру И.В. Мушкетову. Он указал, что любые оценки объёмов запасов руды без бурения хотя бы на сто метров и прохождения разведочных шахт будут «только вероятными». Мушкетов выдвинул предположение, что запасов должно хватить на несколько лет, предложил прекратить бесплодный спор и приступать к работе, а дальнейшие разведки осуществлять по мере прохождения горных выработок. Эта точка зрения убедила Ротштейна вложиться в строительство завода.
После банкротства предприятия и нескольких лет запустения, месторождением железной руды заинтересовался Председатель Совета Народных Комиссаров Карельской АССР Э.А. Гюллинг, который планировал использовать минеральное сырьё для снабжения Онежского металлургического завода. В задачи геологоразведочной партии под руководством Ю.С. Желубовского входили геологическая съёмка в масштабе 1:50000 площади 185 км2, разведка рудных залежей и подсчёт запасов. Планы по форсированному восстановлению металлургического завода были перечёркнуты затяжкой с проведением подсчёта запасов железной руды. В течение 1930-1931 гг. было сделано около двух десятков скважин общей продолжительностью до двух километров. Объём запасов Туломозерского месторождения был оценен геологами до 900 тыс. тонн, но перспективы промышленной добычи не внушали у них оптимизма.
В 1934 году завод был поставлен на консервацию. Московский купец Н.А. Варенцов, который занимался оптовой торговлей хлопком и шерстью, лично к истории акционерного общества «Сталь» никакого отношения не имел, но был знаком с теми, кто вложился в это предприятие и прогорел. В 2011 году в издательстве «Новое Литературное Обозрение» были изданы его мемуары «Слышанное. Виденное. Передуманное. Пережитое». Точка зрения упомянутого купца представляет несомненный интерес, как отражение общего настроения, установившегося в московской бизнес-среде в начале ХХ века.
Кауперовские аппараты и подземный воздуховод
В Олонецкой губернии сырьевой базой для добычи железа обычно служила болотная руда, которая представляла собой «плотные, тяжёлые комья красно-рыжего оттенка». По данным исследователя Бориса Рыбакова, восстановление железа из такой руды начинается при температуре от 400 до 800 градусов. В условиях крестьянской домницы правильнее говорить о «варке» железа - его превращении в губчатую массу. Печь представляла собой сложенную из кирпича полость с одним-единственным отверстием сверху, куда послойно насыпались уголь и руда. Специальными кожаными мехами в печь подавался воздух. Тяжёлое железо плавилось и скапливалось на самом дне печи, после чего процесс плавки останавливался и через специальное заложенное отверстие из печи при помощи щипцов изымался полуфабрикат весом 4-5 пудов (то есть около центнера). При этом процентов 40 от общего веса крицы составляли всевозможные примеси и шлаки. Этот способ получения железа назывался «сыродутным», потому что нагнетаемый воздух был холодным.
Чтобы снизить расход топлива, в XIX веке был изобретён способ подачи в домну горячего воздуха, который предварительного нагревается в цилиндрах доменного воздухонагревателя или кауперах, названных так по имени изобретателя Эдуарда Каупера. Отработанные, раскалённые газы из домны поступали в камеру горения каупера, где нагревали огнеупорную насадку, после чего выбрасывались в атмосферу; а свежий воздух, подаваемый воздуходувной машиной в домну, нагревался за счёт тепла, аккумулируемого насадкой. Воздухонагреватели работали циклично, сменяясь по мере нагревания до критической температуры. В основе работы современных кауперов лежит тот же принцип.
Технически Туломозерский чугунолитейный завод был оснащён самым современным на тот момент оборудованием. Кауперовские аппараты были заказаны у немецкой фирмы Heinrich Stöhler, воздуходувные машины у немецкой фирмы Ochellhauser Maschinenfabrik-Jiegen, а шамотный (огнеупорный) кирпич купили у английской компании Cowen and Co (Потравнов и др., 2014). Литейный двор, фундамент домны и отвалы шлака. Несмотря на прямое участие при проектировании домны Туломозерского завода прославленного инженера Люрмана, при попытке её эксплуатации сразу выяснилось, что работать она не будет: большая часть чугуна выпускалась через шлаковые отверстия, чугун получался в плесках. Люрман не учёл геологических особенностей Туломозерья. Посильную помощь при перестройке доменной печи оказал мастер Теодор Ландман из Курляндии, за что им была получена именная серебряная медаль «За усердие».
Одной из важнейших особенностей выплавляемого в домне чугуна было то, что благодаря использованию древесного угля, чугун получался очень высокого качества. Чугун, выплавленный на древесном угле, является ковким и не подвергается коррозии. По мнению Санкт-Петербургского исследователя А.Л. Потравнова, посвятившего изучению Туломозерского чугунолитейного завода много лет и опубликовавшего на эту тему несколько научно-популярных работ, основной проблемой изготовленного здесь чугуна стало то, что он не нашёл своей рыночной ниши. Как исходное сырьё для его дальнейшей переработки в сталь он был слишком хорош, и уже по этой причине был неконкурентоспособен.
Шихтарня и склад руды
В корпусе, впоследствии приспособленной под задачи шихтарни, изначально планировалось поставить так называемую малую «шведскую» домну, с ориентацией на озёрную руду и в целях производства здесь продукции для местного потребителя (бороны, косы, плуги). Когда срыв контракта с министерством обороны стал очевиден, Директор Санкт-Петербургского коммерческого банка А.Ю. Ротштейн отказался от строительства второй домны, в связи с чем на заводе был налажен выпуск только полуфабриката.»
Приложение:
Путеводитель геологических экскурсий по Карелии ( раздел "Туломозеро"), 2000 г.
