ИЗУЧЕНИЕ МИКРОКОМПОНЕНТНОГО СОСТАВА ЗОЛЫ УГЛЕЙ МЕСТОРОЖДЕНИЯ ШУБАРКОЛЬ

ИЗУЧЕНИЕ МИКРОКОМПОНЕНТНОГО СОСТАВА ЗОЛЫ УГЛЕЙ МЕСТОРОЖДЕНИЯ ШУБАРКОЛЬ

Кожахметов Тимур Мейрамович

бакалавр, магистрант, Карагандинский государственный технический университет,

Казахстан, г. Караганда

Медведев Владислав Юрьевич

бакалавр, магистрант, Карагандинский государственный технический университет,

Казахстан, г. Караганда

В статье представлены результаты по изучению микрокомпонентного состава углей на примере месторождения Шубарколь. Шубаркольское угольное месторождение в территориальном отношении расположено в Карагандинской области Республики Казахстан. Установлены общие закономерности изменения микрокомпонентного состава от положения угольных горизонтов. По результатам анализов распределения редких элементов в годных и выветрелых углях установлено наличие высокой сорбционной способности у выветрелых углях за счет содержания в них гуминовых кислот.

Казахстан имеет огромные запасы различных видов углей, которые находят широкое применение во многих отраслях только в качестве энергетического топлива, однако редко используется как сырье для получения коммерческого продукта. В свою очередь, благодаря быстрым темпам развития производства отечественной продукции возникает острая необходимость создания новых углеродсодержащих материалов, которые, как предполагается, будут улучшать технико-экономические показатели производства и оказывать положительное влияние на качество выпускаемой продукции. Микрокомпонентный состав золы угля является важной характеристикой, позволяющей оценить технологические свойства и пригодность исследуемых углей для применения в различных направлениях науки и техники.

В данной работе приведены результаты исследования микрокомпонентного состава золы углей на примере Шубаркольского месторождения, что позволить получить дополнительную информацию для дальнейшего комплексного освоения данного участка.

Месторождение Шубарколь находится в Нуринском районе Карагандинской области приблизительно в 500 км к западу – юго-западу от Караганды. Месторождение связано железнодорожной веткой с железнодорожной магистралью Караганда – Жезказган, которая проходит в 112 км к юго-востоку. Впервые уголь на месторождение Шубарколь был обнаружен в результате геологических исследований в 1983 году. Площадь месторождения составляет 70 км², а разведанные запасы угля – 2 147 млн. т. В настоящее время месторождение отрабатывается двумя разрезами: разрезом Западный на западе и разрезом Центральный на севере центральной части месторождения. Разрез Восточный, третий участок, который располагается к востоку от участка Центральный, планируется к отработке в виде продолжения разреза Центральный, однако в настоящее время не ведутся работы на этом участке.

Шубаркольское месторождение представляет собой ассиметричную мульду, вытянутую в субширотном направлении с наибольшими размерами осей 15,0 и 6,5 км и максимальным погружением почвы Нижнего угольного горизонта до 250 м. Месторождение имеет относительно простую структуру с наличием небольшого количества разломов и вымоин [1, 2].

Угли Шубаркольского месторождения каменные гумусовые, имеют относительную низкую зольность на месте залегания (около 12%), исключение составляют прослои мощностью более 1 м с золностью выше 45%. В свою очередь, зольность пласта чистого угля без включения прослоев варьируется в пределах 4-6%.  Шубаркольские угли имеют низкое содержание серы (0,4%), выход летучих веществ около 44 %, среднюю влагу 14,5% и чистую теплоту сгорания, равную 5250 ккал/кг на сухое состояние. Согласно техническим условиям Казахстана, уголь данного месторождения классифицируется как уголь марки Д – «длиннопламенный», которая показывает высокие характеристики по выходу летучих веществ от 40% и выше, влагу около 14-15%. Минеральные примеси в Шубаркольских углях представлены, в основном, пелитоморфным слюдисто-глинистым веществом. Часто присутствует пирит, заполняющий трещины  в виде солитов, приуроченных к гелифицированному веществу.

Шубаркольского месторождения имеют юрский возраст. В структуре выделяются три угленосных горизонта: Верхний, Средний и Нижний [3]. Мощность Нижнего горизонта до 50 м, который состоит в основном из шести маломощных (0,2-1,5 м) угольных пачек с переслаивающимися осадками. Средний угольный горизонт считается самым маломощным на месторождении Шубарколь, который представляет один пласт мощностью до 2,8 м. В настоящее время отрабатывается только Верхний угольный горизонт, потому что отработка Среднего и Нижнего горизонтов открытым способом считается неэффективным.

