Характеристика месторождений Украины по качеству угля

Более половины мировых запасов углей (свыше 8600 млрд. т) находится на территории бывшего СССР. Из них около 93% приходится на долю восточных районов страны и только 7% сосредоточено в европейской части, на Кавказе и Урале. Вместе с тем из общего потребления угля в СССР на долю европейской части, Кавказа и Урала приходится 69%.добыча угля в СССР производится в следующих основных угольных бассейнах и месторождениях: в европейской части СССР - донецком, днепровском, Львовско-Волынском.

Донецкий бассейн расположен на юге европейской части СССР в пределах Донецкой, Луганской и Днепропетровской областей УССР и Ростовской области РСФСР. В бассёйне добывают различные по качеству угли марок Д, Г, КЖ, К, ОС, Т и антрацит. донецкие угли высокосернистые. Массовая доля серы на сухую массу составляет 1 а в ряде случаев достигает 3,5% и более. Добывают Донецкие угли только подземным способом. Используют угли для различных технологических и энергетических целей. Спекающиеся донецкие угля применяют в основном для производства доменного кокса, высококачественные антрациты используют в абразивной, электронной, химической промышленности. Значительная часть донецких углей антрацитов поставляется электростанциям, на технологические и коммунально-бытовые нужды.

Днепровский бассейн, расположенный на территории Житомирской, Винницкой, Киевской, Черкасской, Кировоградской, Днепропетровской и Запорожской областей, объединяет месторождения бурого угля группы 51 с массовой долей влаги более 5 серы 3,5.._ и зольностью в среднем 3О%. Уголь добывают открытым и подземным способами. Свыше 8 всего добываемого угля подвергается брикетированию, в результате чего получают механически прочные и влагостойкие брикеты, которые используют для бытовых нужд. Остальной уголь по ступает на местные электростанции.

Львовско-волынский бассейн расположен в пределах Львовской и Волынской областей усср. добывают уголь подземным способом. газовые и длиннопламенные угли используют для энергетических целей и коммунально-бытовых нужд, а также добавляют в качестве компонента к шихте для коксования

4.3. Неорганические компоненты углей

Основной элементный состав: углерод, кислород, азот. Стадии метаморфизма по мере его усиления: торф, бурый уголь, каменный уголь и антрацит. Что происходит с элементным составом - содержание углерода увеличивается, а газов уменьшается. Торф – 55 - 60% С, 32,5-37,0 О2, 6,3-5,5 Н, 2,0 N. Антрацит - 96% С, 2,0 О2, 2,0 Н, следы N.

Неорганические компоненты углей. В состав углей как рядовых, так и обогащенных входят в различном соотношении неорганические составляющие - влага и минеральные примеси. Они снижают эффективность использования углей или делают невозможным их использование без предварительного обогащения.

В л а г а, содержащаяся в углях, снижает теплоту их сгорания. При повышенной влажности ухудшается транспортабельность углей, а в зимних условиях они смерзаются в железнодорожных вагонах и штабелях. Влага отрицательно влияет также на технологию переработки углей. Большие трудности возникают при сухом грохочении влажных углей. Влажность углей зависит от их стадии метаморфизма, степени окисления, петрографического состава и других факторов.

С е р а является наиболее вредной примесью в углях, поэтому она выделяется в отдельную группу неорганических составных частей. Сера в углях находится в виде различных соединений (пирита, марказита, сульфатов железа и кальция). Некоторая часть серы входит в состав сложных органических соединений углей. В отечественных углях преобладает колчеданная сера, представленная пиритом, который находится в виде прослойков, тончайших вкраплений и отдельных зерен. Содержание сульфатной серы (солей серной кислоты) не значительно (0,1—0,2%) В органическом веществе углей иногда имеется невысокое содержание тонкодисперсной элементарной серы. При сжигании углей значительная часть сернистых соединений превращается в диоксид серы (сернистый газ), который вредно действует на здоровье человека, отравляет атмосферу, вызывает коррозию металлов. Донецкий бассейн содержит угли с относительно малым содержанием серы (1-2%), залегают, в основном, в центральном западном районах, с большим содержанием серы (3,5% и более) - в северном районе бассейна.

Минеральные компоненты, содержащиеся в углях, имеют различное происхождение и могут быть подразделены на четыре основные группы:

1 ) минералы, принесенные во время осадконакопления в торфяник с близлежащей суши в виде обломков, листочков, ила. К ним относятся кварц, слюда, полевые шпаты, пироксены, амфиболы, глинистые минералы, каолинит, гидрослюды, хлориты и смешанослойные силикаты. Для большинства углей наиболее характерными являются глинистые минералы и кварц. Эти минералы встречаются обычно в виде прослойков, линзочек или равномерно распределяются в органическом веществе, образуя высокозольный уголь;

2 ) минералы, выделившиеся из растворов, насыщающих торфяник, на ранних и поздних этапах преобразования осадка в твердую породу. Наиболее характерные минералы этой группы - сернистые соединения железа (пирит, марказит), карбонаты кальция, магния и железа (кальцит, доломит, анкерит, сидерит). Минералы этой группы распределяются в самом органическом веществе углей часто в тонкодисперсном виде, например пирит, трудно извлекаемы при обогащении;

