 |  | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
 УДК 553.9: 550.84: 550.4.02 Ареалы техногенных ресурсов Восточного Донбасса и перспективы их комплексного использования.
Гамов М.И. профессор Южный федеральный университет, Россия
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, например, в угольных месторождениях Восточного Донбасса, часто сопоставимы с их концентрациями в коренных благородно- и редкометалльных месторождениях.
На территории Восточного Донбасса известны скопления техногенного сырья различного состава - отсевы производства щебня из песчаников и известняков, вскрышные породы карьеров по добыче глин различного состава и пр. Однако они относительно незначительны по масштабам и возможные направления их промышленного использования практически не изучены. Наиболее крупными по размерам и значимыми в экономическом и экологическом плане являются отвалы угольных шахт, обогатительных фабрик и отходы углесжигания. Значительные масштабы локализации промышленных шахтных и фабричных углеотходов, позволяют выделить их самостоятельную группу техногенных месторождений – «Техногенные месторождения угольного ряда» (Коломенский Г.Ю. , и др.) [1]. В пределах Российского сектора Донбасса, охватывающего центральную часть Ростовской области площадью 10000 км2 насчитывается более 400 отвалов, в которых сосредоточены техногенные отходы в объеме около 500 млн. м3. Из общего числа учтенных отвалов, порядка 45% приходится на отходы обогатительных фабрик и 55% - на отходы шахтной угледобычи. По геологическим и палеогеграфическим особенностям формирования и локализации угольных пластов, стадии метаморфизма, тектонической нарушености, природной газоносности углей и газообильности шахт, степени расчлененности рельефа и другим промышленно-техногенным признакам, имеющим важное практическое значение для организации и проведения мониторинга окружающей среды на территории Восточного Донбасса выделяются ареалы в разной степени насыщенные отходами добычи, обогащения и сжигания углей (рис.1.). В пределах угледобывающих районов Восточного Донбасса шахты, ОФ и их породные отвалы распределены неравномерно и образуют пространственно разобщенные локальные скопления - техногенные районы и узлы. Хранилища углепромышленных отходов сконцентрированы в семи техногенных районах, пространственно совпадающих с угленосными районами, освоенными угледобывающей промышленностью: Каменско-Гундоровском, Белокалитвинском, Тацинском, Гуково-Зверевском, Сулино-Садкинском, Краснодонецком и Шахтинско-Несветаевском. На площадях этих техногенных районов выделяется 21 техногенный узел (табл. 1).
Таблица 1 - Группировка породных отвалов шахт и обогатительных фабрик Восточного Донбасса по техногенным районам и узлам
Рис.1 - Схема техногенного районирования Восточного Донбасса (Геолого-тектонические зоны: I–cеверная; II - центральная; III- южная ), (ШН, СС, и др. - техногенный район)
По сравнению с техногенными месторождениями других типов (рудными, неметаллическими и пр.), техногенные месторождения угольного ряда имеют свои специфические особенности. Это относится к строению и структуре породных отвалов, вещественному составу пород, слагающих эти отвалы и степени их термического преобразования. [2-5]. В настоящее время отмечается возрастающий интерес к углям, продуктам их сжигания, шахтным и фабричным углеотходам не только как к серьезному источнику загрязнения окружающей среды, но и как к нетрадиционному виду вторичного минерального сырья, обладающему высокими потребительными свойствами. Угли и антрациты Восточного Донбасса и продукты их обогащения обладают признаками рудоносности, что выражается в концентрировании ими соответственно: лития, ванадия, германия, селена, рубидия, молибдена, иттрия, вольфрама, рения, висмута, стронция, хрома, цинка и свинца. Среди малых элементов, характеризующих потенциальную рудоносность товарной продукции шахт и УОФ, следует в первую очередь выделить: германий — элемент с освоенной промышленностью технологией извлечения из коксующихся и технологических (высоко- германиеносных энергетических) углей. Другие рудные элементы можно разделить на две группы: элементы широко распространенные — селен, рубидий, стронций, молибден, рений и элементы локально распространенные — литий, вольфрам, висмут, иттрий. Потенциальные рудные элементы товарной продукции характерные для конкретных угольных предприятий Восточного Донбасса: селен: шахты Бургустинская, Алмазная, Ростовская, им. 50-летия Октября, Гуковская, ЦОФ Гуковская, ЦОФ Донецкая; германий: шахты Западная, Центральная; рубидий: шахты им.50-летия Октября, им. газеты Комсомольская правда, Наклонная, Аютинская, Мирная, Южная, Майская, ОФ Южная, ГОФ им. Артема, ЦОФ Аютинская; стронций: шахты им.50-летия Октября, Алмазная, им.