CC BY
49
УДК 622:533.940.4
Б.Ф. Нифантов, А.Н. Заостровский
ЗНАЧЕНИЕ ГЕОХИМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ДЛЯ КОМПЛЕКСНОГО ОСВОЕНИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЙ УГЛЯ
Геохимический имидж (ГИ) в качестве главенствующего показателя представлен в работе [7]. Элементы имидж - маркеров по свитам представлены для ТПТ элементов следующим рядом: Р2И - и(185,4 г/т/2,32 по Смакс: Ссред, табл. 3,4); Р21п
- Б, Со, Са; Р2ш - Сг, Мп; Р1кг - С1, V, Мп, Со, N1, гп, Бе, Са, Ия, РЬ, ТЬ, и; Р^ - Ве, Б, С1, Сг, Со, Лб, БЬ, РЬ, ТЬ; Р1рг - Мп, гп, Лб, Ия; С3а1 - Ве, Сг, БЬ. Средние показатели по ГИ для отделов систем таковы: Р2 - 0,292 %; Р1 - 0,337 %; С3 и С2-3 -
0,153 %.
Таким образом, наиболее насыщенными ТПТ элементами являются ЗШМ нижнего отдела пермской системы [1]. По степени насыщения элементами нижний отдел пермской системы (Р1) превосходит верхний отдел (Р2) в 1,15 раза; отделы каменноугольной системы (С3 и С2-3) в 2,06 раза. Геохимическая граница С3 - Р1 выражена достаточно отчетливо.
Геохимическое имиджевое маркирование по максимумам содержаний марок углей (табл. 1, 2) отражает главные черты распределений химических элементов в зависимости от состава и истории метаморфизма пластов углей. Энергетические угли, различающиеся по стадийности метаморфизма (регионального, контактового), представлены марками (ГОСТ 25543-88) в том числе Д, ДГ, Г; ТС, СС, Т; А - антрацитами.
Наиболее выражены высокие показатели
(Рт=0,245 - 2,76 %) по маркам Д, ДГ, включающим Ве, Б, С1, V, Со, БЬ, И - Д и Мп (2,76 %) в ДГ. Марка Г выделилась по максимуму кадмия - 9,0 г/т. Марки углей ТС, СС, Т характеризуются максимальными зольными содержаниями, соответственно, - Ия, РЬ, (%): 0,0074 и 0,058 для ТС. Показатели ЗШМ углей марки СС, %: Ве(0,0716), Б(0,44), С1(2,19), Мп(5,12),
Со(0,0514), Лб(0,77), Т - V(0,16), Лб(0,76), Бе(0,0021), РЬ(0,035), И(0,01).
Коксующиеся марки углей (ГЖО, ГЖ, Ж, КЖ, К, КО, КСН, КС, ОС). Наиболее представительными из них являются насыщенные элементами золы углей марок К, КО. К - Ве(0,0147), V(0,11), Сг(0,22), Со(0,0512), гп(0,13), Са(0,005); КО -Б(0,42), Сг(0,21), Со(0,0616), Лб (0,61), Бе(0,0013), Ия(0,0028), ТЬ(0,038). Не выявлены высокие (Р1т) показатели для марок ГЖО, Ж, КЖ. Группы марок углей по показателю ЭДт включают: 1-2 (ДГ, Г; ГЖ, ОС, ТС); 4-5 (КСН, КС, Т); 6-7 (Д; К, КО; СС).
