CC BY
27Элементный состав бурого угля, битумов и гуминовых кислот
Оторьинского месторождения ХМАО-Югры
Гурова Ольга Александровна
аспирант Югорский государственный университет, korneva.natalya70@yandex.ru
Сартаков Михаил Петрович
доктор биологических наук, доцент, Югорский государственный университет, mpsmps@bk.ru
Ананьина Ирина Викторовна,
кандидат химических наук, доцент Югорский государственный университет, irina_ananina@mail.ru
Цветцых Диана Ивановна
аспирант Югорский государственный университет
Дерябина Юлия Михайловна
инженер Новосибирский институт органической химии им. Н.Н. Ворожцова СО РАН, dyulik@mail.ru
Целью данной работы является изучение элементного состава бурых углей, битумов и гуминовых кислот Оторьинского месторождения. Битумы извлекались из бурого угля бензолом на аппаратах Сокслет. Определение углерода, водорода и азота проводили на элементном анализаторе фирмы EuroVector mod. EA3000. Извлечение гуминовых кислот осуществлялось по ранее описанной методике щелочной экстракцией [1]. По диаграмме атомных отношений Н/С - О/С Ван-Кревелена, характеризующей содержание ароматической и алифатической частей отчетливо выделяется группа гуминовых кислот бурых углей, для них характерна максимальная доля ароматических структур, далее следуют в убывающей последовательности исходный бурый уголь и битумы.
Зольность бурого угля не значительная 6,89% в сравнении с аналогичными месторождениями бурых углей других регионов, где зольность может достигать до 40%.
Ключевые слова: Бурые угли, битумы, гуминовые кислоты, Ханты-Мансийский автономный округ - Югра, Западная Сибирь.
Введение
На территории Березовского района Ханты-Мансийского автономного округа - Югры во второй половине ХХ века выявлено и разведано 8 месторождений бурых углей, три из которых территориально приближены к самому крупному населенному пункту северо-западной части Березовского района - с. Саранпауль: Люльин-ское, Тольинское и Оторьинское [2,3].
Угли месторождений - бурые (Б2-Б3), среднезоль-ные (Ай - 21,0%), малосернистые ^ - 0,3%), Wa - 8,8%, Vdaf - 44,6%, Qdaf - 26,4 МДж/кг. Установлено 10 рабочих угольных пластов. Повсеместное распространение и выдержанную мощность имеет только пласт Главный с мощностью от 1,0 до 8,3 м (средняя 3,7 м). Остальные угольные пласты представлены разрозненными линзообразными залежами. Учтены запасы угля до глубины 300 м по категориям С1+С2. Бурые угли месторождений рекомендованы для сжигания на тепловых электростанциях, в местных котельных и для бытовых нужд.
Таким образом, реализация местного тепло- и электроснабжения, отказавшись от ввоза каменного угля и мазута для местных котельных станций - это основная идея, заложенная во многих отчетных и проектных документах. Однако мы предлагаем оценить возможность глубокой переработки бурых углей с получением широкого ассортимента конечной продукции: исследования заявляемого проекта направлены на создание технологий для получения новых целевых продуктов их переработки.
Как известно, из бурого угля можно получить более 1000 различных продуктов: их можно использовать в электрохимических производствах, в процессах крашения, в нефтяной промышленности, при изготовлении керамических изделий, в качестве сорбентов в атомной технике, присадки к моторным маслам, а также в качестве стимуляторов роста растений и компонентов сложных удобрений, медицине и т.д.
С этих позиций оценка потенциала использования бурых углей Ханты-Мансийского автономного округа не производилась.
Учитывая то, что морской порт Сабетта, который строится, прежде всего, для обеспечения перевалки углеводородного сырья (нефть, газ), и в перспективе растительного сырья (бурого угля, торфа, сапропеля, древесины и т.д.), а также продуктов его переработки из близлежащих регионов в страны Азиатско-Тихоокеанского региона, Европы, Северной и Южной Америки, актуальность данных исследований не вызывает сомнений.
X X
о
го А с.
X
го m
о
Объекты и методы исследования
Центральная часть Оторьинского месторождения находится в 8 км к востоку от пос. Толья и на расстоянии 280 км к северу по прямой линии от ближайшей ж.д.
ю
2 О
м
см
0 см
сч
01
о ш т
X
3
<
т О X X
станции Полуночное. Расстояние от месторождения до г. Ивдель, по зимнему пути равно 370 км. [2, 3]
Географические координаты центральной части месторождения, следующие: 63°14' с. ш. и 60°21' в.д.
Оторьинское месторождение расположено на восточном крыле Оторьинской антиклинали и ограничено на западе осевой частью антиклинальной структуры, где она проходит по эрозионному срезу угленосной толщи. С востока месторождение ограничено, или по линии выклинивания угленосной толщи Главного пласта, или она условна и проведена по трехсотметровой глубине залегания кровли Главного пласта.
Поверхность месторождения представляет слабовсхолмленное пространство, повышающееся в южном и северном направлениях и расчлененное многочисленными речками и ручьями. Абсолютные высоты в долинах крупных рек, у уреза воды, колеблются в пределах от 62.0 до 30.0 м повышаясь на водоразделах в южной части месторождения до 180 м в северной части до 120 м.