З) минералы, попавшие в уже сформировавшиеся угольные пласты из растворов вмещающих пород. К минералам этого типа относятся гипс, мелантерит (водный сульфат железа), эпсомит (водный сульфат магния), галит (поваренная соль), вторичные сульфиды железа, меди, цинка, кварц. Минералы этой группы приурочены к трещинкам в углях или образуют почки и стяжения. При определенном измельчении углей происходит раскрытие таких минералов, благодаря чему становится возможным их эффективное извлечение;

4) минералы в виде обломков вмещающих пород, попавшие в уголь при добыче. Это различные глинистые минералы (каолинит, гидрослюды, смешанослойные силикаты, монтморил лонит, хлориты), кварц, слюды, полевые шпаты. При карбонатной кровле возможно попадание в уголь кальцита и доломита. Минералы четвертой группы не связаны с угольным веществом. Обломки почвы и кровли, попадающие в угли, представляют собой агрегаты из нескольких минералов.

Содержание минеральных примесей в углях принято характеризовать косвенным показателем - з о л ь н о с т ь ю, определяемой сжиганием угольной пробы определенной массы в стандартных условиях. Зола состоит в основном из оксидов кремния, алюминия, железа, содержание которых для различных углей изменяется в широких пределах. Кроме оксидов указанных элементов в зоне углей присутствуют оксиды кальция, магния и ряда других элементов.

Кроме основных элементов, как уже говорилось раньше, в углях есть еще другие элементы, в сравнительно малом процентном отношении, но могущих иметь существенное значение для технологов.

Их две группы:

1 - элементы не имеющие промышленного значения, но могут иметь концентрации опасные для здоровья шахтеров и потребителей угля. Это ртуть, мышьяк, фосфор, медь. сера (минеральная и органическая) радиоактивные элементы.

2 - редкоземельные металлы могущие иметь промышленные концентрации: чаще всего это германий, титан, иттрий, скандий. Последний дороже золота и платины. Запасы германия постоянно контролируются и отражаются в пятилетних технических программах развития горных работ во многих холдингах. Кроме германия для остальных указанных элементов пока нет технологии промышленного извлечения. Однако значимость этих элементов постоянно возрастает и, в настоящий момент идут широкомасштабные изыскания способов их извлечения. Сложность заключается, в том, что промышленная концентрация этих металлов возникает после сжигания угля. Но при сжигании металлы окисляются, образуя трудно разрушаемые соединения с другими элементами.

В углях шахтных полей 176 шахт установлено 16 токсичных элементов, которые характеризуются такой распространенностью: ртуть выявлена в 24 шахтных полях, мышьяк - 20, литий - 14, ниобий - 10, фосфор - 9, марганец - 6, свинец - 6, ванадий - 5, сурьма - 4, медь - 4, хром - 3, висмут - 2, кадмий - 1, цинк - 1 и фтор - 1. Среди токсичных элементов 8 халькофильных (ртуть, мышьяк, медь, свинец, сурьма, кадмий, цинк и висмут), 7 литофильных (литий, ниобий, фосфор, марганец, ванадий, хром и фтор) и 1 сидерофильный (молибден).

Ртуть в опасных количествах установлена в углях 13,1% шахтных полей. Она не выявлена в углях северной и в качестве токсичного элемента отмечена в углях центральной группы угленосных районов (Должано-Ровенецкий - 3, Боково-Хрустальский - 14 и Центральный - 6). Среднее содержание токсиканта изменяется от 0 (шахтное поле шахты им.Мельникова Лисичанского района и др.) до 8,7 г/т (шахтное поле шахты "Южная" Центрального района). Повышенные содержания ртути отмечены в углях шахтных полей шахты "Миусинская" (3,4 г/т), шахтоуправлений Новопавловское (3,3 г/т) и Яновское (3,2 г/т) Боково-Хрустальского района, ГХК (ПО) "Дзержинскуголь" (2,3 г/т), "Донбассантрацит" (2,0 г/т) и "Антрацит" (1,7 г/т), Боково-Хрустальского (1,9 г/т), Центрального (1,2 г/т) и Должано-Ровенецкого (0,4 г/т) угленосных районов, центральной группы (0,9 г/т). Встречаемость - ГХК (ПО) "Дзержинскуголь" (0,86), "Антрацит" (0,83) и "Донбассантрацит" (0,82), Боково-Хрустальского (0,82), Центрального (0,24) и Должано-Ровенецкого (0,16) угленосных районов, центральной группы (5,8) угленосных районов (табл.).

