CC BY
36
УДК 553.96:550.4
Е.П. Шишов1, А.Х. Богомолов2
МНОГОЭЛЕМЕНТНАЯ МЕТАЛЛОНОСНОСТЬ КОРФСКОГО И ЭЧВАЯМСКОГО БУРОУГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ (КАМЧАТКА)
Приведены результаты исследования редких, рассеянных, цветных и благородных металлов в углях и углистых породах Корфского и Эчваямского буроугольных месторождений (Камчатский край). Установлено, что в бурых углях концентрация Sc, V, Cu, REE, металлов платиновой группы находится на уровне минимально-промышленного содержания в известных типах руд. Данные о содержании ряда металлов в углях Корфского и Эчваямского месторождений Камчатки публикуются впервые.
Ключевые слова: ископаемые угли, металлоносность углей, редкие металлы, редкоземельные элементы, редкометалльно-угольные месторождения, масс-спектрометрия, Камчатка.
The results of analysis of rare, scattered, nonferrous and noble metals content of brown coals and coaly rock (Korf and Echvayam deposits of Kamchatka). It has been determined that the concentrations of Sc, V, Cu, Pd, REE are at minimal commercial level if evaluate them with known ore types of metals. The data of the content of a number of metals in Echvayam and Korf brown coal deposits of Kamchatka are published for the first time.
Key words: coal, metal content in coal, rare metal, rare-earth elements, rare metal-coal deposits, mass-spectrometry, Kamchatka.
Введение. За последние 25 лет использование промышленных металлов, традиционно называемых редкими, стремительно возросло, в том числе существенно вырос и интерес к элементам редкоземельной группы (КЕБ). Рынок редких металлов за рубежом стремительно развивается, потребление некоторых редких металлов (РМ) — стронция, циркония, редких земель — исчисляется сотнями тысяч тонн [Редкие металлы..., 2008]. В связи с этим важно выяснить природу их промышленных (и не только) концентраций в геологических образованиях. К крупнейшим концентраторам редких и других ценных металлов среди осадочных пород относятся ископаемые угли, которые в совокупности с металлами могут представлять ценное комплексное сырье. Геохимия металлов в углях сложна вследствие многостадийной и многофакторной истории их формирования, разнообразия составляющих их органических веществ и сложности процессов взаимодействия металлов с органическим веществом углей в различных природных средах. Известно, что органическое вещество (ОВ) способно концентрировать металлы путем прямых химических взаимодействий, а ОВ углей выступает в качестве геохимического барьера для мигрирующих в растворах РМ. Современные аналитические методы существенно расширяют возможность изучения механизмов и форм локализации металлов в угольных месторождениях. Слабоизученными в отношении металлоносно-сти остаются угольные месторождения Камчатки.
В статье приводятся результаты проведенного авторами исследования особенностей распределения редких и других ценных металлов и их концентрации в углях Камчатки на примере месторождений Олю-торского района — Корфского и Эчваямского.
Геологическая характеристика объектов и их изученность. Корфское буроугольное месторождение расположено на западном побережье залива Корфа, в 25 км на юго-запад от пос. Корф. Эчваямское буроугольное месторождение находится в нижнем течении р. Эчваям, на левом берегу, на 250 км северо-восточнее по прямой от пос. Корф.
Угленосность Корфского и Эчваямского месторождений связана с отложениями корфской (^кг) и медвежкинской (^шё) свит соответственно, которые сложены туфогенными песчаниками, алевролитами, аргиллитами и конгломератами [Угольная база... , 1999].
Корфская свита разделена на верхнюю угленосную и нижнюю безугольную подсвиты. Угленосная подсвита несогласно перекрыта верхнечетвертичными глинисто- и песчано-галечниковыми отложениями мощностью до 32 м. В строении угленосной пачки принимает участие более 40 угольных пластов и про-пластков, из них 14 мощностью более 0,7 м при общей мощности 62,2 м. Образования медвежкинской свиты залегают с угловым несогласием на отложениях пахачинской свиты и согласно перекрыты породами классической свиты. Медвежкинская свита включает 15 пластов бурого угля мощностью от 0,2 до 11,5 м.
