Геологические особенности формирования и комплексное использование металлоносных углей Восточного Донбасса

Левченко, Сергей Васильевич

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Геологические особенности формирования и комплексное использование металлоносных углей Восточного Донбасса
ВАК РФ 25.00.11, Геология, поиски и разведка твердых полезных ископаемых, минерагения

Автореферат диссертации по теме "Геологические особенности формирования и комплексное использование металлоносных углей Восточного Донбасса"

005047801

На правах рукописи

ЛЕВЧЕНКО СЕРГЕЙ ВАСИЛЬЕВИЧ

ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ И КОМПЛЕКСНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТАЛЛОНОСНЫХ УГЛЕЙ ВОСТОЧНОГО ДОНБАССА

Специальность 25.00.11— '(Геология, поиски и разведка твёрдых полезных ископаемых, миперагения»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

2 О ДЕН 2012

Ростов-на-Дону - 2012

005047801

Работа выполнена в ФГАОУ ВПО «Южный федеральный университет» на кафедре месторождений полезных ископаемых геолого-географического факультета

Научный руководитель: доктор геолого-минералогических наук,

заведующий кафедрой месторождений полезных ископаемых Гамов Михаил Иванович

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук,

профессор, заведующий лабораторией Федерального государственного унитарного предприятия «Всероссийский научно-исследовательский геологоразведочный институт угольных месторождений» (ВНИГРИуголь, г. Ростов-на-Дону) Журбицкий Борис Иванович

кандидат геолого-минералогических наук, заместитель генерального директора по геологии ОАО «Южгеология» (г. Ростов-на-Дону) Черненко Михаил Юрьевич

Ведущая организация: Федеральное государственное унитарное

предприятие «Всероссийский научно-исследовательский геологический институт имени А.П. КАРПИНСКОГО» (ВСЕГЕИ, г. Санкт-Петербург)

Защита диссертации состоится 20 декабря 2012 г. в 14-00 на заседании диссертационного совета Д 212.208.15 при ФГОАУ ВПО «Южный федеральный университет» по адресу: 344090, г. Ростов-на-Дону, ул. Зорге, 40, геолого-географический факультет, ауд. 201.

Факс (863) 222-57-01. E-mail: dek_geo@sfedu.ru

С диссертацией можно ознакомиться в ЗНБ Южного федерального университета по адресу: 344006, г. Ростов-на-Дону, ул. Пушкинская, 148.

Автореферат разослан 17 ноября 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.208.15,

канд. геол.-мин. наук, доцент

/ /

В.Г.Рылов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Среди актуальных научно-технических проблем, сформировавшихся к началу XXI в., одно из важнейших мест принадлежит проблеме комплексного освоения минеральных ресурсов недр и, в первую очередь, различных нетрадиционных видов месторождений рудных, нерудных и горючих полезных ископаемых. Угольные месторождения зачастую обладают значительным рудным потенциалом на широкий спектр редких и рассеянных элементов, и, в частности, для германия угли являются основным источником его добычи. Содержания многих сопутствующих углям ценных элементов-примесей, выявленных в угольных месторождениях, часто сопоставимы с их концентрациями в коренных благородно-и редкометально-рудных месторождениях. Использование ископаемых углей только как топлива уже не отвечает требованиям современной экономики. Наиболее перспективным следует признать путь комплексного использования углей, при котором элементы-примеси в углях приобретают значение нетрадиционного сырьевого источника. Кроме того, полнота использования углей является необходимостью не только экономической, но и экологической. В этой связи настоятельно требуется теоретическое и экспериментальное изучение особенностей поведения элементов-примесей в процессах торфонакопления, углеобразования, эпигенеза углепородных массивов, а также в технологических схемах обогащения и сжигания углей. В этой связи актуальна разработка научного обоснования способов направленного изменения технологических свойств углей, содержащих повышенные количества ценных элементов-примесей, с целью селективной их экстракции в промышленных масштабах.

Одним из направлений улучшения рациональной отработки угольных месторождений России является расширение объемов попутного извлечения потенциально ценных малых и редких элементов-примесей (ве, Оа, Ве, XV, лантаноиды, 1ЧЬ, У, Бс, 1л, В1, Бп, Аи, Ag) при уменьшении выбросов в окружающую среду летучих токсичных соединений - Щ, РЬ, ТН, Ав, Б, Бг, V, 2п и других тяжелых металлов, образующихся при сжигании углей на ТЭС.

В Восточном Донбассе, который относится к территориям с высокоразвитой угледобывающей инфраструктурой, известны угольные пласты, обогащенные элементами-примесями. Тем не менее, товарные угли разрабатываемых шахтопластов продолжают направляться потребителю в качестве рядового топливно-энергетического сырья.

В этой связи настоятельно требуется дополнительное изучение особенностей поведения элементов-примесей в технологической цепочке «добытая горная масса -товарный концентрат - продукты углеобогащения - отходы сжигания углей» с применением современной аналитической базы, имеющейся, в том числе, и в распоряжении Южного федерального университета.

Цель работы - выявление закономерностей распространения потенциально-рудных (ценных и токсичных) элементов-примесей в углях Российского сектора Донбасса на основе реконструкции условий формирования и постседиментационно-го преобразования угольных пластов, обоснование возможности их попутного извлечения при обогащении и сжигании углей на ТЭС.

К основным задачам исследований относятся:

1. анализ геолого-структурной позиции металлоносных углей в Восточном Донбассе и на южном склоне Воронежской антеклизы;

2. выявление типоморфных элементов-примесей в углях в соответствии с палеогеографическими условиями и ландшафтно-геохимическими обстановками тор-фоугленакопления;

3. определение роли эпигенетических процессов в перераспределении металлов в углепородных массивах с различными тектоническими структурами;

4. оценка перспектив автоклавного извлечения попутных металлов и комплексного использования углей;

5. прогнозирование степени воздействия микроэлементов на окружающую среду при сжигании углей Российского сектора Донбасса на ТЭС.

Фактический материал и методика исследований. В основу работы положен полевой и экспериментальный материал, полученный автором в период с 1984 по 2012 гг в том числе при выполнении государственного контракта «Разработка метода экстракции полезных компонентов из отходов добычи и переработки угля Госконтракт № 16.515.12.5008, 2011 - 2012 гг.», а также тематических научно-исследовательских работ по оценке токсичных элементов в углях и горючих сланцах Восточного Донбасса (Ростов н/Д: Фонды РГУ, 1986; Ростов н/Д: Фонды РГУ, 1987; Госконтракт № 1401,2009-2011 гг.).

При выполнении полевых работ производился отбор проб с учетом палеогеографических условий формирования угольных пластов и геолого-структурных особенностей флюидоактивных зон, выделяемых в углепородном массиве. Всего было опробовано и задокументировано 53 разведочных пластопересечения по горным выработкам и скважинам с отбором 255 рядовых проб углей и вмещающих пород. Отобранные пробы подвергались стандартному эмиссионному полуколичественному спектральному (всего 7650 элементо-определений) и инструментальному ней-тронно-активационному (на Fe, Ti, Mn, Cu, Ni, V, Mo, Pb, Sn, Co, Cr, Ga, U, Th, Au, Ir, Hf, Lu, Eu, Sm, Ce, La, Ba, Cs, Sb, In, Ag, Rb, Br, Se, As Zn, Se, всего 4878 элемен-то-определений) анализам. В двадцати шести контрольных пробах методом эмиссионного спектрального анализа количественно определялись Fe, Ti, Mn, Cu, Ni, V, Mo, Pb, Sn, Co, Cr, Ga, Ge, Be.

Анализы выполнялись автором в межкафедральной аналитической лаборатории геолого-географического факультета РГУ, а также в лабораториях ядерной физики РГУ, ЦХЛ ПГО «Южгеология», ВНИГРИуголь (г. Ростов-на-Дону), нейтрон-но-активационного анализа ИЯФ АН Узбекистана (г. Ташкент).

В отдельных пробах изучались формы нахождения As методом нейтронно-активационной авторадиографии, Fe и S - методами рентгеноструктурного анализа на приборе ДРОН 7 и мессбауэровской спектроскопии.

Минеральные фазы металлоносных углей Восточного Донбасса изучались в ЦКП «Центр исследований минерального сырья и состояния окружающей среды» ЮФУ с использованием сканирующего электронного микроскопа VEGA Tescan LMU II с системами энергодисперсионного микроанализа INCA ENERGY 450/ХТ с безазотным детектором X-Act ADD и волнодисперсионного микроанализа INCA WAVE 700 OXFORD Instrumetnts Analytical.

Полученные результаты обрабатывались с помощью современных компьютерных технологий и специализированного программного обеспечения (Географ ГИС, ArcGIS, STATISTICA, CorelDraw и др.) и в совокупности с фондовыми материалами (377 полных силикатных анализов золы углей) были использованы для расчета региональных угольных кларков и построения ландшафтно-геохимических карт Восточного Донбасса по шахтопластам i2\ к2, k5B и двух палеогеографических карт Восточного для времени формирования свит С24 и С25 башкирского яруса среднего карбона.

Автором собран и обработан материал (статьи, монографии, фондовые отчеты) предыдущих исследователей (Н.В. Логвиненко, 1953; B.C. Попов, 1963, 1964; Л.Я. Кизильштейн и др., 1967-2008; А.К. Лисицын и др., 1967; М.Я. Шпирт и др., 1969-2011; A.M. Розентулер, 1969; М.Г. Черновьянц, 1969; А.И. Шамрай и др. 1971; H.A. Редичкин и др., 1971; Н.И. Погребнов и др., 1971-1986; П.П. Тимофеев и др., 1973-2006; H.H. Погребнов, 1977; Я.Э. Юдович, М.П. Кетрис, 1978-2006; Т.А.Ягубянц, 1978-1988; Е.В. Мовшович и др., 1980-2003; A.A. Зинчук и др., 1983; К.Б. Носова и др., 1984; H.A. Очеретенко и др., 1985; Е.П. Новак и др., 1988; И.П. Попов, В.А. Соколов, 1990; A.C. Тараканов, 1990; А.И. Егоров, 1992; Н.В. Курило, 1993; Ю.Н. Жаров и др., 1996; В.Ф. Череповский и др., 1996-2004; Б.С. Панов и др., 1998-2001; В.Н. Труфанов и др., 1998-2012; Е.С. Мейтов, 2001; H.A. Пименов, 2002;А.В. Зайцев, Г.В. Зеленщиков, А.Г.Грановский, 2003-2007; Г.К. Хрусталева, В.А. Косинский, 2005; В.В. Середин 2004-2006; О.М. Крутых, 2006; В.И. Вялов, М.И. Гамов и др., 2007; В.Н. Фролов, 2007-2009; Ю.П. Шубин, 2008; В.В. Трощенко, 2010; H.A. Пешкова и др. 2008; В.Г. Рылов и др. 2007-2012).

В результате этого обобщения может быть предложено определение понятия «металлоносные угли» - к металлоносным могут быть отнесены участки угольных пластов, обогащенные элементами-примесями в концентрациях КК>2, где КК - коэффициенты концентрации, представляющие собой отношение среднего содержания элемента-примеси в исследуемой выборке металлоносных углей к его региональному кларку.

Научная новизна работы. Впервые для Восточного Донбасса и его северного обрамления проведен сравнительный анализ и геохимическая типизация металлоносных углей в зависимости от палеогеографических, ландшафтно-геохимических условий торфоугленакопления и структурно-геологической позиции угленосных районов. Доказана ведущая роль эпигенетических процессов в концентрировании рудных элементов и получены положительные результаты экспериментов по автоклавному извлечению из углей ценных, технологически вредных и токсичных элементов.

Практическая значимость. Установленные локальные промышленные концентрации ряда попутных металлов в углях, продуктах их переработки, обогащения и отходов сжигания позволяют рекомендовать их комплексное энерготехнологическое использование (для углей марки Б-Д Миллеровской площади - Ge, Be, Ga, W, Mo, для антрацитов Сулино-Садкинского и Гуково-Зверевского углепромышленных районов - Y, Yb, Mo, Nb). Обнаруженные концентрации токсичных элементов (As, V, Pb, Th) в углях и продуктах их сжигания, поступающих в атмосферу, свидетельствуют о необходимости проведения дополнительных мероприятий по обеспечению экологической безопасности выбросов ТЭС.

