CC BY
215
Химия растительного сырья. 1998. №4. С. 9-16
УДК 662.73:665.44
СОСТАВ И СВОЙСТВА ТИПИЧНЫХ ВИДОВ ТОРФА ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЧАСТИ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ
© В. С. Архипов, С.Г. Маслов
Томский политехнический университет, Томск (Россия) E-mail: ushakov@tpu.ru
По материалам геологической разведки выделены 15 типичных видов торфа Центральной части Западной Сибири. Для их характеристики отобраны 25 проб на 12 торфяных месторождениях Томской области. Определены общетехнические свойства, элементарный и групповой состав. Показано, что в отличие от европейского торфа западносибирский отличается по содержанию азота, серы, водорастворимых, легкогидролизуемых и гуминовых веществ. Дана оценка свойства типичных видов торфа как химического сырья.
Введение
Процессы торфообразования тесно связаны с природной физико-географической зональностью. В связи с этим торф различных регионов России имеет свой характерный ботанический и химический состав. В частности, для торфа Западной Сибири характерна пониженная степень разложения [1] по сравнению с торфом европейской территории России. Кроме того, во всех типах торфа Западной Сибири сравнительно низко содержание лесных и лесо-топяных видов.
В настоящее время накоплен и обобщён материал по свойствам торфа европейской части России [2]. Известно [3], что из 40 видов торфа, слагающих торфяные залежи европейской части России, лишь 10 видов являются основными (пластообразующими). Остальные виды, как правило, представлены торфом, запасы каждого редко превышают 1% от общих.
Западная Сибирь с её богатейшими торфяными ресурсами в этом отношении изучена сравнительно слабо. Первые предварительные оценки распространённости видов торфа Западной Сибири были сделаны [1] по материалам геологоразведочных работ 1952-1956 гг. В настоящее время поя-
вилась возможность более детальной характеристики распространённости видов торфа Западной Сибири. В связи с этим целью данной работы было выявление типичных видов торфа Томской области и их оценка как сырья для химической переработки и других направлений использования. По своему географическому положению Томская область относится к Западной Сибири, занимая, в основном, её центральную часть, поэтому полученные данные будут представительными для этой территории.
Выделение типичных видов торфа. Исходными материалами для расчёта распространённости торфа служили отчёты геологической разведки, проведенной на торфяных месторождениях Томской области за последние 25 лет. По ним определён видовой состав отдельных типов залежей. Кроме того, учитывалось распределение запасов торфа по типам залежей. Такие данные известны [4] для всех 16 административных районов Томской области. Расчёт проведен по четырём торфяно-болотным провинциям [5] - Бакчарской, Васю-ганской, Кеть-Чулымской и Кеть-Тымской, занимающим южно-таёжную подзону в границах Томской области. В этих провинциях сосредоточено более 80% торфяных ресурсов области.
В каждой из провинций выбраны 4-6 крупных торфяных месторождения, по которым имеются отчёты в геологических фондах. Для характеристики видового состава залежей обработаны данные разведки по трём типовым участкам на каждую из четырёх типов залежей: верховую, переходную, смешанную и низинную. Содержание видов торфа в залежи определяли как средневзвешенное по нескольким однотипным участкам. Зная распределение запасов по типам залежей в административных районах, рассчитывали встречаемость видов торфа в соответствующей провинции (табл. 1). Обычно залежь формируют 5-8 видов торфа, встречаемость которых составляет более 3%. Содержание этих основных составляющих в залежи, как правило, превышает 50% и нередко достигает 80%.
Распространённость видов торфа по провинциям значительно колеблется. Так, в правобережье Оби снижается встречаемость фускум-торфа, низинного гипнового и осоково-гипнового по сравнению с левобережными провинциями. В то же время в правобережных торфяниках возрастает доля переходного шейхцериево-сфагнового и шейхцериевого видов торфа (табл. 1).
На основании полученных данных к типичному для центральной части Западной Сибири торфу относим тот, встречаемость которого выше 3% по крайней мере, в одной из провинций. Таким образом, выделено 15 типичных видов торфа:
4 вида верхового типа - фускум, магеллани-кум, комплексный, пушицево-сфагновый;
6 видов переходного типа - осоковый, шейхце-риево-сфагновый, шейхцериевый, древесно-шейхцериевый, древесно-травяной, сфагновый;
5 видов низинного типа - осоковый, древесноосоковый, древесно-травяной, осоково-гипновый, гипновый.