1 ФГУП «ВСЕГЕИ», отдел геологии горючих полезных ископаемых, науч. с., аспирант; e-mail: [email protected]
2 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, геологический факультет, кафедра геологии и геохимии горючих полезных ископаемых, канд. геол.-минерал. н., доцент; e-mail: [email protected]
Рис. 1. Фото шлифов в проходящем свете (цена деления шкалы линейки 0,01 мм): А — уголь Корфского месторождения, Б — уголь Эч-
ваямского месторождения
Известно, что для формирования металлоносных углей необходимо одновременное сочетание нескольких факторов, таких, как наличие пород области сноса в непосредственной близости к участку металлоносных углей, малая мощность угольных пластов, низкая—средняя зольность углей, их преимущественно витринитовый состав, преобладание древесных тканей в исходной растительности. По вещественно-петрографическому составу угли месторождения относятся к классу гелитолитов (рис. 1, А) древесного и листового происхождения. Основные углеобразующие ма-цералы — крупные фрагменты главным образом слабоструктурных гелифицированных тканей (80—90%). Инертинит почти отсутствует, единично встречается склеротинит. Второстепенный мацерал — липтинит (10—20%). Из минеральных примесей отмечено глинистое вещество. Угли месторождения соответствуют технологической группе 3БВ, их можно использовать в качестве энергетического и технологического топлива [Угольная база..., 1999]. Плановая разработка бурого угля на месторождении ведется с 1929 г. С 1993 г. добычу угля на угольном разрезе осуществляет ОАО «Камчатлестоппром» на основании лицензии. Балансовые запасы категорий А+В+С1 составляют 10,645 млн т (в том числе для открытых работ 4,841 млн т).
По вещественно-петрографическому составу угли Эчваямского месторождения отнесены к гелитам (рис. 1, Б). Основные углеобразующие мацералы (%) — витринит (92—100), семивитринит (1—3), инертинит (1—4), липтинит (1—4). По основным классификационным признакам угли отнесены к технологической группе 2Б. Запасы углей по категории С2 на площади 0,8 км2 (участок «Лосиный») оценены в 1,736 млн т. На месторождении существуют благоприятные горнотехнические условия для открытой разработки.
Изучение редких элементов проводилось на Корф-ском месторождении до начала 1960-х гг. Содержание Ge, 8е и других элементов определяли спектрометал-лометрическим методом в золе углей. Проведенная А.И. Байковым в 1962 г. обработка данных по метал-
лоносности свидетельствует о большой перспективе обнаружения высоких значений концентрации Ge и 8е в сравнительно маломощных пластах бурого угля. На Корфском месторождении концентрация Ge в отдельных пробах составила до 70—500 г/т, а 8е 30—60 г/т.
Распределение Ga и 8е характеризуется как равномерное. Содержание Ga изменяется от 2 до 70 г/т (преобладающее содержание 5—40 г/т). Концентрация 8е изменяется от 7 до 50 г/т (как правило, 10—30 г/т).
На Эчваямском месторождении бурых углей в 1994—1997 гг. под руководством И.В. Матюшкина проводились поисковые и поисково-оценочные работы на участке «Лосиный». Вместе с изучением качества угля методом полуколичественного спектрального анализа исследованы сопутствующие компоненты в углях и породных прослоях. Средние значения содержания Ъп, РЬ, 8п, Си, Т1, Мп, Ga, N1, Сг, Мо, V, Ag, Со, 8г установлены на уровне кларкового в осадочных породах, причем в углях преобладает среднее содержание. Обогащенные участки не выявлены. В пробе, которая отобрана из глин с дресвой угля, подстилающих пласт «Нижний», отмечено единичное содержание иттрия (10 г/т) и индия (20 г/т) золы. В пробе из углей пласта «Параллельный» установлено содержание Ъг (100 г/т золы) и Ва (600 г/т золы), а в пробе, отобранной из угля одного из непромышленных пластов в низах угленосной толщи, определены Ъг и Ва (100 и 1000 г/т золы соответственно). В пробах по рабочим пластам угля содержание Ge составило 28 г/т золы.