Основные защищаемые положения.

1 .Металлоносные угли Восточного Донбасса и южного склона Воронежской антеклизы в отложениях свит С24-С25 среднего карбона формировались в различных палеогеографических обстановках прибрежно-морского торфонакопления. Для основных геолого-промышленных районов Восточного Донбасса характерны пластовые залежи, контролируемые аллювиальными протоками палеодельт, для Милле-ровской угленосной площади - локальные изометричные залежи углей, контролируемые консидиментационными внутриболотными островными поднятиями.

2. Определены типоморфные элементы-примеси углей в зависимости от ландшафтно-геохимических особенностей территорий: для Миллеровской площади на южном склоне Воронежской антеклизы - характерны вышекларковые содержания Сг, "П, Мп, ве, Ве, 8с, 8г, РЬ в углях марок Б-Д с сульфатно-кальциево-железисто-кремниевым составом золы; а для основных геолого-промышленных районов Восточного Донбасса - повышенные содержания Ав, ТЬ, и, В1, У, XV, Мо, Бе, Яе, Ag, Со в каменных углях и антрацитах с алюмо-железисто-кремниевым составом золы.

3. Потенциальная рудоносность и токсичность углей обусловлены перераспределением и концентрацией элементов-примесей за счет эпигенетических процессов преобразования углепородных массивов в поперечных поднятиях, осложненных флексурами и разрывной мелкоапмплитудной тектоникой.

4. Установлено, что ценные, элементы-примеси в углях могут быть переведены автоклавными методами из трудно извлекаемых металлоорганических соединений в кристаллическую форму с последующим практическим использованием.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на VIII Всесоюзном угольном совещании (Ростов-на-Дону, 1986); XXVIII сессии Международного геологического конгресса (Вашингтон, 1989); II международной научной конференции «Проблемы геологии, полезных ископаемых и экологии Юга России и Кавказа.» (Новочеркасск, 1995); Всероссийском съезде геологов (Санкт-Петербург, 2000); на X Всероссийском угольном совещании «Ресурсный потенциал твердых горючих ископаемых на рубеже XXI века». (Ростов-на-Дону, 2001); научно-практической конференции «Состояние минерально-сырьевой базы Юга России и перспективы её развития» (Ростов-на-Дону, 2009); на XII Всероссийском угольном совещании «Инновационные направления изучения, оценки и эффективного использования минерально-сырьевой базы твердых горючих ископаемых» (Ростов-на-Дону, 2010); Всероссийской научной конференции «Осадочные формации юга России и связанные с ними полезные ископаемые» (Ростов-на-Дону, 2011); Всероссийской конференции «Проблемы геологии, палеонтологии, геоэкологии и регионального природопользования» (Новочеркасск, 2011); Всероссийском совещании «Ленинградская школа литологии», посвященном 100-летию со дня рождения Л.Б. Рухина (Санкт-Петербург, 2012).

По теме диссертации опубликовано 18 работ, в том числе - 6 в изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура и содержание работы. Диссертация состоит из 6 глав, введения, заключения и списка литературы (124 наименования). Объём работы - 146 страниц текста, 34 рисунка, 23 таблицы.

В первой главе обоснована постановка проблемы, дан краткий обзор и анализ предыдущих исследований, показана актуальность выбранного направления исследований.

Во второй главе описана методика проведенных работ и аппаратура аналитических исследований.

Третья глава посвящена рассмотрению основных черт геологии и угленосности Российского сектора Донбасса. Детально рассмотрены закономерности формирования углей в различных палеогеографических обстановках Восточного Донбасса и его северного обрамления, определяющих набор и концентрации элементов-примесей в угольных пластах.

В четвертой главе приведены обобщения по элементам-примесям углей в зависимости от ландшафтно-геохимических особенностей территорий. Установлена связь типоморфных элементов-примесей и химического состава золы углей. Показаны принципиальные различия в химическом составе углей для Миллеровской угленосной площади, расположенной в пределах южного крыла Воронежской антеклизы и основных геолого-промышленных районов Восточного Донбасса.

В пятой главе показана роль эпигенетической флюидизации углепородных массивов в тектонически ослабленных зонах для аномального распределения химических компонентов и формирования потенциально рудоносных и токсичных углей Восточного Донбасса и Миллеровской площади.

В шестой главе рассмотрены новые технологии автоклавного извлечения ценных элементов-примесей, оценено влияние на экологическую обстановку токсичных элементов-примесей из углей, продуктов их обогащения и сжигания, даны практические рекомендации для комплексного использования углей.

Благодарности. При выполнении полевых работ существенную помощь автору оказали В.Г. Рылов, А.Г.Перетятько. Постановка и проведение лабораторных исследований осуществлялись автором при содействии Ю.В.Попова, A.B. Труфанова, Н.С. Прокопова, И.В. Рыбина, P.A. Цуцуашвили. Автор благодарен коллективу лаборатории нейтронно-активационного анализа Института Ядерной Физики АН Узбекистана, на базе которой в период с 1985 по 1990 годы проводились исследования методом инструментального нейтронно-активационного анализа. За ценные советы, замечания и консультации автор благодарен В.Г. Рылову, Н.В. Грановской, В.Н. Труфанову, Н.И. Бойко. За многолетнее плодотворное сотрудничество автор выражает благодарность доктору геолого-минералогических наук, профессору Л.Я. Кизильштейну. Особую признательность за научное руководство, консультации, помощь и содействие при выполнении работы автор выражает доктору геолого-минералогических наук, заведующему кафедрой месторождений полезных ископаемых ЮФУ, М.И.Гамову.

ОБОСНОВАНИЕ ЗАЩИЩАЕМЫХ ПОЛОЖЕНИЙ

Первое защищаемое положение. Металлоносные угли Восточного Донбасса и южного склона Воронежской антеклизы в отложениях свит С*-С/ среднего карбона формировались в различных палеогеографических обстановках при-брежно-морского торфопакоплепия: для основных геолого-нромыишенных районов Восточного Донбасса характерны пластовые залежи, контролируемые ал-

лювиалъными протоками палеодельт, для Миллеровской угленосной площади -локальные изометричные залежи углей, контролируемые внутриболотными консидиментационными островными поднятиями.

Исследованные угольные объекты приурочены к Российскому сектору Донбасса, представленному Доно-Днепровским позднепалеозойским прогибом, обрамленным с юга Украинским щитом и с севера - Воронежской антеклизой (рис. 1).

Рисунок 1 Положение Донецкого угольного бассейна в структуре рифейского При-

пятско-Донецкого авлакогена (по A.B. Щербакову, 1968 с добавлениями автора): 1 - докембрийские формации Украинского щита и Воронежской антеклизы; 2 - зона краевых продольных разломов с локальными концентрациями рудных минералов; 3 - зона моноклинальных структур, обрамляющих кристаллические массивы и выступы; 4 - зона периферических куполовидных структур; 5 - зона центральных куполовидных структур; 6 - зона линейно-складчатых угленосных структур Большого Донбасса с суръмяно-ртутной и золото-полиметаллической минерализацией; 7 — зоны поперечных (субмеридиональных) поднятий осей линейно-вытянутых структур; 8 - месторождения газа; 9 - месторождения нефти; 10 — соляно-купольные структуры.

В геологическом строении Донецкого бассейна принимают участие осадочные отложения палеозоя, мезозоя и кайнозоя, залегающие несогласно на кристаллических породах докембрийского фундамента. Палеозойские образования представлены в основном осадочной толщей карбона, которая выходит на поверхность на водоразделе Северский Донец - нижний Дон и залегает под чехлом молодых отложений на обширных пространствах. Местами толща палеозойских пород прорвана интрузиями кислого и основного состава пермо-триасового и юрского возраста.

Каменноугольные отложения характеризуются двумя типами разреза. В Донецком прогибе распространена угленосная толща, отличающаяся полнотой и выдержанностью разреза, большой мощностью осадков, многократным переслаиванием морских и континентальных комплексов и наличием многочисленных пластов известняков, угольных пластов и пропластков. На южном склоне Воронежской ан-теклизы (Старобельско-Миллеровская моноклиналь) каменноугольная толща ближе к платформенному типу с резко подчиненным количеством континентальных отложений и пониженной угленосностью при сохранении в разрезе морских образований, в том числе известняков, и малой общей мощностью отложений, убывающей в северном направлении (Геология угольных..., 1963).

Наиболее древними палеозойскими породами, выходящими на дневную поверхность и покрытыми чехлом рыхлых делювиальных отложений, являются карбо-натно-терригенные породы визейского и серпуховского ярусов нижнего карбона с невыдержанными пропластками и линзами углей. Их выходы отмечены в долинах рек Миус, Тузлов и Крепкая, юго-западнее г. Новошахтинск. Незначительные выходы отложений нижнего карбона зафиксированы также на левом берегу р. Дон у ст. Казанская.

Выходы складчатых отложений среднего и верхнего карбона, представляющих основную угленосную толщу Восточного Донбасса, слагают ядро мезозойско-кайнозойской антеклизы, известной в геологической литературе под названием «открытый Донбасс» или «Донецкий кряж». Под чехлом более молодых осадков отложения карбона имеют гораздо более широкое распространение, занимая всю территорию области кроме части районов, расположенных южнее Сало-Манычского разлома.

Средний карбон сложен породами двух ярусов - башкирского (со свитами Сг', С22, С2\ С24) и московского (со свитами С25, С26 и С27). В Восточном Донбассе в свитах Сг{Н) и С24 (Г) присутствует по 2 - 3 рабочих угольных пласта активно разрабатывавшихся многочисленными шахтами. Свита С25 содержит от 3-5 до 10-11 рабочих пластов угля, свиты С2б и С27 до 2 - 3 пластов каждая, также разрабатывавшихся шахтами. Отложения верхнего карбона не содержат рабочих пластов угля. Общая мощность каменноугольных отложений в Восточном Донбассе изменяется от 2500 — 3000 м в северной части до 20000 м и более в юго-восточной. При этом ось наибольшего прогибания ложа бассейна и наибольших мощностей свит карбона приблизительно совпадает с осью Шахтинско-Несветаевской синклинали.

Литологический состав угленосных отложений довольно однообразен, это полициклическая осадочная толща с преобладанием аргиллитов и алевролитов, песчаники занимают подчиненное положение. Пласты известняков и углей распределены в разрезе более или менее равномерно; мощность большинства известняков составляет менее 2 - 3 м и только некоторые из них достигают 10 и более метров.

Угольные пласты Донбасса относятся к категории тонких и весьма тонких. В пределах Восточного Донбасса 21 угольный пласт характеризуется колебаниями мощности в пределах 0,6 - 1,0 м и только 9 пластов достигают мощности свыше 1 м; максимальная мощность пластов - 1,9 м. Большая часть территории Восточного Донбасса относится к районам распространения антрацитов, и только на севере, в Каменско-Гундоровском, Белокалитвенском и Тацинском угленосных районах, а

также за пределами складчатого Донбасса, в Миллеровском районе распространены угли более низких групп метаморфизма.

Промышленная угленосность, представленная угольными пластами рабочей мощности, убывает в восточном направлении: параллельно с увеличением общей мощности карбона происходит увеличение процентного содержания в угленосной толще морских фаций и уменьшение содержания паралических континентальных отложений, в том числе и углей. Угольные пласты в этом направлении утоняются до нерабочей мощности, выклиниваются или замещаются углистыми, а затем и безугольными породами. По данным H.H. Погребнова (1977), восточнее Сальско-Котельниковского поднятия угленосность каменноугольных отложений отсутствует.

По геолого-структурным признакам и степени промышленного освоения на площади восточной части Донбасса выделено 9 основных угленосных районов: Миллеровский, Каменско-Гундоровский, Белокалитвенский, Тацинский, Краснодо-нецкий, Гуково-Зверевский, Сулино-Садкинский, Шахтинско-Несветаевский и Задонский.

Исследования показали, что вариации минерального и химического состава угольных пластов Восточного Донбасса, проявляющиеся при региональных сопоставлениях, зависят от положения торфяных болот относительно континентальных или прибрежно-морских систем, а также их удаленности от предполагаемых областей минерального питания и геохимической специализации пород зоны размыва. В каждом конкретном случае распределение элементов-примесей определяется физико-химическими условиями среды торфонакопления, набором терригенных и диаге-нетических минералов-концентраторов элементов-примесей, петрографическим составом и строением органического вещества растений торфообразователей, наличием или отсутствием постседиментационной гидротермальной минерализации.