Значительная часть площади месторождения в той или иной мере заболочена и покрыта угнетенным елово-сосновым лесом и только по долинам рек Волья, Толья, Маурынгья и Оторья, где эти долины хорошо дренируются, растет нормальный строительный елово-пихтово-сосновый лес
Геологическое строение месторождения. На дислоцированных породах палеозоя, представленных на площади диабазами, диабазовыми порфиритами с прослоями глинистых сланцев и кварцевых песчаников, или на продуктах их выветривания залегает угленосная толща бат-келловей-оксфордского возраста. Местами, в восточной части месторождения, где палеозойский фундамент несколько приподнят, углегосная толща выклинивается, и на коре выветривания залегают надуголь-ные аргиллиты верхнего оксфорда. Угленосные образования повсеместно покрываются указанными выше надугольными аргиллитами, а также по разрезу глинами кимериджского возраста, отложениями Федоровской свиты и нижнего мела. В западной приподнятой осевой части антиклинали, где эти осадки размыты, угленосные отложения местами выходят на дневную поверхность или покрываются четвертичными ледниковыми или межледниковыми отложениями.
Таблица 1
Данные по строению и мощности пластов угля Оторьин-ского месторождения по данным поисковых работ [2, 3].
Свита № и Подсчеты мощ- Строение Нормальное
название ности пласта расстояние
пласта от-до . среднее (число пересечений) между пластами
1 2 3 4 5
Оторьинская гл. «А» 1,8 (I) Простое 3,0
Главный 1,0-9,7 3,75 (16) Сложное 7,0
№ 14 1,1-4,8 2,5 (8) Простое 8,0
пески, местами с двумя тонкими пластами бурого угля. Алевриты выше по разрезу, путем переслаивания с уплотненными слодистыми глинами, переходят в морские осадки верхнего оксфорда. Пласты угля, залегающие ниже «Главного пласта», как правило, плохо выдержаны по простиронию и падению и распространены на небольших ограниченных площадях (Таблица 1)
Результаты исследований
Элементный анализ был проведен в ЦКП Новосибирского института органической химии СО РАН (аналитики В.Д Тихова, Ю.М. Дерябина) на автоматическом CHNS-анализаторе. Массовые доли элементов ГК, полученные на элементном анализаторе, были пересчитаны на беззольное, безводное вещество (dav). Массовая доля кислорода была рассчитана путем вычитания массовых долей углерода, азота, водорода и серы. Атомные отношения и условные простейшие формулы рассчитывались по формулам изложенным Д.С. Орловым [4].
Таблица 2
Элементный состав исходного бурого угля, битумов и гуми-
Образец С% Н% S% Зольность
Бурый 51,00 4,45 0,62 1,87 6,89
уголь
Битумы 78,02 11,52 0,40 0 0,46
Гумино- 61,57 5,13 0,64 0 0
вые кис-
лоты
Результаты проведенного элементного анализа позволяют характеризовать некоторые особенности элементного состава компонентов бурого угля Ханты-Мансийского автономного округа - Югры и дают информацию о принципах их строения. Больший процент содержания углерода и водорода компонентов бурого угля характерен для битумов. Исходный бурый уголь содержит почти 2 % серы и зольность около 7%.
Для большей информативности результатов были рассчитаны атомные отношения элементов. Атомные отношения Н/С, О/С, МС как известно показывают количество атомов углерода, приходящееся в молекуле (частице) органических веществ на один атом водорода, кислорода или азота. Чем меньше эти отношения, тем большую роль играют атомы углерода в построении молекулярной структуры. Повышение атомных отношений указывает на возрастание доли бензоидных фрагментов и снижение доли алифатических боковых цепей в макромолекулах органических веществ. По соотношению в каждой из указанных пар судили об относительной раз-ветвленности боковых цепей, степени относительной, роли азотсодержащих соединений в образовании гумусовых веществ (табл. 3).
Таблица 3
Атомные отношения элементов исходного бурого угля, би-
По данным поисковых работ [2, 3]. Оторьинская свита содержит восемь пластов угля. Наиболее выдержан из них «Главный пласт», мощность которого различна и достигает - 10, 75 м. В почке пласта залегают кеолиново-гидрослодистые глины шоколадного цвета, в кровле пласта - слодистые алевриты, тонкозернистые
Образец Н/С О/С МС
Бурый уголь 1,05 0,52 0,01
Битумы 1,77 0,09 0,005
Гуминовые кис- 0,78 0,36 0,01
лоты
Наши расчеты по атомным отношениям представлены на графикостатистической диаграмме Ван-Креве-лена по содержанию ароматической и алифатической
частей в молекулах (рис.1) На диаграмме видно, что максимальная доля ароматических структур характерна для гуминовых кислот, минимальная для битумов.
Исходные бурые угли занимают промежуточное значение. Это дает основание полагать, что точная интерполяция состава органических веществ затруднена тем, что нет полных сведений о молекулярной массе, о кислородных карбоксильных и фенольных функциональных группах в молекуле [5], о числе углеродных атомов в расчете на одну молекулу [6]. Поэтому возможен лишь приближенный анализ.
