CC BY
39
УДК 502/504 Г.Ё. Куклина
ЦЕННЫЕ И ТОКСИЧНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ В УГЛЯХ ЧИТКАНДИНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ (ВОСТОЧНОЕ ЗАБАЙКАЛЬЕ)
Семинар № 8
Из-за больших и все возрастающих объемов углепо-требления (несколько млрд. т в год) и получаемых углеотходов в последние десятилетия во всем мире значительно возрос интерес к изучению в них неорганических компонентов. Это связано, с одной стороны, с выявлением распространения и уровня негативного воздействия токсичных элементов в ископаемых углях (далее «углях») и углеотходах на биосферу, с другой стороны, с изучением их как потенциального нетрадиционного рудного сырья [1, 13].
В связи с введением Единой отечественной классификации углей [12] и в соответствии с рекомендациями ведущих НИИ (ВИЭМС, ВНИГРИ-уголь) по переоценке запасов угольных месторождений, разведанных 2-3 десятилетия и более назад без учета современных технологий и требований к охране окружающей среды [5, 9], по региональной Программе геологического изучения недр Читинской области выполнена переоценка качества углей Читкан-динского месторождения [8]. В рамках этого исследования, которое включало ревизию всей имеющейся геолого-технологической информации о нем, были систематизированы, проанализированы и обобщены с учетом современных нормативнотехнических документов (НТД) и методических положений и все имею-
щиеся данные о металлоносности чит-кандинских углей.
Читкандинское месторождение каменных углей расположено в зоне БАМ в Верхне-Каларской впадине. Расстояние от него до железнодорожной станции Чара - 100 км, до строящейся железнодорожной ветки Чара-Чина (поселок Чина) - 35 км. Особенность местоположения - принадлежность к горнорудному району с уникальной многокомпонентной промышленной металлоносностью, который входит в железо-медно-редко-метальный Каларский рудный пояс [12]. В 80-90 гг. прошлого века месторождение отрабатывалось открытым способом для удовлетворения местных нужд: уголь добывался из пласта Основной (уч. Угольный) выходящего на поверхность. Перспективы его освоения связывают с общим экономическим развитием зоны БАМ и освоением крупнейших Удоканско-го (Си, Ад), Катугинского (Та, ЫЬ, ТЕ) и, прежде всего, Чинейского (Ре, Т1, V) месторождений [14].
В 1961-1964 гг. Верхне-Каларс-кой впадине проведены геологоразведочные работы (ГРР), при этом детально разведаны участки «Угольный» (западная часть впадины), и Болотистый (северная часть) а остальная территория ее опоискована. Балансовые запасы углей сосредоточены в пласте Основной. Строение пласта простое, мощность его на уч. Уголь-
ный от 1,06 (на флангах) до 7,95 м в центральной части, на уч. Болотистый
- 7,0^12,0 м. Кроме пласта Основного, установлено еще 27 пластов с мощностью 0,7-2,0 м.
Угли месторождения гумусовые, преимущественно среднезольные (средняя зольность, А1, на уч. Угольный 24,2 %, на уч. Болотистый - 16,9 %, на остальной площади - 25,0 %, в основном низкосернистые (сера общая, БД 0,09-0,72), низко- и среднефосфористые (Р1 = 0,004-0,036 %). В петрографическом составе углей резко преобладают мацералы группы витринита (58-80 %). Минеральные примеси присутствуют в количестве 15-33 % в тонкодисперсном виде в органической массе углей (ОМУ), которая на 50 % и более сложена кол-линитом (бесструктурная витринизи-рованная основная масса). В составе минеральных примесей преобладают из аутигенных минералов глины као-линит-гидрослюдистого состава и карбонаты, из терригенных включений крупностью 0,01-0,15 мм -кварц, полевой шпат, биотит; из акцессорных минералов встречается циркон (И.Г. Волоснюк, Э.Д. Дмитриев, В.И. Климов, 1961-1964 гг.).
По результатам ГРР с использованием бассейновых классификаций того периода (60-70е гг.) угли месторождения отнесены к маркам Д, ДГ, Г. По ГОСТ 25543-88 они также принадлежат к этим маркам, но при более широком распространении газовых углей - марка Г. Прогнозируются угли более высоких марок - ГЖО, КСН, СС, что может повысить потребительскую ценность запасов Читкан-динского месторождения [8].