Отмечена повышенная концентрация в углевме-щающих породах Ва (50—100 г/т) и Со (0,7—4 г/т), что превышает кларковые значения в 50—100 раз. В 4 пробах встречен Сё (до 1 г/т).
Методика исследований. В 2013 г. сотрудники ВСЕГЕИ опробовали Корфское и Эчваямское месторождения. На площади Корфского месторождения опробовано 8 обнажений, в том числе 3 в бортах Корф-ского угольного карьера. Кроме того, отобраны образцы из углепроявления в бухте Скрытой вблизи
пос. Тиличики. Эчваямское месторождение опробовано по пласту «Верхний» на участке «Лосиный». Из проб изготовлены шлифы и аншлифы углей, которые петрографически изучены.
Всего в центральной лаборатории ВСЕГЕИ проанализировано 75 бороздовых и штуфных проб углей, углистых и вмещающих пород методом ICP-MS (масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой) на 38 элементов. Для элементов, значительная часть которых теряется при озолении (Ge, Sb, W, Ag и др.), анализ проводился по растворенному в кислотах углю; REE и другие металлы анализировались по пробе, сплавленной из золы.
На основе результатов аналитических исследований выполнена оценка уровня концентрации металлов вплоть до минимально-промышленных значений в известных типах руд [Инструкция..., 1987; Государственный баланс..., 2009а, б], оценены прогнозные ресурсы отдельных металлов, определена потенциальная ценность заключенной в углях нетрадиционной базы редких и благородных металлов.
Результаты исследований и их обсуждение. Авторами выявлены основные закономерности и особенности металлоносности углей изученных месторождений. В целом для олюторских углей отмечено преобладание металлов с промышленными значениями концентрации элементов-литофилов (Li, Sc, V, Zr и REE). На Корфском месторождении преобладают редкоземельные элементы цериевой группы (REECe/REEY = 2,7), на Эчваямском незначительно преобладают элементы иттриевой (REECe/REEY = 0,8). В табл. 1 и 2 приведены значения среднего содержания металлов в углях.
Таблица 1
Среднее содержание металлов в золе углей и углистых пород месторождений Камчатки, г/т
Месторождение/ число проб Концентрация металлов в золе*, г/т
Ad, % Be V Cr Zn Ga Rb Sr Y
Корф-ское/41 30 2,5 (36) 270,6 (224) 56,9 (7000) н/д (500) 14,7 (50) 18,1 (71) 333,9 (675) 56,4 (75)
Zr Nb Mo Cs Ta W XREE U Hf
174,3 (670) 5,9 (70) 11,8 (100) 1,2 (2,5) 0,3 (5) 2,6 (35) 369,6 (340) н/д (330) 4,2 (23)
Эчваям-ское/25 Ad, % Be V Cr Zn Ga Rb Sr Y
30 3,7 (36) 416,8 (224) 94,8 (7000) 95,8 (500) 28,6 (50) 11,8 (71) 459,3 (675) 99,0 (75)
Zr Nb Mo Cs Ta W XREE U Hf
377,0 (670) 7,0 (70) 2,1 (100) 0,7 (2,5) 0,7 (5) 1,3 (35) 309,8 (340) 2,2 (330) 7,8 (23)
* В скобках — принятые значения минимально-промышленного содержания.