Показатель р1т (%) не связан с Нт, т.к. набор элементов не всегда включает высокие моносодержания С1, Сг, Мп. Пределы Р1т составляют, %:
0,0009-0,09; 0,1-0,8; 1,0-5,12. В первую группу из перечисленных выше входят: Са, Ве, Со, БЬ, РЬ, Ия, ТЬ, И; во вторую - Б, V, Сг, N1, гп, Лб; в третью - С1, Мп. Границы геохимических фаций могут не совпадать с ограниченными контурами
Таблица 1. Геохимический имидж ТПТ энергетических марок углей
Элементы Марки углей
Д ДГ Г ГЖО ТС СС Т
Ве, г/т 716,48 -(26,35)
Б, % 0,47 -
С1, % 2,19 -(6,28)
Лб, % 0,77 - -(19,08)
Бе, г/т - (4,31)
БЬ, г/т - 37,72
РЬ, г/т - 145,09 583,33 - - (4,82)
V, % - 0,03 0,16 - (16,00)
Сг, % 0,46 - - 0,04
Мп, % 5,12 - (23,10)
Со, г/т 648,97 - -139,29
N1, % - 0,04
гп, %
Са, г/т 8,75 -8,75 - (2,11)
Ия, г/т 73,95 - 12,05
ТЬ, г/т
И, г/т 186,69 - 69,43 - (3,47)
Примечания:
1. Записи в таблице содержаний (концентраций) элементов: 185,4-120,89 максимальное-среднее.
2. Отношение содержаний: (22.00).
3. Максимальное содержание: 1,75; среднее содержание: 6,22.
Таблица 2. Геохимический имидж ТПТ коксующихся марок углей
Элементы Марки углей
ГЖ Ж КЖ К КО КСН КС ОС
Ве, г/т -7,69
Б, % - (6,31) - 0,19
С1, % - 0,51
Лб, % - 0,22
Бе, г/т 22,79 -7,09
БЬ, г/т 50,27 - - (3,85)
Сг, % - (27,00)
Мп, % - 0,39 - (20,00)
Со, г/т -(58,97)
N1, % -(17,00)
гп, % - 0,06 0,13 -(4,33)
Са, г/т
Ия, г/т - (28,45)
ТЬ, г/т 377,84 -(9,08) -55,70
И, г/т
Примечания (примеры):
1. Записи в таблице содержаний (концентраций) элементов: 185,4 - 120,89 максимальное-среднее.
размещения марок углей. Последнее утверждение основано на различиях механизмов транспортировки, накопления, перераспределения вещества внутри угленосной толщи при полигенном фор-мирорвании состава пластов углей и вмещающих пород.
Минеральные ассоциации элементов также не носят признаков моногенности происхождения. Марганец и хлор, «закрепленные» в золах углей, отражают сложные этапы, например, климатиче-
ской истории формирования кузнецкой угленосной толщи. Так, численные отношения содержаний Мп:С1 для ЗШМ кузнецких углей (марки Д+ДГ; СС) равны 2,6 и 2,3. Близость данных отношений может быть объяснима с позиций существования эпизодов засушливых жарких сезонов в истории осадконакопления, когда болотные фации временно сменялись на эвапоритовые.
Устойчивые минеральные формы вхождения в кристаллохимические структуры марганца и хло-
Рис. 1. Показатели обогащения (коэффициент обогащения Коб) угольного концентрата на ОУ КНСразреза «Моховской»
p-зле менты
Jc.-hK-:-: I ■ А %
Элементы
J ■= гы и I ■ А %
Рис. 2. Средние показатели распределения з, р, ё, / - элементов от зольности кузнецких углей. А , %.
1. 8,06(7,29-8,44); 2. 13,86 (12,14-15,55); 3. 22,24 (18,60-23,80); 4. 35,34 (32,80-37,42); 5. 46,60 (45,2548,40)
ра, в этих случаях, прочно закрепились в хемоген-ных осадках и не подверглись разрушительному последующему влиянию регионального и других видов метаморфизма.
Расчёты по данным 7 проб углей марок Д, Г показали, что главные компоненты ЗШМ - SiO2, Л120з, Fe2O3, CaO для тайлуганской свиты в сумме содержаний составили 96,64 %. Перераспределение компонентов при сжигании этих углей в золах (fly ash: bottom ash) составляют для Si02 - %: (15,62:17,19=0,91); A1203 (15,11:10,55=1,43); Fe203 (6,75:0,17=40,0); CaO (3,08:8,58=0,36); В - г/т: (3,0:7,9=0,38); Р (770,0:3845,38=0,2); S (3000,39:8041,03=0,37); C1 (179,99:997,87=0,18); Mn (850,37:2,55=333,5).
