CC BY
404
УДК 552.08:539.16:552.574(574) © А.А. Сафонов, В.И. Парафилов, А.Д. Маусымбаева, Л.М. Ганеева, В.С. Портнов, 2018
Микрокомпонентный состав углей Центрального Казахстана
DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2018-9-70-75
САФОНОВ Андрей Александрович
Президент АО «Шубарколь Комир», 100027, г. Караганда, Республика Казахстан
ПАРАФИЛОВ Владимир Иванович
Советник президента АО «Шубарколь Комир», 100027, г. Караганда, Республика Казахстан
МАУСЫМБАЕВА Алия Думановна
Канд. техн. наук,
докторант Карагандинского государственного технического университета, 100027, г. Караганда, Республика Казахстан, e-mail: [email protected]
ГАНЕЕВА Луиза Минулловна
Магистрант
Карагандинского государственного
технического университета,
100027, г. Караганда, Республика Казахстан
ПОРТНОВ Василий Сергеевич
Заведующий кафедрой геологии и разведки МПИ Карагандинского государственного технического университета, 100027, г. Караганда, Республика Казахстан
Выявлены закономерности изменения минерального состава и содержания радиоактивных элементов в углях от их возраста. Установлено различие микрокомпонентного состава, в том числе малых и редких элементов от возраста углей, степени метаморфизма. Анализ распределения редких элементов в годных и выветрелых углях свидетельствует о высокой сорбционной способности последних. Показано, что угли месторождения Шубарколь могут быть использованы как углеродный восстановитель для электротермического производства. Показано влияние условий угле-накопления на зольность углей. Установлены общие закономерности изменения микрокомпонентного состава от положения горизонтов в разрезе. Рекомендовано проводить геологические исследования при разведке и добыче углей Шубаркольского месторождения с целью построения пространственной модели, отражающей изменчивость зольности, содержания малых элементов, трещиноватости и других физико-механических свойств для ведения горных работ с целью получения углей различного назначения. Ключевые слова: углесодержащий восстановитель, электрическое сопротивление, зольность, мацераль-ный состав, свиты, горизонты, малые элементы, возраст, метаморфизм, кокс.
ВВЕДЕНИЕ
Современная металлургическая промышленность широко использует для производства различного сортамента металлов и сплавов углеродистые материалы, выполняющие роль топлива, восстановителя, огнеупоров. К углеродистым материалам предъявляются различные требования в соответствии с комплексом физико-химических и физико-механических свойств, правильный выбор которых в значительной степени определяет уровень технологии и технико-экономических показателей [1, 2].
В качестве углеродсодержащего восстановителя могут быть использованы: древесный, бурый и каменный уголь, нефтяной, пековый или каменноугольный кокс, различные полукоксы, древесные отходы и другое. Углеродистые восстановители должны обладать хорошей реакционной способностью, высоким удельным электрическим сопротивлением, соответствующим для каждого сплава химическим составом золы, достаточной прочностью, оптимальным размером куска, хорошей газопроницаемостью и термоустойчивостью, невысокой стоимостью.
При высокой реакционной способности, которая определяет скорость и температуру начала реакций восстановления, процесс начинается при более низких температурах, а высокое электрическое сопротивление восстановителя обеспечивает работу при более высоком рабочем напряжении, то есть при более выгодных электрических характеристиках печной установки. В составе золы восстановителя должно быть минимальное количество вредных примесей, так как они в значительной степени переходят в готовую продукцию. Желательно, чтобы зола содержала максимально высокое количество полезного элемента, например кремнезема при выплавке ферросилиция, и минимальное количество шлакообразующих элементов при использовании восстановителя в бесшлаковых процессах. Для восстановителя желательно невысокое содержание летучих, отсутствие склонности к спеканию, что обеспечивает хорошее газовыделение на колошнике печи и облегчает ее обслуживание. Восстановитель должен обладать достаточной механической прочностью для оптимальной работы печей.
Древесный уголь в качестве восстановителя применяется в ограниченных размерах, что объясняется его дороговизной. Он применяется как малозольный восстановитель с высокой химической активностью при выплавке кристаллического кремния, силикокальция, 90% ферросилиция.