Анализ геологических данных показал, что в башкирское время среднего карбона на южном сколе Воронежской антеклизы и в Восточном Донбассе существовали различные палеогеографические условия торфоугленакопления (рис. 2). Так, на Миллеровской площади, вероятно, находились приморские низменности с ландшафтами мангровых болот; палеоторфяники имели локальное распространение, а верховые и низовые условия торфоугленакопления контролировались палеоподня-тиями изометричной формы. На территории основных геолого-промышленных районов Восточного Донбасса в башкирское время были распространены периодически затопляемые участки палеодельты, а верховые и низовые условия накопления торфа определялись положением палеорусел и удаленностью торфяников от аллювиальных протоков. Это подтверждается литологическим составом и фациальными особенностями среднекаменноугольных отложений Восточного Донбасса и его обрамления.

Рисунок 2 Палеогеографическая схема торфоугленакопления на территории Российского сектора Донбасса в башкирское время среднего карбона:

1 - границы тектонических структур: I - Южный склон Воронежской антеклизы, II - Восточ-1 ный Донбасс, III, IV - Ростовский выступ Украинского щита (соответсвенно Привершинная часть и Северный склон); 2 - границы угленосных районов: а - Миллеровского, б - Каменского-Гундоровского, в - Белокалитвенского, г - Тацинского, д - Гуково-Зверевского, е - Краснодонецко-го, ж - Сулино-Садкинского, з - Шахтино-Несветаевского, и- Задонского; 3 - города; 4-10 элементы палеогеографии. 4 - предполагаемая суша, 5 - склоны кристаллических массивов, погре-; бенные под прибрежно-континентальными отложениями палеозоя, б - море, 7 - лагуна, 8 - приморские низменности с ландшафтами мангровых болот, 9- периодически затопляемые участки па-леодельты, 10 - долины палеорек; 11-12 обстановки торфонаконления: 11 - верховые, 12 - низовые; 13-17 элементы литологии'. 13 - конгломераты, гравеллиты, 14 - песчаники, 15 - алеро- | литы, 16 - аргиллиты, глинистые сланцы, 17 - известняки, мергели; 18 - предполагаемые направ-I ления сноса микроэлешпов в торфяники

Второе защищаемое положение. Определены типоморфные элементы-примеси углей в зависимости от ландшафтно-геохимических особенностей территорий. Для Миллеровской площади на южном склоне Воронежской ан-теклизы - вышекларковые содержания Сг, Л, Мп, Се, Ве, Б с, Л>, РЬ в углях марок Б-Д с сульфатно-кальциево-железисто-кремниевым составом золы, а для основных геолого-промышленных районов Восточного Донбасса - повышенные содержания Ах, 77?, и, Ш, Г, И7, Мо, Бе, Ле, Ag, Со в каменных углях и антрацитах с алюмо-железисто-кремниевым составом золы.

Химический состав золы углей является важнейшим индикатором ландшафтно-геохимических особенностей формирования угленосных отложений. Обобщение и анализ геохимических данных показывает, что для углей свиты С25 Восточного Донбасса и южного склона Воронежской антеклизы наблюдаются существенные различия в составе основных компонентов золы (рис. 3, табл. 1).

Угли Миллеровской площади, характеризуются повышенной соленостью (ЫаС1 - 1,8%) и карбонатностью золы, что типично для обстановок приморских | низменностей с ландшафтами мангровых болот. Минеральные компоненты углей основных геолого-промышленных районов Восточного Донбасса отличаются низкой карбонатностью и устойчивым трендом в отношении АЬ03 и Ре>03. Желе-зистость отчетливо возрастает в обстановках верховых участков аллювиально-дельтовых равнин. Увеличение глиноземистости является показателем низинных участков аллювиально-дельтовых равнин, сопряженных с корами выветривания каолинит-гидрослюдистого профиля. Для углей, формирующихся из низовых торфяников, как для аллювиально-дельтовых равнин, так и для приморских низменностей, характерно возрастание роли кремнезема. Повышение сернистости золы наблюдается для угольного пласта к2 Миллеровской площади, формирующегося за счет верховых и переходных зон палеоторфяников. Для палеогеографических зон пласта к2 Миллеровской угленосной площади наиболее типично седиментогенное накопление рудных элементов (Сг, Тл, Мп, йе, Ве, 8с, 8г, РЬ, N3, С1, 8), коррелирующих с сульфатно-кальциево-железисто-кремниевым составом золы углей.

Геохимический код палеогеографической зоны оказывает существенное влияние на состав металлических элементов-примесей в углях, концентрации которых возрастают в низовых обстановках торфоугленакопления. На примере пластов к2 и к5в Восточного Донбасса выявлены связи тяжелых металлов (Аб, ТЬ, И, Вк У, Мо, Бе, 11е, Ag, Со) с железисто-алюмо-кремниевым составом угольной золы.

Примером являются сложно построенные угольные пласты в прибрежно-морских и лагунных песчано-алевритовых отложениях с повышенным содержанием титана и тория (рис. 4), в которых выявлены титан-циркониевые россыпи (Грушевская и Федоровская) с монацитом, сфеном, апатитом, турмалином, ставролитом, , гранатом, ксенотимом.

Ст * ЩО

Ш1 П3!

Рисунок 3. - Диаграмма состава золы углей свиты Сг5 Восточного Донбасса (I) и южного склона Воронежской антеклизы (II): прибрежно-морские палеогеографические:

1 -низинных участков аллювиаль-но-дельтовых равнин;

2 - верховых участков аллювиаль-но-дельтовых равнин,

3 - приморских низменностей с ландшафтами мангровых болот

Таблица 1

Состав золы углей Восточного Донбасса и южного склона Воронежской антеклизы

Показатели качества золы углей Геоморфологические зоны пластов к2 и к5в Восточного Донбасса Геоморфологические зоны пласта к2 Миллеровской угленосной площади

Верховая (А"<8%) Переходная (8<АЙ<20%) Низовая (А">20%) Верховая (Аа<8%) Переходная (8<Аа<20%) Низовая (Ал>20%)

БЮг 30.7 104 (31) 31.9 132 (81) 48.3 33 (17) 32.0 172(12) 38.1 142 (58) 56.6 92(14)

АЬОз 12.7 194(31) 13.2 173 (81) 26.1 67(17) 9.9 131 (12) 12.6 183 (58) 11.7 63 (14)

Ге2Оз 38.8 187 (31) 36.6 163 (81) 14.1 143(17) 16.4 110(12) 18.2 102 (58) 12.4 132(14)

СаО м 185 (31) 5^5 356 (81) 14 248(17) 13.8 232(12) 11.3 373 (58) 10.4 156(14)

г9 268 (31) 23 177(81) 11 128(17) М 115 (12) 2Л 196 (58) 1Л 134(14)

К20 М 196 (28) 12 288 (77) 2.4 175 (17) 1І 127 (9) М 109 (29) 1.6 169(10)

№20 Г5 216(28) 15 302 (77) 12 97(17) М 150 (9) ЗЛ 174 (29) 11 74(10)

ЭОз ¿6 241 (31) 5.1 375 (81) 08 303(17) 18.1 172(12) 10.9 238 (58) м 188(14)

Геохимический код зоны ЛШ-Ге А/-Ьі-Ге Ге-АШ Ся-ґе-Л'-ЛУ Л'-С«-/>-АШ Си-АІ-Ге-5/

Типоморфные элементы Аз, Тії, и, Ві, У, W, Мо, ве, Яе, Ag, Со Сг, Ті, Мп, Се, Ве, вс, вг, РЬ, N3, СІ, в

Примечание: выделенные значения микроэлементов определяют геохимический код геоморфологической зоны пласта (в числителе - среднее; в знаменателе - коэффициент вариации; в скобках - количество проб) по палеогеографическим зонам шахтопластов свиты С/ среднего карбона

Рисунок 4. Монацит в ильмените из высокозольного прослоя в угле (элекронный снимок)

Третье защищаемое положение. Потенциальная рудоносность и токсичность углей обусловлены перераспределением и концентрацией элементов-примесей за счет эпигенетических процессов преобразования углепородных массивов в поперечных поднятиях, осложненных флексурами и разрывной мелкоап-мплитудной тектоникой.

Региональный характер геохимической зональности обычно нарушается в узлах пересечения глубинных разломов субширотного (Северо-Донецкий, Алмазный, Сулино-Константиновский) и субмеридионального заложения (Ровеньковско-Миллеровский, Аютинско-Горняцкий и др.). Наложенные процессы эпигенетической флюидизации углей обеспечивали перераспределение, вынос и накопление микроэлементов в благоприятных тектонических структурах - поперечных поднятиях, осложненных флексурами и мелкоамплитудной разрывной тектоникой (Милле-ровско-Ровенецком на южном склоне Воронежской антеклизы, а также Платовском, Аютинском, Керчикском, Кондаковском в пределах Донецкого складчатого сооружения).

В частности, промышленные концентрации вольфрама в углях Садкинской котловины были установлены в 80-х годах прошлого столетия при изучении попутных компонентов в антрацитах горловской свиты среднего карбона. По аномальным содержаниям вольфрама, были оконтурены два обособленных проявления вольфрамовой минерализации - Голубинское и Тереховское.

Металлоносные угли приурочены к месту пересечения шарнира Должано-Сулино-Садкинской синклинали с осложняющим складку поперечным флексурооб-разным поднятием. Угольный пласт мощностью 2.3-3.1 м залегает на глубинах 115220 до 680 м. Содержание вольфрама изменяется от 0.2 до 1.7% в угле и от 1.1 до 12.4%. - в золе. Кроме вольфрама в угольных пробах Должано-Сулино-Садкинской котловины установлены повышенные содержания рения, германия и бериллия.

Наиболее часто реализуются следующие тектонические ситуации, сопровождающиеся концентрацией элементов-примесей:

1. Зоны флюидизации в приразрывных складках надвига, приуроченные к резким подворотам слоев у поверхности сместителя, обращены в сторону перемещенного крыла разрывного нарушения. Механизм образования таких тектонических дислокаций сочетает в себе элементы простого сдвига и комбинированного изгиба контактирующих слоев.

2. Зоны флюидизацни в пластовых нарушениях пологого или пологосекущего сдвига развиваются в результате проскальзывания слоев по системе трещин скалывания при изгибе угленосной толщи. К числу внутрипластовых нарушений послойного сдвига относятся также структуры ложных кровель, разлинзованных слоев аргиллитов, легко обрушающихся в рабочее пространство лав даже при незначительном кратковременном обнажении. Наблюдения показывают, что в большинстве случаев наиболее раздробленные зоны угля в пласте располагались послойно, охватывая деформацией лишь отдельные горизонты пласта со стороны его почвы или кровли.

3. Зоны флюнднзащш, связанные с флексурообразными нарушениями угольных пластов и вмещающих пород, широко развитые на крыльях брахиантиклиналь-ных или брахисинклинальных структур при общем моноклинальном залегании угленосной толщи. При этом участки газодинамических явлений формируются в местах пересечения флексур малоамплитудными тектоническими трещинами высоких порядков, которые, как правило, затухают (затираются) в аргиллитах или песчаниках кровли угольного пласта. Близкая геодинамическая ситуация наблюдается также в флюидоактивных зонах, приуроченных к участкам выклинивания пластов аргиллитов, зажатых между песчаниками и угольным пластами.

В метанообильных зонах флюидизации угленосных отложений фиксируются геохимические аномалии, протяженностью первые десятки метров по отношению к фону "спокойного" угольного пласта. Именно такие участки могут являться объектами оценки металлоносности углепородных массивов Восточного Донбасса. Для оценки влияния флюидизации на эпигенетическую рудоносность углей Восточного Донбасса проводилось сравнение геохимических показателей по обобщенным выборкам без разделения углей по фациальным признакам и картирование геохимических показателей углей по разрезу через флюидоактивные зоны с зафиксированными выбросами углеводородных газов.