Ленина, им.газеты Комсомольская правда, Краснодонецкая, Наклонная, Юбилейная, Южная, ОФ Южная, ГОФ им.Артема, ГОФ Соколовская, ЦОФ Гуковская; кобальт: шахта Углерод; молибден: шахты Алмазная, Ростовская, ЦОФ Гуковская, ОФ Южная, ЦОФ Донецкая; рений: шахты Наклонная, Несветаевская, им. Октябрьской революции, Мирная, Южная, ЦОФ Гуковская; литий: шахты Центральная Восточная, № 19, № 57, ЦОФ Аютинская; ванадий: ЦОФ Донецкая; иттрий: ЦОФ Донецкая; вольфрам: шахты Алмазная, Углерод; висмут: шахты Алмазная, Ростовская. [6,7]. ЦОФ «Гуковская» в середине 1980-х годов (максимальный объем угледобычи в Восточном Донбассе) обеспечивала переработку до 4 млн т в год угольного сырья, поставлявшегося 4-5 шахтами бывшего производственного объединения «Гуковуголь» (в настоящее время эти шахты ликвидированы). При этом в среднем зольность выпускаемого концентрата оценивалась на уровне 18%. Характерно, что, в силу упоминавшейся ранее специфики садкинские угли на ЦОФ «Гуковская» не обогащались. Комплексная модернизация производства и техникотехнологическое переоснащение цепи агрегатов, осуществленные в 2014-2016 гг., позволили эффективно (средняя зольность концентрата 10%) с годовой нагрузкой до 3,5 млн т перерабатывать практически любое сырье, в том числе труднообогатимые угли Садкинского месторождения. В настоящее время ЦОФ «Гуковская» работает по замкнутой водно-шламовой схеме. Однако за предшествующие годы (фабрика была введена в эксплуатацию в середине 1960-х годов) на промплощадке накоплено более 6 млн т высокозольных (48-52%) угольных шламов. Ниже представлены результаты электронно-микроскопических исследований углей и продуктов их обогащения. ОФ «Замчаловская» и «Гуковская», тяжелая фракция шламоотстойник. Цель исследований. Выявление наличия фаз, содержащих редкие и благородные металлы, исследование их морфологических особенностей и химического состава, количественная оценка содержания рудных фаз на площади образца. Результаты исследования. Основными компонентами исследуемого вещества являются силикатные минералы и кварц (кварц, полевые шпаты, гидрослюды и пр.) и частицы угля, среди которых рассеяны металлические фазы (рисунок 2). Среди преобладающей силикатной массы отмечаются микроагрегаты гипса и тонкие кристаллики солей. Соединения металлов представлены: оксидом алюминия, оксидом хрома, магнетитом, пиритом, соединениями серебра (преимущественно хлоридом серебра), гидроокислами железа; в виде единичных зерен представлены: оксид ниобия (колумбит?); Sn-Ni соединения, самородная медь, оксид титана (рутил). Оксиды алюминия образуют относительно крупные зерна неправильной формы (размером до 50 мкм) и мелкие (1-5 мкм) шаровидные частички, образующие в поле образца обособления совместно с мелкими частичками угля . Среди таких обособлений отмечаются зерна магнетита и редкие единичные зерна колумбита (?), рутила, листочки меди и оксиды хрома Зерна магнетита незакономерно рассеяны на участках обогащения силикатными минералами и оксидами алюминия. Пирит встречается в виде зерен и микрофромбоидов (рис. 2), последние часто в разной степени лимонитизированы. Агрегаты возникших за счет пиритовых фромбоидов гидоокислов железа, обнаруживают сложные спектры химического состава, что вероятно, связано как с их ассоциацией с глинистыми частицами, так и с их сорбирующей ролью (для кремнезема, кальция, и пр.). Соединения серебра повсеместно рассеяны в поле образца. Количество серебросодержащих фаз составляет 0.2-0.8% площади поверхности образца (от общего количества минеральных соединений без учета площади вмещающего материала и угольных частиц) (рис. 3). Как правило, серебро присутствует в виде хлоридов, образующих дендритовидные агрегаты, в центральных частях которых расположены микрочастицы серебра размером до 10-15 мкм (рис. 3-4). Значительно реже встречаются отдельные листочки серебра (самородного?), слабо затронутые реакционными преобразованиями; морфология наименее измененной частицы серебра приведена на рисунке 4 Вероятно, за счет этих частиц и формируются дендритовидные агрегаты хлорида серебра, развивающиеся по частичкам смежных минеральных зерен (за время хранения шламового материала). Размеры и строение поверхности не позволяют провести точный количественный анализ содержания серебра, на основании приближенно-количественных оценок по замерам единичных наименее измененных зерен содержание Ag составляет 70-77%; в таких частицах в составе серебра установлено присутствие ртути. В виде единичных зерен отмечаются бестанталовый (на уровне 0,n%) оксид ниобия (колумбит?), рутил, окисленная самородная медь (вероятно, минералы-акцессории терригенно-глинистой части угленосной породы и магнетитового концентрата), а также единичное зерно олово-никелевого состава.
