CC BY
53
УДК 622.333
Х.А. Исхаков, Е.Л. Счастливцев, Ю.А. Кондратенко
ТЕХНИЧЕСКАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ КОМПОНЕНТОВ УГЛЕЙ
На важность и необходимость изучения минеральных компонентов (МК) углей в отечественной специальной литературе постоянно обращалось внимание. Залесский [1,2] в своих публикациях за 1910-11 годы описывает известковые конкреции в угольных пластах Донецкого бассейна. Ферсман [3], изучая угли в окрестностях г.Боровичи, указал на наличие среди сульфидов минеральной части халькопирита CuFeS2. На необходимость учета сернистых соединений, присутствующих в углях, в основном, в виде сульфидов, обратил внимание Менделеев [4], предложивший при вычислении теплоты сгорания топлив по результатам элементного анализа вводить поправку на тепловыделение от сгорания сульфидов: Qb=81C+300H-26(O-S).
Крым [5] первым из советских углехимиков предложил в необходимых случаях вычислять по аналитическим данным количество минеральных примесей в углях согласно разработанной им эмпирической формуле:
М= 1,10Ad+0.55 Sпиp.+0,87 С02карб.-0,10 Fe2O3-
- 2.75 SAd+2.325 Scyльф.
Габинский [6] предлагает подсчитывать количество минеральных примесей по упрощенной формуле : М= 1,129 Ad+0.35S-0,2 O.
Таким образом, в двух последних случаях авторы не ограничиваются золой, а предлагают манипулировать с минеральными примесями.
Однако, работа [6] имеет ценность не только вышеуказанной формулой, но и классификацией МК углей, в частности, автор выделяет в углях следующие 4 группы МК.
1. МК исходных растений-углеобразовате-
лей.
2. Минеральные осадки, примешавшиеся к растительному материалу во время его накопления в первой стадии геологического превращения.
3. Минералы инфильтрации, попадавшие в угольные пласты из вод, пропитавших последние.
4. Обломки пород почвы и кровли пластов, примешанные к углю во время его добычи.
Автор приходит к выводу, представляющему интерес и для современных исследователей:
«Действительный минералогический состав углей плохо исследован. Причина этого заключается в крайней трудности выделения из угля заключающихся в нем минеральных частей без нарушения их минералогической природы. Это удается сделать лишь по отношению к механическим примесям. Большая масса минеральных включений распределена в толще угольного вещества либо совершенно равномерно, либо в виде трудноотделимых от него включений. Лишь в самое
последнее время были разработаны методы последовательной обработки угля различными химическими реагентами, которые дали возможность получить более ясное количественное представление о минеральных включениях.»
Позднее, примерно, по такой же схеме рассматривает МК углей Жемчужников [7]. Подробно описывается зольность и состав золы различных видов растений. Для древесных пород она колеблется в пределах 0,42-1,21%; гораздо больший выход золы наблюдается у водных или болотных растениях- 5,32-21,40%. Как исключение из наземных растений является табак, в листьях которого зольность достигает 23%. В целом, если в листьях растений зольность не выходит за пределы 10% (в соломе 5-6%, в травах 6-7%), то табак занимает особое положение [8].
Как особая группа рассматриваются дисперсные минеральные примеси и дается их описание. Отдельной главой дано описание включений в угольных пластах валунов, галек и конкреционных образований ввиде карбонатных почек, стяжений, желваков, образовавшихся , по мнению автора, еще в поздние стадии торфяников. Особое внимание обращается на сидеритовые, кремнекислые, глинистые, сульфидные и железистые конкреции. Жемчужников приводит также описание пород угленосных толщ, выделяя конгломераты, песчаники, алевролиты и аргиллиты.
Интерес представляют генетические классификации МК, предлагаемые геологами-
угольщиками.
Шугуров [9] МК углей разделил на две генетические группы: аутигенные и аллотигенные.