МИКРОКОМПОНЕНТНЫЙ СОСТАВ УГЛЕЙ
Углеродсодержащим восстановителем может служить и каменный уголь. Казахстан располагает большими запасами энергетических малосернистых и низкофосфористых углей, которые используются в основном как энергетическое топливо и практически не применяются как техноло-
гическое сырье для получения продуктов целевого назначения. Расширение сырьевой базы производства перспективных, остродефицитных материалов, прежде всего металлургического спецкокса для недоменных производств, в том числе ферросплавного, фосфорного и других, возможно при использовании новых видов углеродистых восстановителей, применение которых способствовало бы улучшению технико-экономических показателей ферросплавного производства и качества металлов [3].
Рассмотрим основные характеристики углей ряда месторождений для оценки их возможности применения в качестве восстановителей. Важной характеристикой углей является микрокомпонентный состав, зольность содержание редких и редкоземельных элементов.
Микрокомпонентный состав углей некоторых свит бассейнов, формирование которых относится к различным геологическим периодам, нередко схож. Так, по содержанию витринита, и нерти нита и липтинита углям Карага ндин-ского бассейна достаточно близки угли среднего карбона Донбасса, верхней перми Кузбасса, средней юры Канско-Ачинского, Иркутского, Южно-Якутского, Ленского и многих месторождений неогенового возраста о. Сахалин.
Витринит, липтинит, семивитринит и инертинит в одном и том же угле существенно отличаются по содержанию углерода, водорода, теплоте сгорания, плотности, отражению, растворимости в органических растворителях, сорб-ционной способности, пористой структуре, спектрам ЭПР и другим признакам.
Поэтому сведения о микрокомпонентном составе углей весьма важны для характеристики технологических свойств и оценки пригодности углей для тех или других направлений их использования в промышленности [4].
На рисунке приведены установленные закономерности изменения среднего ма церал ьного соста ва углей различного возраста месторождений Казахстана, России и стран СНГ.
Анализ этих закономерностей свидетельствует о том, что содержание витринита закономерно уменьшается с возрастом углей, а содержание фюзенизированных компонентов, семивитринита, инертинита и липтинита закономерно растет, при этом наблюдается значительный разброс средних значений для семивитринита и липтинита, диапазон измерения содержаний которых невелик.
Основные разведанные запасы угля сосредоточены в Карагандинском, Экибастузском каменноугольных и вовлекаемых в промышленное освоение Майкюбенском и Тургай-ском буроугольных бассейнах. В Центральном Казахстане раз ра баты ва ются та кже обособленные Куучеки нс кое, Бор-линское и Шубаркольское каменноугольные месторождения. В Прибалхашской котловине выявлено Илийское месторождение с крупными запасами бурого угля и др. [3].
В Казахстане углеобразование происходило в разных условиях: геосинклинальных (девон, ранний карбон), оро-генных (девон-пермь) и платформенных (мезозой, кайнозой) условиях. Угленосные отложения карбонового возраста представлены углями Экибастузского и Карагандинского бассейнов. Если сопоставить фации и масштабы угленакопления района Экибастуза и Карагандинского бассейна, эти области различались как по палеогеографическим условиям, так и по характеру тектонических движений. Если Карагандинский бассейн представлял собой глубоко вдающийся в сушу залив, куда сносилось большое количество речных осадков, то Экибастузский район па-леогеографически находился в прибрежной части моря с изрезанной береговой линией. Частая резкая смена фаций в разрезе ашлярикской свиты Экибастуза обусловлена неравномерностью тектонических движений.
Торф Экибастузского бассейна накапливался здесь в условиях прибрежно-морских болот при значительном привно-се терригенного материала, о чем свидетельствуют высокая зольность угольной массы и сложное строение пластов.