Bi Рис. 2 - Электронные снимки минеральных фаз в мацералах углей Восточного Донбасса из зон эпигенетической флюидизации.
Рис. 3 - Пример подсчета площади частиц серебра на площади образца (желтое – соединения серебра, светло-серый – остальные минеральные вещества, темно-серый и черный – вмещающее вещество и частицы угля)
Рис. 4 - Чешуйка серебра, слабо затронутая реакционными преобразованиями
Процессы миграции и концентрации элементов-примесей в угленосных толщах происходят с момента их захоронения, продолжаются на всех стадиях литификации, метаморфизма, при тепловом и флюидогенном воздействии эндогенных и экзогенных факторов. Потенциальная рудоносность углей часто обусловлена перераспределением и концентрацией элементов-примесей за счет эпигенетической флюидизации углепородных массивов в поперечных поднятиях, осложненных флексурами и разрывной мелкоапмплитудной тектоникой. В 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 и отходов угледобычи Восточного Донбасса [5]. Несмотря на 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 попадании в окружающую среду. Организация попутного получения сопутствующих элементов из углей до настоящего времени не получила широкого развития. Пока в промышленных масштабах из побочных продуктов коксования и углесжигания извлекается только германий, совместная переработка обогащенных германием зольных концентратов донецких углей технически возможна и рентабельна (извлечение элемента составляет 50—60 % от ресурсов в угле). Рентабельность может быть повышена путем попутного извлечения наряду с германием других ценных металлов, которыми обогащен зольный концентрат.
Библиографический список 1. Коломенский Г. Ю. Проблемы комплексного освоения техногенных месторождений угольного ряда. /Ресурсный потенциал твердых горючих ископаемых на рубеже XXI века (Тр. X Всероссийского угольного совещания). - Ростов-на-Дону: ВНИГРИуголь, 2001. -с. 156-159. 2. Углеотходы Восточного Донбасса как техногенное минеральное сырье. / Коломенский Г.Ю., Гипич Л.В., Коломенская В.Г., Савицкий Д.В. - М., 2002. - 51 с. II Геология, методы поисков, разведки и оценки месторождений топливно-энергетического сырья. Обзор / ООО «Геоинформцентр». 3.Труфанов В. Н., Гамов М. И., Рылов В. Г., Майский Ю. Г., Труфанов А. В. Углеводородная флюидизация ископаемых углей Восточного Донбасса. Ростов-на-Дону: РГУ. 2004. 272 с. 4.Rylov V., Fedorov Yu., Gamov M. « The distribution of methane and mercury concentrations and their emission in East Donbas» // Conference Proceedings of 16th International Multidisciplinary Scientific GeoConference, SGEM 2016. – Bulgaria. – 2016. – Book 5. – Vol. I. – pp. 701-706. 5.М.И. Гамов, С.В. Левченко, В.Г. Рылов, и др. «Закономерности формирования и перспективы комплексного использования металлоносных углей Восточного Донбасса» // Геология и геофизика 2016,т 57, №8. 6.Юдович Я.Э., Кетрис М.П. Ценные элементы-примеси в углях. - Екатеринбург: УрО РАН, 2006. 538 с. 7. Ценные и токсичные элементы в товарных углях России /Под ред. В.Ф. Череповского – М.: Недра, 1996. - 238 с.
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
 |  |