В ходе ГРР (1961-1964 гг.) был выполнен приближенный количественный спектральный анализ (ПКСА) на 28 элементов золы углей 428 бороздовых и точечных проб, в том чис-
ле 150 проб - с уч. Угольный, 98 проб - с уч. Болотистый, 180 проб -с остальной опоискованной площади впадины. Кроме того, проанализировано методом ПКСА 228 металлометрических проб, отобранных из вмещающих пород и гумусового слоя в пределах распространения угленосных отложений. Проведен ПКСА всех указанных проб для характеристики их германиеносности. Введу того, что германий был выявлен лишь в 18 % проб углей при максимальном содержании его 30 г/т золы при еще более низких результатах анализа металлометрических проб, оценка угленосной формации в целом на герма-ниеносность обоснована как отрицательная. Оценка значимости содержаний других элементов при этом не выполнялась ввиду отсутствия постановки такой задачи и ТНД как методической базы для ее проведения: в тот период лишь начались системные исследования металлоносности твердых топлив.
К настоящему времени накоплена обширная информация о металлоносности углей, нашедшая отражение в многочисленных публикациях, включая монографии [7, 10, 11]. Результаты исследований в этой области отражены в НТД, которая позволяет на унифицированной и, в значительной мере, стандартизированной основе проводить изучение элементного состава и свойств минеральных компонентов в углях, сравнительную оценку металлоносности углей различных месторождений, отдельных их участков между собой, а также с кларками.
С 1988 г. в практике ГРР, в том числе в Забайкалье, применяется Инструкция по изучению и оценке попутных твердых полезных ископаемых и компонентов при разведке месторождений угля и горючих сланцев [6]. Она содержит детализированные ме-
тодические указания и рекомендации по изучению и оценке в углях малых элементов*, к которым отнесены некоторые редкие, радиоактивные элементы, ценные, благородные, черные металлы. Содержания большинства из них обычно близки к фоновым (клар-ковым) значениям и лишь иногда образуют высокие (рудные) концентрации, превышающие 0,1 %. Рекомендовано подразделять их на собственно малые (0,1-0,001 %), редкие
(0,001 % - 0,00001 %) и ультраред-кие (< 0,00001 %). В табл. 1 приведены ориентировочные перечни малых элементов по указанным группам по данной НТД, а также сведения о том, какие из них определены ПКСА в читкандинских углях.
При массовом определении малых элементов в углях в практике ГРР, как ранее, так и в настоящее время, широко применяются полу- или приближенно количественные эмиссионные спектральные методы анализа (ПКСА): доступные, высоко производительные, дешевые. Ими определяются 30-50 элементов, из которых наиболее часто в углях присутствуют (в пределах чувствительности) В, Р, Бг, Т1, V, Сг, Мп, Со, N1, Ве, 7п, ва, ве, Аэ, У, 7г, Мо, Ва, Ьа, РЬ; реже обнаруживаются 1п, С<1, Т1, Та, И! - в пробах с их повышенными концентрациями. Для определения Бс, Ид, Сэ, Ее, ЕЬ, Аи, Р1, Р<1, 1г, С1, Вг, I требуются специальные методы [4].
Количественная оценка содержаний малых элементов более достоверна, но и более дорогостоящая, поэтому по [6] она рекомендуется при выявлении повышенных концентраций методами ПКСА. Ориентировочные минимальные содержания малых элементов, подлежащие количественной оценке для решения различных задач (далее, как в [13] к ним применены термины «пороговые содержа-
ния», «пороги»), приведены в таблице 2 (графа 2).
В [13] подведены итоги тридцатилетних исследований малых элементов в углях различных бассейнов и месторождений России, в которых принимали участие ученые многих НИИ и сотрудники ряда геологических производственных лабораторий (ВНИГРИуголь, ИМГГЭ, ГГП «Дон-бассгеология» и т.д.). Анализ полученного банка данных и сопоставление их с содержаниями элементов в основных типах месторождений и руд позволил, с учетом уровня современных технологий и требований к охране биосферы, авторами [6] внести коррективы в кларки, пороги «ценности» и «токсичности» в [6]:
- значительно расширен перечень элементов, отнесенных к ценным и токсичным;
- уточнены ранее установленные пороги «ценности» и «токсичности» для ряда элементов (табл. 2).
Все результаты анализа читкандинских углей методом ПКСА (428 проб) рассмотрены относительно уточненных кларков, (табл. 2, графа 4) порогов «ценности» и «токсичности» по [13] (табл. 2, с учетом средней зольности углей А1 = 20 % для графы 9).