В таблице 2 выделены средние значения элементов, отличающиеся от региональных угольных кларков, что наглядно свидетельствует о наличии причинно-следственных связей метанообильности в тектонически нарушенных зонах и геохимических концентраций большинства элементов-примесей в угольных пластах. Независимо от обстановки торфонакопления, угли из флюидоакативных зон отчетливо идентифицируются по повышенным содержаниям Ва, Zп, V, N1, РЬ,Се.

Таблица 2

Элементы-примеси в антрацитах «спокойных» и флюидоактивных _(выбросоопасных) шахтопластов Восточного Донбасса_

Элементы Антрациты спокойных пластов (44 пробы) Антрациты флюидоактивных пластов

Шахты № 17 (12 проб) Шахты Штеров-ская (28 проб)

х, г/т Б х, г/т Б х, г/т Б У,%

тс 245.7 169.0 69 258.0 405.0 150 378.0 402 107

Ва 75.6 50.3 67 183 123 68 209.0 140 51

Мп 80.5 75.3 94 184.8 294.0 159 33.6 21.8 65

Ъп 7.2 7.06 98 23.2 15.2 65 28.1 44.9 215

V 6.1 3.32 54 24.5 18.1 73 33.8 17.2 50

Ай 7.6 5.3 70 - - - . - -

Си 5.2 2.1 41 6.3 4.4 69 5.9 5.0 84

N1 4.1 1.9 45 17.1 6.9 40 29.4 12.9 43

РЬ 2.1 1.0 45 43.5 38.9 89 17.1 6.5 55

ва 1.2 0.9 76 1.28 0.9 86 2.3 1.4 61

ве 0.16 0.06 38 2.7 2.7 100 1.5 1.0 66

Мо 0.22 0.1 4.5 - - - - _ -

Бп 0.21 0.15 71 - - - - _ -

Ве 0.15 0.08 53 0.26 0.26 100 0.17 0.09 53

*х— среднее, Б - стандартное отклонение, V - коэффициент вариации значений элементов-примесей.

На примере двух пачек угольного пласта ш8' видно, что резкие изменения содержаний практически всех изученных элементов фиксируются уже в первых десятках метров от центра зоны флюидизации, но наиболее контрастны они на границе очага выброса (рис. 5 а, б). Такие изменения невозможно объяснить только фациальной обстановкой, так как она однообразна при приближении к суфляру и тектоническому нарушению.

Тектонически нарушенные зоны с металлоносными углями часто сопровождаются окварцеванием, пиритизацией (рис. 6). Непосредственно в мацералах углей зафиксированы минеральные выделения пирита, галенита, халькопирита, самородного висмута и др. (рис. 7).

Рисунок 5 - Изменение содержаний элементов-примесей (%) в углях верхней пачки пласта т8' шахты Синегорская (Краснодонецкий полигон):

а - германия; б - меди, никеля, вольфрама, молабдена; * пробы из тектонически нарушенных зон с выбросами газов

Рисунок 6. - Окварцева-ние и пиритизация в тектонически нарушенном угле в зоне флюидизации (пласт ш8 шахты Крас-нодонецкая)

Рисунок 7 Электронные снимки минеральных фаз в мацералах углей Восточного Донбасса из зон эпигенетической флюидизации (а — пирит, б - халькопирит, в — галенит, г - самородный висмут)

Повышенные концентрации попутных металлов в углях за счет комплекса геологических процессов (седиментогенных и эпигенетических) могут быть многократно увеличены в продуктах переработки углей и отходов их сжигания.

Установлено, что доля поступления токсичных элементов в атмосферу при сжигании углей зависит от технологии сжигания (максимальна при пылеугольном сжигании). Пример Новочеркасской ГРЭС показывает, что при одновременном поступлении токсичных элементов однонаправленного действия на органы дыхания (Ве, V, Сг, Сё, Мп, Со, Си, Вг) создается экологически опасная обстановка (табл. 3).

Выделены элементы-примеси, которые в отдельности создают превышение ПДКсс в атмосферном воздухе района сжигания углей.

Таблица 3

Расчетные опасные концентрации ЭП в углях, сжигагаемых на Новочеркасской ГРЭС

Элемент Средняя концен- Коэффициент из- ПДКссмг/м3 Опасная концен-

трация в угле,г/т влечения в газовую фаз, % трация в угле, г/т

Be 2,5 64 0,00001 0,8

V 23,9 86 0,00060 32,9

Сг 14,6 85 0,00080 44,2

Cd 0,8 73 0,00090 57,9

Мп 129,0 78 0,00060 37,3

Со 14,9 49 0,00100 96,1

№ 50,4 33 0,00070 99,7

Си 32,4 33 0,00160 226,5

Вг 10,9 83 0,04000 357,2

Наибольшая металлоносность отмечается для углей низких степеней метаморфизма, к которым относятся угли марки Б-Д Миллеровской площади. По разным источникам, включая работы автора, здесь отмечены высокие концентрации следующих элементов (г/т золы): - Ge (до 30-100), Сг (до 710), Be (до 9,1), V (до 150), Мп (до 1200), Си (до 150), Zn (до 200) Ga (44,3), W (до 20), Мо (до 40,5). Для металлоносных антрацитов Восточного Донбасса (в частности Сулино-Садкинского и Гу-ково-Зверевского углепромышленных районов) более характерны повышенные содержания (в г/т золы): Y (до 33,9), Yb (до 6,4), Nb (до 3), Bi (до 13, 1), Аи (до 0,02).

Исследования показывают, что, учитывая потребности промышленности и дефицит ряда редких, редкоземельных, рассеянных элементов и легирующих металлов, перспективным является извлечение из продуктов переработки углей и отходов их сжигания ценных попутных примесей - Ge, Be, Ga, W, Mo, Y, Yb, Mo, Nb.

Наиболее опасными являются локально выявленные концентрации некоторых токсичных элементов в углях и продуктах их сжигания, поступающих в атмосферу. В связи с чем, необходимо селективно оценивать токсичность углей и принимать меры по обеспечению экологической безопасности выбросов ТЭС на территории Ростовской области.

Четвертое защищаемое положение. Установлено, что ценные элементы примеси углей могут быть переведены автоклавными методами из трудно извлекаемых металле органических соединений в минеральную, кристаллическую форму с последующим практическим использованием.

Проблема извлечения (экстракции) полезных компонентов из отходов добычи и переработки углей является частью более общей проблемы комплексного освоения и обогащения минерально-сырьевых ресурсов недр. В решении данной проблемы принимают активное участие ученые многих научно-исследовательских институтов и вузов нашей страны, в том числе сотрудники Южного федерального университета. Начиная с 1976 г. под руководством профессора В.Н. Труфанова выполняются работы по исследованию процессов расщепления и синтеза минералов в условиях взрывообразного перехода от высоких давлений к глубокому вакууму. Часть

этих исследований с экспериментами по экстракции металлов из углей, продуктов их переработки и отходов сжигания, реализована в рамках Госконтракта (№ 16.515.12.5008, 2011 - 2012 гг.), одним из исполнителей которого являлся автор.

Серия экспериментов по флюидизации и деструкции углей и продуктов их сжигания на автоклавной установке БАР-1 показала возможность экстракции элементов-примесей, получения горного воска и битумоидов.

Общей закономерностью трансформации угольного вещества в различных технологических режимах является его деструкция на макроскопическом, микроскопическом и атомно-молекулярном уровне, в результате которой создаются благоприятные условия для высвобождения блокированных в структуре элементов-примесей и их селективной экстракции, а также для получения горного воска, битумоидов и синтеза новых минералов. Наиболее интенсивно этот процесс проявляется в условиях комбинации «обратного взрыва» и дросселирования активированного флюида через предварительно издробленный уголь или продукты его обогащения и переработки, в том числе в золе-уноса и шлаковых отходах (на примере Гуковской ФОС и Новочеркасской ГРЭС).

Результаты спектральных анализов продуктов обогащения углей, золы-уноса и шлаковых отходов до — и после обработки на установке БАР-1 в дроссельном режиме существенно различаются (табл. 4, 5, 6). Так, например, в исходных пробах содержания основных элементов-примесей в золе-уноса составляют в г/т: титана -100, меди - 129, цинка - 50, циркония - 150, свинца - 10, а после обработки в автоклаве эти содержания увеличиваются от 3-х до 10 раз.

Таблица 4

Результаты экспериментов по экстракции элементов примесей из продуктов обогащения Гуковской ФОС до и после обработки на БАР-1

№ пробы. Место отбора Содержание элементов, г/т

Сг № Си Ті У гг

№163Р-243 Исходная проба <100 Сл. <100 <100 250 Сл. Сл.

№172Р-7 Материал из переходника после дросселирования 650 340 290 600 2690 30 160

Таблица 5

Результаты спектрального анализа шлака Новочеркасской ГРЭС _до и после обработки на БАР-1_

№ пробы, место отбора Содержание элементов, г/т

Ті № Си Ъъ У Ъх Со Сг V

№172Р - Исходная проба 400 15 1700 326 5 17 4 6 9

№172Р-4 Материал из переходника после дросселирования 1920 50 7000 1280 20 60 10 20 30

В шлаковых отходах наблюдается аналогичная зависимость: содержание титана увеличивается в 4,8 раза, меди - в 4,1 раза, цинка - в 3,9 раза, кобальта - в 25 раза, ванадия - в 3,3 раза.

Таблица 6

Результаты спектрального анализа золы-уноса Новочеркасской ГРЭС _до и после обработки на БАР-1_

№ пробы. Место отбора Содержание элементов, г/т

Ті N1 Си гп У Ъх Со Сг V РЬ

№172Р-3 Исходная проба 100 9,5 129 50 30 150 10 80 90 10

№172Р-6 Материал из переходника после дросселирования 110 30 400 500 100 180 10 50 80 30

В результате проведенных экспериментов установлено, что ценные, технологически вредные и токсичные элементы примеси в углях могут быть переведены автоклавными методами с использованием эффекта «обратного-взрыва» из трудно извлекаемых металлоорганических соединений в кристаллическую (минеральную) форму. Это повышает перспективы их практического использования или утилизации.

Примером являются синтезированные кристаллы ТЮ2 и СаТЮ3 с аномально высокой скоростью роста на входной мембране переходника автоклавной установки БАР-1 (рис. 8).

Рисунок 8. Электронные снимки синтезированных в автоклаве кристаллов: а - двойниковые сростки рутила на внутренней поверхности мембраны; б - кристаллы рутила шестоватой и копьевидной формы, заполняющие пространство трещины в мембране

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Металлоносные угли восточного фланга Российского сектора Донбасса и его северного обрамления, изученные в отложениях свит С2 - Сг башкирского яруса среднего карбона, отличаются морфологией шахтопластов, строением и ориентировкой палеогеоморфологических структур торфяных залежей, химическим составом золы углей, набором и количественным содержанием типоморфных элементов-примесей.

2. Для элементов-примесей углей Восточного Донбасса, определяющих потенциальную металлоносность разрабатываемых шахтопластов и товарной продукции углеобогатительных фабрик, установлена зависимость изменения их концентраций от геолого-структурных особенностей угленосных районов и характера эпигенетических преобразований углепородных массивов.

3. Выявленные в угольных месторождениях Восточного Донбасса потенциально ценные малые, редкие и ультраредкие элементы-примеси, избирательно локализующиеся в продуктах углеобогащения и сжигания углей на ТЭС, могут быть выделены в соответствующие концентраты с использованием современных автоклавных технологий.

4. Реконструкция палеогеографических обстановок древних торфяных массивов может явиться основой прогнозировании распределения элементов-примесей в угольных пластах для планирования мероприятий по охране окружающей природной среды и определения рациональных направлений комплексного использования металлоносных углей.

5. Несмотря на преимущественно низкий уровень концентрации элементов-примесей в угле и продуктах его обогащения было бы неправильным игнорировать возможность наращивания объемов попутного их извлечения. При различных технологиях переработки и использования углей (энергетика, коксохимия, газификация) возникают побочные продукты, аккумулирующие в повышенных концентрациях ценные и токсичные элементы. Многие из них образуют техногенные ассоциации, которые даже в тех случаях, когда содержание отдельных элементов не достигает промышленных значений, могут представлять практический интерес как коллективный концентрат. Это обстоятельство следует учитывать как при оценке ассоциаций ценных элементов, так и потенциально токсичных элементов, обладающих эффектом суммирования токсичных свойств, при совместном поступлении в окружающую среду.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

В изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Формирование газовой фазы элементов-примесей при сжигании углей на ТЭС // Химия твёрдого топлива, 1990. №6. С. 136-139 (Кизилыитейн Л.Я.,Перетятъко А.Г.).