Экспериментальная часть
Для характеристики свойств типичного торфа отобраны 25 технологических проб с 12 торфяных месторождений Томской области, расположенных в 6 торфяно-болотных провинциях (табл. 2). Из них 6 месторождений приурочены к высоким террасам долины реки Обь, остальные располагаются в долинах и по водоразделам притоков Оби. Торфяные месторождения сложены широко распространёнными видами залежи и их характерными сочетаниями. Площадь месторождений обычно составляет несколько тысяч гектар. Характерные для Западной Сибири крупные торфяные болотные системы (Васюганское, Семиозёрье) представлены участками площадью более 10000 га. Пробы представляют наиболее распространённые на месторождении виды торфа. Каждая проба отбиралась в 3-4 пунктах. Пункты для отбора принимались по материалам геологической разведки, как правило, на участках с наиболее мощными слоями выбранного торфа. Отбор проб проводился ручным торфяным буром из середины генетического слоя.
Ботанический состав и степень разложения торфа определяли по ГОСТ 28245-89 в лаборатории биогеоценологии (НИИББ при Томском государственном университете). Зольность и элементарный состав образцов определяли в ПНИЛ ГИ при Томском политехническом институте по соответствующим стандартным методикам (ГОСТ 11306-83, 2408.1-88.8606-72, 2408.2-75). Групповой состав по методу Инсторфа также определяли в ПНИЛ ГИ. При этом использовали вариант экстракции бензолом [6].
Таблица 1
Встречаемость видов торфа в торфяно-болотных провинциях
Вид торфа Встречаемость видов торфа, (%)
Бакчарская Васюганская Кеть-Чулымская Кеть-Тымская
Верховой тип
Фускум 18.0 29.3 14.5 9.6
Магелланикум 5.5 2.5 2.2
Комплексный 3.9 11.1 1.8 3.2
Сфагново-мочажинный 0.4 0.7 1.0
Ангустифолиум 0.7 1.5 0.6 1.9
Шейхцериево-сфагновый 0.6 2.8 0.7
Шейхцериевый 1.5
Пушицево-сфагновый 0.9 0.8 3.4
Переходный тип
Осоковый 3.9 1.3 0.3 2.0
Шейхцериево-сфагновый 0.2 4.9 7.4 5.3
Шейхцериевый 0.2 5.7 16.4 5.6
Древесно-шейхцериевый 10.0
Древесно-травяной 0.5 0.4 1.1 4.5
Сфагновый 1.0 3.0 2.9 1.2
Древесно-осоковый 2.9 0.2 2.5 0.2
Осоково-сфагновый 2.2 1.7 1.4 2.0
Травяной 2.0 1.2
Травяно-сфагновый 1.9 0.7
Древесный 0.2 0.6
Древесно-сфагновый 0.2 0.6
Осоково-гипновый 0.1 0.5
Травяно-гипновый 0.1
Пушицевый 0.1
Низинный тип
Осоковый 15.4 8.7 9.3 14.5
Древесно-осоковый 7.0 2.0 6.5 5.5
Древесный 1.2 1.1 1.2
Древесно-травяной 0.2 0.8 8.3
Осоково-гипновый 8.6 0.9 2.1 1.0
Гипновый 7.8 0.3 0.6 0.8
Шейхцериевый 2.1 0.3 0.7
Травяной 1.9
Травяно-гипновый 0.5
Осоково-сфагновый 0.2
Итого по провинции 78.6 81.5 77.8 89.8
Обсуждение результатов
Среди типичных видов торфа центральной части Западной Сибири наиболее широко распространены верховые сфагновые малоразложившие-ся. В частности, доля фускум-торфа в общем объёме торфяных залежей доходит до 29.3% (табл. 1). В северных районах Томской области нередки залежи, сложенные этим видом торфа на полную глубину. Фускум-торф характеризуется низкой степенью разложения (5-10%) и низкой зольностью (1.6%). Особенностью элементарного состава фускум-торфа является низкое содержание углерода, азота и серы (табл. 3). В групповом составе фускум-торфа максимальных величин достигает содержание водорастворимых и легкогидролизуемых веществ (табл. 4), суммарное содержание которых обычно выше 50%.В связи с низкой степенью разложения фускум-торфа содержание гу-миновых и фульвокислот в нём также минимально. Близок по своему составу и свойствам к фус-кум-торфу и остальной сфагновый малоразло-жившийся торф (магелланикум, комплексный, сфагново-мочажинный). В связи с большими запасами сфагнового малоразложившегося торфа он представляет интерес как сырьё для промышленного производства продукции разнообразного назначения, в том числе и крупнотоннажного. На базе такого торфа может быть развёрнуто производство кормовых дрожжей, осахаренного торфа, кормового сахара, углеводно-протеинового корма для животноводства. Кроме того, такой торф пригоден для производства подстилки для скота, теплоизоляции, а также ряда товаров народного потребления: торфяные питательные брикеты, торфяной питательный грунт “Фиалка”, торфоблоки субстратные, торфяные полые горшочки, микропарники торфяные, торфодерновые ковры.