Во всех пробах читкандинских углей не обнаружены Аэ, Аи, Ад, В1, Се, Та, ЫЬ, Т1, С<1, т. е. они находятся в концентрациях ниже чувствительности ПКСА (табл. 2).
В 50-100 % проб установлены Ве, Сг, Со, ва, 7г, №,Т1, Мп, РЬ, Си, Мо, У, УЬ. Они присутствуют в углях всех участков, но в различных концентрациях: если содержания Со, Си, Т1, У, УЬ, Ве во многих пробах близки к порогам «ценности», достигают и превышают его, то у N1, Мп, Р<1, 7г, ва, Сг, Мо, V они в основном ниже или едва достигают кларков.
Таблица 1
Ориентировочные перечни малых элементов,
в группах с различной концентрацией [6А
Группы малых эле- Интервал Ориентировочные перечни элементов в группах
ментов содержаний, Не определяли определяли ПКСА при ГРР
г/т (%) ПКСА при ГРР не обнаружены
обнаружены11 в 50-100 % проб2' в 15-20 % проб2'
Собственно малые 1000-10 (0,1-0,001) В, Р, Р, С1, Ва Дб Сг, 2г, Ні, Ті, Мп, Си, V, РЬ
Редкие 10-0,1 Ц Бе, Бг, Вг, Ш, Из, Ві, Се, Та, Со, Са, Ве, Мо, Се, Ьа, Бп, Бе
(0,001-0,0001) БЬ, I, Сэ, и, И! №, са У,УЬ
Ультраредкие < 0,1 (<0,00001) 1п, Ие, РЧ:, 1г, Ид Ад, Аи, Т — —
1) Содержания во всех пробах ниже чувствительности ПКСА.
2) Содержания в остальных пробах ниже чувствительности ПКСА
Таблица 2
Минимальные содержания малых элементов по данным ПКСА, подлежащие количественной оценке при ГРР и в товарных углях России (г/т сухого угля, золы)
Элементы По [6]минималь. содер- По /13/ Чувствитель-
жания подлежащие ко- Кларки в каменых углях Порог ценности «Порог токсич- ность ПКСА при ГРР, г/т золы
личественной оценке г/т угля г/т золы г/т угля г/т золы ности», г/т угля
1 2 3 4 5 6 7 8
Бериллий 50 (2) 2,0 21 5* 20* 50 1
Ванадий 100 (1,2) 31 180 100 500 100 5
Висмут 20 _ 1) - 1* 5* - 2
Галлий 20 (1) 7 51 20 100 - 5
Г ерманий 10,3(1,4) 2,9 20 30 энер. 3,5 кокс 150 - 2
Золото 0,1 (1) 0,002 _ 1) 0,02 0,1 - 10
1 2 3 4 5 6 7 8
Иттрий (6) 6 47 15* * 5 7 - 10
Иттербий (6) 0,8 5 1,5* * ,5 7, - 1
Кадмий 10 (8) 0,6 6,5 1* 5* 1,2 10
Кобальт 100 (2) 5,2 34 * 0 2 100* 100 5
Лантан (6) 1,5 40 150* 750* - 20
Медь 100 18,5 80 100* 500* - 5
Молибден 100 (1) 3,0 25 6 30 - 1
Мышьяк 300 (2) 20 90 - - 300 200
Марганец 1000 (2) 95 460 2000* 10000* 1000 10
Никель 100 (2) 16 90 100* 500* 100 2
Ниобий 100 (8) 1,8 12 10* 50* - 10
Олово 50 (1) 1 7,5 20 100 - 10
Свинец 50 (1,2) 25 170 240 1200 50 2
Серебро 2(1) 0,4 2,5 1 5 - 0,1
Скандий (6) 3 20 10* 50* - 50
Таллий 10 0,1 - 1 5 0,3 5
Тантал (8) 0,3 - 1* 5* - 50
Титан (5) 500 4600 1500* 7500* - 10
Хром 100 (2) 16 86 1400* 7000* 100 10
Церий (6) 3 150 - - - 80
Цинк 100 (1) 22 150 400 2000 200 20
Цирконий 500 (3) 41 250 120 600 - 10
Примечания: 1) Отсутствие данных;
2). Задачи количественной оценки: (1) - как ценные и потенциально ценные элементы; (2) - как токсичные и потенциально токсичные элементы; (3) - в геолого-геохимических аспектах; (4) 10 г/т - для энергетических углей, 3 г/т - для коксующихся; (5) - при технологическом изучении составе золы; (6) - совместное изучение (Ьа, У, УЬ, Се, Бс) при X ТЯ+Бс>500 г/т; (7) - элементы, неопределяемые с достаточной чувствительностью при ПКСА; (8) - высокие (рудные) концентрации не установлены в углях;
3) К ценным отнесены также В, Ш, ИР, 1п*, Те*, У*, РЬ*, Сб*, Ра*, И*, Бе*, БЬ*, к токсичным - Нд, Бе*, БЬ, Р, С1*, не определявшиеся ПКСА при ГРР и потому не включенные в графу;
4) Элементы со значком «*» как ценных и токсичных с установлением «порогов» для оценки в этом качестве приведены в [13].