4. Орлов Д.С., Гришина Л.А. Практикум по химии гумуса, М.: МГУ, 1981, 272 с.
5. Шпынова Н.В., Бородай Д.В., Гурова О.А., Сарта-ков М.П., Новиков А.А. Функциональный и элементный состав гуминовых кислот сапропелей озер левого берега Оби ХМАО-Югры. Инновации и инвестиции. 2019. №6. С. 234-237.
6. Шпынова Н.В., Сартаков М.П., Комиссаров И.Д., Ефанов М.В. Элементный состав гуминовых кислот исходных и термообработанных сапропелей озер Сургутского района ХМАО-Югры. Инновации и инвестиции. 2018. №9. С. 161-165.
ос становление
Гидрогенизация
Окисление
Elemental composition of brown coal, bitumen and humic acids motorische field Khmao-Yugry
JEL classification: C10, C50, C60, C61, C80, C87, C90
Дегццрогенизация -к Деметипированне
• Дещцротация . Декарбоксипирование
• Бурый уголь
• Бггтумы
• Гуминовые кислоты
Рисунок 1 - Диаграмма атомных отношений Н/С-О/С исходных бурых углей, битумов и гуминовых кислот бурых углей.
Заключение
По диаграмме атомных отношений Н/С - О/С Ван-Кревелена, характеризующей содержание ароматической и алифатической частей отчетливо выделяется группа гуминовых кислот бурых углей, для них характерна максимальная доля ароматических структур, далее следуют в убывающей последовательности исходный бурый уголь и битумы.
Зольность бурого угля не значительная 6,89% в сравнении с аналогичными месторождениями бурых углей других регионов, где зольность может достигать до 40%.
Литература
1. Комиссаров И.Д., Виленский И.И., Федченко О.И. Извлечение гуминовых веществ из органогенных пород. Научные труды Тюменского СХИ. - 1971. - Т. 14. - С. 1034.
2. Денисов В.А., Кошевой В.Н., Першин А.П. Отчет: «Поисковые работы на Люльинском месторождении, общие поиски бурых углей на его флангах и в районе». В 3-х томах - Саранпауль: Сосьвинская геологоразведочная экспедиция, 1986.
3. Денисов В.А., Кошевая Л.А. и др. Отчет: «Поисково-оценочные работы на флангах Толья-Оторьин-ского буроугольного месторождения с целью наращивания запасов под открытую отработку». В 4-х томах - Саранпауль: 1993.
M.P., Ananyina I.V., Colored D.I
of organic chemistry
N.N.
Gurova O.A., Sartakov Deryabina Yu.M.
Yugra state University, Institute
Vorozhtsov SB RAS The purpose of this work is to study the elemental composition of brown coals, bitumens and humic acids of the Otoryinsky deposit. Bitumen was extracted from brown coal to benzene in the Soxhlet apparatus. The determination of carbon, hydrogen and nitrogen was carried out on the Euro Vector mod. Ea 3000 elemental analyzer. The extraction of humic acids was carried out according to the previously described method by alkaline extraction [1]. The chart atomic relations H/C- O/C Van Krevelen characterizing the content of the aromatic and aliphatic parts are clearly distinguished group of humic acids of brown coal, the maximum proportion of aromatic structures, followed by in the order of the original brown coal and bitumen, characterizes them. The ash content of brown coal is not significant 6.89% in comparison with similar deposits of brown coal in other regions, where the ash content can reach up to 40%. Keywords: Brown coals, bitumens, humic acids, Khanty-Mansi
Autonomous Okrug-Yugra, Western Siberia. References
1. Komissarov I. D., Vilensky I. I., Fedchenko O. I. Extraction of
humic substances from organogenic rocks. Scientific works of the Tyumen Agricultural Institute. - 1971. - Vol. 14. - p. 10-34.
2. Denisov V. A., Koshevoy V. N., Pershin A. P. Report: "Search
operations at the Lyulinsky field, general search for brown coal on its flanks and in the area". In 3 volumes-Saranpaul: Sosva geological exploration expedition, 1986.
3. Denisov V. A., Koshevaya L. A., et al. Report: "Exploration and
evaluation work on the flanks of the Tolya-Otoryinsky brown coal field in order to increase reserves for open-pit mining". In 4 volumes-Saranpaul: 1993.
4. Orlov D. S., Grishina L. A. Practicum on humus chemistry,
Moscow: MSU, 1981, 272 p.
5. Shpynova N. V., Borodai D. V., Gurova O. A., Sartakov M. P.,
Novikov A. A. Functional and elemental composition of humic acids of sapropels of lakes of the left bank of the Ob River KhMAO-Yugra. Innovation and investment. 2019. No. 6. P. 234237.
6. Shpynova N. V., Sartakov M. P., Komissarov I. D., Efanov M. V.
Elemental composition of humic acids of initial and heat-treated sapropels of lakes of the Surgut district of the KhMAO-Yugra. Innovation and investment. 2018. No. 9. S. 161-165.
X X О го А С.
X
го m
о
ю
2 О M