% 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
в
% 40 35 30 25 20 15 10 5 0
N1 К1
J3 J2 Л Т3 Т1 Р2 геологический возраст
Р1 С3 С2 С1
N1 К1
J3 J2 Л Т3 Т1 Р2 геологический возраст
Р1 С3 С2 С1
б
% 12 10 8 6 4 2 0
г
% 14 12 10 8 6 4 2 0
N1 К1 J3 J2 Л Т3 Т1 Р2 Р1 С3 геологический возраст
С2 С1
N1 К1
Л3 Л2 Л Т3 Т1 Р2 геологический возраст
Р1 С3 С2 С1
Содержание органических компонентов (%) в углях различного геологического возраста: а - витринита и фюзенизированных компонентов; б - семивитринита; в - инертинита; г - липтинита
а
Таблица 1
Среднее содержание редких элементов в угольных бассейнах и месторождениях Казахстана, г/т [1, 2]
Бассейны, месторождения Минимальные
Карбон Юра Кларк возможно Порог
Элементы Экибастуз-ский Карагандинский Каражыра Талдыколь Сарыколь Шубарколь для углей [5] промышленно значимое токсичности для углей
содержание
Бс (0,02) 8,7 6 8,9 8,7 7,9 0,42 3,7 10 -
Сг (0,2) 7,3 10 23,5 34,9 17,7 3,2 17 1400 100
Со (0,1) 6 3,6 8-539 7,1 6,6 1,9 6 20 100
Zn (2) - - 119 37,3 27 22,8 28 400 200
Аз (1) 2,4 - 0,13 3,4 11,7 0,63 9 - 300
№ (0,6) 3,3 <0,6 12,5 21,6 30,9 6,8 18 35 -
Sr (7) 150 100 270 119 140 30 100 400 -
Сз (0,3) 0,62 0,63 0,35 1,4 2,9 0,03 1,1 30 -
Ва (8) 272 149 190 248 279 7 150 - -
1_а (0,03) 11,6 4,5 10,4 13,1 7,8 1,2 11 150 -
Се (0,05) 26,7 10,2 23,3 30,7 21 2,2 23 - -
Nd (2) - - 12,9 13,9 7,7 0,92 12 - -
Sm (0,01) 2,9 1,4 4,9 2,8 2 0,25 2,1 - -
Еи (0,01) 0,8 0,44 1,1 0,8 0,5 0,04 0,43 - -
ТЬ (0,05) 0,6 0,25 0,67 0,6 0,4 0,04 0,31 - -
УЬ (0,1) 2 0,62 1,9 1,9 1,3 0,32 1 1,5 -
Н (0,01) 2,5 1,8 0,74 2,1 1,9 0,05 1,2 5 -
Аи, мг/т (0,01) 0,88 <0,01 11 1,6 0,82 4,3 4,4 20 -
Нд (0,002) 0,07 0,87-1,25 0,013-1,7 0,05 0,08 - 0,1 1 1
ТЬ| (0,2) 2,7 1,1 0,1 3,3 3,9 0,12 3,2 - -
U (0,1) 0,98 0,42 0,5 9 1 0,17 1,9 - -
Ad, % 36,4 9,8 11,7 25,3 25,7 - - - -
Примечание. В скобках указана чувствительность метода оценки концентраций элемента
Как видно из табл. 1, угли Экибастузского бассейна высокозольные (более 40%) с относительно высоким содержанием примесей. В углях бассейна отмечается наличие аномалий Sc, У, Си, Zn, Аи, ряда редкоземельных элементов, таких как Се, Sm, Еи, ТЬ и УЬ.
В химическом составе неорганического вещества угля Эк-бастузского бассейна выделяются две группы элементов. Одна из них - это главные золообразующие элементы: Si, А1, Ре, №. На их долю приходится примерно 99% всей массы неорганического вещества в углях. Другая группа - микроэлементы, составляющие обычно не более 1% от всего неорганического вещества угля. В соответствии с геохимической классификацией по концентрированному признаку к микроэлементам относят собственно малые элементы 0,1-0,001% (1000-10 г/т), редкие - 0,001-0,00001% (10-0,1 г/т) и ультраредкие с содержанием менее 0,00001% (менее 0,1 г/т) [6].
Отложения карбона Карагандинского бассейна характеризуются промышленной угленосностью в четырех свитах - ашлярикской, карагандинской, долинской и тентекской [7]. Для этих углей характерны повышенные концентрации Се, Са, Sc, ГЕЕ (табл. 2), которые в основном встречаются в богатых витринитом углях долинской и тентекской свит Карагандинского бассейна.