Аутигенные (автигенные) [греч. autos сам, genos род ] - образовавшиеся на месте путем выпадения из торфяных вод в период накопления исходного растительного материала торфяника, диагенеза, метаморфизма и современного выветривания. Аутигенные МК могут быть сингенетическим [греч. sin совместно, одновременно], т.е. образовавшимися на месте в период накопления растительного материала в торфяной залежи и диагенеза, и эпигенетические [греч. epi после], появившимися в результате процессов метаморфизма и выветривания.
Аллотигенные минералы [греч. alloti - в другом месте] накапливались в торфяной залежи как механические осадки и приносились ветром и водными потоками. Они также подвергались изменениям в процессах метаморфизма и выветривания.
Добавим, что аутигенные и аллотигенные ми-
38
Х.А. Исхаков, Е.Л. Счастливцев, Ю.А. Кондратенко
Hum-
O
OH
+nCaCO3 ■
O
6COOH + 2Al(OH)3
Ca
+nH2CO3;
допплерит, гумат кальция
Al2(C12O12) + 6H2O
меллит
меллитовая кислота
нералы взаимодействуя между собой, могут образовывать новые вещества, например, такие как допплерит и мелит (см. рисунок).
Образованию новых минералов и пород способствуют время (миллионы лет), давление, температура; так глины превращаются в аргиллиты, пески - в песчаники и т.д. Новое образование можно также рассматривать как эпигенетическое.
Крылова [10] вместо термина аллотигенные вводит термин терригенные [лат. terra - земля]. Юдович [11] придерживается классификации Крыловой, однако наряду с терригенными и аути-генными минералами из последних эпигенетические выделяет в отдельную группу.
Приведенных генетическо-геологических
классификаций, как нам думается, достаточно, чтобы иметь представление об их значении и научной ценности, однако, они не удовлетворяют решению многих практических задач промышленного использования углей.
Обратимся к технической классификации МК углей.
Исходя из практических соображений, МК для рядовых и товарных углей следует разделить на две основные группы: внешние и внутренние.
Внешние МК - это породы кровли, почвы и прослоев. Они попадают в угли при добыче и их физические свойства играют немалую роль. В справочнике [12] об этом говорится: «Данные о свойствах пород являются базовым материалом для решения вопросов разрушения и выемки пород и углей, охраны и крепления выработок, сортировки и обогащения углей. Особенно важна информация о механических свойствах пород для прогноза породных обнажений и проявления горного давления в подготовительных и очистных выработках, горных ударов и внезапных выбросов, а также для выбора горнопроходческого оборудования, машин и механизированных комплексов очистных забоев».
Внешние МК сравнительно легко удаляются
из углей при обогащении, однако, рыхлые породы и глинистые прослои легко распадаются, размокают и дают илы, тем самым усложняя процессы обогащения. С другой стороны, возникают экологические проблемы, связанные со складированием как породы, выдаваемой из шахты, так и породных хвостов обогащения. В последние десятилетия отказались от терриконов и многие угледобывающие предприятия сваливают породу в логах и руслах малых рек, нанося огромный ущерб природе. При открытых работах стали использовать внутрикарьерное складирование, что весьма удобно и экономично.
При подземной добыче закладка породой отработанных выработок не всегда удобна и безопасна, т.к. в большинстве своем породная закладка самовозгорается. Это связано не только со значительным содержанием в выдаваемых породах угля, но и особыми свойствами тонкорассеяного в породах, особенно в углистых аргиллитах, углерода, своим происхождением обязанного растворимым в воде фульвокислотам, а также некоторым соединениям железа, природа которых окончательно не выяснена [13].
Внутренние МК - это минеральная масса содержащаяся непосредственно в угольных пластах:
1. МК растений-углеобразоавате лей, их еще условно называют материнской золой. В зависимости от характера углеобразователей количество ее может быть различным и колебаться в пределах от А<1 0,3-0,5 до 15,9-19,9%. Последние цифры характерны для болотных растений (хвощи, мхи); для древесного материала А'1, как правило, редко превышает 1%. Для некоторых малозольных углей (угли марок Д и Г Ленинского района Кузбасса) характерна весьма низкая зольность 4-6%, в основном обусловленная зольностью растений верхнего палеозоя. Так как в МК растений в значительном количестве присутствуют соединения щелочных элементов- в золе древесины 6-8%, в золе трав до 24%, в золе овощей до 60%. При обо-
n
2
n
гащении в водной среде часть щелочных соединений вымывается водой, особенно из пылевидных классов, основная масса материнской золы может быть удалена только химическим путем, когда требуется иметь особо чистые угли зольностью не выше 1% [14-15].
