Header Image

МГГУ, один из старейших ВУЗов России, "попал под грабли" реформы образования. Преподаватели, студенты и специалисты горной отрасли называют это не иначе, как "рейдерским захватом".

Подробнее ...
4.1.2. Основные химические элементы и формы их нахождения Печать E-mail
13.12.2014 23:19

В углях и вмещающих породах содержание многих элементов превышает 1 %. К ним относятся углерод, водород, кислород, азот, кремний, алюминий, железо, кальций, магний, калий, натрий и сера. В углях установлено более 50 малых элементов, причем 12 из них имеют концентрации, в 10-1000 раз превышающих фоновые (Металлогения и геохимия …, 1987, 1988; Введение в металлогению …, 1997). Из перечисленных элементов наибольшую роль в техногенном преобразовании геологической среды играет сера, входящая в состав как органического, так и минерального вещества.

Сера. Содержание серы в угольном веществе достигает 20 %, среднее для месторождений территории бывшего СССР составляет 1,5 %, что в 50 раз выше ее кларка в земной коре и в 10 раз больше среднего содержания в осадочных породах. В бассейнах Европейской части среднее содержание серы составляет 3,8 %, Сибири - 2,7 %, Казахстана - 2,0 %, Приморья - 0,4 %. Сера находится в сульфидной, органической, сульфатной и элементарной формах.
На долю сульфидной серы приходится около половины валового ее содержания. Наиболее распространены в углях сульфиды железа – пирит FeS2 , реже марказит FeS2 и тонкодисперсная метаколлоидная разновидность этих минералов - мельниковит. Среди сульфидов встречаются сфалерит ZnS , галенит PbS , халькопирит CuFeS2 , пирротин FeS (Штах и др., 1978). Содержание сульфидов в углях составляет 0,02-6,5 %. Происхождение сульфидной серы связывают с деятельностью сульфатвосстанавливающих бактерий (Кизильштейн, 1975; Юровский, 1960).
Органическая сера входит в состав меркаптановых, тиофановых и дисульфидных групп. Валовое ее содержание составляет 1,1-1,6 %.
Сульфатная сера находится в большинстве случаев в форме гипса, реже барита. Содержание ее в неокисленных углях - 0,1-0,5 %. В окисленных углях содержание сульфатной серы увеличивается и появляются новые формы: ярозит KFe3+(SO4) (OH)6, сульфаты железа и алюминия.
Элементарная сера установлена на отдельных месторождениях, например, в Донбассе и Кузбассе. Ее содержание составляет 0,03-0,2 % (Чесноков и др., 1987). Образование ее связано с деятельностью анаэробных бактерий (Кизильштейн, 1975):
H2S + FeSO4 в присутствии бактерий  H2SO4 + S
Углерод, водород, азот и кислород входят в состав органического вещества углей и вмещающих пород.
Углерод. Содержание этого элемента в угле - 65-95 %. Основу составляют органические соединения и его элементарная форма (углерод, графит). Неорганические соединения с содержанием до 2 % углерода представлены в основном сидеритом ( FeCO3 ) и кальцитом ( CaCO3 ).
Водород. Содержание водорода в углях 0,8-6,2 % и снижается с увеличением степени метаморфизма. Этот элемент присутствует в органической части в виде воды, в сорбированном состоянии в виде метана.
Азот. В углях содержится 0,6-2,5 % азота, что значительно выше его кларка в земной коре (0,002 %). Азот связан с различными органическими соединениями.
Кислород. Концентрация кислорода, составляющая 1,2-2,5 %, увеличивается с повышением степени метаморфизации и при вторичном окислении угля. В органической части кислород находится в составе гидроксильных и карбонильных групп. В минеральной части он связан в окислах, силикатах, алюмосиликатах, карбонатах, сульфатах и воде (Металлогения и геохимия …, 1987).
Алюминий, кремний, железо, кальций, магний, калий и натрий представляют минеральную часть угленосных толщ.