2. Элементы-примеси в углях, продуктах сжигания, растениях, почвах и атмосфере района тепловой электростанции // Известия СКНЦ ВШ. Естественные науки. 1990. №2. С. 42-52 (Кизильштейн Л.Я., Перетятъко А.Г., Гофен Г.И.).

3. Геохимия тория в углях: Экологический аспект // Геохимия, 1995. №6. С. 874-880 (.Кизилыитейн Л.Я.).

4. Литохимический метод оценки состава минеральных примесей в углях // Известия высшых учебных заведений. Геология и разведка. 2000. № 4. С. 30-40.

(Кизилыитейн Л.Я., Наставкин A.B.).

5. Элементы-примеси и экологические проблемы угольной энергетики // Теплоэнергетика, 2003. №12. С. 14-19 (Кизилыитейн Л.Я.).

6. Титан и торий в угольных пластах: геохимические индикаторы обстановок торфонакопления металлоносных углей Восточного Донбасса // Известия ВУЗов. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. 2012. №3. С. 85-90 (Рылов В.Г., Грановская Н.В.).

В прочих изданиях:

I. Мышьяк в антрацитовых углях Восточного Донбасса и методы его прогнозной оценки по материалам геологоразведочных работ // Материалы VIII Всесоюзного угольного совещания. Ростов-на-Дону, 1986. С. 66-67 (Кизилыитейн Л.Я., Флици-ян Е.С.).

8. Оценка уровня опасных концентраций токсичных элементов в углях и прогнозирование состояния воздушного бассейна в районах ТЭС по материалам геологоразведочных работ. // Инженерная геология и геологическая среда (Докл. сов. геол. на XXVIII сес. Междунар. Геол. конгр. Вашингтон, 1989). С. 154-163. (Кизилыитейн Л.Я., Штщглуз А.Л., Перетятько А.Г.).

9. Алгоритм и программа литохимических пересчетов для определения минеральных компонентов углей // Материалы II международной научной конференции «Проблемы геологии, полезных ископаемых и экологии Юга России и Кавказа. Новочеркасск: ЮРГТУ-НПИ, 1995. С. 228-231 (Кизилыитейн Л.Я, Наставкин A.B.).

10. Эмиссия радионуклидов в атмосферу при сжигании углей на тепловых электростанциях. // Межвузовский научный тематический сборник «Геология угольных месторождений», Екатеринбург, 1996 г. С. 274-281. (КизилыитейнЛ.Я.).

II. Прогнозирование экологических последствий энергетического использования углей по материалам геологоразведочных работ. // Геологическая служба и минерально-сырьевая база России на пороге XXI века (тезисы докладов Всероссийского съезда геологов и научно-практической геологической конференции). Санкт-Петербург: ВСЕГЕИ, 2000. Том 4. С.326-327 (Кизилыитейн Л.Я., Наставкин A.B.).

12. A packet of programs for the evaluation of the atmospheric air quality in the areas of coal power plants // Proceedings of the '99 Int. Symp. on Mining Sei. and Technology China Univ. of Mining and Technology 2001. P. 135-138 (Кизилыитейн Л.Я., Холодков Ю.И).

13. Литохимический метод оценки минерального состава углей: научное и практическое использование // Труды X Всероссийского угольного совещания «Ресурсный потенциал твердых горючих ископаемых на рубеже XXI века». Ростов н/Д: ВНИГРИуголь, 2001. С. 109-111 (Кизилыитейн Л.Я., Наставкин A.B.).

14. Металлоносность углей Восточного Донбасса. // Состояние минерально-сырьевой базы Юга России и перспективы её развития (материалы научно-практической конференции). Ростов-на-Дону: «НОК», 2009 г. С. 121-124 (Гамов М.И.).

15. Оценка загрязнения воздуха токсичными элементами при сжигании углей (на примере Новочеркасской ГРЭС) // Инновационные направления изучения, оценки и эффективного использования минерально-сырьевой базы твердых горючих ископаемых (тезисы докладов XII Всероссийского угольного совещания). Ростов-на-Дону, ВНИГРИуголь, 2010 г. С. 152-155.

16. Литолого-геохимические особенности угленосных отложений коллизионного этапа формирования Садкинской котловины Восточного Донбасса // Осадочные формации юга России и связанные с ними полезные ископаемые (материалы Всероссийской научной конференции). Ростов-на-Дону: СКНЦ ВШ ЮФУ, 2011. С. 4953 (Гамов М.И., Рылов В.Г.).

17. Перспективы утилизации техногенных месторождений угольного ряда и оценка их склонности к самовозгоранию. // Проблемы геологии, палеонтологии, геоэкологии и регионального природопользования: сборник тезисов и статей Всероссийской конференции, г. Новочеркасск, 2011. С. 163-166 (Гамов М.И., Мещанинов Ф.В.).

18. Палеогеографические обстановки формирования металлоносных углей Восточного Донбасса // Материалы всероссийского совещания «Ленинградская школа литологии», посвященного 100-летию Л.Б. Рухина (25-29.09.2012 г.). Спб.,2012 (Рылов В.Г, Грановская Н.В.,).

Сдано в набор 16.11.2012. Подписано в печать 16.11.2012. Формат 60x84 1/16. Цифровая печать. Усл. печ. л. 1,2. Бумага офсетная. Тираж 120 экз. Заказ 1001/01.

Отпечатано в ЗАО «Центр универсальной полиграфии» 340006, г. Ростов-на-Дону, ул. Пушкинская, 140, телефон 8-918-570-30-30

www.copy61.ru e-mail: info@copy61.ru

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Левченко, Сергей Васильевич

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР, АНАЛИЗ И ОБОБЩЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

ПРЕДШЕСТВУЮЩИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Геологическая изученность территории Российского сектора 12 Большого Донбасса

1.2. Изученность вещественного состава и металлоносности 16 угольных пластов

2. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1. Фактический материал и методика аналитических 21 исследований

2.2. Методика составления прогнозных карт потенциальной 27 металлоносности углей

3. ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ И ПАЛЕОГЕОГЕО

ГРАФИЧЕСКИЕ ОБСТАНОВКИ ФОРМИРОВАНИЯ УГЛЕЙ

ВОСТОЧНОГО ДОНБАССА И ЮЖНОГО СКЛОНА

ВОРОНЕЖСКОЙ АНТЕКЛИЗЫ

3.1. Особенности геологического строения и угленосности 34 Восточного Донбасса

3.2. Особенности геологического строения и угленосности южного 40 склона Воронежской антеклизы

3.3. Палеогеографические обстановки угленосности Российского 46 сектора Донбасса

4. МИНЕРАГЕНИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ УГЛЕЙ

РОССИЙСКОГО СЕКТОРА ДОНБАССА

4.1. Современные представления о процессах формирования 59 металлоносных ископаемых углей

4.2. Вещественный состав золы углей как индикатор ландшафтно- 61 геохимических обстановок торфонакопления

4.3. Типоморфные элементы-примеси в углях различных 75 ландшафтно-геохимических зон Восточного Донбасса

4.4. Типоморфные элементы-примеси в углях различных 81 ландшафтно-геохимических зон Миллеровской угленосной площади

5. ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ РУДОНОСНОСТЬ И ТОКСИЧНОСТЬ

УГЛЕЙ В ЗОНАХ ЭПИГЕНЕТИЧЕСКОЙ ФЛЮИДИЗАЦИИ

5.1. Признаки рудоносности и токсичности углей из 92 флюидоактивных зон Восточного Донбасса

5.2. Элементы-примеси в углях флюидоактивных зон 100 Миллеровского поперечного поднятия

6. НАПРАВЛЕНИЯ КОМПЛЕКСНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

МЕТАЛЛОНОСНЫХ УГЛЕЙ И ПРОГНОЗИРОВАНИЕ

ОПАСНЫХ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПОСЛЕДСТВИЙ ОТ ИХ

СЖИГАНИЯ НА ТЭС

6.1. Возможности автоклавной экстракции металлов из отходов 105 добычи и переработки угля

6.2. Оценка экологической ситуации в районе Новочеркасской 116 ТЭС

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Геологические особенности формирования и комплексное использование металлоносных углей Восточного Донбасса"

Актуальность работы. Одним из направлений улучшения рациональной отработки угольных месторождений России является расширение объемов попутного извлечения потенциально-ценных малых и редких элементов-примесей (ве, ва, Ве, лантаноиды, №>, У, Бс, 1л, В1, 8п, Аи, А§) при уменьшении выбросов в окружающую среду летучих токсичных соединений - Н§, РЬ, ТЬ, Аб, Б, Бг, V, Ъп. и других тяжелых металлов, образующихся при сжигании углей на ТЭС.

В Восточном Донбассе, который относится к территориям с высокоразвитой инфраструктурой, известны угольные пласты обогащенные элементами-примесями, содержания которых часто сопоставимы с их концентрациями в коренных благородно- и редко-метальных месторождениях [69]. Тем не менее, товарные угли разрабатываемых шахтопластов продолжают направляться потребителю в качестве рядового топливно-энергетического сырья.

Решение проблемы во многом зависит от полноты изученности и достоверности оценки вещественного состава угольных месторождений на этапе их разведки и освоения. В этой связи настоятельно требуется дополнительное изучение особенностей поведения попутных компонентов в технологической цепочке «добытая горная масса - товарный концентрат - продукты углеобогащения - отходы сжигания углей на ТЭС», включающее ревизионное опробование и достоверную количественную оценку значимых концентраций элементов-примесей во всех составляющих данной системы, с использованием высокоточной аналитической базы, имеющейся в распоряжении Южного федерального университета.

Цель работы.

Выявление закономерностей распространения потенциально-рудных (ценных и токсичных) элементов-примесей в углях Российского сектора Донбасса на основе реконструкции условий формирования и постседиментационного преобразования углепородных массивов, оценка возможности попутного извлечения ЭП при обогащении и сжигании углей.

К основным задачам исследований относятся:

1) анализ геолого-структурной позиции металлоносных углей в Восточном Донбассе и на южном склоне Воронежской антеклизы;

2) выявление типоморфных элементов-примесей в углях в соответствии с палеогеографическими условиями и ландшафтно-геохимическими обстановка-ми торфоугленакопления;

3) определение роли эпигенетических процессов в генезисе и концентрации рудных компонентов в углепородных массивах с различными тектоническими структурами;

4) оценка перспектив автоклавного извлечения попутных металлов и комплексного использования углей;

5) прогнозирование степени воздействия микроэлементов на окружающую среду при сжигании углей Российского сектора Донбасса на ТЭС.

Фактический материал и методика исследований. В основу работы положен полевой и экспериментальный материал, полученный автором в период с 1984 по 2012 гг. в том числе при выполнении государственного контракта «Разработка метода экстракции полезных компонентов из отходов добычи и переработки угля // Госконтракт № 16.515.12.5008, 2011 - 2012 гг.», а также тематических научно-исследовательских работ по оценке токсичных элементов в углях и горючих сланцах Восточного Донбасса (НИР №106. Ростов н/Д: Фонды РГУ, 1986; НИР №2373. Ростов н/Д: Фонды РГУ, 1987; Госконтракт № 1401, 2009-2011 гг.).

При выполнении полевых работ производился отбор проб с учетом палеогеографических условий формирования угольных пластов и геолого-структурных особенностей флюидоактивных зон, выделяемых в углепородном массиве. Всего было опробовано и задокументировано 53 разведочных пласто-пересечения по горным выработкам и скважинам с отбором 255 рядовых проб углей и вмещающих пород. Отобранные пробы подвергались стандартному эмиссионному полуколичественному спектральному (всего 7650 элементо-определений) и инструментальному нейтронно-активационному (Fe, Ti, Mn, Cu, Ni, V, Mo, Pb, Sn, Co, Cr, Ga, U, Th, Au, Ir, Hf, Lu, Eu, Sm, Ce, La, Ba, Cs, Sb, In, Ag, Rb, Br, Se, As Zn, Se, всего 4878 элементо-определений) анализам. В двадцати шести контрольных пробах методом эмиссионного спектрального анализа количественно определялись Fe, Ti, Mn, Cu, Ni, V, Mo, Pb, Sn, Co, Cr, Ga, Ge, Be.

