Главные химические элементы углей

УДК 550

ГЛАВНЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ УГЛЕЙ

Маусымбаева Алия1, Бердиев Нурлыбек2

Aliya_maussym@mail.ru

1Докторант горного факультета КарГТУ,

Караганда, Казахстан

2Магистрант горного факультета КарГТУ,

Караганда, Казахстан

Научный руководитель – В.С. Портнов

Добыча угля является важнейшим источником развития экономики многих стран. Общегеологические мировые ресурсы угля оцениваются в 14,8 трлн.т. В энергетическом балансе уголь составляет 20-30%. В последние годы значение угля возрастает из-за высокой стоимости других энергетических ресурсов. По состоянию на 2016 год Казахстан занял восьмое место в мире по объему доказанных запасов угля (25,6 млрд тонн, или 2.2% мировых запасов, согласно статистике British Petroleum Statistical Review of World Energy, June 2017) и десятое место в мире по объему производства (102,4 млн тонн, или 1.4% мирового производства). В 2016 году, по данным British Petroleum, в Казахстане в потреблении первичных энергоресурсов на долю угля приходилось 56,5%, нефти — 20,9%, природного газа — 19,1%, гидроэнергетики — 3,3%. Угольная промышленность является одной из важнейших ресурсных отраслей экономики РК.

Угленосные формации занимают 15% территории суши. Специфика воздействия угледобычи на окружающую среду во многом определяется вещественным составом и состоянием разрабатываемой толщи, отражающих, в свою очередь, геохимические процессы седиментогенеза, катагенеза, гипергенеза (вторичного окисления), которыми подвергалась угленосная толща. Использование историко-геологического подхода в экологии, включающее рассмотрение геохимических особенностей формирования угленосных формаций, позволяет понять особенности техногенных процессов, сопровождающих добычу угля, и определить стратегию разработки природоохранных мероприятий [1].

В процессе формирования угленосной формации происходит существенное изменение восстановительных, кислотно-щелочных условий, исследования, температуры и др., что меняет подвижность и особенности концентрации элементов.

В углях и вмещающих породах содержание многих элементов превышает 1 %. К ним относятся углерод, водород, кислород, азот, кремний, алюминий, железо, кальций, магний, калий, натрий и сера. В углях установлено более 50 малых элементов, причем 12 из них имеют концентрации, в 10-1000 раз превышающих фоновые [2]. Из перечисленных элементов наибольшую роль в техногенном преобразовании геологической среды играет сера, входящая в состав как органического, так и минерального вещества.

Сера. Содержание серы в угольном веществе достигает 20 %, среднее для месторождений территории стран СНГ составляет 1,5 %, что в 50 раз выше ее кларка в земной коре и в 10 раз больше среднего содержания в осадочных породах. В бассейнах Европейской части среднее содержание серы составляет 3,8 %, Сибири - 2,7 %, Казахстана - 2,0 %, Приморья - 0,4 %. Сера находится в сульфидной, органической, сульфатной и элементарной формах.

На долю сульфидной серы приходится около половины валового ее содержания. Наиболее распространены в углях сульфиды железа – пирит FeS2, реже марказит FeS2 и тонкодисперсная метаколлоидная разновидность этих минералов - мельниковит. Среди сульфидов встречаются сфалерит ZnS, галенит PbS, халькопирит CuFeS2 , пирротин FeS [1]. Содержание сульфидов в углях составляет 0,02-6,5 %. Происхождение сульфидной серы связывают с деятельностью сульфатвосстанавливающих бактерий.

Углерод, водород, азот и кислород входят в состав органического вещества углей и вмещающих пород.

Углерод. Содержание этого элемента в угле - 65-95 %. Основу составляют органические соединения и его элементарная форма (углерод, графит). Неорганические соединения с содержанием до 2 % углерода представлены в основном сидеритом (FeCO3) и кальцитом (CaCO3).

Водород. Содержание водорода в углях 0,8-6,2 % и снижается с увеличением степени метаморфизма. Этот элемент присутствует в органической части в виде воды, в сорбированном состоянии в виде метана.