В даний час вугілля – єдиний енергоносій, об'єми якого достатні для практично повного забезпечення потреб національної економіки. В структурі світових запасів органічного палива вугілля складає 67 %, нафта – 18 % і природний газ – 15 %. В Україні ці показники складають відповідно 95,4 %, 2 % і 2,6 %. За прогнозами до 2020 р. енергоносієм номер один стане вугілля. Вже сьогодні вугілля дає 23 % теплової і 55 % електричної енергії.

Проте, більшість вугілля України характеризується значним змістом сірки. Близько 80 % всього вугілля містить більше 2,5 % сірки (по масі), а сірчаність 30 % вугілля перевищує 4 %.

Підвищений вміст сірки у вугіллі знижує їх якість, що приводить до ряду технічних проблем при їх використовуванні, а також веде до забруднення навколишнього середовища продуктами спалювання вугілля.

У вугіллі України, в тому числі і Донецькій області, розрізняють пиритну (колчеданову), органічну, сульфатну і елементарну сірку.

Піритна (колчеданова) сірка – основний вид сіркових з'єднань у вугіллі, на її частку в середньому доводиться 62 % загального змісту сірки. Форми включень піриту у вугільні пласти різні. Пірит, що утворився в період вугленакопичення, розподілений по вугільній речовині рівномірно, в тонкодисперсній формі і, як правило, пов'язаний з органічною масою вугілля. Пірит, що утворився по тріщинах усихання шляхом інфільтрації після припинення процесу вугленакопичення, розподілений грубодисперсно, локалізовано – у вигляді лінз, жовен, зерен, кубел. Він представляє включення у вигляді домішок, доступних виділенню механічним способом.

Органічна сірка рівномірно розподілена по всій вугільній речовині, її неможливо виділити. Діапазон змісту органічної сірки в українському вугіллі 0,3-0,5 %, але зустрічається 2,5-3 %; таке буває в межах одного пласта на довколишніх ділянках. Це говорить про те, що органічна сірка утворилася не тільки за рахунок сірки висхідного рослинного матеріалу. Органічні сірчисті його сполуки відповідають приблизно 0,3-0,5 % сірки у вугіллі. Вважають, що джерелами утворення вторинної сірки була елементарна сірка, яка за відповідних умов взаємодіяла з органічною речовиною і збільшувала кількість органічної сірки.

Сульфатна сірка в українському вугіллі міститься в невеликій кількості (до 0,1 %), частіше зустрічається у вугіллі, що довго зберігається на поверхні. Ця форма сірки – результат окислення піриту, у вугіллі вона у вигляді тонких примазувань з гіпсу.

Елементарна сірка – залишки сірки, яка не прореагувала з вугіллям, вона розподіляється у вигляді тонкодисперсних з'єднань. В вугіллі її близько 0,15 %.

Мета роботи – полягає в підрахунку запасів «витягуваного» піриту, що виділяється при збагаченні в хвости для подальшого виробництва сірчаної кислоти, у виявленні ролі сірки в розподілі токсичних елементів у відходах збагачення, а також оцінка їх екологічного впливу.

Для досягнення мети необхідно вирішити ряд задач:

• виявити закономірності розподілу сірки і токсичних елементів у вугіллі і продуктах збагачення;
• підрахувати запаси піриту на основі запасів вугілля;
• виявити роль сірки в розподілі токсичних елементів у відходах збагачення;
• розробити методи прогнозування і моделювання вмісту сірки і токсичних елементів у вугіллі і відходах збагачення.

Наукова новизна полягає в тому, що для шахти «Курахівська» вперше проведений підрахунок запасів піриту і виділена його практична цінність.

Основні результати досліджень докладалися на міжнародній науковій конференції аспірантів і студентів в 2006, 2007 рр.

РОЗДІЛ 1 АНАЛІТИЧНИЙ ОГЛЯД ПРОБЛЕМИ

Не дивлячись на велику різноманітність мінеральних і немінеральних форм вугілля, аналізам звичайно піддається озолене або неозолене вугілля або його щільністні фракції, де всі ці форми змішані. Тому вміст будь-якого хімічного елемента у вугіллі завжди є якоюсь сумою внесків його різних форм знаходження.

Вивченню генезису, змісту і розподілу сірки присвячені роботи Кізільштейна Л.Я., Юдовіча Я.Э., Кєтріса М.П., Зарицкого П.В., Іванова Г.А., Савчука С.В., Тимофєєва П.П. і інших авторів.