Таблица 2
Среднее содержание металлов в углях месторождений Камчатки, г/т
Месторождение/число проб Концентрация металлов в угле*, г/т
Li Sc Ni Co Cu Ge Sb
Корф-ское/41 7,3 (175) 7,4 (10) 9,7 (500) 5,3 (100) 22,7 (20) 0,7 (50) 0,3 (6)
Pd Pt Au Ag Cd Re Hg
0,04 (0,005) 0,004 (0,005) 0,01 (0,02) 0,2 (1) 0,1 (1) 0,007 (0,1) 0,07 (0,56)
Эчваям-ское/25 Li Sc Ni Co Cu Ge Sb
75,1 (175) 27,0 (10) 20,2 (500) 11,9 (100) 93,0 (20) 9,0 (50) 0,3 (6)
Pd Pt Au Ag Cd Re Hg
0,01 (0,005) (0,005) 0,004 (0,02) 0,1 (1) 0,2 (1) 0,006 (0,1) н/д (0,56)
* В скобках — принятые значения минимально-промышленного содержания.
Литий. Максимальное содержание (120 г/т) установлено в угле Эчваямского месторождения. Среднее значение концентрации Li в углях Корфского месторождения (41 проба) 7,3 г/т, Эчваямского (25 проб) — 75,1 г/т.
Скандий. Максимальная концентрация (30,8 г/т) выявлена в угле Эчваямского месторождения. Для Эчваямского месторождения содержание скандия составляет (25 проб) в среднем 27,0 г/т, что почти в 3 раза превышает минимально-промышленную концентрацию этого элемента.
Бериллий. Максимальная концентрация (11,9 г/т) отмечена в золе угля Корфского месторождения. Среднее содержание бериллия на этом месторождении составляет 2,5 г/т, на Эчваямском — 3,7 г/т.
Ванадий. Максимальная концентрация установлена в золе углей Корфского месторождения (3010 г/т). Содержание ванадия в эчваямских углях в среднем превышает минимально-промышленную концентрацию почти в 2 раза, это свидетельствует о том, что эти угли — возможное сырье для попутного получения этого элемента.
Хром. Максимальное содержание, установленное в золе углей Корфского месторождения, 649 г/т, Эчваямского — 262 г/т.
Никель. Максимальная концентрация достигает 43 г/т в углях Корфского месторождения.
Кобальт. Максимальная концентрация отмечена в углях Корфского месторождения и составляет 21,5 г/т.
Медь. Максимальная концентрация отмечена в углях Эчваямского месторождения, она составляет 140 г/т. Среднее содержание меди в углях Корфского и Эчваямского месторождений (табл. 2) находится на уровне минимальной промышленной концентрации, принятой для меди (10—20 г/т в угле).
Цинк. Максимальная концентрация выявлена в высокозольных углях Эчваямского месторождения и составляет 124 г/т.
Свинец. Максимальная концентрация этого металла установлена в корфских углях (18,2 г/т), средние значения составляют 5,1 г/т для Корфского и 9,1 г/т для Эчваямского месторождений.
Кадмий. Максимальное значение в эчваямских углях (0,3 г/т), среднее для этого месторождения — 0,2 г/т. Для Корфского месторождения среднее значение Сё составляет 0,1 г/т.
Галлий. Максимальное значение выявлено в пробе угля из Корфского месторождения (47,6 г/т). Отметим, что содержание галлия в промышленных типах нефелиновых и апатит-нефелиновых руд составляет 19,08—24,45 г/т, а в бокситах — 50 г/т.
Германий в углях Корфского месторождения определяли непосредственно в угле, в отличие от эчваямских углей, где германий определяли в золе. Максимальное значение в золе углей Эчваямского месторождения составляет 105 г/т. Обедненность германием изученных нами углей объясняется так называемым эффектом краевого обогащения, так как в зонах, прилегающих непосредственно к области сноса, пробоотбор не проводился.
Рубидий. Концентрация, составляющая 84,3 г/т, определена в золе угля Корфского месторождения, это максимальное значение.
Стронций. Для этого элемента отмечена повышенная концентрация в золе углей Корфского месторождения; максимальное значение 2550 г/т. Среднее значение концентрации 8г для Корфского месторождения 333,9 г/т, для Эчваямского 459,3 г/т.