Такие элементы, как 7п, ве, Ьа, Бп, Бс установлены 15-20 % проб при концентрациях лишь в единичных пробах приближающихся к кларко-вым.
Концентрации, превышающие порог «ценности», т. е. минимальные содержания элемента, определяющую его возможную промышленную значимость углей как источника рудного сырья, выявлены для Со, Си, Т1, У, УЬ и Ве (табл. 3).
Из них Си, Т относятся по [6] к собственно малым элементам, Со,У, УЬ, Ве
- к редким. Наибольший интерес как попутный компонент представляет бериллий: его повышенные концентрации установлены в 33,9 % проанализированных проб, а на участке Угольный - в 47 % проб (табл. 3), причем они часто коррелируются с повышенными содержаниями У,УЬ и Ть
Несмотря на то, что повышенные концентрации Со и Си установлены в ограниченном количестве проб, встречены они в 80 % проанализированных проб при их содержаниях 2550 % от порога «ценности» (то есть в 2-3 раза выше кларков) почти в половине проб, особенно на уч. Болотистый для Си. Обращает внимание обогащенность углей участков Угольный и Болотистый титаном по сравнению с углями остальной площади месторождения.
По [6] пробы с повышенными концентрациями малых Элементов должны быть проанализированы количественными методиками, что достаточно часто выявляет значительными более высокие содержания, чем установлено ПКСА [13].
В табл. 4 рассмотрены концентрации в читкандинских углях элементов, содержание которых нормализованы по порогом токсичности (табл. 2).
Содержаний токсичных элементов, превышающих порог «токсичности», в
читкандинских углях методом ПКСА не выявлено, хотя отдельные интервалы углей пласта Основной могут иметь его превышение для Ве.
Общетехнические требования к углям в России, характеризующие безопасность угольной продукции, регламентируют в них: зольность (А < 45 %), сера общая (Б*а < 4,5 %), массовая доля мышьяка (Аб < 0,02 %, что соответствует < 200 г/т сухого угля), массовая доля хлора (С1а < 0,60 % = 6000г/т) при оценке всех указанных параметров количественными методами [3]. Угли Читкандинского месторождения по Аа < 30 %, Б^ < 1 % и АБа < 60 г/т (хотя и методом ПКСА) вполне экологически безопасны. Хлор в них не оценивается, но многочисленные определения С1, а также Аб в углях 8 разрабатываемых месторождений региона сходного генезиса показали, что они присутствуют в них в количествах, не превышающих чувствительности методов их определения (соответственно, ГОСТ 93264 и ГОСТ 10478), что 1-2 порядка ниже установленных норм.
Результаты проведенного исследования показали:
1. Угли Читкандинского месторождения на локальных участках представляют интерес как нетрадиционное рудное комплексное сырье (В1, У, УЬ, Т1, в меньшей степени Со и Си).
2) Прослеживается тенденция взаимосвязи основной части комплекса элементов с повышенными концентрациями (Т1, Си, У, УЬ) с металлогенией горнорудного района, в котором месторождение находится.
3) Установлены некоторые закономерности распространения элементов с повышенными концентрациями по площади месторождения, что должно быть учтено при его дораз-ведке.