Анализы выполнялись автором в аналитической лаборатории геолого-географического факультета РГУ, а также в лабораториях ядерной физики РГУ, ЦХЛ ПГО «Южгеология», ВНИГРИуголь (г. Ростов-на-Дону), нейтронно-активационного анализа ИЯФ АН Узбекистана (г. Ташкент).

В отдельных пробах изучались формы нахождения As - методом ней-тронно-активационной авторадиографии, Fe и S методами рентгеноструктурно-го анализа на приборе ДРОН 7 и мессбауэровской спектроскопии.

Мацералы и минеральные фазы металлоносных углей Восточного Донбасса изучались в ЦКП «Центр исследований минерального сырья и состояния окружающей среды» ЮФУ с использованием сканирующего электронного микроскопа VEGA Tescan LMU II с системами энергодисперсионного микроанализа INCA ENERGY 450/ХТ с безазотным детектором X-Act ADD и волно-дисперсионного микроанализа INCA WAVE 700 OXFORD Instrumetnts Analytical.

Полученные результаты обрабатывались с помощью современных компьютерных технологий и специализированного программного обеспечения (Географ ГИС, ArcGIS, STATISTICA, CorelDraw и др.) и в совокупности с фондовыми материалами (377 полных силикатных анализов золы углей) были использованы для расчета региональных угольных кларков и построения ланд-шафтно-геохимических карт по шахтопластам i2\ кг, к5в и двух палеогеографических карт для свит С24 и Сг башкирского яруса среднего карбона Восточного Донбасса.

Автором собран и обработан материал (статьи, монографии, фондовые отчеты) предыдущих исследователей (Н.В. Логвиненко, 1953; B.C. Попов, 1963, 1964; Л .Я. Кизилыитейн и др., 1967-2008; А.К. Лисицын и др., 1967; М.Я. Шпирт и др., 1969-2011; A.M. Розентулер, 1969; М.Г. Черновьянц, 1969; А.И. Шамрай и др. 1971; H.A. Редичкин и др., 1971; Н.И. Погребнов и др., 19711986; П.П. Тимофеев и др., 1973-2006; H.H. Погребнов, 1977; Я.Э. Юдович, М.П. Кетрис, 1978-2006; Т.А.Ягубянц, 1978-1988; Е.В. Мовшович и др., 19802003; A.A. Зинчук и др., 1983; К.Б. Носова и др., 1984; H.A. Очеретенко и др., 1985; Е.П. Новак и др., 1988; И.П. Попов, В.А. Соколов, 1990; A.C. Тараканов, 1990; А.И. Егоров, 1992; Н.В. Курило, 1993; Ю.Н. Жаров и др., 1996; В.Ф. Че-реповский и др., 1996-2004; Б.С. Панов и др., 1998-2001; В.Н. Труфанов и др., 1998-2012; Е.С. Мейтов, 2001; И.А. Пименов, 2002;А.В. Зайцев, Г.В. Зеленщиков, А.Г.Грановский, 2003-2007; Г.К. Хрусталева, В.А. Косинский, 2005; В.В. Середин 2004-2006; О.М. Крутых, 2006; В.И. Вялов, М.И. Гамов и др., 2007; В.Н. Фролов, 2007-2009; Ю.П. Шубин, 2008; В.В. Трощенко, 2010; H.A. Пешкова и др. 2008; В.Г. Рылов и др. 2007-2012).

В результате этого обобщения может быть предложена формулировка понятия «металлоносные угли» - по нашему мнению к металлоносным могут быть отнесены участки угольных пластов обогащенные элементами примесями в концентрациях КК>2. Где (КК) - коэффициенты концентрации, представляющие собой отношение среднего содержания элемента-примеси в исследуемой выборке металлоносных углей к его региональному кларку.

Научная новизна работы. Впервые для Восточного Донбасса и его северного обрамления проведен сравнительный анализ и геохимическая типизация металлоносных углей в зависимости от палеогеографических, ландшафтно-геохимических условий торфоугленакопления и структурно-геологической позиции угленосных районов; доказана ведущая роль эпигенетической флюидизации в концентрировании рудных элементов и получены положительные результаты экспериментов по автоклавному извлечению из углей ценных, технологически вредных и токсичных элементов методом «обратного взрыва».

Практическая значимость. Установленные локальные промышленные концентрации ряда попутных металлов в углях, продуктах их переработки, обогащения и отходов сжигания позволяют рекомендовать их комплексное энерготехнологическое использование (с возможным извлечением для углей марки БД Миллеровской площади - ве, Ве, ва, \У, Мо для антрацитов Сулино-Садкинского и Гуково-Зверевского углепромышленных районов - У, УЬ, Мо, №>). Обнаруженные концентрации токсичных элементов (Аб, V, РЬ, ТЬ) в углях и продуктах их сжигания, поступающих в атмосферу, свидетельствуют о необходимости проведения дополнительных мероприятий по обеспечению экологической безопасности выбросов ТЭС.

Основные защищаемые положения

1. Металлоносные угли Восточного Донбасса и южного склона Воронежской антеклизы в отложениях свит С24-С25 среднего карбона формировались в различных палеогеографических обстановках прибрежно-морского торфонако-пления: для основных геолого-промышленных районов Восточного Донбасса характерны пластовые залежи, контролируемые аллювиальными протоками па-леодельт, для Миллеровской угленосной площади - локальные изометричные залежи углей, контролируемые конседиментационными, внутриболотными островными поднятиями.

2. Определены типоморфные элементы-примеси углей в зависимости от ландшафтно-геохимических особенностей территорий: для Миллеровской площади на южном склоне Воронежской антеклизы -характерны вышекларко-вые содержания Сг, Тл, Мп, ве, Ве, Бс, Бг, РЬ в углях марок Б-Д с сульфатно-кальциево-железисто-кремниевым составом золы; а для основных геолого-промышленных районов Восточного Донбасса - повышенные содержания Аэ,

Th, U, Bi, Y, W, Mo, Se, Re, Ag, Со в каменных углях и антрацитах с алюмо-железисто-кремниевым составом золы.

3. Потенциальная рудоносность и токсичность углей обусловлены перераспределением и концентрацией элементов-примесей за счет эпигенетической флюидизации углепородных массивов в поперечных поднятиях, осложненных флексурами и разрывной мелкоапмплитудной тектоникой.

4. Установлено, что ценные, в углях могут быть переведены автоклавными методами из трудно извлекаемых металлоорганических соединений в кристаллическую форму с последующим практическим использованием.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на VIII Всесоюзном угольном совещании (Ростов-на-Дону, 1986); XXVIII сессии Международного геологического конгресса (Вашингтон, 1989); II международной научной конференции «Проблемы геологии, полезных ископаемых и экологии Юга России и Кавказа. (Новочеркасск, 1995); Всероссийском съезде геологов (Санкт-Петербург 2000); на X Всероссийском угольном совещании «Ресурсный потенциал твердых горючих ископаемых на рубеже XXI века». (Ростов-на-Дону, 2001); научно-практической конференции «Состояние минерально-сырьевой базы Юга России и перспективы её развития» (Ростов-на-Дону, 2009); на XII Всероссийском угольном совещании «Инновационные направления изучения, оценки и эффективного использования минерально-сырьевой базы твердых горючих ископаемых» (Ростов-на-Дону, 2010); Всероссийской научной конференции «Осадочные формации юга России и связанные с ними полезные ископаемые» (Ростов-на-Дону, 2011); Всероссийской конференции «Проблемы геологии, палеонтологии, геоэкологии и регионального природопользования» (Новочеркасск, 2011); Всероссийском совещании «Ленинградская школа литологии», посвященного 100-летию Л.Б. Рухина (Санкт-Петербург, 2012).

По теме диссертации опубликовано 18 работ, в том числе - 6 в изданиях

ВАК.

Структура и содержание работы. Диссертация состоит из 6 глав, введения, заключения и списка литературы (124 наименования). Объём работы -146 страниц текста, 34 рисунка, 23 таблицы.

В первой главе обоснована постановка проблемы, дан краткий обзор и анализ предыдущих исследований, обусловлена актуальность выбранного направления исследований.

Во второй главе описана методика проведенных работ и аппаратура аналитических исследований.

Третья глава посвящена рассмотрению основных черт геологии и угленосности Российского сектора Донбасса. Детально рассмотрены закономерности формирования углей в различных палеогеографических обстановках Восточного Донбасса и его северного обрамления, определяющих набор и концентрации в угольных пластах элементов-примесей.

В четвертой главе приведены обобщения по элементам- примесям углей в зависимости от ландшафтно-геохимических особенностей территорий. Установлена связь типоморфных элементов-примесей и химического состава золы углей. Показаны принципиальные различия в химическом составе углей для Миллеровской угленосной площади, расположенной в пределах южного крыла Воронежской антеклизы, и основных геолого-промышленных районов Восточного Донбасса.

В пятой главе показана роль процессов эпигенетической флюидизации углепородных массивов в тектонически ослабленных зонах для аномального распределения химических компонентов и формирования потенциально рудоносных и токсичных углей Восточного Донбасса и Миллеровской площади.

Благодарности. При выполнении полевых работ существенную помощь автору оказали В.Г. Рылов, А.Г. Перетятько.

Постановка и проведение лабораторных исследований осуществлялись автором при содействии Ю.В.Попова, A.B. Труфанова, Н.С. Прокопова, И.В.Рыбина, P.A. Цуциашвили. Автор благодарен коллективу лаборатории ней-тронно-активационного анализа Института Ядерной Физики АН Узбекистана на базе которой в период с 1985 по 1990 годы проводились аналитические исследования.

За ценные советы, замечания и консультации автор благодарен В.Г. Ры-лову, Н.В. Грановской, В.Н. Труфанову, Н.И. Бойко.

За многолетнее плодотворное сотрудничество автор выражает благодарность доктору геолого-минералогических наук, профессору Л.Я. Кизильштей-ну.

Особую признательность за научное руководство, консультации, помощь и содействие при выполнении работы автор выражает доктору геолого-минералогических наук, заведующему кафедрой месторождений полезных ископаемых ЮФУ М.И. Гамову.

Заключение Диссертация по теме "Геология, поиски и разведка твердых полезных ископаемых, минерагения", Левченко, Сергей Васильевич

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Использование ископаемых углей только как топлива уже не отвечает требованиям современной экономики. Наиболее перспективным следует признать путь комплексного энерготехнологического использования углей, при котором элементы примеси в углях приобретают значение нетрадиционного сырьевого источника, кроме того полнота использования углей является необходимостью не только экономической, но и экологической.

Несмотря на это, современные знания о концентрациях и формах нахождения элементов примесей в органическом веществе углей по-прежнему остаются фрагментарными, главным образом, вследствие несовершенства существующей аналитической базы, используемой для их количественной оценки.

В то же время, в ряде угольных месторождений России (в том числе и Восточного Донбасса) достаточно надежно установлены повышенные содержания бериллия, ванадия, вольфрама, молибдена, германия, стронция, мышьяка, урана, тория, ртути, иттрия, иттербия, лития и некоторых других потенциально-ценных и токсичных элементов.

Для Восточного Донбасса и его северного обрамления впервые проведен сравнительный анализ и геохимическая типизация металлоносных углей в зависимости от палеогеоморфологических, ландшафтно-геохимических условий торфоугленакопления и геолого- структурной позиции угленосных районов; доказана ведущая роль эпигенетической флюидизации в концентрировании рудных элементов и приведены результаты экспериментов по автоклавному извлечению из углей ценных элементов.

Анализ геологических данных показал, что в башкирское время среднего карбона существовали различные палеогеморфологические условия торфоугленакопления на южном сколе Воронежской антеклизы и в Восточном Донбассе.

Как следует из приведенной палеогеоморфологической схемы, торфоуг-ленакоплениие на территории Миллеровской угленосной площади в башкирское время среднего карбона, вероятно, происходило в обстановках приморских низменностей с ландшафтами мангровых болот. Палеоторфяники имели локальное распространение, а верховые и низовые условия торфоугленакопления контролировались палеоподнятиями относительно изометричной формы.