Иттрий выявлен в золе углей изученных месторождений в минимальной промышленной концентра-
ции как по максимальным, так и по средним значениям. Наибольшее содержание этого элемента в золе установлено в пробе угля из Корфского месторождения (553 г/т).
Цирконий. Максимальная концентрация определена в золе корфских углей — 1570 г/т (рис. 2).
Ниобий. Максимальное содержание установлено в золе бурого угля Корфского месторождения (65,8 г/т).
Молибден. Наибольшая концентрация выявлена в золе бурых углей Корфского месторождения (219 г/т). Среднее значение содержания молибдена в золе составляет 11,8 и 2,1 г/т для Корфского и Эчваямского месторождений соответственно.
Сурьма. Концентрация этого элемента не превышает 2 г/т, среднее содержание сурьмы в углях изученных месторождений Камчатки составляет 0,3 г/т.
Цезий. Максимальная концентрация установлена на Корфском месторождении (6,6 г/т).
Тантал. Максимальное содержание установлено в золе бурого угля Эчваямского месторождения (1,4 г/т). Среднее содержание в золе углей изученных месторождений лежит в интервале 0,3—0,7 г/т.
Уран и торий. Содержание этих элементов в золе углей Эчваямского месторождения соответствует фоновым — 2,2 и 3,3 г/т для урана и тория соответственно.
Редкоземельные элементы. Впервые в углях Олю-торского района Камчатки изучено содержание полного комплекса лантаноидов. REE (в сумме с Y) часто содержатся в золе углей месторождений Камчатки в повышенной концентрации. Максимальная концентрация (1848 г/т) установлена в золе углей Корф-ского месторождения, среднее содержание REE в золе углей Корфского и Эчваямского месторождений составляет 370 и 310 г/т соответственно, что находится на уровне промышленно значимых концентраций и
Рис. 2. Максимальное содержание металлов в золе углей Корфского (А) и Эчваямского (Б) месторождений в г/т
позволяет положительно оценивать камчатские угли как сырье для попутного получения REE.
Гафний. Максимальная концентрация (19,5 г/т) выявлена в золе углей Корфского месторождения, среднее 4,2 и 7,8 г/т для Корфского и Эчваямского месторождений соответственно.
Ртуть — максимальная концентрация в углях Корфского месторождения составляет 0,31 г/т, среднее 0,07 г/т.
Рис. 3. Соотношение содержания металлов платиновой группы в углях Корфского месторождения
Металлы платиновой группы. Максимальная концентрация Рё — 0,2 г/т, а МПГ в сумме по максимальным значениям — 0,3 г/т (для корфских углей); среднее же значение МПГ (Рё, Р1, 1г) в углях Корфского месторождения составляет 0,05 г/т, причем почти 90% приходится на палладий (рис. 3).
Золото. Наибольшая концентрация зафиксирована в углях Эчваямского месторождения (0,015 г/т), средние значения в углях изученных месторождений Камчатки составляют 0,001—0,01 г/т.
Серебро. Его содержание в пробах часто достигает повышенной концентрации, максимальная установлена в углях Корфского месторождения (3,4 г/т); среднее — 0,2 г/т для Корфского и 0,1 г/т для Эчва-ямского месторождений.
Значения концентрации Li, 8е, V, Ge, /г, Y превышают кларковые в золе бурых углей в 2 раза и более (рис. 4).
Предварительная оценка прогнозных ресурсов ценных металлов в углях Корфского месторождения (табл. 3) показывает значительное количество ценных металлов, что увеличивает инвестиционную привлекательность изученных угольных объектов.