Мышьяк выявлен в углях 11,4% шахтных полей. В разных количествах он распространен в углях шахтных полей всех угленосных районов. Его содержание колеблется от 0 (шахтное поле шахты "Горская" Алмазно-Марьевского района) до 528,2 г/т (шахтное поле шахты "Новая" Центрального района). Повышенные содержания токсиканта установлены в углях шахтных полей шахтоуправления "Новопавловское" (598,2 г/т), шахт "Красный профинтерн" (455,5 г/т) и им.Румянцева (450,0 г/т), ГХК "Дзержинскуголь" (380,1 г/т), "Артемуголь" (288,6 г/т) и "Орджоникидзеуголь" (274,6 г/т), Центрального (314,3 г/т), Должано-Ровенецкого (161,9 г/т) и Боково-Хрустальского (155,5 г/т) угленосных районов, центральной группы (169,2 г/т). Встречаемость - ГХК (ПО) "Дзержинскуголь (0,57), "Артемуголь" (0,44) и "Орджоникидзеуголь" (0,44), Центрального (0,48), Боково-Хрустальского (0,12) и Должано-Ровенецкого (0,11) угленосных районов, восточной группы (0,5) угленосных районов (табл.).

Рисунок 3.4 – Частота встречи токсичных элементов в Донбассе

4.5 Петрографические характеристики качества угля

Петрографические исследования проводят для оценки качества углей и их классификации по генетическим и технологическим параметра, а также при выборе наиболее рациональных путей использования в народном хозяйстве. Сущность исследования состоит в определении органических микрокомпонентов и минеральных примесей в соответствии с номенклатурой и их подсчете в аншлифбрикетах в отраженном свете. Микрокомпоненты объединяют в группы по их показателю отражения, цвету, структуре и микрорельефу, которые выявляются сравнением отдельных микрокомпонентов между собой.

На проточных водах (берега рек, озер, морей) формировалась болотистая местность. Деревья, водоросли, растения, падали в воду и без доступа кислорода разлагались (гнили). Одновременно с уплотнение под весом верхних слоёв происходил процесс обезвоживания, торфообразования. Таков источник гумусовых углей - большинство углей Донбасса.

Сапропелевые угли образовывались из микроорганизмов, микроводорослей (планктона) в стоячих водах в результате гнилостного брожения. Поэтому сапропелевые угли имеют более мелкую плотную структуру, содержат больше водорода и летучих веществ.

Органические микрокомпоненты в каменных углях выделяют органические микрокомпоненты шести групп: витринита, семивитринита, инертинита, липтинита, альгинита, микстинита.

При сравнении отдельных микрокомпонентов за эталон показателя отражения и рельефа для каменных углей принимают компоненты группы витринита, а для бурых углей компоненты группы гуминита. Петрографический состав каменных углей определяется по ГОСТ 9414- а бурых — по ГОСТ 121 12—78.

Группа витринита (Уг). Компоненты этой группы имеют ровную поверхность и серый цвет различных оттенков, закономерно изменяющийся в зависимости от увеличения стадии метаморфизма в сторону светлых тонов. Рельеф менее выражен, чем у других микрокомпонентов. Показатель отражения в воздушной среде изменяется от 7 до 10,6%, в иммерсионном масле от 0,50 до 2,51%. Микротвердость зависит от степени углефикации, исходного материала и условий его превращения и изменяется от 196,1 до 343,1 1-1/мм

Компоненты группы витринита с показателем отражения от 0,64 До 1,85% переходят в пластическое состояние. При этом поведение их в процессе коксования и спекаемость зависят также от степени углефикации. Группа витринита включает два микрокомпонента: коллинит и телинит.

Коллинит - бесструктурная гелифицированная основная масса, цементирующая все другие микрокомпоненты и минеральные вещества.

Телинит \ - растительные фрагменты гелифицированных тканей различной степени сохранности клеточного строения. Часто также встречаются участки телинита с клеточной структурой невидимой до травления.

Группа инертинита Эта группа характеризуется высоким показателем отражения и резко выраженным микрорельефом. Цвет изменяется от белого до желтого. Микротвердость изменяется от 490,2 до 2254,9 Н/мм. Микрокомпоненты этой группы не переходят в пластическое состояние и не спекаются на всех стадиях метаморфизма. Группа включает четыре компонента: три структурных - семифюзинит, фюзинит, склеротинит и один

Фюзинит (з) - характеризуется наличием клеточной структуры различной степени сохранности. Цвет изменяется от желтовато-белого до желтого. Микрорельеф хорошо выражен. Показатель отражения изменяется от 1,3 до 5 Встречается в виде обломков, фрагментов, линз или вытянутых участков различной формы и размеров.

Группа гуминита (Н) бурых углей является предшественником и аналогом группы витринита каменных углей. Однако группа гуминита отличается большим разнообразием своего строения, так как органическое вещество бурых углей в процессе углефикации претерпело меньшие преобразования. Эта группа состоит из микрокомпонентов которые образовались в основном из лигнина и целлюлозы. Микрокомпоненты группы гуминита в отраженном свете в иммерсионном масле имеют различные оттенки серого цвета и ровный рельеф. В проходящем свете цвет изменяется от красного до буровато-красного. Под микроскопом в зависимости от степени биохимического разложения растительной ткани, ее механической деструкции и степени гелификации выделяются три подгруппы: гумотелинита, гумодетринита, гумоколлинита. За эталон показателя отражения принимается гумоколлинит. Показатель отражения гумоколлинита в иммерсионном масле не превышает 0,49%. Микротвердость каждого микрокомпонента в зависимости от степени углефикации изменяется от 88,2 до 245,1 Н/мм.