Содержание к диссертации
стр.
ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА I. ОБЪЕКТ ИЗУЧЕНИЯ, ФАКТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ, МЕТОДЫ
ИССЛЕДОВАНИЯ 8
Объект изучения 8
Фактический материал 10
Методы исследования 14
Рентгеноспектральний флюоресцентный анализ и его метрологическая характеристика 15
Рентгеноспектральний микроанализ 25
Количественный спектральный анализ 25
Технический анализ 26
Петрографические исследования 26
1.3.6. Обработка информации на ЭВМ ЕС 27
ГЛАВА 2. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ-ПРИМЕСЕЙ В УГОЛЬНОМ ВЕЩиСТВні 30
Распределение элементов-примесей по данным рентгеноспектрального микроанализа 30
Минеральные компоненты углей 35
Распределение элементов-примесей в зависимости от зольности 36
ГЛАВА 3. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЖМЕНТОВ-ПРЙМЕСЕЙ В УГОЛЬНЫХ ШІАСТАХ 64
3.1. Методы реконструкции обстановки древнего торфона-
копдения 64
Мощность, строение, зольность 65
Распределение некоторых химических элементов и неорганических соединений 66
Петрографический состав 66
3.2. Реконструкция условий торфонакопления угольных
пластов 68
стр.
Пласт і| 68
Пласт і| 72
Пласт і^ 76
3.3. Закономерности распределения элементов-примесей
в угольных пластах 78
ГМВА 4. КОРРЕЛЯЦИОННЫЙ МЕТОД ОЦЕНКИ СОДЕРЖАНИЙ ЗЛЕМЕНТОВ-
ПРИМВСЕЙ В УГОЛЬНЫХ ШГАСТАХ 86
ГЛАВА 5. ЭЛЕМЕНТЫ-ПРИМЕСИ УГЛЕЙ В КАЧЕСТВЕ ТОКСИЧНЫХ И
ЦЕННЫХ КОМПОНЕНТОВ 93
Краткая характеристика Новочеркасской ГРЭС .... 93
Распределение элементов-примесей в товарном угле, шлаке, летучей золе, дымовых выбросах 96
Элементы-примеси - токсичные элементы 100
Влияние токсичных элементов-примесей на человеческий организм 100
Распределение элементов-примесей в районе ГРЭС . . ЮЗ
Рекомендации по снижению вредного влияния токсичных элементов-примесей на природную среду 105
5.4. Элементы-примеси - ценные компоненты 112
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 115
ЛИТЕРАТУРА 117
ПРИЛОЖЕНИЕ I
Введение к работе
Основным источником энергии продолжает оставаться органическое топливо. В мире используется 2,6 млрд.т угля в год, а нефти, прогнозные (включая предположительные) запасы которой оцениваются в 250-450 млрд.т - около 3 млрд.т /64 /. Для расширения объема использования углей, на долю которых приходится 85$ известных геологических запасов минерального топлива, осуществляется изучение состава угольного вещества, в том числе - элементов-примесей, которых обнаружено в углях более 50. Это многочисленные редкие и рассеянные элементы и элементы, представленные благородными, цветными и радиоактивными металлами; основные минералообразующие элементы и другие. В понятие "элементы-примеси" автор вкладывает все химические элементы, встреченные в углях, за исключением С, 0, Н, N, образующих, главным образом, состав органической массы угля.
Известно, что энергетическое использование углей в СССР составляет около 73$ от общего потребления углей /56 /.В этой связи важной проблемой, возникающей при топливном использовании углей, является защита окружающей среды.
Тепловые электростанции (ТЭС), работающие на угле, выбрасывают в атмосферу в составе продуктов сгорания сернистый газ, окислы азота, окись углерода, бензопирен и широкий комплекс других соединений элементов в составе механических частиц и газообразных соединений.
Если соединения серы, азота и углерода достаточно хорошо изучены /60,83 /,то данные по другим элементам в продуктах сжигания до настоящего времени малочисленны ^7,36,8^ Между тем, исследование этого вопроса актуально не только в связи с экологическими проблемами, но и в связи с проблемами комплексного использования углей и продуктов их переработки.
Ранее в программе глобального мониторинга, принятого ООН, среди наиболее опасных загрязнителей фигурировали три металла -свинец, кадмий и ртуть. Б докладе исполнительного директора программы ООН по окружающей среде (ЮНЕЛ) за 1980 г. к ним добавились медь, олово, ванадий, молибден, марганец, кобальт, никель, сурьма, мышьяк и селен /14 /. Изучение влияния многих других химических элементов также показало, что практически все они оказывают неблагоприятное влияние на живой организм, приводя к тяжелым болезням легких, сердца и раковым заболеваниям /9 /.