Микрокомпонентный состав, характеризуемый содержанием малых элементов в угольных горизонтах месторождения Шубарколь, представлен в таблице 1. Согласно полученным данным содержание малых элементов в Шубаркольских углях близко к среднему содержанию их в углях России и стран СНГ, а во вмещающих породах – соответствующим региональным кларкам. Так геохимическими особенностями углей Шубаркольского месторождения являются:

• среднее содержание элементов: Zn, Ni, Co, Cu, Sc, W в 2-3 раза превышает соответствующие фоновые значения углей стран СНГ и России;
• относительно более металлоносным является Средний горизонт по содержанию элементов: Zn, Pb, Zr, Nb, Sc, Ti, Ge, Li; но эти содержания имеет низкое значение для отнесения их к потенциально ценным;
• среднее содержание цинка по горизонтам составляет: 45 г/т - Верхний, 60 г/т – Средний, 61 г/т – Нижний;
• низкая концентрация радиоактивных элементов в углях, которая варьируется в пределах от 0,01 до 1,4 г/т для урана и от 0,0 до 4,5 г/т для тория.

Проведенный анализ микрокомпонентного состава золы угля Шубаркольскогого месторождения, представленных Нижним, Средним и Верхним горизонтами месторождения и выветренных углей, свидетельствует о том, что среднее содержание малых элементов концентрируется в определенной закономерности.

Таблица 1.

Среднее содержание малых элементов в угольных горизонтах месторождения Шубарколь [9]

Отличие состоит в увеличении концентраций и перечня таких малых элементов в углях Среднего горизонта по сравнению с Нижним и Верхним горизонтами, как: V, Ge, Cd, Co, Li, Nb, Pb, Se, Ag, Sc, Ta, Ti, P, F, Cr, Zn, Zr. К тому же, содержание некоторых элементов в углях Нижнего горизонта выше чем в углях Среднего и Верхнего горизонтов, к которым можно отнести: Au, Y, La, Rb, Sr. Угли Верхнего горизонта характеризуются повышенным средним содержанием следующих элементов: Th, Co, Mn, As, Ni, Ag. Близкие значения по содержания элементов (Bе, Bi, Ga, Yb, Cu, Mo, Sn, Hg, Sb, Tl, Ta, Ce, Cs) характерно в углях всех трех горизонтов.

При изучении содержания малых элементов в выветрелых углях вне зон с повышенным содержанием урана наблюдается значительное увеличение элементов (Th, V, Yb, Y, Co, Cu, As, Ni, Se, Ag, Zn, Ti) в сравнении с максимальными значениями в углях какого-либо из угольных горизонтов.

В свою очередь, в области повышенного содержания урана в выветрелых углях виден значительный рост средних концентраций для таких элементов: Th, V, Yb, Y, La, Cu, Mo, Se, Ag, Sc, Sr, Ti, P, F, Cr, Zr, Rb, Ti, Mg. Из ряда перечисленных элементов для большего их числа характерен рост средних содержаний от угля, затем выветрелые угли и значительный рост в зонах с повышенной радиоактивностью. Это Th, V, Yb, Y, Se, Sc, Sr, Ti, P, F, Cr. В то же время равные или близкие значения характерны для средних значений содержаний в годных и выветрелых углях для Be, B, V, Ga, Ge, Cd, Co, Li, Nb, Sn, Pb.

Как известно, при выветривании углей происходит регенерация гуминовых кислот, т.е. молекулярная структура гуматов подвергается восстановлению, что приводит к способности взаимодействовать с элементами-примесями. Благодаря этому на Шубаркольском месторождении образовались крупнейшие месторождения урана, германия и многих других редких элементов, связанных с угольными пластами.

Важно отметить, что увеличение средних содержаний малых элементов в выветрелых углях Шубаркольского месторождения связано с увеличением их сорбционной способности за счет гуматов присутствующих в них, а значительный рост концентраций ряда малых элементов и урана, обусловлен их отложением из водных растворов в зонах трещиноватости окислых углей.

Таким образом, изучение микрокомпонентного состава углей Шубаркольского месторождения позволяет утверждать, что данный угольный бассейн обладает высоким ресурсным потенциалом как источник ценного минерального сырья, которое может перерабатываться с использованием современных методов. Для комплексного использования углей Шубаркольского месторождения можно предложить такие пути к улучшению качества и конкурсентоспособности углей путем повышения качества углей за счет совершенствования технологий их извлечения с последующим обогащением, фракционированием, брикетированием мелких фракций, получение водно-угольных суспензий, пылеугольного топлива, полное извлечение из углей редких и редкоземельных элементов, а также формирования нового качества углей в соответствии с потребительскими свойствами через термическую обработку (полукоксование), газификацию и гидрогенезацию углей и получения из углей продукции не топливного назначения, к примеру, адсорбенты, гуминовые удобрения, горный воск, углещелочные реагенты и др.

Список литературы:

1. Сафонов А.А., Маусымбаева А.Д., Портнов В.С., Парафилов В.И., Коробко С.В. Анализ возможного использования углей месторождения Шубарколь при выплавке технического кремния // Уголь. 2019. № 2.
2. Сафонов А.А., Парафилов В.И., Маусымбаева А.Д., Ганеева Л.М., Портнов В.С. Микрокомпонентный состав углей Центрального Казахстана // Уголь. 2018. № 9.
3. Отчет о детальной разведке Шубаркольского месторождения. / Педаш Е.Т., Ко Н.А., Бойцова О.А. и др. – Караганда: ЦКПГО, 1987. – 320 c.