Верховой пушицево-сфагновый торф, в отличие от фускум-торфа, характеризуется повышенной степенью разложения. Этот вид торфа распространён гораздо меньше, чем фускум-торф. Из четырёх торфяно-болотных провинций лишь в Кеть-Чулымской встречаемость пушицево-
сфагнового торфа превысила 3% (табл. 1). С высокой степенью разложения пушицево-сфагнового торфа связаны и другие его свойства, представляющие большой интерес для химической переработки. В частности, он является сырьём для получения таких ценных продуктов, как монтан-воск и активные угли. По сравнению с малоразложив-шимся сфагновым торфом пушицево-сфагновый торф обогащён углеродом, азотом и серой. В групповом составе пушицево-сфагнового торфа обращает на себя внимание высокое содержание битумов (табл. 4). Соответственно, понижено содержание водорастворимых и легкогидролизуемых веществ, которые в сумме дают менее 40%. Типичные переходные виды торфа представлены осоковым и сфагновым (табл. 3, 4). Они характеризуются средней и высокой степенью разложения, достигающей 40%. Зольность переходных видов торфа невелика и составляет обычно 4.58.5%. Элементарный состав переходных видов торфа близок к составу верхового пушицево-сфагнового торфа и отличается от него более высоким содержанием азота, которое обычно выше 2%. Групповой состав изученных переходных видов торфа заметно отличается друг от друга. Так, групповой состав переходного сфагнового торфа близок к верховому малоразложившемуся сфагновому торфу.
Переходный осоковый торф по своему групповому составу ближе к верховому пушицево-сфагновому торфу. В целом групповой состав переходных видов торфа изучен сравнительно слабо
Таблица 2
Распределение типичных видов торфа по торфяным месторождениям
Торфяные месторождения Болотная провин- Типичные виды торфа, отобранные на место-
№ по [7] Наименование ция по [5] рождении
397 Васюганское (участок №5 у с. Бакчарская Верховой магелланикум -фускум, пушицево-
Красный Бакчар) сфагновый. Переходный осоковый.
397 Васюганское (участок №22) Бакчарская Верховой фускум, магелланикум-фускум. Низинный древесно-травяной.
397 Васюганское (исток р. Катальга) Васюганская Верховой фускум.
397 Васюганское (участок Югинское) Бакчарская Низинный гипновый, осоково-гипновый.
755 Суховское Бакчарская Низинный гипновый.
902 Гусевское Бакчарская Низинный гипновый
2а Саим Тым-Вахская Верховой фускум.
542 Колпашевское Кеть-Чулымская Верховой пушицево-сфагновый. Переходный сфагновый.
679 Полудёновское Кеть-Чулымская Верховой фускум, пушицево-сфагновый. Переходный осоковый.
768 Семиозёрье Кеть-Чулымская Верховой фускум, пушицево-сфагновый.
817 Берёзовая Грива Обь-Чулымская Переходный сфагновый. Низинный древеснотравяной, осоково-гипновый.
