|
О.А.ШЕВЧЕНКО, Ю.А. ПРОСКУРНЯ, кандидаты геол. наук (ДонНТУ)
ГЕРМАНИЙ В УГЛЯХ И ШАХТНЫХ ВОДАХ ДОНБАССАУгли Донецкого бассейна включают ряд ценных элементов, которые не извлекаются. Выполненные исследования показали, что в углях, продуктах их обогащения и шахтных водах региона имеется германий в промышленных концентрациях. Попутное его извлечение - это один из путей улучшения экономических показателей угольной отрасли. Германий используется во многих отраслях промышленности и спрос на него постоянно возрастает. Отметим, что в СССР уголь является основным источником получения германия. Согласно современным требованиям содержание германия в энергетических углях должно превышать 10 г/т (воздушно-сухого веса), в коксующихся - 3 г/т.
Оценка германиеносности угольных пластов Донбасса проводилась при геологоразведочных и эксплуатационных работах. Изучено 2200 керновых и бороздовых проб угля, 1101 среднесуточных, среднемесячных и пластово-промышленных проб. Содержание германия определялось фотоколориметрическим и спектральным полуколичественными методами в Центральной химической лаборатории и лабораториях тематических экспедиций ПО "Укруглегеология" по ГОСТ 10175-75 и ГОСТ 12711-77.
Исследованиями установлено, что повышенное содержание германия в углях характерно для Донецко-Макеевского, Петропавловского, Красноармейского и Луганского углепромышленных районов. Из табл. 1 видно, что концентрация германия в пределах отдельных шахтных полей достигает 63,4 г/т, в среднем 4,7 г/т, а по отдельным пробам содержание превосходит в 21 раз среднее значение в углях Донбасса (3 г/т). Угли с промышленными со держаниями гер-мания занимают 20-30% площадей шахтных полей.
Установлена прямо пропорциональная зависимость между содержанием германия и выходом летучих веществ, а также толщиной пластического слоя, характеризующих стадии метаморфизма углей. С увеличением степени метаморфизма
(и соответственно уменьшением выхода летучих) снижается содержание германия, обладающего летучестью. Наибольшее количество германия приурочено к пластам угля низкой степени метаморфизма (марки Д, ДГ, Г). Между зольностью угля и наличием в нем германия не обнаружено прямолинейной зависимости. При увеличении зольности углей до 11-13% количество в них германия незначительно, да-лее по мере повышения зольности концентрация его падает. Если сернистость углей до 3%, содержание в них германия уменьшается, при дальнейшем увеличении сернистости растет концентрация германия.
Таблица 1
 Для восстановленных углей марок Д и Г характерно высокое содержание германия. Оно по мере снижения степени восстановленности углей снижается. Германий выявлен во всех петрографических типах углей, причем наблюдается строгая приуроченность его более высоких концентраций к блестящим угольным ингредиентам (витринит).
Германиеносность пласта не зависит от его стратиграфического положения: по падению и простиранию прослеживаются участки повышенного или пониженного содержания германия, которые имеют сложную конфигурацию и
разные размеры. Отмечается совпадение площадей с одинаковыми содержаниями данного элемента по стратиграфическому разрезу в пределах шахтного поля. Такая закономерность нарушается в зонах сингенетических локальных размывов пластов, в которых концентрации германия в углях марки Г увеличиваются в 5-10 раз, а в марках ОС и А - в 1,5-2 раза [I].
Германием наиболее обогащены припочвенные и прикровельные части угольных пластов или прослоев (8-10 см). Причина в том, что в приконтактовых зонах происходила смена геохимических условий образования углей, а следовательно, и разное накопление германия. В результате в этих зонах на единицу массы торфа поступало большее количество металла [2]. По такой же причине в маломощных пластах среднее содержание германия всегда выше по сравнению с относительно мощными (чем больше мощность пласта, тем при прочих равных условиях меньше в его угле германия). В забалансовых запасах в силу малой мощности пластов среднее содержание германия выше. Это значит, что при подсчете запасов германия необходимо учитывать не только балансовые, но и забалансовые запасы углей.
В соответствии с действующими методиками нами проведен подсчет запасов германия в углях шахт Донецко-Макеевского района, который показал, что общее их количе-ство на исследуемой площади составило 3652,1 т, из них по маркам: Г - 976,17 т; Д и ДГ - 1120,7 т; ГЖ - 415,88 т; Ж и К - 632,4 т; ОС и Т - 506,95 т. Это свидетельствует о необходимости попутной добычи германия.
В товарной продукции шахт Донбасса исследованиями установлены высокие концентрации германия. Наиболее целесообразна для его извлечения продукция восьми шахт трех углепромышленных районов (табл. 2). Таблица 2
 В подземных и шахтных водах распределение германия детально изучено на примере юго-западной части Донбасса. Согласно современным промышленным требованиям германия в водах должно быть 0,05 мг/л [З]. По данным спектральных анализов 204 и 314 проб соответственно подземных и шахтных вод встречаемость германия 2 и 4%. Из табл. 3 видно, что шахтные воды более обогащены германием, чем подземные. Районы с большим содержанием германия в подземных и шахтных водах пространственно не всегда совпадают с районами повышенной концентрации его в углях. Это связано с определенными физико-химическими услови-ями выщелачивания из пород.
Наиболее благоприятны для концентрации германия слабощелочные хлоридно-натриевые воды с минимальным
количеством углекислоты. По мере роста щелочности вод
(показателя рН) содержание в них германия увеличивается, а при достижении рН значения 8,5 резко падает [4]. Увеличение температуры способствует выщелачиванию германия. Следовательно, основными факторами формирования высоких концентраций германия являются повышенная температура, слабощелочная реакция, хлоридно-натриевый состав вод и большое содержание германия в породах.
В подземных водах региона промышленные концентрации германия обнаружены в пробах воды скважин только Южно-Донбасского района. Так, в скважине 91-Ю (восточнее с.Максимовка) в хлоридно-натриевой воде с минерализацией до 10,4 г/л и слабощелочной реакцией (рН = 8,2) содержание германия достигает 0,33 мг/л.
В этом же районе в хлоридно-натриевой воде с минерализацией 5,9 г/л и рН = 7,6 шахты "Южнодонбасская" № 1 отмечено германия 0,18 мг/л. Промышленные содержания германия выявлены на шести шахтах Красноармейского района. В водах шахты "Добропольская", имеющих хлоридно-натриевый состав, минерализацию 8,7 г/л и слабощелочную реакцию (рН = 7,8... 8), концентрация германия достигает 0,437 мг/л. В сульфатно-хлоридных водах шахты "Красноармейская" она составила 0,244 мг/л. Кроме того, промышленные концентрации выявлены в водах шахт № 42, им. Стаханова и ""Родинская", "Пионер". Высокое содержание германия отмечается и в водах шахт Центрального района. Например, в главных водосборниках шахт № 2-бис, "Александр-Запад" и "Торецкая" в водах сульфатно-хлоридно-натриево-магниевого состава с минерализацией 2,2-3,6 г/л обнаружены промышленные концентрации этого элемента.
Исходя из притоков воды в шахты региона (табл. 3), подсчитанные прогнозные ресурсы германия в первом приближении составляют 452,75 мг/ч. Для извлечения германия наиболее приемлемы шахтные воды Красноармейского, Южно-Донбасского и Центрального районов.
Таблица 3
 Литература |