В табл. 2 приведено содержание редких элементов каменных углей
всех свит Карагандинского бассейна (по М.В. Голицыну). Содержание таких элементов, как Sc, УЬ и Т в разрезе бассейна практически не изменяется [8]. В изменении содержания ряда других элементов прослеживается определенная закономерность (табл. 3).
Так, вверх по разрезу карбона, от Ашлярикской до Тентекской свит с уменьшением степени метаморфизма углей и повышением содержания витринита, наблюдаются увеличение количества Се, Sr, Мо, Сг и N и снижение содержания Са, Zr, V и Си. Намечается определенная связь содержания некоторых элементов с метаморфизмом. Так, с усилением метаморфизма сопровождается уменьшение
Таблица 2
Содержание редких элементов в каменных углях Карагандинского бассейна [7, 8]
Свита Район Sc Ga Yb * Mo "П V
Ашлярикская Тентекский 11 14 0,9 82 3,1 792 30
Шерубай- - 8 8 1 50 - 0,7 1209 19
нуринский
Карагандинский 1 8 7 1,1 62 13 0,1 1180 20
Среднее 1 8 10 1 64 13 1,3 1061 23
Карагандин- Тентекский 0,9 3 8 0,5 32 - 2,1 1028 12
ская Шерубай-нуринский 1 4 6 0,7 34 54 1,1 1066 14
Карагандинский 1,5 6 6 0,9 40 86 2,6 1117 19
Среднее 1,1 4 7 0,7 35 70 2,9 1070 15
Долинская Тентекский 1,9 5 5 0,7 35 185 2,3 814 13
Шерубай- 1,9 5 6 0,6 31 270 2,7 974 15
нуринский
Карагандинский 1,8 3 4 0,4 21 230 2,1 766 8
Среднее 1,9 4 5 0,6 29 228 2,4 851 12
Тентекская Среднее 2,2 4 6 0,9 40 138 3,3 1038 15
содержания следующих элементов: Ge от 2,7—2,0 до 1,1 г/т, Mo от 5,4-2,7 до 0,6 г/т, Ni от 19,2-8,2 до 4,8 г/т, Cu от 18,8-15,9 до 8,9 г/т. Для элементов Ga, Sr, V и Сг четкой связи между их содержанием и метаморфизмом углей не устанавливается [7, 8]. Определенный интерес в углях бассейна представляет германий. В целом низкая германиеносность карагандинских углей возрастает с понижением степени их метаморфизма и зольности.
Содержание минеральных примесей в углях изменяет их удельное электрическое сопротивление, величина которого определяет возможность их использования в качестве восстановителя.
Главной минеральной примесью в углях всех свит Карагандинского угольного бассейна является каолинит, который выполняет трещины эндокливажа и клеточные полости структурных микрокомпонентов, а также встречается в виде отдельных зерен и прожилков. Кальцит выполняет трещины экзокливажа, встречается в виде отдельных прожилков и иногда в клеточных полостях замещает каолинит. Пирит наблюдается в виде мелких линзочек и зерен, стяжений неправильной формы, иногда выполняет клеточные полости в фюзене. Кварц присутствует в углях в двух видах: терригенный - в виде зерен различной степени окатанности и сингенетичный - в виде мелких кристаллических агрегатов и прожилков. Сидерит образует мелкие линзы и сферолиты, иногда замещает каолинит. Крайне редко встречаются прожилки целестина и гипса.
Угли Шубаркольского месторождения каменные, гумусовые, постоянного вещественного состава, малозольные, малосернистые, малофосфористые, «не соленые», склонные к самовозгоранию. В рядовом угле содержание золы до 12%, а зольность отдельных пачек угольного пласта составляет 3-6%. Угли имеют низкое содержание серы (до 0,5%) и высокую теплотворную способность (рабочая теплота сгорания от 5500 до 5900 ккал/кг). Рабочая влажность угля составляет 14-15%, содержание летучих компонентов - 43-45% [7].