Таблица 3
Распределение проб с концентрациями выше порогов «ценности» по участкам месторождения
Участки Т (7500) У (75) УЬ (7,5) Ве 20)
Кол-во проб г '-'шах Кол-во проб г '-'шах Кол-во проб г '-'шах Кол-во проб г '-'шах
Угольный (150)2) 39 >10000 15 >300 15 >50 70 >300
Болотистый (98) 23 >10000 1 >200 1 50 9 30
Опоискованная 9 >10000 13 >300 13 >50 66 >100
площадь (180)
Итого (428) 71 (16,6 %) 29 (6,8 %) 29 (6,8 %) 145 (33,9 %)
1) Стах - предельно высокая установленная концентрация
2) Общее количество проанализированных проб на участке, территории поисков
Таблица 4
Концентрации токсичных элементов в читкандинских углях (по данныгм ПКСА)
Концентрации Ве V са Со Аз Мп № РЬ Т1 Сг Zn
В золе углей, г/т 150* <180 н.о. (<<10) 200 н.о. (<300) 500 90 170 н.о. (<<5) 90 130
В углях (с Ай= 20 %), г/т 30* <31 н.о. (<<2) 40 н.о. (<<60) 100 16 34 н.о. (<<1) 18 26
Порог «токсичности», г/т сухого угля [13] 50 100 1,2 100 300 1000 100 50 0,3 100 200
*без учета 3 проб (из 428 - 0,7 %) с концентрациями 150-300 г/т золы.
4) Подтверждена эффективность анализа и обобщения ранее полученных (несколько десятилетий назад) результатов ГРР на базе современных нормативно- технических документов и методологических подходов, т. к. это позволяет получить качественно новую многоплановую (некоторые выявленные геолого-геохимические аспекты металлогении Читкандинско-
1. Беляев В. К. Токсичные элементы в углях.//Обзорная информация «Геол. методы поисков и разведки месторождений тверд. горюч. ископаемых». - М.:ВИЭМС,
1987. - 29 с.
2. ГОСТ 25543 - 88. Угли бурые, каменные и антрациты. Классификация по генетическим и технологическим параметрам.
- М.: Госкомитет СССР по стандартам. - 19 с.
3. ГОСТ Р 51591 - 2000. Угли бурые, каменные и антрациты. Общие технические требования. - М.: Г осстандарты России. - 4 с.
4. Еремин И.В., Броновец Т.М. Марочный состав и их рациональное использование/ И В. Еремин, Т.М. Броновец. - М.: Недра, 1994. - 254 с.
5. Заверткин В.Л., Прокофьева Л.М. Топливно-энергетические ресурсы и их роль в экономике России. / Матер. Х Всеросс. Угольного совещания. - Ростов-на-Дону: ВНИГРИуголь, 1999. - с. 20-21.
6. Инструкция по изучению и оценке попутных твердых полезных ископаемых и компонентов при разведке месторождений угля и горючих сланцев. - М.: Наука, 1987.
- 136 с.
7. Коробецкий И.А., Шпирт М.Я. Генезис и свойства минеральных компонентов углей /И.А. Коробецкий, Шпирт М.Я. - Новосибирск: Наука, Сибирское отделение,
1988. - 227 с.
— Коротко об авторах------------------
Куклина Галина Леонидовна - кандидат Государственного университета.
го месторождения не рассмотрены в данной статье) НТ - информацию без проведения дорогостоящих исследований, которая может быть использована при проектировании дальнейших ГРР, а также как основа для продолжения научных исследований (в данном случае - металлоносности углей Читкандинского месторождения).
--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
8. Куклина Г.Л., Сверкунова Т.П. Переоценка качества углей и ревизия гео-лого-технологической информации по Чит-кандинскому каменноугольному месторождению. Отчет ООО «ЗабНТГео». - Чита, 2004. - 217 с. Гос. Рег. № 43- 02-11/5.
9. Медведев А.Я., Гордеева Н.И., Пронина Т. И. Прогнозные ресурсы углей России. /Матер. Х Всеросс. Угольного совещания. - Ростов-на-Дону: ВНИГРИуголь, 1999. - С. 22-24.
10. Металлогения и геохимия сланцесодержащих толщ СССР./ Клер В. Р., Волкова Г.А., Гуревич Е.М. и др.// - М.: Наука,
1987. - 300 с.
11. Металлогения и геохимия угленосных и сланцесодержащих толщ СССР. Закономерности концентрации элементов и методы их изучения. / Клер В.Р., Ненахова В.Ф., Сапрыкин Ф.Я. и др.// - М.: Наука,
1988. - 256 с.
12. Скурский М.Д. Недра Забайкалья /М. Д. Скурский. - Чита: ЧитГТУ, 1996. -692 с.
13. Ценные и токсичные элементы в товарных углях России /Под ред. В.Ф. Че-реповского - М.: Недра, 1996. - 238 с.
14. Сырьевая база угольной промышленности Читинской области (состояние, перспективы использования и развития) / В.С. Чечеткин [и др.]// Ресурсы Забайкалья. - 2004 - № 3. - С. 14-26.
технических наук, докторант Читинского