932 Клюквенное Чулымская Низинный древесно-травяной
Таблица 3
Общетехнические свойства и элементарный состав типичных видов торфа центральной части Западной Сибири
Вид торфа Число образцов Степень разложения Я, % Зольность, Ла, % Элементарный состав, % на горючую массу торфа
С Н N Б О
Верховой тип
Фускум 6 7 1.6 53.5 5.89 1.26 0.15 39.2
Магелланикум-фускум 3 7 2.5 53.0 4.81 1.09 0.14 41.0
Пушицево-сфагновый 3 30 3.0 57.1 5.67 1.73 0.15 35.3
Переходный тип
Осоковый 3 35 5.1 57.8 6.08 2.75 0.21 33.2
Сфагновый 2 15 6.6 55.8 5.99 2.58 0.35 35.3
Низинный тип
Древесно-травяной 3 37 10.5 56.0 5.66 2.89 0.35 35.0
Осоково-гипновый 2 35 8.8 57.0 5.76 4.10 0.44 32.7
Гипновый 3 42 11.4 54.1 4.60 3.98 0.26 37.0
Таблица 4
Средний групповой состав типичных видов торфа центральной части Западной Сибири
Вид торфа Число Групповой состав, % на горючую массу торфа
проб Битумы ВРВ ЛГВ ГК ФК Л Ц
Верховой тип
Фускум 6 4.2 4.0 46.8 13.6 17.3 6.5 7.6
Магелланикум- фускум 3 3.4 3.4 39.7 12.9 18.6 8.5 11.7
Пушицево- сфагновый 3 8.5 4.0 30.4 26.0 17.1 6.8 6.7
Переходный тип
Осоковый 3 6.5 3.6 25.6 33.8 15.1 15.4 ( Л+Ц )
Сфагновый 2 3.1 3.1 44.1 17.0 16.4 15.5 ( Л +Ц )
Низинный тип
Древесно-травяной 3 3.9 3.6 24.6 33.7 14.2 19.4 ( Л+Ц )
Осоково-гипновый 2 3.7 3.4 32.8 33.8 15.6 8.4 | 2.3
Гипновый 3 2.6 3.2 32.0 27.6 14.1 19.5 ( Л+Ц )
Примечание: ВРВ - водорастворимые вещества; ЛГВ - легкогидролизуемые вещества; ГК - гуминовые кислоты; ФК - фульво-кислоты; Л - лигнин; Ц - целлюлоза.
и требует дальнейшего изучения, учитывая значительные запасы этого вида торфа и возможность выявления ценного химического сырья.
Изученные образцы низинного торфа относятся к нормальнозольным и характеризуются высокой степенью разложения, которая обычно выше 25% и доходит до 45%. Среди низинных видов торфа встречаются малозольные образцы с зольностью 6% и ниже. Обычно они встречаются в низинных торфяных залежах, занимающих обширные окраины верховых сфагновых болот.
Особенностью элементного состава типичного низинного торфа является высокое содержание азота, зачастую превышающее 3%. Наиболее богат азотом гипновый торф; понижено содержание этого элемента в древесно-травяном торфе. Содержание серы в низинном торфе также достигает своих максимальных значений (0.5% и выше). Малой сернистостью отличается гипновый торф (табл. 3). В связи с высокой степенью разложения содержание углерода в низинном торфе в среднем повышено, хотя и имеет значительные колебания (от 50 до 65%). Содержание водорода снижается в ряду: древесно-травяной, осоково-гипновый, гип-новый торф.
Групповой состав низинного торфа характеризуется низкими выходами битумов, легкогидролизуемых веществ и высоким содержанием гумино-вых кислот (табл. 4). Выход битумов обычно составляет 2.5-3.5%. Низинный торф с повышенными выходами битумов (более 5%) встречается редко. Представителями могут служить отдельные образцы древесно-осокового, осокового и древесно-травяного торфов, отобранных на Васюганском и Полудёновском месторождениях. Минимальным содержанием битумов (2-3% и ниже) отличаются гипновый и осоково-гипновый торф. Суммарное содержание водорастворимых и легкогидролизуемых веществ в низинном торфе нередко ниже 30%, хотя изредка встречаются и более высокие содержания этих групповых составляющих, близкие к их содержанию в переходном и верховом торфе. Содержание гуминовых кислот в низинном торфе достигает своих максимальных значений -до 37-38% в древесно-осоковом, осоковом и древесно-травяном видах. При этом содержание фульвокислот обычно вдвое ниже по сравнению с гуминовыми кислотами. В ряду низинных видов торфа минимальным содержанием гуминовых кислот отличаются гипновый и осоково-гипновый.
Ценность низинного торфа обусловлена высоким содержанием гуминовых кислот при низкой зольности (6% и ниже). В этом отношении особый интерес представляют низинный осоковый и травяной торф высокой степени разложения, распространённый на периферии крупных сфагновых болот. Такой торф является сырьём для получения гуминовых препаратов (гумат натрия, “Тюльпан”), торфощелочного реагента, активных углей, биостимуляторов.
Выводы
В целом элементарный состав типичного торфа центральной части Западной Сибири мало отличается от торфа европейской территории России по содержанию основных элементов: углерода, кислорода и водорода. В то же время западносибирский торф заметно богаче азотом, чем его европейские аналог [6]. Особенно это касается переходных и низинных видов торфа (табл. 3), в которых нередко среднее содержание азота на 1-1.5% выше, чем в однотипном торфе европейской территории России. Следует также отметить пониженную сернистость западносибирского торфа. В этом отношении наблюдается определённая аналогия с более зрелыми видами ископаемых твёрдых топлив. В частности, низкая сернистость характерна также для каменных углей Кузбасса [9].
