Введение. Использование углей, как источников комплексного минерального сырья пока ещё не достигло должного уровня, так как реально извлекаются из углей и их зол лишь некоторые элементы-примеси, хотя и разработаны минимальные промышленные содержания большинства из них в углях и их золах [1, 2].
Методика исследований. Были опробованы угли Лисичанского, Алмазно-Марьевского, Селезнёвского, Краснодонского, Боково-Хрустальского и Должано-Ровенецкого угленосного районов, пробы угля изучались методом полуколичественного спектрального анализа, выполненного в лаборатории ГРГП "Восток". Всего было отобрано проб угля: антрациты - 16 шахт (163 пробы), тощие угли - 4 шахты (46 проб), отощённые спекающиеся, коксующиеся и жирные угли - 14 шахт (93 пробы), газовые угли - 8 шахт (45 проб), длиннопламенные угли - 10 шахт (60 проб). Пробы угля отбирались у кровли, у почвы и в центре угольных пластов. Средние содержания элементов рассчитывались методом среднего арифметического, расчёт средних медианных значений показали близкие значения. Содержания сурьмы, фосфора, фтора, стронция, бария, лития и мышьяка часто были за порогом чувствительности анализа.
Анализ содержаний элементов в углях разных марок позволил выделить группы элементов, концентрирующиеся в углях определённых марок (табл. 1, 2).
В антрацитах концентрируется иттрий, кобальт, лантан, марганец, литий, хром, олово, серебро, свинец, никель, ванадий, медь, фосфор, скандий, фтор, стронций, цирконий, титан, сурьма, иттербий и молибден. Для тощих углей характерна концентрация сурьмы и бария. В жирных, коксующихся и отощённых спекающихся углях концентрируется стронций и мышьяк, в газовых углях - молибден, мышьяк, висмут, скандий, цинк и галлий, в длиннопламенных - бериллий, германий, висмут, иттербий и фтор.
По характеру содержаний элементов-примесей в углях разных марок можно выделить такие группы элементов: германий-бериллий, иттрий-кобальт-лантан-никель-ванадий-скандий, марганец-литий-хром, серебро-медь, ниобий-олово, цинк-висмут, фтор-стронций-цирконий-титан, иттербий-свинец, особняком стоят галлий, сурьма, мышьяк, барий и фосфор. При этом сурьма и мышьяк показывают прямо противоположные тенденции к накоплению и рассеиванию в разных марках угля.
Нами отмечено, что содержание германия закономерно уменьшается от 11 г/т в длиннопламенных углях до 2,2 г/т в антрацитах (табл. 1, 3). Исследованиями углей доказана роль метаморфизма в процессе выноса германия из них [4].
Полужирным подчёркнутым курсивом отмечены марки углей, промышленные содержания элементов-примесей в которых превышают минимальные промышленные более, чем в 2 раза, полужирным шрифтом - содержания в которых превышают минимальные промышленные более, чем в 3 раза.
Среднее содержание германия в углях Донбасса [5] составляет 4 г/т, а в золе углей - 18 г/т. В коксующихся углях Донбасса кондиционное среднее содержание германия составляет 4 г/т, а в энергетических - 8,6 г/т. Минимальное промышленное содержание бериллия в энергетических углях составляет 5 г/т [2]. По нашим данным средние содержания бериллия в длиннопламенных углях - 19,1 г/т, в антрацитах - 4,5 г/т. Среднее содержание висмута превышает минимальное промышленное содержание (1г/т) в антрацитах в 2 раза, в длиннопламенных и газовых - в 2,5 и 2,8 раза, соответственно. Минимальные промышленные содержания титана (1,5 кг/т) достигаются лишь в антрацитах (1,6 кг/т). Содержания лития достигают промышленных (35 г/т) в антрацитах (114 г/т) и длиннопламенных (49,7 г/т). Содержание иттрия превышает минимальное промышленное (15г/т) во всех углях, в особенности - в антрацитах (33,9 г/т), содержание иттербия превышает минимальное промышленное содержание (1,5 г/т) в антрацитах (6,4 г/т) и длиннопламенных (2,5 г/т) углях. Галлий превышает минимальные промышленные содержания (20 г/т) в газовых углях (44,6 г/т). Таким образом, изученные нами каменные угли представляют интерес на предмет извлечения бериллия, германия, титана, лития, висмута, галлия, иттрия, и иттербия. Содержание фосфора нелинейно возрастает с увеличением степени метаморфизма, в длиннопламенных углях 50 г/т, а в антрацитах - 242,4 г/т, это совпадает с отмеченной ранее тенденцией [1]. Содержание меди по мере метаморфизма углей имеет тенденцию к возрастанию, не достигая промышленных содержаний в антрацитах.
В золах углей, полученных в результате сжигания углей в лабораторных условиях перечень элементов, достигающих минимальных промышленных концентраций несколько измелился, такие элементы, как кобальт, молибден, скандий и цирконий при озолении углей стали превышать минимальные промышленные содержания (табл. 4).
Полужирным подчёркнутым курсивом отмечены марки углей, промышленные содержания элементов-примесей в которых, превышают минимальные промышленные более, чем в 2 раза, полужирным шрифтом - содержания в которых превышают минимальные промышленные более, чем в 3 раза.
Таким образом, установлен перечень промышленно-значимых содержаний элементов-примесей в углях разных марок и их золах, что, безусловно, важно для регулирования "качества" угля (по содержанию определённых элементов-примесей) и золы в технологических процессах в связи с последующим извлечением соответствующих ценных элементов. Отмеченные общие тенденции поведения выделенных групп элементов по мере увеличения степени метаморфизма углей могут, с одной стороны, отражать общие тенденции трансформации их форм нахождения и поведения в углях на этапах торфонакопления, диагенеза, катагенеза, метагенеза и последующего метаморфизма, а с другой - наметить для каждой марки угля комплексы элементов-примесей, содержания которых достигают промышленных, что в дальнейшем может быть использовано для оценки угольных месторождений как источников комплексного минерального сырья.
Промышленные содержания элементов-примесей в углях разных марок и их золах существенно различаются, набор элементов в золах существенно больше, тогда как некоторые элементы достигают промышленных содержаний как в углях, так и в их золах.
СПИСОК ССЫЛОК
1. Юдович Я. Э., Кетрис М.П.Токсичные элементы-примеси в ископаемых углях. - Екатеринбург: УрО РАН, 2005. - 654 с.
2. Ценные и токсичные элементы в товарных углях России. Справочник / Ю.Н. Жаров, Е.С. Мейтов, И.Г. Шарова и др. - М.: Недра, 1996. - 239 с.
3. Юдович Я.Э. Геохимия ископаемых углей. - Л.: Наука, 1978. - 262 с.
4. Шпирт М.Я., Сендульская Т.И. Распределение германия и типы его соединений в твёрдом топливе // Хим. твёрд. Топлива. - 1969. - № 2 - С. 3-11.
5. Юдович Я. Э., Кетрис М.П. Германий в углях. - Сыктывкар,2004. - 216 с.