В углях и породах угленосной толщи постоянно встречаются элементы-примеси цветных, редких,благородных и радиоактивных металлов. Токсичными элементами S, As, Hg, Be, F, Pb при концентрациях выше ПДК, эти же элементы при концентрациях ниже ПДК, а также W, Ni, Cr, Mn отнесены к потенциально токсичным.
Для изучения распределения в углях токсичных элементов первого класса опасности (Hg, As, Pb, Be) было проведено керновое и бороздовое опробование угольных пластов некоторых шахт Донецко-Макеевского промышленного района - имени Горького, "Кировской", имени Засядько, "Октябрьской", имени Абакумова и другие. Данные опробрвания изучались с помощью химического (As), спектрального полуколичественного (Hg, As, Pb) и атомно-абсорбционного (Hg) анализов, которые были проведены в лаборатории ПГО "Донбассгеология". Обработка данных анализов проводилась на ПЭВМ с помощью пакетов прикладных программ STATGRAF, SURFER. Были установлены основные статистические характеристики, корреляционные связи между отдельными элементами, а также связи между элементами и качественными показателями угля: зональностью, содержанием серы, выходом летучих. Исследованы особенности пространственного распределения элементов в угольном пласте с помощью построения карт изоконцентраций.
В результате исследований получены следующие данные. Концентрации ртути в пределах шахтных полей принимают значения от 0,001 г/т до 2 г/т, в среднем составляя 0,15 г/т. Содержания мышьяка изменяются от 1 до 65 г/т, составляя в среднем 17 г/т. Содержание свинца варьирует от 1 до 30 г/т в среднем 7 г/т. Бериллий в угольном пласте содержится в пределах от 1 до 30 г/т в среднем 7 г/т. Содержание ртути, превышающее среднее содержание в углях Донецкого бассейна, установлены по пластам h10, m3, мышьяка - по пластам h18, h10, k8, бериллия и свинца практически по всем пластам.
Сравнение концентраций исследуемых элементов с ПДК для почв показало, что по отдельным пробам концентрации мышьяка превышают ПДК в среднем в 8-9 раз (иногда - до 32 раз), ртути - до 8-10 раз, свинца - до 15 раз.
При определении основных статистических характеристик были выявлены значимые корреляционные связи между мышьяком и ртутью (положительная) и бериллием и мышьяком (отрицательная). Установлена тесная положительная связь содержаний ртути и мышьяка с содержанием общей серы в угле, что свидетелшьствует о накоплении этих элементов в условиях восстановительной среды и подтверждает возможность их нахождения в сульфидной форме. Установлены значимые корреляционные связи между ртутью и мышьяком и выходом летучих веществ (положительная), и бериллием и выходом летучих (отрицательная).
Анализ площадного распределения четырех токсичных элементов в пределах шахтных полей показал, что ртуть и мышьяк имеют сходное распределение. К полям высоких содержаний ртути и мышьяка в целом тяготеют и высокие концентрации свинца. В то же время пространственное распределение бериллия отличается от распределения мышьяка, ртути, свинца. При этом повышенные содержания бериллия фиксируются в пределах полей относительно низких концентраций ртути, мышьяка и свинца в угольном пласте. В целом пространственные поля всех элементов сложно дифференцированны.
По результатам исследований можно сделать следующие предварительные выводы. Наиболее сложным распределением в угле характеризуется ртуть. Положительная корреляционная связь ее с содержанием серы в угле предполагает концентрацию ртути в пирите. Так как в результате обогащения угля пирит уходит в хвосты, следует ожидать интенсивное накопление ртути в хвостохранилищах обогатительных фабрик. Вероятно, аналогичным образом ведут себя мышьяк и свинец. Полученные данные следует учитывать при потреблении углей с высоким содержанием ртути, мышьяка, свинца, а также при использовании отходов углеобогащения (изготовлении кирпича, керамзита, аглопорита и т.д.). При использовании углей, обогащенных Beнеобходимо иметь в виду, что при сжигании угля бериллий, находящийся в органической части, образует тонкодисперсную пыль окисла, которая не улавливается электрофильтрами. Сжигание таких углей может представлять потенциальную опасность для окружающей среды.