На территории основных геолого-промышленных районов Восточного Донбасса в башкирское время были распространены периодически затопляемые участки палеодельт, а верховые и низовые условия накопления торфа определялись положением палеорусел и удаленностью торфяников от аллювиальных протоков.

Процессы миграции и концентрации элементов-примесей в угленосных осадочных толщах начинались с момента их захоронения, продолжались на всех стадиях литификации, а также при начальном метаморфизме, динамоме-таморфизме, эндогенном (тепловом) воздействии за счет магматизма и циркуляции по ослабленным зонам постмагматических гидротермальных растворов. Главным фактором, определяющим валовый уровень концентрирования большинства ЭП, является палеогеоморфологическая обстановка торфяной стадии образования угольных пластов:

•геохимический состав пород зоны размыва (зоны минерального питания);

•приближенность области торфонакопления к этой зоне и интенсивность проходящих там процессов химического выветривания;

•состав органических минералов и минеральных примесей углей. Однако локальная рудоносность углей часто является следствием их постседиментационных преобразований, связанных с функционированием в уг-лепородных массивах флюидных систем различного генезиса.

Обобщение имеющихся литературных и фондовых данных, а также результаты наших исследований показывают, что потенциальная рудоносность и токсичность углей Восточного Донбасса и Миллеровской площади закономерно связаны с эпигенетической флюидизацией в тектонически ослабленных зонах.

Установленные потенциально промышленные концентрации ряда попутных металлов в углях, продуктах их переработки, обогащения и отходов сжигания позволяют рекомендовать их комплексное энерготехнологическое использование (с возможным извлечением для углей марки Б-Д Миллеровской площади - ве, Ве, ва, Мо для антрацитов Сулино-Садкинского и Гуково-Зверевского углепромышленных районов - У, УЬ, Мо, Мэ). Обнаруженные концентрации токсичных элементов (Аб, V, РЬ, ТЪ) в углях и продуктах их сжигания, поступающих в атмосферу, свидетельствуют о необходимости проведения дополнительных мероприятий по обеспечению экологической безопасности выбросов ТЭС.

Несмотря на преимущественно низкий уровень концентрации элементов примесей в угле и продуктах его обогащения было бы неправильным игнорировать возможность наращивания объемов попутного их извлечения. При различных технологиях переработки и использования углей (энергетика, коксохимия, газификация) возникают побочные продукты, аккумулирующие в повышенных концентрациях ценные и токсичные элементы. Многие из них образуют техногенные ассоциации, которые даже в тех случаях, когда содержание отдельных элементов не достигает промышленных значений, могут представлять практический интерес как коллективный концентрат. Это обстоятельство следует учитывать как при оценке ассоциаций ценных элементов, так и потенциально токсичных элементов, обладающих эффектом суммирования токсичных свойств, при совместном поступлении в окружающую среду.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Левченко, Сергей Васильевич, Ростов-на-Дону

1. Адеева Л.Н., Борбат В.Ф., Зола ТЭЦ перспективное сырье для промышленности // Вестник Омского университета, изд-во Омский государственный университет им. Ф.М. Достоевского, 2009г., №2, с.141-151.

2. Анисимов В.Н. Безотходная переработка природно-техногенных месторождений мобильными технологическими комплексами // Научно-технический журнал «Горная промышленность», изд-во Научно-производственная компания «Гемос Лимитед», 2009г., №4, с. 35-40.

3. Артеменко В.М., Юдин В.В. Модель складчатого Донбасса и новые аспекты его металлогении // Руды и металлы, 1998, №1. С. 80-85.

4. Бакулин Ю.И., Черепанов A.A. Золото и платина в золошлаковых отходах ТЭЦ г. Хабаровска // журнал Руды и металлы, изд-во Центральный научно-исследовательский геологоразведочный институт цветных и благородных металлов, 2003, №1, с. 60-67.

5. Беляев В.К. Средние содержания ценных и токсичных малых элементов в товарных углях Восточного Донбасса и продуктах их обогащения // Ценные и токсичные элементы в товарных углях России (Справочник под ред. В.Ф. Череповского). М.: Недра, 1996. С.56-87.

6. Бородулин М.И., Мовшович Е.В. Тектоническое положение Доно-Днепровского прогиба // Геофизический сборник, 1974. Вып. 63. С. 26-33.

7. Ботвинкина Л. Н. Строение и формирование древних аллювиальных отложений в свитах Сг5, Сг6, С27 Главной синклинали Донбасса. // Тр. Ин та геол. наук. Вып. 51 (Угольная серия), 1954. № 5. С. 19-24.

8. Валеев Р.Н. Авлакогены Восточно-Европейской платформы. М.: Недра, 1978.- 152 с.

9. Войткевич Г.В., Кизильштейн Л.Я., Холодков Ю.И. Роль органического вещества в концентрации металлов в земной коре. М.: Недра, 1983. -160 с.

10. Волков В.Н. Генетические основы морфологии угольных пластов. М.: Недра, 1973.-136 с.

11. Волкова И.Б. Угольное вещество осадочных толщ, его накопление и преобразование //Дисс. докт. геол.-мин. наук. Т.1. Л.: ВСЕГЕИ, 1983.-293 с.

12. Гамов М.И. Факторы классификации элементов примесей в углях Восточного Донбасса. // Разведка и охрана недр. 2010, №12, С. 41-46.135

13. Геология месторождений угля и горючих сланцев СССР. Т. 1. М.: Госгеолтехиздат., 1963. 1210 с.

14. Геология СССР. T.XLVI. Геологическое описание Ростовской, Волгоградской, Астраханской областей и Калмыцкой АССР / Коллектив авт. М.: Недра, 1969.-666 с.

15. Давыденко Д.Б., Зеленщиков Г.В., Бекезина А.Г. Вопросы глубинной тектоники и магматизма в связи с перспективами золотоносности западных площадей Восточного Донбасса // Труды ЮНЦ РАН. Т.1. Ростов н/Д.: Изд-во ЮНЦ РАН, 2006. С. 117-128.

16. Дубинский А.Я. О соотношениях паралической и флишоидной формаций карбона Донецко-Бориэвксинской складчатой системы // Советская геология, 1982. №11. С. 94-103.

17. Егоров А.И. Глобальная эволюция торфоугленакопления. Палеозой. Ростов н/Д.: Изд-во РГУ, 1992. 318 с.

18. Еремин И.В., Броновец Т.М. Марочный состав углей и их рациональное использование. М.: Недра, 1994.-254 с.

19. Жемчужников Ю.А., Гинсбург А.И. Основы петрологии углей. М.: Изд-во АН СССР, 1960.-400 с.

20. Зарицкий П.В. Минералогия и геохимия диагенеза угленосных отложений (на материалах Донбасса). Харьков: Изд-во Харьковск. ун-та, 1970. 224 с.

21. Зинчук A.A., Калюжный В.А., Ширица A.C. Флюидный режим гидротермального рудообразования Донбасса. Киев: Наукова думка, 1983. 164 с.

22. Иванов Г.А. Угленосные формации. Л.: Наука, 1967. -408 с.

23. Инструкция по изучению и оценке попутных твердых полезных ископаемых и компонентов при разведке месторождений угля и горючих сланцев. М.: Наука, 1987.-136 с.

24. Кившин Н.К., Стовба С.Н., Турчаненко Н.Т. Некоторые особенности строения Днепровско-Донецкой впадины по данным региональных сейсмостратиграфических исследований // Геологический журнал, 1993. № 2. С. 8797.

25. Кизильштейн Л.Я., Левченко C.B., Флициян Е.С. Мышьяк в антрацитовых углях Восточного Донбасса и методы его прогнозной оценки по материалам геологоразведочных работ // Материалы VIII Всесоюзного угольного совещания. Ростов-на-Дону, 1986. С. 66-67.

26. Кизильштейн Л.Я., Жак C.B., Мостовой П.П. Оценка обогатимости ископаемых углей на стадии геологоразведочных работ. М.: Недра, 1987. 121 с.

27. Кизильштейн Л.Я., Левченко C.B., Перетятько А.Г. Формирование газовой фазы элементов-примесей при сжигании углей на ТЭС // Химия твёрдого топлива, 1990. №6. С. 36-39.

28. Кизильштейн Л.Я., Перетятько А.Г., Гофен Г.И., Левченко C.B. Элементы-примеси в углях, продуктах сжигания, растениях, почвах и атмосфере района тепловой электростанции // Известия СКНЦ Bill. Естественные науки. 1990. №2. С. 42-52.

29. Кизильштейн Л.Я., Левченко C.B. Геохимия тория в углях: Экологический аспект// Геохимия, 1995. №6. С. 874-880.

30. Кизильштейн Л.Я. Экогеохимия элементов-примесей в углях. Ростов-на-Дону: Изд-во СКНЦ ВШ, 2002. -295 с.

31. Кизильштейн Л.Я., Левченко C.B. Элементы-примеси и экологические проблемы угольной энергетики //Теплоэнергетика, 2003. №12. С. 14-19.

32. Ковалев В.А., Бенсман В.Р. Характеристика химического состава минеральных компонентов торфа //ДАН БССР. 1967. Т.11, №7. С. 624-628.

33. Кулиненко O.P. Малые элементы в каменных углях Украины и их предварительная геолого-промышленная оценка // Охрана недр и экология, 1993. С. 25-28.

34. Курило М.В. Стадиальные минералого-геохимические изменения в породах угленосной формации Донбасса // Литолог. и полезн. ископ.,1993. №2. С. 44-55.

35. Лазаренко Е.К., Панов Б.С., Павлишин В.И. Минералогия Донецкого бассейна. Киев: Наукова думка, 1975. 502 с.

36. Лебедев В.В., Рубан В.Л., Шпирт М.Я. Комплексное использование углей. М.: Недра, 1980. 239 с.

37. Лисицын А.К., Круглов А.И., Пантелеев В.М. и др. Условия накопления урана в низинных старичных торфяниках // Литология и полезные ископаемые. 1967, №3. С.103-116.

38. Логвиненко H.B. Литология и палеогеография продуктивной толщи Донецкого бассейна. Харьков: Изд во ХГУ, 1953. - 436 с.

39. Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе веществ, содержащихся в выбросах предприятий. ОНД-86. Л.: Гидрометеоиздат 1987.

40. Остромогильский А.Х., Петрухин В.А. Тяжелые металлы в атмосфере: источники поступления и методы оценки их влияния // Мониторинг фонового загрязнения природных сред. Вып. 2. Л.: Гидрометеоиздат, 1984. - С. 56 - 70.

41. Панов B.C., Шевченко O.A., Дудик A.M., Седяков С.Ю. К геоэкологии Донецкого каменноугольного бассейна // Известия высших учебных заведений. Геол. и разведка. 1998, № 5. С. 138-145.

42. Перельман А.И. Геохимия ландшафта. М.: Высш. школа, 1975.-341 с.

43. Петров B.C., Филин С.И., Нигматзянов A.M. Карбонатный массив южного склона Воронежской антеклизы Кряжа Карпинского // Разведка и охрана недр, 2003. №2. С.-41-45.

44. Пименов И.А., Химченко А.Г. О накоплении в алевролитах Восточного Донбасса рудных минералов циркония и титана // Проблемы геологии, полезных ископаемых и экологии Юга России и Кавказа. Т.1. Новочеркасск: Изд-во ЮРГТУ-НПИ, 2002. С. 254-256.

45. Погребнов Н.И. Геологическое строение Нижнего Дона и Нижней Волги (Краткий очерк). Ростов-н/Д, 1962. 65 с.ш

46. Погребнов Н.И. История тектонических движений и осадко-накопления в восточной части Большого Донбасса // Геология и разведка угольных месторождений. Вып.2. М.: Недра, 1971. С. 15-24.

47. Погребнов Н.И., Очеретенко И.А., Трощенко В.В. Структурная геология Донецкого угольного бассейна. М.: Недра, 1985. 150 с.

48. Попов B.C. Тектоника Донбасса // Геология месторождений угля и горючих сланцев СССР. Т.1. М.: Госгеолтехиздат, 1963. С. 103-152.

