"Малые" элементы в углях Донецко-Макеевского углепромышленного района (на примере шахты им. В.М. Бажанова"
Зиновьева К. Э.
Угольные месторождения содержат широкий спектр различных химических элементов, которые заключены как в самих углях, так и во вмещающих породах. Такие элементы могут являться сопутствующими полезными ископаемыми, например, угли могут являться источником промышленного получения германия, сырьём для производства урана, серосодержащих продуктов, горного воска, гуминовых удобрений и т. д., а могут оказаться токсичными. В данном случае речь пойдёт именно о токсичных элементах, находящихся в углях Донецко-Макеевского углепромышленного района, которые будут рассмотрены на примере шахты им. В.М. Бажанова.
Угли и вмещающие их породы в пределах чувствительности анализов содержат около 50 малых элементов, из которых постоянно присутствуют 16-20 элементов, иногда называемых ведущими или типоморфными. Среди такого изобилия, как правило, встречаются токсичные элементы. К токсичным относятся элементы, образующие при добыче и переработке твёрдых топлив токсичные соединения, представляющие опасность с позиции загрязнения окружающей среды – атмосферы, поверхностных или подземных вод, почв. В угольных пластах Донецко-Макеевского района встречаются следующие токсичные элементы - S, Hg, As, Be, F, Se, Zn, Li, Mo, Со и др., фоновые содержания которых приведены в табл. 1.
Таблица 1 Содержания "малых" элементов в углях, г/т сухого топлива
| Элементы | |||||||||
| Hg | As | Be | F | Se | Zn | Li | Mo | Co | |
| Фоновые содержания в углях быв. СССР | 0, 05 | 25 | 2, 5 | 100 | 0, 5 | 35 | 6 | 2 | 5 |
| Фоновые содержания в горючих сланцах быв.СССР | 0, 5 | 30 | 0, 1 | - | - | 30 | 10 | 50 | 10 |
| Средние содержания в угольных пластах ш.им.В.М.Бажанова | 0, 04 | 70 | 50 | 200 | - | 50 | 30 | 3 | 20 |
Для приведенных в таблице элементов известны случаи образования в окружающей среде концентраций, превышающих допустимые (ПДК), вследствие использования твёрдых топлив. Эти элементы, а также Pb, V, Ni, Cr, Mn и другие при концентрациях, ниже пределов, относят к потенциально токсичным.
Изучение "малых" элементов угольных пластов является очень актуальным направлением, поскольку проведение подобных исследований могут позволить, кроме имеющих сегодня промышленное значение концентраций Ge и U, выделить в качестве перспективных для поисков и изучения ценных компонентов концентраций в углях W, Ga, Mo, Re, Ag и других благородных металлов. Возможно также выявление высоких локальных концентраций редкоземельных элементов. Данные исследования некобходимы и с экологической точки зрения, т.к. выявив угли с высоким содержанием токсичных элементов, можно избежать дополнительного загрязнения окружающей среды, приняв определённые меры.
На шахте им. В.М. Бажанова по результатам кернового опробования методом спектрального полуколичественного анализа были изучены содержания следующих химических элементов: Rb, Sr, Cs, Ce, Hg, Pb, Cu, Ti, As, V, Mn, Ni, Ga, Cr, Co, Bi, Ba, Nb, Mo, Sn, Li, Y, Zr, Ag, La, Zn, Sc, F, Be, Yb. Как видно из табл. 1, - токсичными, превышающими концентрации, являются As, Co, Mo, Li, Zn, F, а также Be. При использовании твёрдых топлив с содержаниями вышеперечисленных элементов, возможно образование в окружающей среде концентраций токсичных соединений, превышающих ПДК, что может привести к негативному влиянию не только на природную среду, но и на жителей, проживающих в ней. Превышения ПДК этих элементов могут приводить к различным серьёзным заболеваниям у населения (заболевания органов дыхания, ЦНС, онкология…) и снижать качество и продолжительность жизни.
Донецко-Макеевский район является углепромышленным, а значит главное направление – добыча и переработка угля. На территории нашего района сосредоточена масса предприятий (заводы, шахты, ТЭС, котельные…), которые в своём технологическом процессе используют продукты угольной промышленности. При использовании твёрдых топлив, как уже упоминалось выше, образуется ряд токсичных и канцерогенных соединений техногенного происхождения: сажа, золовые уносы, бензапирен, окислы азота, фенолы и др., выделение и количество которых предопределяется технологией производства.
Существуют определённые закономерности концентрации малых элементов, которые рассматриваются на трёх масштабных уровнях:
1 локальные закономерности – распределение малых элементов в разрезе и по площади отдельных угольных пластов;
2 бассейновые закономерности – распределение элементов в стратиграфическом разрезе и по площади распространения формаций, связь металлогении с метаморфизмом и другими бассейновыми факторами;
3 регионально-формационнные закономерности – влияние геоструктурного положения.
Следовательно, при изучении токсичных и потенциально токсичных элементов (компонентов) при разведке месторождений твёрдых топлив должны быть поставлены следующие задачи:
1 выявление в углях (горючих сланцах), вмещающих их породах, подземных и шахтных водах токсичных и потенциально токсичных элементов;
2 оконтуривание площади распространения углей (горючих сланцев) с концентрациями токсичных элементов, представляющими реальную опасность для загрязнения окружающей среды с детальностью, обеспечивающей отдельный учёт таких углей, а также оценку устойчивости состава вод с содержанием вредных компонентов выше ПДК;
3 изучение и оценка условий загрязнения атмосферы, почв, подземных и поверхностных вод токсичными элементами в объёме, необходимом для разработки мероприятий по предотвращению загрязнения.
Если все выше перечисленные задачи будут выполнены то, очевидно, загрязнение окружающей среды будет минимальным, и жизнедеятельность населенных пунктов, находящихся в непосредственной близости от таких предприятий будет протекать в нормальных (оптимальных) условиях.