МЕТАЛЛОНОСНОСТЬ УГОЛЬНЫХ БАССЕЙНОВ И МЕСТОРОЖДЕНИЙ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН

АННОТАЦИЯ

Уголь — смесь веществ с разного рода примесями. В составе полезного ископаемого встречаются вкрапления металлов, включая золото. Для исследования содержания редкоземельных и драгоценных металлов в углях проделано много работ, в т.ч. огромную роль внесли учёные  Узбекистана. В ходе работ изучены основные закономерности их распределения и условия накопления редкоземельных элементов (РЗЭ)  в угольных месторождениях.  В данной статье приведены результаты исследований, проведенные в лаборатории по комплексному использованию горючих полезных ископаемых АО «Узбекуголь» и сотрудниками лаборатории «ХТ, ПГ и СФМ». Приведены данные исследования по извлечению благородных металлов из месторождений Ангренского бурого и Шаргунского каменного угля.

В статье обсуждаются проблемы и экономическая эффективность извлечения редких и благородных металлов из бурых и каменных углей. На примерах Ангренского бурого и Шаргунского каменного углей приводятся результаты по содержанию в них редкоземельных, драгоценных и рассеянных элементов, имеющих не только техническое, но стратегическое значение. Отмечается высокая целесообразность извлечения благородных металлов из золошлаковых отходов. При этом экономические расчеты показывают, что угли Республики Узбекистан, сформировавшиеся в нестабильных тектонических условиях, и характеризующиеся преимущественно малой мощностью угольных пластов, содержат в себе ценные, редкоземельные металлы, нередко достигающие промышленно значимых концентраций, и могут рассматриваться в качестве объектов комплексного освоения.

ABSTRACT

Coal is a mixture of substances with various kinds of impurities. In the composition of the mineral there are inclusions of metals, including gold. To study the content of rare earth and precious metals in coals, a lot of work has been done, incl. scientists of Uzbekistan have played a huge role. In the course of the work, the main regularities of their distribution and the conditions for the accumulation of rare earth elements (REE) in coal deposits were studied. This article presents the results of studies conducted in the laboratory for the integrated use of combustible minerals JSC "Uzbekugol" and employees of the laboratory "CT, PG and SAS". The research data on the extraction of precious metals from the deposits of Angren brown and Shargun coal are presented.

Ключевые слова: бурый уголь, торф, редкоземельные элементы, цветные металлы, руда, пульпа, флотореагенты, шлак, метоформизм, комплексоны,  поверхностно-активные вещества,  иониты, сорбенты.     

Keywords: brown coal, peat, rare-earth and non-ferrous metals, ore, pulp, flotation reagents, slag, methoformism, surfactants, complexones, foam formers, ion exchangers, sorbents.

Мировая тенденция по рациональному употреблению природных ресурсов обусловлена стремлением комплексного использования руд и органического топлива. Природные угли являются нетрадиционным и весьма необычным сырьем, в составе которых могут содержаться редкоземельные и драгоценные металлы. Это объясняется тем, что при формировании пластов бурых и каменных углей  в последних происходит накопление редких и благородных металлов, обусловленное потоками вод, протекающих через торфяные болота, торф которых образован остатками  растений, способных аккумулировать различные ионы, в том числе редких и драгоценных металлов. В результате, редкоземельные и благородные цветные металлы сорбируются как торфом, так и пористым углем, в большей степени в виде комплексных ионов, коллоидных частиц и наночастиц. Процесс сорбции металлов и гуминовых кислот в среде гниения остатков растений описаны, и вместе с этим определены константы продуктов этих реакций [1-3]. Длительное время содержание редкоземельных и драгоценных металлов в углях определялось способами, занижающими истинные значения на 2–3 порядка. В настоящее время интерес к изучению металлоносности угольных отложений повышается, ведутся исследования по извлечению цветных, драгоценных металлов  из бурых и каменных углей и их золошлаковых отвалов предприятий цветной металлургии [4, 5].

По литературным источникам известно, что бурые и каменные угли отдельных месторождений содержат благородные металлы: золото, серебро, платину, а также элементы платиновой группы палладий, осмий, иридий, и другие редкие элементы - германий, галлий, иттрий, иттербий, литий, бериллий, скандий, стронций, цирконий, ниобий, рубидий, индий, селен, лантан, торий, гафний [6-8]. Установлено, что содержание и скорость отделения частиц металла зависит от природы угля и угольных месторождений.

Поэтому определение и извлечение редкоземельных металлов в составе твердых топлив представляет особый научно-практический интерес.