Алюминий. Содержание глинозема в сухом угле достигает 0,5-10 %. Большая часть его связана с глинистыми минералами: иллит, галлуазит Al4Si4O10(OH)8(H2O)4, нонтронит Fe23+[(OH)2Al0,33Si3,67×O10]0.33Na0,33·(H2O)4, монтмориллонит, среди которых типоморфным является каолинит Al4(Si4O10)(OH)8 . На отдельным месторождениях встречаются гиббсит Al(OH3), диаспор AlO(OH), мелилит (Ca, Na)2(Al, Mg)(Si, Al)2O7, давсонит NaAl(CO3)(OH)2 и другие минералы. В зонах окисления углей встречаются калиевые квасцы, алуноген Al2(SO4)3·17H2O.
Кремний, содержание которого в углях достигает 1,6-12 %, входит, в основном, в состав кварца SiO2 и его разновидностей. В меньшей степени кремнезем концентрируется в виде глинистых минералов.
Железо содержится в углях в количестве 0,6-3,8 % при среднем значении 1,5 %. Оно играет значительную роль в окислительно-восстановительных процессах, влияет на миграцию ряда элементов, является катализатором процессов преобразования органических веществ. Основная форма нахождения – пирит FeS2, реже марказит FeS2, сидерит FeCO3, органические соединения. Пирит, как правило, приурочен к бассейнам с высокосернистыми углями, сидерит − к низко- и среднесернистым. В зонах окисления углей типичным железосодержащим минералом является ярозит KFe3+(SO4)2(OH)6, встречаются и другие сульфаты, окислы и гидроокислы железа.
Кальций, магний. Содержание кальция в углях составляет 0,2-3,8%, магния - 0,12-0,6%. В состав углей эти элементы входят в виде карбонатов – кальцита CaCO3, доломита CaMg(CO3)2 , анкерита CaFe(CO3)2, магнезита MgCO3, которые имеют, как правило, вторичное происхождение. Сульфаты (гипс CaSO4·2H2O) встречаются реже. В бурых углях и в зонах вторичного окисления углей кальций содержится в виде гуматов.
Натрий и калий. Содержание этих элементов в углях равно соответственно 0,1-0,9 % и 0,04-3,0 %. Калий, в основном, связан алюмосиликатами. Натрий присутствует в минеральной и органической частях углей, причем на некоторых месторождениях отмечается содержание натрия до 15 %. Минерализация вод на таких месторождениях достигает 10 г/л. Натрий органической части углей находится в сорбированном состоянии в водорастворимых формах в виде галита NaCl, мирабилита Na2SO4·10H2O (Металлогения и геохимия …, 1987; Штах и др., 1978).
В качестве микрокомпонентов в углях обнаружены почти все химические элементы, кроме инертных газов, металлов платиновой группы, некоторых радиоактивных и редкоземельных элементов. Общее содержание микрокомпонентов в углях, как правило, не превышает 0,1%. Есть месторождения, в которых содержание микрокомпонентов в сотни-тысячи раз выше, чем в их кларках в осадочных породах. Например, содержание лития, скандия в 550, 360 раз, а тантала и рубидия - в 900 раз выше кларковых. Такие элементы, как мышьяк, ртуть, фтор, свинец, молибден, хром и др. наиболее опасны для окружающей среды (Комплексное использование …, 1988).
Преобладающую часть минеральных включений в углях составляют сульфиды (пирит FeS2 , марказит FeS2), окислы (гематит a-Fe2O3, магнетит Fe3O4, кварц, рутил), карбонаты (кальцит, доломит, сидерит), силикаты и алюмокислоты (каолинит, монтмориллонит, иллит, гидрослюды, полевые шпаты), сульфаты (гипс, роценит и др.); в меньшей степени органоминеральные соединения (элементоорганические соединения, комплексные гуматы); хлориды (NaCl, KCl).
Например, для углей Экибастузского бассейна характерно присутствие алюмосиликатов (каолинит), кварца, сидерита, полевых шпатов (альбит, ортоклаз). Аналогичный состав характерен для углей Кизеловского бассейна, в которых отмечено значительное количество пирита (до 8,7%).

 
Free template "Frozen New Year" by [ Anch ] Gorsk.net Studio. Please, don't remove this hidden copyleft! You have got this template gratis, so don't become a freak.