Розробкою методів прогнозування змісту різних хімічних елементів, у тому числі і токсичних, у вугіллі займалися Юдовіч Я.Э., Кізільштейн Л.Я., Родионов Д.А., Свентиховська А.Н., Виноградов А.П., Ферсман А.Е. і інші.

Вивченням сірчаного колчедану (піритової сірки) займалися Клєр В.Г., Дорофеєв А.П., Рум’янцева О.Г., Іносова К.И., Дворникова А.Г. і інші.

Аналіз робіт, присвячених питанням генезису і розподілу сірки, свідчить про те, що її формування відбулося на стадії торфонакопичення. Висока сірчаність пояснюється концентрованим надходженням сульфат-іона в торф'яних покладах у складі морських вод. При цьому сульфатвмісткові води частіше проникали на найнижчі ділянки рельєфу, утворивши тут зони максимальної сірчаністі. Піритова сірка розглядається авторами як сама небажана домішка у вугіллі, що використовується, і робиться акцент на необхідності її витягання.

Огляд робіт з питань збагачення вугілля дозволив встановити, що сьогодні велика увага надається виявленню причин утворення піритової сірки і робляться спроби її витягання, проте практично відсутні роботи, що стосуються підрахунку запасів піритової сірки і можливості її переробки, як корисної копалини.

Аналітичний огляд наукових робіт о проблемах сірки у вугіллі дозволив встановити існування наукової і практичної проблеми, допоміг сформулювати мету і задачі власної дисертації.

РОЗДІЛ 2 МЕТОДИКА ОБРОБКИ

Для вивчення, підрахунку запасів і виявлення ролі в розподілі елементів були узяті дані напівкількісного спектрального аналізу для сірки і токсичних елементів (As, Hg, Be, F, Mn, Pb, Ni, V, Cr, Co, Li, Ba, Sc, У, La, Ti, Zr, Nb, Mo, Cu, Zn, Ag, St, Bi) по двох високосірчаністих пластах шахти «Кураховськая», а також дані по цих же елементах при збагаченні вугілля.

Проведення лабораторних досліджень полягало в дослідженні вугілля вуглепетрографичними і мінералогічними методами. Статистична обробка результатів аналізу проводилася за допомогою програм STATGRAF, Excel, SPSS. Вона полягала в наступному:

• розрахунок основних статистичних характеристик розподілу сірки і токсичних елементів (дисперсія, коефіцієнт варіації і інші);
• виявлення кореляційних зв'язків між елементами і розрахунок парної кореляції між сіркою і токсичними елементами, для виявлення тісноти зв'язку;
• проведення регресійного аналізу (складання рівняння регресії) для прогнозування збільшення змісту елементів на основі кореляційних зв'язків;
• проведення кластерного аналізу з метою встановлення рядів зв'язку вмісту токсичних елементів із змістом сірки.

За допомогою програми SURFER були закартовані закономірності розподілу даних елементів по поверхні досліджуваних вугільних пластів.

РОЗДІЛ 3 НЕОБХІДНІСТЬ ВИДІЛЕННЯ ПІРИТУ З ВИСОКОСІРЧИСТОГО ВУГІЛЛЯ НА ПРИКЛАДІ ШАХТИ «КУРАХІВСЬКА»

Середній вміст сірки в балансових запасах вугілля по пластах шахти «Курахівська» змінюються від 1,6 % (пласт l₄) до 5,6 % (пласт l¹₂), складаючи в середньому по ділянці 3,6 %.

Розподіл сірки загальної на площі незакономірно, що не дозволяє проводити промислову селективну виїмку малосірчаністого вугілля.

Вміст сірки органічної в середньосірчаністому вугіллі на 0,8-0,2 % менше ніж в підвищенно- і багатосірчаністих. Різниця обумовлена сіркою піритовою, вміст якої в підвищенно- і багатосірчаністому вугіллі на 1,19-3,9 % вище, ніж по середньосірчаністому.

У складі сірки загальній переважає піритовий різновид (S^p_d – 51,4-87,8 %), представлений піритом у вигляді лінзочек, кубел, включень, а також нальотів і плівок по стінках тріщин.

Виділення піриту з вугілля є важливим чинником для підвищення якості вугілля, пірит також може використовуватися для виробництва сірчаної кислоти.

Вивчення і оцінка піриту проводиться у вугіллі, що вимагає збагачення. Баланс розподілу змісту сірки в продуктах і відходах збагачення за даними випробувань проб на збагачення приведені в таблиці 1.