В последние десятилетия в различных странах мира ведутся активные работы по изучению металлоносности углей. Добыча твердого топлива в Узбекистане несколько возросла. Делаются успешные попытки извлечения золота, скандия, редкоземельных элементов из углей и золошлаковых отходов [9].

Содержание редкоземельных и драгоценных металлов в углях обычно определялось способами, занижающими истинные значения на 2–3 порядка. При опробовании угольных пластов используется бороздовый метод с дифференцированным отбором проб на угледобывающих предприятиях. Длина интервала опробования выбиралась в зависимости от мощности и сложности строения пласта и изменялась в среднем от 0,30 до 4,0 м. По сравнению со средними данными, они обогащены литофильными (Li, Sc, V, Мn, Вr, Rb, Cs, Ва, Sm, Eu, Tb,Yb,Тh), халькофильными (Сu, Zn, Аs, Se, Cd, Рb) и сидерофильными (Сг, Со, Ni,Мо)элементами.

В настоящее время для количественного определении примесных элементов в углях применяют современные аналитические методы. Основным методом является многоэлементный инструментальный нейтронно-активационный анализ, выполненный в геохимической лаборатории АО «Уранредметгеология». Спектр элементов определялся массспектрометрическим методом с индуктивно связанной плазмой (ICP–MS).

Для анализа углей с низким содержанием золота, серебра, а так же при анализе платины и металлов платиновой группы используют пробирный анализ в комбинации с другими физическими и физико-химическими методами [10].

Рост добычи и уровня потребления углей в Республике Узбекистан обусловил необходимость проведения исследований для изучения металлоносного потенциала и оценки экологической опасности углепродукции. На территории Узбекистана выделены бурые угли: Приаральский, Кызылкум­ский, Ташкент-Ангренский бассейн и каменные угли: Бухарский. Каршинский, Сурхандарьинский и Ферганский угольные бас­сейны.

Общие предварительные ресурсы углей в стране составляют более 3,8 млрд. т. Учёные Узбекистана ведут исследования по определению металлоносного потенциала и оценки экологической опасности углепродукции. После проведения анализов углей, взятых с разных месторождений обнаружено, что не во всех пробах присутствуют золотые включения. Высокий показатель концентрации драгметалла и золота оказался только в части угленосных участков. На некоторых месторождениях в угле обнаружилось содержание золота 0,5 г/т. До настоящего момента металлоносность углей Узбекистана детально не изучалась. Данные по геохимии и металлоносности углей приводятся в геологических отчетах в виде результатов анализов проб из некоторых угольных месторождений Республики [11].

Среднее содержание элементов-примесей в углях в целом по республике рассчитывалось как средневзвешенное по ресурсам угля в бас­сейнах и угленосных районах. Преобладающая часть геологических ресурсов бурого угля стра­ны сосредоточена в Ангренском угольном месторождении, а каменных углей - в Сурхандарьинском бас­сейне. Большая часть сред­них содержаний элементов от 3 до 16 раз превышают среднемировые значение. Кроме того, отмечается за­метная разница в содержани­ях редкоземельных элементов (лантаноиды+Y+Sc) по месторож­дениям каменного угля - в Шарғуне (411,8 г/т), Хаузе (257,3 г/т), Санжаре (162,1 г/т), Байсуне (86,2 г/т) и Кухи-танге (34,8 г/т).

В связи с этим, полученные средние оценки со­держания элементов-примесей в углях респу­блики близки к их содержаниям в углях Сурхандарьинского бассейна, также целесообразно производить геохимиче­ской оценку отдельно по бассейнам и угленосным районам.

Средние содержания элементов-примесей в углях Сурхандарьинского бассейна приведены в таблице 1

Таблица 1.

Средние содержания элементов-примесей в углях Сурхандарьинского бассейна, г/т [3]

Среди широкого спектра элементов-приме­сей в углях республики экономический интерес для промышленности могут представлять Ge, Sc, Rе, что позволяет рассматривать уголь и продукты его переработки в качестве само­стоятельного сырьевого источника некоторых металлов [11].

Наиболее перспективными металлами для извлечения из углей Узбекистана являются германий, скандий, рубидий и редкоземельные элементы.

Учитывая, что 1 кг металлического германия на мировом рынке стоит 2045 долларов США (2,0 $/грамм), скандия 10500 (10,5 $/грамм), а рубидия 6700 (6,7 $/грамм), на месторождении Шаргун, содержащее  Ge - 21 г/т-, позволит извлечь целевой продукт – германий, на сумму 42$ с каждой тонны угля, Sc - 25,4 г/т×10,5 = 266,7 долл. США. Итого в сумме более 300 $, тогда ценность металлов составляет в 1 т угля в недрах, что даже при 50% извлечения их в несколько раз пре­вышает стоимость самого угля.