2. МК, занесенные еще в торфяник водными суспензиями и аэрозолями; эта неорганическая масса в большинстве своем тонко распределена в органической массе углей и может быть удалена только химическим путем. Такая минерализация особенно характерна для дюренов.
3. Конкреции и желваки, образовавшиеся в торфяниках и землистых углях в период диализа, а затем в течении всего метоморфизма углей в результате химических реакций, коагуляции коллоидных систем, биохимических процессов, а также путем сорбции на кливажных поверхностях углей. Частично конкреции, особенно представленные в
виде пленок и налетов, реализуются при обогащении. Однако, такая минерализация обусловливает трудную обогатимость углей, что характерно для карагандинских, кизеловских и экибастузских углей
4. Валуны и гальки, занесенные в торфяник водными потоками с наклонных поверхностей, склонов холмов. Такие МК удаляются при обогащении углей.
5. Редкие и рассеянные элементы. Выделены Жемчужниковым [7] в отдельную группу. Сосредотачиваются в золе, откуда могут быть извлечены магнитной сепарацией (оксиды железа) и химическими методами.
Данная классификация включает генетические классификации, позволяя намечать способы обогащения углей и методы рационального использования
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Залесский М.Д. О донецких известковых почвах в угольных пластах // Изв. Общ. иссл. прир. Ор-
ловской губернии Вып 2, 1910.
2. Залесский М.Д. Об одном открытии известковых конкреций, известном под названием Coal balis, в одном из угольных пластов каменноугольных отложений Донецкого бассейна //Bull Soc. Natural de Moscou, 1911.
3. Ферсман A.E. К минералогии каменноугольных отложений окрестностей г. Боровичи. - С-Пб.: Изв. Ак. Наук, 1915.С.1159.
4. Аронов С.Г. Нестеренко Л.Л. Химия твердых горючих ископаемых. -Харьков: Изд-во ХГУ, 1960.371с.
5. Крым B.C. Химия твердого топлива. -Харьков-Киев: ГНТИ Украины, 1936. 299с.
6. Габинский Я. О. Курс коксового производства. -Харьков-Киев: ГНТИ Украины, 1936. 363с.
7. ЖемчужниковЮ.А. Общая геология ископаемых углей.- М.: Углетехиздат, 1948. 491с.
8. ИсхаковХ.А., Потаева Н.А., Кондратенко Ю.А.//ТЭК, №3,2007.С.57-58.
9. Шугуров В.Ф. /Атлас верхнепалеозойских углей Кузнецкого бассейна. Ред. И.Н. Звонарев. Новосибирск: Наука, 1966.С. 47-57.
10. Крылова Н.М./ В книге Петрографические типы углей СССР. Ред. А.А.Любер. -М.: Недра, 1975.С.49-59.
11. Юдович. Геохимия ископаемых углей. - Л.: Наука, 1978.263с.
12. Штумпф Г.Г. и др. Физико-технические свойства горных пород и углей Кузнецкого бассейна. Справочник. - М.: Недра, 1994. 447с.
13. СтадниковГ.Л. Самовозгорающиеся угли и породы. -М.: Углетехиздат, 1956. 478с.
14. Геблер ИВ., Байченко А.А. Специальные методы обогащения углей. - Кемеровское книж. изд-во , 1959. 154 с.
15. Малозольные и сверхчистые угольные концентраты/ Ред. Н.С. Благов. -М.: Наука.146 с.
□ Авторы статьи:
Исхаков Хамза Ахметович
- д.т.н., профессор, ведущий
Счастливцев Евгений Леонидович
- д.т.н., зав. лаб. геоэкологиче-
научный сотрудник ИУУ СО ских и водных проблем ИУУ СО РАН РАН
Кондратенко Юлия Александровна
- ведущий инженер ИУУ СО РАН