Угли Шубаркольского месторождения являются петрографически однородными, витринизированными. Содержание витринита составляет более 80% от органической массы. Показатель отражения более - 0,5%. Качество
Среднее содержание малых элементов в угольных горизонтах
Таблица 3
Изменение содержания некоторых элементов в разрезе Карагандинского бассейна, г/т
I Свита 1 Ge I Ga Sr Mo I V Cr I 1 Ni I 1 Cu I
Ашлярикская 1 10 13 1,3 23 2 10 22
Карагандинская 1,1 7 70 1,9 15 5 7 14
Долинская 1,9 5 228 2,4 12 9 10 10
Тентекская 2,2 6 138 3,3 15 7 14 12
Элемен- Среднее содержание по горизонтам г/т Среднее содержание в углях России и СНГ Содержание, подлежащее количественной оценке
ты среднее/процент встречаемости
Верхний | Средний | Нижний по В.Р. Клеверу, 1979 г.
Br 4,6/100 4,9/100 4,5/100 - -
W 5,0/60 4,0/100 6,5/85 1,5 5
Gf 0,4/70 0,9/100 0,8/85 - -
Au 0,009/96 0,0047/100 0,012/100 0,01 0,1
Rb 2,51/71 5,0/100 6,1/80 17 -
Cs 0,9/80 1,6/90 1,0/100 1,5 -
Ce 13,5/90 15,0/100 15,2/100 - -
Zn 45,0/100 60,0/100 61,0/100 35 100
U 0,27/100 0,5/100 0,35/100 3,2 -
Th 0,8/90 0,8/100 1,1/85 - -
Au - вмещающие породы (в целом) 0,0001/11 0,01 0,1
углей Wr -15%, А"1 - 5-10%, ^ - 44 %, Sd - 0,5 %, С^ - 76%, И^ - 5,5%, Qdaf - 26 МДж/кг, Q ,г - 22 МДж/кг [3].
Концентрация малых элементов в углях месторождения Шубарколь близка к среднему содержанию их в углях России и стран СНГ, а во вмещающих породах - соответствующим региональным кларкам [9]. К геохимическим особенностям углей Шубаркольского месторождения относятся [10]:
- среднее содержание Zn, №, Со, Си, Sc, W в 2-3 раза превышает соответствующие фоновые значения углей стран СНГ и России;
- относительно более металлоносным является Средний горизонт по содержанию Zn, РЬ, Zr, ИЬ, Sc, Д Се, □, однако эти содержания ниже значений, рекомендованных для их отнесения к потенциально ценным;
- цинк имеет среднее содержание по горизонтам: Верхний - 45 г/т, Средний - 60 г/т, Нижний - 61 г/т (по результатам работ выделено четыре участка, где концентрация Zn перспективна для промышленного попутного извлечения);
- концентрация радиоактивных элементов в углях низкая и колеблется: и от 0,01 до 1,4 г/т (0,01 -1,4)-10-4%, ТЬ) от 0,0 до 4,5 г/т (0,0-4,5)-10-4%.
В табл. 4 приведено среднее содержание малых элементов в угольных горизонтах месторождения Шубарколь.
В зоне выветривания углей на выходах угольных горизонтов месторождения Шубарколь установлены повышенные концентрации ряда элементов (урана, тория, редких земель и других) обусловливающие интенсивные аномалии радиоактивности, зафиксированные в западной, северной и северо-восточной частях месторождения. Генезис орудене-ния -инфильтрационный. Повышенные концентрации радионуклидов приурочены к сажистым углям, обладающим более высокими сорбционными свойствами. В целом же урановое оруденение в зоне окисления угольных горизонтов характеризуется низким содержанием урана, является перспективным для промышленного освоения как самостоя-Таблица 4 тельный объект, так и при попутной добыче в процессе отработки угля [10].
Выветрелые угли характеризуются неоднородным содержанием малых элементов. Повышенные их концентрации пространственно приурочены к аномальным зонам урана. При этом наибольших содержаний здесь достигают медь (среднее - 1280 г/т) и редкие земли (иттрий -254 г/т, скандий - 96 г/т, лантан - 46 г/т, церий - 89 г/т, диспрозий - до 384 г/т, гадолиний - до 335 г/т).
Установлена закономерность распределения редких элементов всех бассейнов и месторождений Казахстана (см. табл. 1). Содержание Се, Sc, и Аs в углях нарастает с увеличением зольности, их содержание изменяется неравномерно, но приблизи-
тельно постоянно. Можно сделать вывод, что содержание редких и редкоземельных элементов в золе высокозольных углей будет максимальное, а в остальных (с зольностью менее 30%) - приблизительно постоянное или низкое.