49. Проблемы и перспективы комплексного освоения минеральных ресурсов Восточного Донбасса / Коллектив авторов. Ростов-на-Дону: Изд-во ЮНЦ РАН, 2005. -352 с.

50. Разницын В.А. К вопросу о рифейском грабене в Днепровско-Донецкой впадине и Донбассе // Геолог, журнал , 1987. Т.47. №5. С. 9-16.

51. Редичкин H.A., Кабалов В.К., Черновьянц М.Г. и др. Геологическая оценка перспектив угленосности среднего карбона Северного Донбасса // Геология и разведка угольных месторождений. М.: Недра, 1971. С. 89-96.

52. Резников А.И. Геологическое положение и общие черты строения флишоидной толщи средней части Донбасса // Геолог. Журнал АН УССР, 1978. Т.38. №6. С. 64-71.

53. Ровинский Ф.Я. Фоновое содержание микроэлементов в природных средах (по мировым данным) // Мониторинг фонового загрязнения природных сред. Вып. 4. -Л.: Гидрометеоиздат, 1987. С. 3 - 4.

54. Ровинский Ф.Я. Фоновое содержание микроэлементов в природных средах (по мировым данным) // Мониторинг фонового загрязнения природных сред. Вып. 1. -Л.: Гидрометеоиздат, 1982. С. 14 - 35.

55. Розентулер A.M. О терригенных образованиях и размывах в угольных пластах Главной синклинали Донецкого бассейна // Материалы по геологии и разведке углей Донбасса. М.: Недра, 1969. С. 30-39.

56. Рощин Г.С. Разработка технологии переработки низкокачественного угля с целью извлечения из него цветных металлов // Записки Горного института, изд-во

57. Санкт-Петербургский гос. горный институт им. Г.В. Плеханова, 2007г., т173, С. 144146

58. Рухин Л.Б. Основы литологии. Л.: Недра, 1969. 703 с.

59. Рылов В.Г., Федоров Ю.А. Генетические особенности ртутной минерализации в угленосных рифтовых прогибах //VIII Междунар. конфер. «Новые идеи в науках о Земле». М.: РГГРУ, 2007. С. 87-89.

60. Рылов В.Г., Федоров Ю.А., Гамов М.И. Геолого-структурное районирование Восточного Донбасса с привлечением данных по содержаниям ртути и метана в угольных пластах // Известия ВУЗов. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. 2012. №2. С. 107-111.

61. Середин В.В., Данильчева Ю.А. и др. Германиеносные угли Лузановского грабена (Павловское буроугольное месторождение, Южное Приморье) // Литология и полезные ископаемые, 2006, №3, С. 311-334.

62. Середин В.В. Металлоносность углей: условия формирования и перспективы освоения // Угольная база России. Том VI. М.: ООО «Геоинформмарк», 2004. С. 453-519.

63. Середин В.В. Распределение и условия формирования благороднометального оруденения в угленосных впадинах // Геология рудных месторождений, изд-во Академиздатцентр «Наука» РАН, 2007, т.49, №1, С. 3-36.

64. Тараканов A.C. Угленосные формации // Литогеодинамический анализ угленосных и турбидитных формаций. Методические рекомендации. Л.: ВСЕГЕИ, 1990. С. 8-35.

65. Термодинамика постмагматических процессов. // Сб. статей под ред. Л.В. Таусона. М.:Мир.1968. 292 с.

66. Тимофеев П.П., Иванов Г.А. Современное состояние учения об угленосных формациях и сущность формационного анализа // Угленосные формации и их генезис. М.: Наука, 1973. С. 8-13.

67. Тимофеев П.П. Эволюция угленосных формаций в истории Земли // Труды Геологического института. Вып. 557. М.: Наука, 2006.- 204 с.

68. Труфанов В.Н., Майский Ю.Г., Чихиркин В.К., Прокопов Н.С. Моделирование депрессионно-вакуумного механизма кристаллизации минералов. // Известия СКНЦ ВШ. Естественные науки. 1974, №1. С. 50-62.

69. Труфанов В.Н., Тимченко H.A., Прокопов Н.С. и др. Автоклавная установка для переработки минерального сырья. Авт. Свид. №926046 от 7.01.1982г.

70. Труфанов В.Н. Актуальные проблемы и перспективы развития экспериментальной геотехнологии. // Известия ВУЗов. Северо-Кавказский регион. Естественные Науки, 2004, №2. С. 21 -26.

71. Труфанов В.Н., Гамов М.И., Рылов В.Г. и др. Углеводородная флюидизация ископаемых углей Восточного Донбасса. Ростов н/Д: Изд-во РГУ, 2004.-270 с.

72. Труфанов В.Н. Исследование процессов газовыделения из ископаемых углей в условиях «обратного взрыва» // Известия ВУЗов. Северо-Кавказский регион. Естественные Науки. 2007. №6.

73. Угольная база России. Т.1. Угольные бассейны и месторождения Европейской части России (Северный Кавказ, Восточный Донбасс, Подмосковный и Камский бассейны, Урал). М.: ЗАО Геоинформмарк, 2000. 483 с.

74. Федоров Ю.А. Стабильные изотопы и эволюция гидросферы. М.: Истина, 1999. С. 212-230.

75. Фролов В.Н. Распределение микроэлементов в угле пласта к2 Миллеровской Западной площади Восточного Донбасса / Вопросы геологии и освоения недр юга России: Сборник научн. статей. Ростов н/Д, 2007. С. 108-112.

76. Холодов В.Н. Новое в познании катагенеза // Литолог. и полезн. ископаемые, 1982. №3. С. 3-22.

77. Хрусталева Г.К., Труфанов В.Н. Геология и промышленные типы месторождений твердых полезных ископаемых. Ростов-н/Д: Изд-во ЮФУ , 2007. -240.

78. Ценные и токсичные элементы в товарных углях России. Справочник / Ю.Н. Жаров, Е.С. Мейтов, И.Г. и др.: Недра, 1996 239 с.

79. Черновьянц М.Г. Размывы и замещения угольного пласта к2 на площади Старобельско-Миллеровской моноклинали // Геологическое строение и минерально-сырьевая база Волго-Донского региона. Ростов-н/Д: Изд-во РГУ, 1969. С. 85-91.

80. Шамрай И. А., Кохановский П. П., Смирнов Б. В. О пирокластическом материале в отложениях среднего карбона Восточного Донбасса // Геология и разведка угольных месторождений. М.: Недра, 1971. С. 36-41.

81. Шпирт М.Я., Рубан В.А., Иткин Д.В. Рациональное использование отходов углеобогащения //Уголь.-1985. №10. С. 62-64.

82. Шпирт М.Я. Безотходная технология. Утилизация отходов добычи и переработки твердых горючих ископаемых. М.: Недра 1986. 255 с.

83. Шпирт М.Я., Володарский И.Х. Зекель Л.Я. Закономерности поведения малых элементов в процессе переработки углей // Российский химический журнал -. 1994.-Т. 38. №5. С. 43-47.

84. Шпирт М.Я., Пунанова С.А. Микроэлементы каустобиолитов и сланцев: проблемы их генезиса и промышленного использования // журнал Геохимия, изд-во Академиздатцентр «Наука» РАН, 2009г., №2, С. 216-224.

85. Шубин Ю.П. Полезные элементы-примеси в углях Донбасса разных марок // HayKOBi прац1 УкрНДМ! HAH Украши, 2008, №2. С.192-198.

86. Щербаков A.B. Геохимия термальных вод. М.: Наука, 1968. -217 с.

87. Юдович Я.Э.,Кетрис М.П., Мерц A.B. Элементы-примеси в ископаемых углях. Л.: Наука, 1985.-239 с.

88. Юдович Я.,Э., Кетрис М.П. Германий в углях. Сыктывкар,2004.- 216 с.

89. Юдович Я.,Э., Кетрис М.П. Токсичные элементы-примеси в ископаемых углях. Екатеринбург: УрО РАН, 2005. - 654 с.

90. Ягубянц Т.А. О связи древнего торфонакопления с цикличностью осадконакопления в Донбассе // Советская геология. №10, 1978. С. 83-94.

91. Ягубянц Т.А. Морфоструктурный анализ угольных залежей. М.: Недра, 1988.-126 с.

92. Япаскурт О.В. Литогенез и полезные ископаемые миогеосинклиналей. М.: Недра, 1992.

93. Kizilshtein L., Kholodkov J., Levchenko S. A packet of programs for the evaluation of the atmospheric air quality in the areas of coal power plants // Proceedings of the 99 Int. Symp. On Mining Sei. and Technology ( Red. Of Heping Golosinski), 1999.

94. Teichmuller M. Die genese der kohle // «Compte rendu», 1962 .T.III. S. 699722.1. Фондовая

95. Григорова А.П., Дубовцева В.В., Кондрашова Т.И. Геологический отчет о результатах детальных поисков угольных пластов рабочей мощности в отложениях свит С2 -С2 на Миллеровской Западной площади. Ростов-н/Д: Фонды ОАО «Южгеология» 1982.

96. Кизильштейн Л.Я., Рылов В.Г., Левченко C.B. и др. Токсичные элементы в углях и горючих сланцах // Отчет по НИР №106. Ростов н/Д: Фонды ОАО «Южгеология», 1986.

97. Легенда Донецкой серии листов Государственной геологической карты Российской Федерации масштаба 1: 200000 / Составители: Зайцев A.B.,144

98. Зеленщиков Г.В, Мовшович A.B. и др. Ростов н/Д, Фонды ФГУГП «Южгеология», 2001. С. 5-79.•5

99. Михедъко А.Ф., Соколов В.А. Геолого-геофизический разрез свит Ci , С24, С25, Сг западной части Восточного Донбасса масштаба 1:200000 (на 4 листах). Ростов н/Д: Фонды ВНИГРИуголь, 1986.

100. Попов И.П., Соколов В.А. Обобщение результатов геологоразведочных работ по Восточному Донбассу за период с 1975 по 1988 г.г. с оценкой прогнозных ресурсов ископаемых углей // Геологический отчет. Т.2. Ростов н/Д: Фонды ОАО «Южгеология», 1990.

101. Кизилъштейн Л.Я., Галъчиков В.В. Отчет по теме «Изучение углей с повышенным содержанием щелочей (соленые угли) в Миллеровском угленосном районе Восточного Донбасса». Ростов-н/Д: Фонды ОАО «Южгеология», 1981.

102. Крутый О.М. Оценочные работы на энергетические угли на участке Северном Миллеровской Восточной площади в Ростовской области с подсчетом запасов угля по состоянию на 01.12.2006 г. Отчет за 2004-2006 г.г. (в 3-х кн.). Ростов-н/Д, 2006.

103. Новак Е.П. Геологический отчет о поисковых работах на Миллеровской Восточной площади в 1985-1987 г.г.Т.1. Каменск-Шахтинск: СДГРЭ ЮПГО, 1987. -96 с.

104. Новак Е.П., Крутый О.М., Яцук H.H. Поисковые работы на Миллеровской Южной площади. / Геологический отчет за 1986-1988 г.г. Каменск-Шахтинск: СДГРЭ ЮПГО, 1988. -179 с.

105. Носова КБ., Черепашенко Г.П., Боровкова С.Ю. и др. Составление сводных карт морфологии основных угольных пластов Донецкого бассейна (Ростовская область). Т.1. Ростов-н/Д: Фонды ОАО «Южгеология», 1984. 117 с.

106. Пешкова H.A., Трегубое В.Г., Хорошавин В.А. Оценочные работы на каменные угли на участке № 3 Миллеровской Западной площади в Ростовской области / Геологический отчет за 2005-2008 г.г. Ростов-н/Д: Фонды ОАО «Южгеология», 2008.-186 с.

107. Розентулер А. М. и др.. Отчет по теме № 1 86 «Морфология и генезис угольных пластов восточной части Донбасса». 4.1 Должанско-Садкинская синклиналь. Ростов-н/Д: Фонды ОАО «Южгеология», 1967.

Информация о работе

Левченко, Сергей Васильевич
кандидата геолого-минералогических наук
Ростов-на-Дону, 2012
ВАК 25.00.11

Диссертация

Геологические особенности формирования и комплексное использование металлоносных углей Восточного Донбасса - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы