Некоторые геохимические параметры энергетического угля в связи с их влиянием на окружающую среду

Купенко В.И.,Ягнышева Т.В., Никитенко А.В.
Донецкий национальный технический университет

Источник:Докл.Междунар.научн. ко-нф. «Творческое наследие В.И.Вернадского и современность» (10-12 апреля). Донецк, «Донбасс-2001». С.289-293

Владимир Иванович Вернадский уделял большое внимание геохимии углерода. «Углерод - один из важнейших химических элементов земной коры. Его значение в ней несоизмеримо велико по сравнению с количеством его атомов, в ней находящихся. Мы лишь с трудом и путем больших усилий начинаем понимать химию углей» [1].

В последние годы становится все более очевидным, что один из основных источников энергии - уголь оказывает существенное влияние на экологическую обстановку. Во многом такое воздействие определяется концентрацией значительного количества химических элементов, которые не определяются в рамках традиционного технического анализа [2].

Оперируя данными углегеохимических исследований, при разработке угольных пластов мы будем способны прогнозировать местоположения зон полезного ископаемого с повышенным содержанием экологически опасных компонентов. Это позволит предпринимать необходимые меры для снижения неблагоприятного воздействия продуктов переработки угля на биосферу.

В данном направлении был изучен угольный пласт f1 участка Ново-моспинский Восточный. В целом по участку было изучено 26 керновых проб по 26 пластопересечениям. По данным спектрального и химического анализа, проведенного по отобранным пробам, угольный пласт содержит ряд токсичных (Аg, Нg, Ве, F), потенциально токсичных (Мn, РЬ,Ni, V, Сг, Со) и малых (Li, Sr, Ва, Sс, Y, Lа, Yb, Се, Ti, Zn, Nb, Мо, Сu, Zr, Sn, Вi) элементов. Содержание некоторых элементов в несколько раз превышает фоновое по палеозойским каменным углям Донбасса. В группе токсичных эле¬ментов выделяются фтор с содержанием до 400 мг/кг и мышьяк с содержа¬нием до 100 мг/кг. Среди потенциально токсичных элементов выделяются марганец (до 700 мг/кг). Содержания большинства малых компонентов в углях близки к кларковым значениям, образуя в отдельных случаях высокие концентрации. Например, содержания таких малых элементов как лантан и ниобий пре¬вышают фоновые показатели в 100 раз. Имеют место локальные превышения ПДК для фтора в 4, цинка в 2 раза.

Проанализировав карты распределения ртути, свинца, бериллия и ванадия, можно предположить, что расположение зон повышенной минера¬лизации угольного пласта f1 контролировалось тектоническими нарушениям, или, что более вероятно, зонами их пересечений, а также его структурными особенностями, то есть наличием брахиантиклинальных структур.

Повышение содержаний ванадия и свинца в юго-западной части, вероятнее всего, связано с наличием тектонических нарушений, не попавших зону опробования. Зоны повышенной концентрации отдельных элементов (хром, ванадий, бериллий, иттрий, титан, цирконий, молибден, медь, цинк, олово, висмут) также, вероятно, связаны с этой зоной. Следовательно, минерализация пласта имеет гидротермальный характер.

Полученные данные можно использовать при изучении других (аналогичных) угольных месторождений.

Как упоминалось выше, каменный уголь пласта f1 планируется ис-пользовать как энергетическое сырье на ТЭС, что сопряжено с негативным воздействием на окружающую среду.

Во-первых, при переработке угля происходит большой выброс токсичных и потенциально токсичных и малых, перешедших в летучее состояние элементов; Во-вторых, конечный продукт переработки угля - зола - содержит в себе большинство вышеперечисленных элементов, однако, с концентрациями последних, в десятки раз превышающих исходные содержания в угольном пласте; причем полученные соединения менее устойчивые, чем соединения данных элементов в пласте.

В результате попадания летучих соединений химических элементов в атмосферу происходит концентрирование последних в почвах территорий, прилегающих к энергетическим объектам, использующим данное сырье. Почва, в свою очередь, является источником, поставляющим определенные химические элементы растениям. Значительная часть этих элементов концентрируется в отмирающих органах растений, которые опадают на почву, тем самым повышая их содержание в верхней части почвы.

При постепенном разрушении растительных остатков поглощенные химические элементы (прочно связанные в органическом веществе) освобождаются, и значительная часть их вновь захватывается растениями, подчиняясь принципам биологического круговорота. Однако в биологический круговорот захватываются не все количество химических элементов, поступивших с опадом. Частично они задерживаются в почве и удаляются с фильтрующими водами. В свою очередь, растения поглощают элементы из почвенных и грунтовых вод [3].

Существуют некоторые особенности накопления металлов в живом веществе. Так, например, металлы, играющие роль главных элементов, характеризуются невысокой интенсивностью биологического поглощения в связи с тем, что этих металлов так много, что их поступление в растения в необходимом количестве хорошо обеспечено. Такие же элементы как цинк, молибден, марганец и медь наиболее интенсивно поглощаются рас¬тениями (в золе растений они содержаться в большем количестве, чем в земной коре). Некоторые рассеянные элементы (никель, кобальт, ванадий, свинец) поглощаются умеренно (их содержание в золе примерно такое же, как в земной коре), некоторые - титан, цирконий, ртуть - очень слабо (их содержание в золе в 100 раз меньше по сравнению с земной корой). Это обобщенное представление о биологическом поглощении металлов. В действительности условия произрастания растений многообразны, что опре¬деляет различия в коэффициенте поглощения одного и того же металла в разных биоценозах.

Повышенные (как, впрочем, и пониженные) содержания рассеянных элементов значительно влияют на растения. Из практики сельского хозяйства известны многочисленные случаи угнетения, снижения урожайности и болезней различных культур в связи с недостатком меди, цинка, марган¬ца, молибдена, а, например, при избыточном содержании меди обнаружены хлорозы растений. Организмы животных также не безразличны к колебаниям содержания рассеянных металлов в почве, воде и, главное, в корме. Избыток меди вызывает у сельскохозяйственных животных анемию и поражения печени, повышенное содержание никеля в корме сопровождается накоплением этого металла в тканях, особенно в роговице глаза, что приводит к слепоте животных [4].

Литература

  1. Вернадский В.И. Углерод и живое вещество в земной коре // Избранные соч. Т.1 - М.: Изд-во АН СССР. - 1954. - С.147-224.
  2. 2. Finkelman R.B.,Gross P.M. The types of data needed for assessing the environmental and human health impacts of coal // International Journal of Coal Geology. -1999. -№40 С. 91-101.
  3. Вилли К.,Биологические процессы и законы.//К.Вилли, В. Детье.- М.: Мир.-1975.-824 с.
  4. Ковалева Н.Г. Лечение растениями.//Н.Г.Ковалева - М.: Медицина. - 1971. - 352 с.