Повышенная, а в ряде случаев минимальная промышленная в известных типах руд концентрация ряда металлов предполагает возможность комплексного использования углей и содержащихся в них ценных элементов. В связи с этим рассчитана потенциальная стоимость запасов углей и ресурсов попутных метал-
Таблица 3
Прогнозные ресурсы металлов в углях Корфского месторождения
Корфское Прогнозные ресурсы, тыс. т
Sc V Ga Sr Zr Mo REE МПГ, т
P2 0,1 1,70 0,1 1,6 1,0 0,1 1,7 0,5
P3 3,6 72,2 3,6 69,4 42,6 5,3 72,8 21,6
P2+P3 3,7 73,9 3,7 71,1 43,6 5,4 74,5 22,1
лов Корфского месторождения, которая составит 14,9 млрд руб. [Неженский и др., 2014]. Основная доля (%) в общей стоимости месторождения приходится на уголь (58), REE (21,2), скандий (4,6), ванадий (4,7), галлий (3,2), германий (3), МПГ (2,7), цирконий (1,4), а также молибден, серебро, стронций (доли процента). При этом отмечена возможность рентабельной отработки месторождений [Неженский и др., 2013, 2014].
Заключение. На основании изложенного можно заключить следующее: выявлен ряд металлов, концентрация которых в месторождениях бурого угля Олюторского района Камчатки находится на уровне минимально-промышленных в известных типах руд или даже превышает их. Выявлен схожий спектр ме-
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Государственный баланс запасов полезных ископаемых Российской Федерации на 1 января 2009 г. Вып. 26. Редкоземельные металлы. М., 2009а.
Государственный баланс запасов полезных ископаемых Российской Федерации на 1 января 2009 г. Вып. 28. Рассеянные элементы. М., 2009б.
Инструкция по изучению и оценке попутных твердых полезных ископаемых и компонентов при разведке месторождений угля и горючих сланцев. М.: Наука, 1987. 136 с.
Неженский И.А., Вялов В.И., Мирхалевская Н.В., Чернышев А.А. Геолого-экономическая оценка редкометалль-но-угольных месторождений — перспективного геолого-промышленного типа // Регион. геология и металлогения. 2013. № 54. С. 99- 108.
таллов для Корфского и Эчваямского месторождений — концентрация 8е, V, Си находится на уровне минимальной промышленной. В углях Корфского месторождения средние значения содержания ЯББ, Ag и Рё также находятся на уровне минимальных промышленных, в том числе для попутных компонентов. Концентрация таких металлов, как Li, V, Си, Ge, X Ъг, на Эчваямском месторождении превышает кларковую в золе бурых углей в 2 раза и более.
Скандий — элемент, почти не имеющий собственных промышленных месторождений и извлекаемый обычно попутно при разработке руд других металлов, — представляет особый интерес, как и редкоземельные элементы, спрос на которые в последние годы существенно возрос и будет увеличиваться.
Повышенные и минимальные промышленные значения содержания редких и редкоземельных элементов, сравнимые с таковыми для рудных месторождений, значительный объем прогнозных ресурсов и потенциальная ценность ряда металлов, возможность рентабельного освоения месторождений (по результатам предварительной геолого-экономической оценки) и промышленного извлечения металлов из бурых углей, на что существуют патенты, свидетельствуют о наличии новой значительной для извлечения базы редких металлов, содержащихся в изученных буро-угольных месторождениях.
Неженский И.А., Вялов В.И., Мирхалевская Н.В., Ши-шов Е.П. Экономические показатели возможных вариантов разработки редкометалльно-угольных месторождений нераспределенного фонда недр Дальнего Востока // Регион. геология и металлогения. 2014. № 57. С. 95—101.
Редкие металлы на мировом рынке. Кн. 1. Металлы, имеющие собственные месторождения: бериллий, германий, литий, ниобий, редкоземельные металлы, стронций, тантал, цезий, цирконий. М.: ИМГРЭ, 2008. 197 с.
Угольная база России. Т. V, кн. 2. М.: ЗАО «Геоин-форммарк», 1999. С. 555-587.
Ketris M.P., Yudovich Y.E. Estimations of Clarkes for Carbonaceous biolithes: World averages for trace element contents in black shales and coals // Int. J. Coal Geol. 2009. Vol. 78. P. 135-148.
Поступила в редакцию 25.05.2014