Поскольку именно сжигание угля представляет собой главный источник поступления многих металлов в биосферу /4 /, элементы -примеси углей играют основную роль в процессе, который можно охарактеризовать как "металлический пресс на биосферу". Серьезность этого явления заключается не только в том, что биосфера (и в том числе человек) должна "пропустить" через себя большие количества тяжелых металлов, могущик оказывать неблагоприятное воздействие на живое вещество, но и в том, что металлы будут захвачены биосферой, удержаны ею, надолго войдут в кругооборот органического вещества, изменят его геохимические константы, усилят или ликвидируют естественные геохимические аномалии и в тех или иных ландшафтах создадут новые геохимические аномалии (техногенные).
Фактором, также ограничивающим использование углей в качестве топлива, является влияние некоторых элементов-примесей ( Si , А1 , Fa , s и др.) на плавкость золы, определяющую способность к шлакообразованию /84,90/. Известно, что при сжигании углей с повышенным содержанием щелочей происходит заішіаковаїше топочных устройств вследствие пониженной плавкости золы, и, кроме того, активная коррозия поверхностей котло-агрегатов /26 /.
Элементы-примеси оказывают влияние в определении перспектив пригодности углей для технологического использования. Так, относи-
тельно низкое содержание в составе минеральной части углей si и А1 и повышенное - Са, Mg , ре ведет к повышению спекаемости углей / 58 /. Высокая концентрация в коксующихся углях галогенов, серы, фосфора снижает качество выплавляемых чугуна и стали. При производстве электродов, электрокорунда, карбида кальция и др. из антрацитов лимитируется содержание s , Р, СаО /56 /. : Значительная часть элементов-примесей является ценными компонентами /38 /, в которых нуждается электроника, атомная промышленность И Металлургия ( Ge , U , Ъ"о , W , Ага , Pb, Re, Се, Zn, Ag v и др.)
Все вышесказанное определяет актуальность изучения элементов-примесей в зтлях.
Осуществление природоохранных мероприятий, возможности ТОПЛИВНОГО и технологического использования углей, определение экономического значения элементов-примесей, целесообразности их извлечения из углей и продуктов их переработки прежде всего требуют знания закономерностей распределения элементов в угольных пластах, решения ряда принципиальных генетических вопросов концентрации элементов-примесей в угольном веществе, распределения их в продуктах сжигания ТЭС и в природной среде. Прогнозирование концентраций элементов должно осуществляться еще на стадии геологоразведочных работ с тем, чтобы заблаговременно могли быть запланированы природоохранные мероприятия, в том числе предложены рекомендации по снижению токсичного влияния элементов-примесей на окружающую среду и население и приняты решения по оптимальной системе утилизации ценных компонентов.
Необходимость детального и оперативного изучения состава элементов-примесей в углях требует применения точных высокоинформативных и производительных аналитических методов. Освоение существующих и разработка новых прогрессивных методов массового количест-
венного определения элементов-примесей в углях - одна из основних
задач изучения и оценки сопутствующих полезных ископаемых в СССР
на ближайшие годы /38 /.В этой связи, для проведения настоящей
работы, использовались такие современные аналитические методы, как
рентгеноспектральный флюоресцентный анализ и рентгеноспектральный
микроанализ.
Цель и задачи настоящей работы: исследование закономерностей
распределения ряда элементов-примесей - представителей нескольких геохимических групп / 62 / (в ОСНОВНОМ, А1 , ТІ , V , Сг , Мп , Си , рь ) в углях пластов i| , ig . i| свиты с| шахтинско -Несветаевской синклинали Восточного Донбасса, изучение токсичных элементов в продуктах сжигания углей на Новочеркасской ГРЗС и почвах прилегающего к ГРЭС района для установления связи элементов с микрокомпонентами углей и условиями древнего торфонакопления, определения пространственных особенностей их распределения в угольных пластах, прогнозирования концентраций элементов-примесей и построения прогнозных геохимических карт элементов по площади развития угольных пластов, осуществления возможных мероприятий по снижению вредного влияния токсичных элементов на природную среду при энергетическом использовании углей, использования продуктов сжигания как сырья для извлечения ценных компонентов.
Автор благодарен старшему инженеру НПО "Атомкотломаш" А.Р.Сте-паносову за помощь в проведении рентгеноспектрального флюоресцентного анализа, а также старшим научным сотрудникам НИЧ РГУ С.Г.Тяг-лову и П.П.Мостовому (соответственно, обработка информации на ЭВМ ЕС и рекомендации по снижению вредного влияния токсичных элементов ' на природную средуX Особую признательность за внимание к работе, критические замечания и указания, автор выражает научному руководителю, доктору геолого-минералогических наук, профессору Л.Я .Кизиль-штейну.