Следует отметить, что содержания редкоземельных элементов в углях Шаргуня сумма редких элементов  в 7 раз превышает среднемировую, что позволяет ставить вопрос о де­тальном изучении этой проблемы. Наиболее перспективны в этом отношении пласты место­рождений Шаргун, Байсун, Кухитанг, Санжар, Хауз и др. Сурхандарьинского угольного бас­сейна (табл. 2).

Угли этих месторождений наи­менее метаморфизованные среди всех углей республики и относятся к маркам СС, ССКОМ. ОС, Т, К, А и А. Результаты геохимических исследований металлоносности углей Узбекистана показало, что проблемы, свя­занные с геологическим изучением, оценкой, разработкой технологии извлечения ценных металлов из углей рассмотренных месторож­дений, которые могут существенно поднять их практическую ценность.

Таблица 2.

Содержание германия, скандия и суммы РЗЭ  в углях и золах углей различных месторождений Сурхандарьинского угольного бассейна

Анализ проведенных исследований позволя­ет сделать вывод о том, что угли Республики Уз­бекистан, сформировавшиеся в нестабильных тектонических условиях, характеризующиеся преимущественно малой мощностью угольных пластов и, часто, высокой степенью углефикации, содержат в себе ценные, редкоземельные металлы, нередко достигающие промышленно значимых концен­траций, и могут рассматриваться в качестве объ­ектов комплексного освоения.

Результаты лабораторных исследований показали, что в отходах сжигания и отходах обогащения промышленной концентрации имеются редкие и драгоценные металлы [12]. В первую очередь, это алюминий, содержание которого доходит до 1 – 8% на тонну, вольфрам (1,25 %), содержание его в золошлаках Ангренских и Шаргунских углей доходит до одного и более килограммов на тонну.

Список литературы

1. Seredin V.V., Finkelman R.B. Metalliferous coals: A review of the main genetic and geochemical types // Int. J. of Coal Geol. - 2008. - V. 76.1. 4. - P. 253-289.
2. Seredin V.V., Dai S., Sun Y., Chekryzhov Yu I.. Coal deposits as promising sources of rare metals for alternative power and energy-efficient technologies // Applied Geochemistry. - 2013. - V.31. - P. 1-11.
3. Кулибин К.А. Драгоценные металлы в каменном угле//Золото и платина, 1908. № 24. С. 510–511.
4. Крапивенцева В.В. Металлоносность углей Приамурья //Тихоокеанская геология, 2005, том 24. - №1. - С. 73-84.
5. Юдович Я.Э., Кетрис М.П. Ценные элементы примеси в углях. – Екатеринбург: УрО РАН, 2006. – 538 с.
6. Юдович Я.Э., Кетрис М.П. Неорганическая геохимия угля: аспекты теории. – Сыктывкар: УрО РАН, 2066. – 538 с.
7. Ketris M.P., Yudovich Ya.E. Estimations of Clarkes for Carbonaceous biolithes: World averages for trace element contents in black shales and coals // Int. J. Coal Geol. – 2009. – V. 78. – P. 135–148.
8. Омонов Х.А., Мовланов Ж.Ж., Абдуллаев Х.Н., Очилдиев А.Х. «Актуальные проблемы и перспективы угольной промышленности» - Журнал «Геология и минеральные ресурсы» 2/2020. С 29-33.
9. Омонов Х.А, Турамуратов И.Б. Проблема геохимической специализации углей Республики Узбекистан. Ж.: Геология   и минеральные ресурсы, №2, 2021г., с 83-88.
10. Принципы и методика геохимических исследований при прогнозировании и поисках рудных месторождений. (Методические рекомендации)/ Под ред. А.А.Смыслова, Н.М. Динкова, А.И. Понайотова. – Л.: Недра, 1979. – 247 с.
11. Юсупов С.К., Юсупов Ф.М., Ёдгаров Н., Байматова Г.А., Xалилов С.У.
12. Cинтез новых вспенивателей для извлечения драгметаллов из углей. Ж.: Композиционные материалы. №2
13. Юсупов С.К., Юсупов Ф.М., Ёдгоров Н., Байматова Г.А. Извлечение   ценных металлов из бурых и каменных углей. Научно и научно-практическая онлайн конференция на тему «Актуальные проблемы в химии и химической промышленности», организованная для молодых учёных  Республики. Ташкент 2021 год 20-21 декабря.