В групповом составе типичных видов торфа центральной части Западной Сибири проявились вполне определённые особенности, связанные с региональными условиями торфонакопления. В отличие от торфа европейской территории России западносибирские виды богаче водорастворимыми и легкогидролизуемыми веществами. В некоторых видах торфа (верховой фускум, переходный сфагновый) эта разница составляет 8-13%. В то же время содержание гуминовых кислот в торфе центральной части Западной Сибири, как правило, ниже на 3-11%. Разница в содержании гуминовых кислот наиболее значима в низинных и переходных видах торфа. По остальным групповым со-
ставляющим изученные виды западносибирского и европейского торфа близки. Следует отметить в качестве особенности группового состава торфа Западной Сибири пониженное соотношение между содержанием гуминовых (ГК) и фульвокислот (ФК). В частности, в верховом торфе (фускум, магелланикум-фускум) соотношение ГК : ФК даже ниже единицы, что совершенно не характерно для торфа европейской территории России.
Таким образом, рассмотренные типичные виды торфа представляют широкие возможности для получения разнообразной продукции широкого ассортимента от различных кормовых добавок, удобрений и биологически активных препаратов до компонентов буровых растворов, монтан-воска и активных углей. Огромные запасы торфа, которые только в Томской области составляют 29.3 млрд т [4], создают благоприятные перспективы для развития в Западной Сибири крупнейших современных предприятий по комплексной химической и биохимической переработке торфа (торфохимические комбинаты). Сырьевые ресурсы Томской области позволяют довести масштабы переработки торфа до 20 млн т в год с обеспеченностью запасами на срок 50 и более лет. Реальным примером таких масштабов переработки торфа может служить Белоруссия, в которой среднегодовая добыча торфа в 1971-1975 гг. составляла 34.2 млн т [8]. Запасы торфа в Томской области в
6 раз выше, чем в Белоруссии, что обеспечивает надёжную и долговременную сырьевую базу для торфохимических комбинатов. Несложные расчёты показывают, что даже при объёме добычи 20 млн т торфа в год за 50-летний срок будет израсходовано лишь 3% существующих запасов Томской области. В настоящее время инфраструктура Томской области ещё недостаточно развита для широкого доступа к её торфяным ресурсам, но интенсивное строительство транспортных и энергетических систем создаёт благоприятные предпосылки для сооружения торфохимических комбинатов на базе крупнейших торфяных месторожде-
ний области. Уже в настоящее время для создания таких производств имеются долговременная сырьевая база и необходимая инфраструктура в районе с. Плотниково (Шегарский район) и районных центрах Белый Яр и Колпашево. В перспективе торфяные ресурсы Томской области могут стать мощным фактором развития производительных сил этой территории, имеющим межрегиональное значение наряду с нефтехимической и лесной промышленностью. При этом в качестве рынков сбыта получаемой продукции будет не только Западно-Сибирский экономический район, но и страны Азиатско-Тихоокеанского региона, торгово-экономические связи с которым приобретают в последнее время всё больший вес в геополитической стратегии страны.
Список литературы
1. Торфяные месторождения Западной Сибири. М., 1957. 149 с.
2. Король Н.Т. Наиболее распространённые виды
торфа европейской части РСФСР, их техническая характеристика и возможные направления использования // Труды института Гипроторфразведка. М., 1969. Вып. 1. С.3-98.
3. Раковский В.Е., Пигулевская Л.В. Химия и генезис торфа. М., 1978. 231 с.
4. Инишева Л.И., Архипов В.С., Маслов С.Г., Ми-хантьева Л.С. Торфяные ресурсы Томской области и их использование. Новосибирск, 1995. 85 с.
5. Лисс О.Л., Березина Н.А. Болота ЗападноСибирской равнины. М., 1981. 206 с.
6. Лиштван И.И., Король Н.Т. Основные свойства торфа и методы их определения. Минск, 1976. 320 с.
7. Торфяные месторождения Томской области. Справочник / Отв. редактор В.Д. Марков М., 1971. 306 с.
8. Торфяные ресурсы СССР / Под ред. В.Д. Маркова, А.С. Оленина, В.Ф. Череповского. М., 1982. 352 с.
9. Шпирт М.Я., Клер В.Р., Перциков И.З. Неорганические компоненты твёрдых топлив. М., 1990. 240 с.
Поступило в редакцию 13.05.98