Среднее содержание редких элементов в углях месторождения Шубарколь существенно ниже кларковых значений (см. табл. 1). А в целом, юрские угли Казахстана характеризуются устойчивыми повышенными концентрациями ГЕЕ и Sc. Среднее содержание редких элементов имеет тенденцию роста с увеличением их возраста. Примером могут служить изменения концентрации на месторождениях Сарыколь (юра) и и Экибастуз (карбон).
Анализ результатов определения содержания малых элементов в годных углях, представленных Нижним, Средним и Верхним горизонтами месторождения и выветренных углей, включая зоны, где содержание урана повышено, свидетельствует о том, что среднее содержание малых элементов концентрируется в определенной закономерности.
Отличается значительное увеличение концентраций и перечня малых элементов в углях Среднего горизонта в сравнении с Нижним и Верхним горизонтами, это: V, Се, Са, Со, □, №, РЬ, Se, Ад, Sc, Та, ТЬ Р, Р, С, Zn, Zr.
Содержание ряда элементов в углях Нижнего горизонта выше, чем в углях Среднего и Верхнего горизонтов, это В, Аи, У, 1_а, Шэ, Sr.
В углях Верхнего горизонта повышено среднее содержание Т^ Со, Мп, Аs, №, Ад. Сравнительно близкое содержание в углях всех трех горизонтов отмечается для элементов Ве, ВЬ Са, УЭ, Си, Мо, Sn, Нд, Sb, Т1, Та, Се, Cs.
Рассматривая среднее содержание малых элементов в выветрелых углях вне зон с повышенным содержанием урана отмечается их значительное увеличение в сравнении с максимальными значениями в углях какого-либо из угольных горизонтов: Т^ V, УЭ, У, Со, Си, Аs, №, Se, Ад, Zn, ТК Близкие или равные значения содержания характерны для Се, Са, □, Мп, Мо, №, Sn, РЭ, Sc, Т1, Zn, Sr.
В зоне повышенного содержания урана в выветрелых углях отмечен значительный рост средних концентраций для ТЬ), V, УЭ, У, 1_а, Си, Мо, Se, Ад, Sc, Sr, ТЬ Р, Р, С, Zr, ШЭ, ТЬ Мд. Для большего числа перечисленных элементов характерен рост средних содержаний в угле, затем в выветрелых углях и значительный рост в зонах с повышенной радиоактивностью. Это Т^ V, УЭ, У, Se, Sc, Sr, ТЬ Р, Р, Сг. В то же время равные или близкие значения характерны для средних значений содержания в годных и выветрелых углях для Ве, В, V, Са, Се, Са, Со, □, №, Sn, РЭ.
При выветривании (окислении) углей может происходить так называемая регенерация гуминовых кислот: их молекулярная структура в значительной степени восстанавливается, и вместе с этим восстанавливается их способность к взаимодействиям с элементами-примесями. Именно в результате подобного развития геохимических событий образовались крупнейшие месторождения урана, германия и многих других редких элементов, связанные с угольными пластами.
Увеличение средних содержаний малых элементов в выветрелых углях месторождения Шубарколь связывается, как уже отмечалось, 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.
Комплекс физико-химических исследований рациональных вариантов коксования неспекающихся углей свидетельствует о высоком качестве спецкокса из Шубаркольского угля как углеродистого восстановителя для электротермических производств. Характерной чертой является очень низкое содержание в спецкоксе фосфора и серы, а это свойство весьма привлекательно для ферросплавного производства. Прочностные показатели спецкокса из длин-нопламенных углей находятся на уровне ангарского полукокса, зарекомендовавшего себя хорошим восстановителем в процессе выплавки ферросплавов [3]. Отличительными особенностями спецкокса в сравнении с доменным коксовым орешком являются высокая реакционная способность и удельное электросопротивление, пониженный уровень содержания глинозема в золе и величины структурной прочности, которая должна составлять не менее 40-45%.