Таблиця 1 Баланс розподілу сірки в продуктах і відходах збагачення

За даними лабораторних випробувань вміст сірки в концентраті енергетичного вугілля при питомій вазі 1,4 і 1,5 г/см³коливається від 1,8-2,9 % до 1,8-3,2 %; в середньому складаючи 2,5-2,6 %; 4,8-5,0 %; в породі – від 2 до 12 %, в середньому – 6,1 %.

Середній рівень вмісту сірки в концентраті енергетичного вугілля перевищує рівень, при якому можливо утворення токсичних з'єднань, перевищуючих ПДК від 1,2 до 1,3 разів. Середній рівень вмісту сірки в промпродукті перевищує межу в 2,4-2,5 рази, а в породі – в 3 рази.

Максимальний вміст сірки в концентраті при питомій вазі 1,4 і 1,5 г/см³ перевищує межу до 1,6 рази; в промпродукті – від 3,8 до 4 разів і в породі – до 6 разів.

Високий рівень вмісту сірки в продуктах і відходах збагачення необхідно враховувати при їх використовуванні, утилізації і складуванні відходів.

Виходячи з вищесказаного, необхідно зробити підрахунок запасів «витягуваного» піриту, що виділяється при збагаченні в хвости. Запаси піриту підраховуються тільки в групі балансових запасів і перераховуються на умовний пірит.

Запаси піриту підраховуються на основі запасів вугілля, розрахованих загальноприйнятими методами, і середнього вміст умовного піриту.

Запаси умовного піриту враховуються з точністю до 0,1 тис. т. Підрахунок робиться по блоках, що приймаються для підрахунку запасів вугілля, або по укрупнених блоках.

Високий вміст піриту у вугіллі є джерелом утворення сірчистих газів і коррозирующих речовин, які роблять негативний вплив на оточуюче середовище. Виділення піриту під час переробки вугілля дозволить поліпшити стан навколишнього середовища, підвищить якість товарного вугілля, а витягуваний пірит може стати сировиною для сірчанокилотної промисловості.

ВИСНОВОК

Таким чином, можна зробити наступні висновки:

1. Концентрація сірки у вугільних пластах відбувається на торф'яній стадії їх формування. Основним первинним джерелом сірчистих з'єднань є сульфати, розчинені в торф'яних водах.
   

2. Прогнозування зон з підвищеним вмістом сірки (особливо піритової) необхідне для запобігання вибуху шахтного пилу і газу.
   

3. Використовування сульфідів заліза, витягнутих з вугілля або продуктів збагачення, для виробництва сірчаної кислоти.
   

4. Витягання сірки з вугілля дозволить збільшити якість товарного, коксуємого і енергетичного вугілля.
   

5. Найважливішою проблемою є сірчистість вугілля і забруднення навколишнього середовища. Гостра проблема забруднення навколишнього середовища, у тому числі атмосфери, у зв'язку з господарською діяльністю людини загальновідома. Відомо також, що сірчаний ангідрид, що поступає в атмосферу в результаті спалювання мінеральних палив (головним чином – вугілля), є одним з наймасовіших і токсичних компонентів забруднення повітряного басейну. З'єднуючись з водою атмосфери, сірчаний ангідрид утворює сірчану кислоту. Підвищена кислотність атмосферних; опадів не тільки робить вплив на здоров'я людей; але і приводить до передчасного зносу устаткування, зміні середовища ґрунтів і водоймищ, загибель рослинності.
   
   Основний напрям боротьби проти забруднення атмосфери лежить у сфері поліпшення технології збагачення і спалювання палива. Проте проблема має і деякі чисто геологічні і геохімічні аспекти. Це, по-перше, прогнозування сірчистості вугільних пластів і можливість на цій основі зниження вміст сірки в товарному вугіллі за рахунок доцільної шихтовки багато- і малосерчаністого палива. По-друге, вивчення морфологічних особливостей сульфідів дозволяє встановити найкращі умови подрібнення вугілля з метою виділення сульфідної фази при збагаченні.
   

ЛІТЕРАТУРА

1. Кизильштейн Л.Я. Генезис серы в углях. - Ростов-на-Дону: Из-во Ростовского униврситета, 1975 г.


2. Клер В.Р. Изучение сопутствующих полезных ископаемых при разведке угольных месторождений. - М: Недра, 1979 г.


3. Юдович Я.Э., Кетрис М.П. Неорганическое вещество углей. - Екатеринбург: УрО РАН, 2002 г.


4. Юдович Я.Э., Кетрис М.П. Токсичные элементы-примеси в ископаемых углях. - Екатеринбург: УрО РАН, 2005 г.

ДонНТУ Портал магистров ДонНТУ

Головна | Бібліотека | Посилання | Звіт про пошук | Індівідуальне завдання