Таким образом, расчеты свидетельствуют о том, что летучие и «донные» золы почти в равных пропорциях содержат кремнезем и глинозем; значительно обогащены полуторным оксидом железа, монооксидом марганца. В «донных» золах преобладают Be, P, S, Cl. Приведем также аналогичные данные по марке СС, представленной 47 пробами, взятыми из 15 пластов в разных ГЭР Кузбасса.
В «донных» золах рассматриваемых двух примеров оказались SiO2, CaO, Р, S, Cl в различных пропорциях. Для (Д, Г) и (СС) они, соответственно, равны: SiO2 (0,425-0,551); CaO (0,359-0,42); Р (0,2-0,48); S (0,373-0,22); Cl (0,18-0,055). В летучих золах - Al2O3 (1,432-4,31); Fe2O3 (40,0-2,36). Марганец для марок углей (Д, Г) и СС оказался в
разных категориях золы: в Д, Г - 333,5 - летучей; в СС - 0,458 - «донной». Последнее непосредственно зависит от минеральных форм носителей марганца - оксидные характерны для летучих зол; примесные, изоморфные в карбонатах, силикатах, сульфидах - в «донных» золах.
При сухом обогащении углей моховского разреза (КНС) коэффициенты обогащения отражают главные черты распределения элементов, накапливающихся в угольном концентрате и других продуктах (рис. 1).
Максимумы коэффициентов обогащения при этом выявлены для Б-элементов (Ве, Бг); р (БЬ, РЬ); а (гп, Та); f (Се, ТЬ, Ьи).
Кузнецкие угли естественно в максимальных пределах 3-6 имеют самые высокие показатели концентраций а-элементов по точкам кривой 1, 2,
3, отвечающим интервалу Ла = 8,0 - 22,2 % (рис.2). Менее выражена картина концентраций р-элементов (1,5 - 2,5) для того же интервала зольностей.
Локальные неоднородности размещения, например, ртути с повышенным ее содержанием иллюстрируются на рис.3. Литотиты углей и пород по дифференциальным пробам заметно отличаются по пластам Кумпановскому, Верхнему, Двойному-Промежуточному (все - Рфг) поля шахты «Бутовская». Марки углей указанных пластов отвечают показателям ГОСТ 25543-88 для КО, КС и К. Последняя марка размещена в пласте
Условные обозначения
литотипов поля шахты Бутовская Пласт Кумпановский
Н°мер Мощность, :
пробы
Зольность, %
Д1 - уголь матовый,
полосчатый,
трещиноватый
Д2- аргиллит
Дэ - уголь матовый,
полосчатый,
трещиноватый
сильно минерализованный
1377 0.11Г 1379 1
Плотность, г/см3 0 1 2
Содержание Ия, г/т
Условные обозначения
литотипов поля шахты Бутовская Пласт В ерхний
Д1 - ложная кровля; аргиллит средней крепости Д2 - уголь матовый, трещиноватый, средней крепости Д3- аргиллит Д4 - уголь матовый, трещиноватый, средней крепости Д5 - сложная кровля; алевролит средней крепости
Номер пробы
1378 0.17 1380
1370 0.02
Мощность, м 0.06
Зольность, %
50 100
1374 0.06І —
Плотность, г/см3 0 1 2
Содержание Ия, г/т 0 5 10 15
Условные обозначения
литотипов поля шахты Бутовская Пласт Двойной-Промежуточный
Д1 - ложная кровля;
алевролит
средней крепости
Д2 - уголь полуматовый
слабый
Д3- аргиллит
Д4 - уголь полуматовый слабый
Д5- аргиллит
Д6 - уголь полуматовый слабый
Д7- аргиллит
Номер пробы
1373 0.06С
Зольность, % 50
1381 0.03Р 1389 1371 0.06Г 1375
30.18
0.19
Плотность, г/см3 0 1 2
0
ЇЇ
Содержание Ия, г/т 10 20 30
1
Рис. 3. Литотипы фации ртути поля шахты «Бутовская» Кемеровского ГЭР. Содержания в породах, углях - чёрный цвет, содержание в золе - серый цвет
50
1378
1.74
1.0
0
1368
0
100
40
0
0.51
1382
1372 0.6
0.73
1376
2.47
Двойном-Промежуточном вместе с КО, КС. Показатели имиджа марки КС углей для ртути существенно отличимы (28,45). Среднее содержание в ЗШМ ртути в промежуточной свите - 3,79 г/т.