По механической прочности опытный спецкокс из шубаркольского угля незначительно уступает коксовому орешку, но он хаарактеризуется реакционной способностью и удельным электросопроти влением, превышающим эти значения для доменного коксового орешка соответственно более чем в 14 и 2 раза. Кроме того, величина химической активности спецкокса во много раз выше, чем у коксового орешка. Таким образом, спецкокс Шубарколь-ских углей полностью соответствует требованиям, предъявляемым к восстановителям электротермических производств [3]. Результаты промышленных испытаний свидетельствуют о принципиальной возможности и высокой технологичности процесса получения спецкокса из не-спекающихся углей Шубаркольского разреза. Целесообразно получение спецкокса Шубаркольских углей с пониженной зольностью для высококремнистых сплавов [3].
ВЫВОДЫ
Установлены закономерности изменения содержания среднего мацерального состава углей, среднего содержания малых элементов, включая редкоземельные, от возраста углей месторождений Казахстана, России и стран СНГ. Так, содержание витринита в углях уменьшается с возрастом, а остальные органические компоненты растут. В целом отмечается рост большого числа малых и редкоземельных элементов с возрастом углей и степенью метаморфизма. Показано влияние условий угленакопления на зольность углей Карагандинского, Экибастузского бассейнов и месторождения Шубарколь. Наиболее зольными являются угли Экибастузского бассейна, сформированные в условиях частой смены фраций в прибрежной части моря, в отличие от углей Карагандинского бассейна, сформированных в условиях глубоко впадающего в сушу залива, и наименее зольных углей Шубаркольского месторождения, сформированного в условиях открытых застойных озер, торфяных болот, с образованием зоны выветрелых углей, с которыми связано повышенное содержание ряда малых элементов, а также наличие зон наибольших концентраций, включая уран.
Установлена приуроченность большего числа элементов и их концентраций к определенным угольным горизонтам Карагандинского угольного бассейна и месторождения Шубарколь.
Показана возможность использования углей месторождения Шубарколь в качестве углеродистого восстановителя для электротермических производств.
Для оценки возможного использования углей месторождения Шубарколь в качестве углеродистого восстановителя, сырья углехимической промышленности, извлечения редкоземельных элементов, использования как топлива для тепловых электростанций с учетом влияния состава золы и пыли уноса на экологию среды необходимо проведение длительных геолого-геофизических исследований с целью построения 3Р-модели месторождения с выделением участков, представляющих интерес для той или иной отрасли, включая топливно-энергетическую.
Эти исследования должны включать петрографические исследования, исследования вещественного и химического состава углей и вмещающих пород, изучение физико-механических характеристик углепородного массива, включая выделения зон трещиноватости, для управления буровзрывными работами с целью получения кондиций по крупности отбитой угольной массы, содержанию оксидов железа, и других минеральных примесей, определяющих зольность углей.
Сравнение содержания редких элементов в угле и золе дает основание для утверждения, что угольные бассейны обладают высоким ресурсным потенциалом как источник ценного минерального сырья, которое может перерабатываться с использованием современных методов, например кучного выщелачивания.
Учитывая данные факты и ресурсы угля, следует обратить внимание не только на развитие углехимии - газификации угля с получением синтез-газа, из которого можно получить метан, из метана - углеродное волокно и углеродные нанотрубки, бензин, керосин, дизельное топливо, смешанные растворители, твердые парафины, а также чистый водород, но также провести детальный анализ на среднее содержание редких элементов, изучить их закономерность распределения в углях для их извлечения.
Для использования углей не только как топливо, но и для углехимии, в металлургии как кокс и восстановители для получения ряда металлов, извлечения редких и редкоземельных элементов необходимо проводить геологические изыскания и исследования углей месторождений до начала отработки месторождений и вести контроль при добыче угля. Также важна оценка их экологической безопасности как сырья топливно-энергетической отрасли.
Список литературы
1. Мизин В.Г. Углеродистые восстановители для ферросплавов. М: Металлургия, 1976.
2. Немчинова Н.В. Изучение примесного состава кремния металлургических марок // Металурпя. 2015. № 1. С. 71-75.
3. Комплексная переработка минерального сырья Казахстана: монография / под. ред. А.А. Жарменова. Астана: Фолиант, 2003.
4. Кизильштейн Л.Я. Экогеохимия элементов-примесей в углях. Ростов-на-Дону: Издательство СКНУ ВШ, 2002.
5. Episodes from the History of the Rare Earth Elements / Ed. C.H. Evans. Kluwer Academic Publ., 1996
6. Haxel G, Hedrick J, Orris J. Rare earth elements critical resources for high technology. Reston (VA): United States Geological Survey, 2006. USGS Fact Sheet: 087-02. (PDF). Retrieved 2012-03-13.
7. Бекман В. Вещественный состав и качество юрских углей Центрального Казахстана. Караганда: КПТИ, 1995.
8. Геология СССР. Т. XX. М.: Недра, 1989.
9. Карагандинский угольный бассейн. Казахстан. Национальная энциклопедия. Алматы: Казак энциклопедия-сы, 2005.
10. Бергман Я.В., Бергман А.О., Аксенова Г.Г. Геология месторождений угля и горючих сланцев СССР. Т. 5. Кн. 1. М., 1973.
COAL QUALITY
UDC 552.08:539.16:552.574(574) © A.A. Safonov, V.I. Parafilov, A.D. Maussymbaeva, L.M. Ganeeva, V.S. Portnov, 2018 ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Ugol' - Russian Coal Journal, 2018, № 9, pp. 70-75
Title
MICROSCOPIC COMPOUND OF CENTRAL KAZAKHSTAN COAL DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2018-9-70-75 Authors
Safonov A.A.1, Parafilov V.I.1, Maussymbaeva A.D.2, Ganeeva L.M.2, Portnov V.S.2 '"Shubarkul-Coal" JSC, Karaganda, 100027, Republic of Kazakhstan 2 Karaganda State Technical University, Karaganda, 100027, Republic of Kazakhstan
Authors' Information
Safonov A.A., President
Parafilov V.I., Adviser to the President
Maussymbaeva A.D., PhD (Engineering), Doctoral Candidate,
e-mail: [email protected]
Ganeeva L.M., Undergraduate
Portnov V.S., Head of Department geology and investigation of mineral deposits Abstract
The regularity of coal mineral composition and radioactive components content variability depending on coal age is revealed. Coal microscopic compound variability, including minor and rare elements, depending on coal age and meta-morphism, is established. Analysis of rare elements distribution in mineable and weathered coal proves high sorption ability of the latter. It is demonstrated, that Shubarkul deposit coal can be used as carbonaceous reducer in electro-thermal production. It is recommended to perform geologic surveys during Shubarkul deposit coal exploration and mining for creation of spatial model, simulating variability of ash content, minor elements, fracturing and other physical-mechanical properties for mining coal, intended for different end usages.
Keywords
Carbonaceous reducer, Electric resistance, Ash content, Formations, Horizons, Metamorphism, Coke.
References
1. Mizin V.G. Carbonaceous reducers for ferroalloys. Moscow, Metallurgiya Publ., 1976.
2. Nemchinova N.V. Studies of metallurgical grades silicon admixture composition. Metallurgiya - Metallurgy, 2015, No. 1, pp. 71-75.
3. Complex processing of Kazakhstan mineral resources: monograph. Under the editorship of A.A. Zharmenov. Astana, Foliant Publ., 2003.
4. Kizikshtein L.Ya. Coal trace elements ecogeochemistry. Rostov-on-Don, SKNU VSh Publ., 2002.
5. Episodes from the History of the Rare Earth Elements. Ed. Evans C.H. Kluwer Academic Publ., 1996
6. Haxel G, Hedrick J. & Orris J. Rare earth elements critical resources for high technology. Reston (VA): United States Geological Survey, 2006. USGS Fact Sheet: 087-02. (PDF). Retrieved 2012-03-13.
7. Bekman V. Central Kazakhstan Jurassic coal material composition and quality. Karaganda, KPTI Publ., 1995.
8. Geology in the USSR, Vol. XX. Moscow, Nedra Publ., 1989.
9. Karagandinsky coal basin. Kazakhstan. National encyclopedia. Almaty, Kazak entsiklopediyasy Publ., 2005.
10. Bergman Ya.V., Bergman A.O. & Aksyonova G.G. Geology of coal and oil shale deposits in the USSR. Vol. 5, Book 1, Moscow, 1973.