Итоги предшествовавшего этапа изучения геохимии кузнецких углей нами подведены в работах [1-6]. Они представляют теоретический и практический интерес для инноваций в областях развития научно-технического прогресса поисков и глубокой переработки бедных руд, отходов добычи, обогащения и потребления каменных углей. Современное состояние проблемы комплексной и исчерпывающей переработки добытых полезных ископаемых представляется нам недостаточно освещенной детальными знаниями о связях химических элементов в сырье и способности к их разделению традиционными способами и с применением новых технологий.
Расчетные данные [2] о дополнительных ре-
сурсах редкоземельных элементов (Се, Бт, Еи, ТЬ, УЬ, Ьи), а также иттрия, лантана, тория, урана и оценка их стоимости по содержаниям в кузнецких углях составляет в сумме 290,901 млрд.ИББ (при расчете по курсу 1,0 долл. = 30,0 руб. и ценах на металлы за 2003 год). При этом максимальные доли (%) доходов могут быть получены при переработке углей марок: Г(14,48); Ж(11,0); КО(9,46); СС(9,84).
Таким образом, выбор технологий и выбор наиболее насыщенного ценными металлами сырья являются неразделимыми направлениями поискового процесса при становлении промышленности по глубокой и экономически выгодной переработке минерального сырья.
Работа выполнена при финансовой поддержке комплексного интеграционного проекта СО РАН № 6.3 «Геохимия окружающей среды горнопромышленных ландшафтов Сибири и Урала».
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Угольная база России. Угольные бассейны и месторождения Западной Сибири (Кузнецкий, Гор-ловский, Западно-Сибирский, бассейны; месторождения Алтайского края и Республики Алтай). - М.:
ООО «Геоинформцентр», 2003. - Т. 2.
2. Нифантов Б. Ф. Геохимия и оценка ресурсов редкоземельных и радиоактивных элементов в кузнецких углях. Перспективы переработки / Б. Ф. Нифантов, В. П. Потапов, Н. В. Митина. - Кемерово: Институт угля и углехимии СО РАН, 2003. - 104 с.
3. Ценные и токсичные элементы в товарных углях России: Справочник / Под ред. Ю. Н. Жаров, Е. С. Мейтов, И. Г. Шарова и др. - М.: Недра, 1996. - 238 с.
4. Нифантов Б. Ф. О высоких концентрациях ниобия и тантала в кузнецких углях / Б. Ф. Нифантов, А. Н. Заостровский // Вестн. Кузбасского техн. унив., 2007. № 5. - С. 68-72.
5. Экологические проблемы угледобывающих районов при закрытии шахт. Комплексное исследование экологических проблем при закрытии угольных предприятий и освоении новых угольных месторождений / Под ред. Г. И. Грицко и др. - Кемерово: ИД «Азия», 2001. - 240 с.
6. Nifantov B. F. Coal Geochemistry of Kuzbass / B. F. Nifantov, V. P. Potapov // Twentieth Annual Int. Pittsburgh Coal Conf. Sept. 15-19 2003. - Pittsburgh, Pennsylvania. Recorded in USA. ISBN 1-890977-20-9. Copyright. - 12 p.
7 Нифантов Б. Ф.. Минеральные ресурсы Кузбасса при реализации глубокой переработки угля / Ни-фантов Б.Ф., Заостровский А.Н. // Вестн. Кузбасского гос. тех. унив., 2008, № 5. С. 81-86
□ Авторы статьи:
Нифантов Борис Фёдорович
- канд. геол.-минер. наук, ст. науч. сотр. Института угля и угле-химии СО РАН
Заостровский Анатолий Николаевич
- канд. техн. наук, ст. науч. сотр. ИУУ СО РАН, доц. каф.химической технологии твёрдого топлива и экологии КузГТУ Email: catalys01@rambler.ru
