Некоторые предпосылки для комплексной разработки угольных месторождений на юге Дальнего Востока

___________________________________________ © Н.А. Лаврик, 2005

УДК 553.94/96.004.14

Н.А. Лаврик

НЕКОТОРЫЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ДЛЯ КОМПЛЕКСНОЙ РАЗРАБОТКИ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ НА ЮГЕ ДАЛЬНЕГО ВОСТОКА

Гема комплексной разработки угольных месторождений на юге Дальнего Востока является дискуссионной и вызывает полярные мнения. Однако, как известно, наука должна быть на шаг впереди современных запросов и потребностей. С давних времен по принципу комплексности отрабатывается Подмосковный буроугольный бассейн, для комплексной отработки углей Канско-Ачинского бассейна создан целый институт. Комплексная рациональная отработка месторождений должна пониматься просто - это безотходное производство, на конечном этапе с минимальным экологическим уроном. Давайте посмотрим, какие наработки и перспективы есть для этого на юге Дальнего Востока, в самой экономически развитой и обжитой части Дальнего Востока.

При освоении угольных месторождений необходимо учитывать, прежде всего, способ добычи основного полезного ископаемого - угля (хотя он может быть и не основным при формировании минерально-сырьевых агломераций). Итак, в зависимости от конкретного месторождения, его геологической обстановки и экономической ситуации можно использовать при добыче открытую разработку: карьеры, разрезы, подземные выработки, использовать методы подземной газификации и гидрогенизации.

В.Г. Варнавским, В.В. Крапивенцевой и др. определены объекты по югу Дальнего Востока, перспективные для разработки методом подземной газификации углей (ИГУ) это: Тыгдинское, Мухинское, Свободное, Ерковецкое, Архаринское месторождения в Амурской области; Буреинский бассейн, Верхнебуреинская площадь, Лианское, Хунгарийское, Литовское, Мухенское, Хабаровское месторождения, Переяславская площадь в Хабаровском крае; Ушумунское месторождение в ЕАО; Бикинское месторождение, Раздольненский и Партизанский бассейны в Приморском крае.[6]

Другой важный вопрос - полнота извлечения угля, далее - его обогащение, и использование в зависимости от качества. В Отделении региональной геологии и гидрогеологии АмурНЦ ДВО РАН в последние годы занимаются решением вопросов получения топливной продукции с заданными потребительскими свойствами и продукции нетопливного назначения. К подобной продукции отнесены исходно жидкое топливо, синтетический газ, брикеты, буровые реагенты, горный воск, гуминовые стимуляторы и др. Сырьем могут служить бурые угли с максимальной влажностью до 51-53 %. При термической переработке 1 т сухого угля могут быть получены: полукокс (440-448 кг), газ (374-412 м3), химические продукты (бензол, ксилол, нафталин, низкокипящие фенолы, растворители, технические растворители, пек). Испытания углей проводились на месторождениях Свободное и Сергеевское. Из свободненского угля с применением растворителей могут быть получены одновременно гуминовые кислоты, битумы, а при их переработке - горный воск и смолы. [9] Угли других месторождений с подобными качественными характеристиками могут использоваться аналогичным способом. В Амурской области наиболее близкими качественными характеристиками обладают угли Тыгдинского месторождения, хотя само месторождение требует доразведки.

Угли разрабатываемых Ерковецкого и Архаро-Богучанского месторождений обладают влажностью 35-38 % и пониженным выходом летучих 44-45 %.

Используя методики ОРГиГ Амур НЦ, угли некоторых месторождений Хабаровского края также можно было бы использовать для глубокой переработки, так как их качественные характеристики вполне подходят для этих целей. Бурые угли Хабаровского месторождения - влажность Wг 37,8 %, зольность Ас 4,0-49,5 %, выход летучих 40,9-69,2 %; Базовское месторождение - Wг 32-40 %, Ас 5,8949,88 %; V 36,45-67,33 %; Мухенское - Wг 33-34 %, Ас 10-40 %; V 46,5-56,9 %.

Ни одно из этих месторождений для энергетических целей в настоящий момент не отрабатывается: Хабаровское и Базовское - из-за нерентабельности, а Мухенское - находится в стадии доразведки. Если изменятся цели отработки, то, возможно, и месторождения перейдут в разряд рентабельных.

Наибольшими возможностями для целей глубокой переработки обладают разнообразные угли Приморского края. Можно использо-

вать опыт Липовецкого углехимического комплекса и ОРГиГ АмурНЦ.

Липовецкий углехимический комплекс, занимающийся глубокой переработкой углей, предлагает следующие основные направления производства: наземная газификация углей с целью получения энергетического и технологического газа, продуктов переработки смол и газового концентрата, в т.ч. клеев, битумов, защитных покрытий, фенолов, сорбентов, моющих средств, лака, растворителей, смолы эпоксидной и других материалов. Объединение располагает наработками по отдельным позициям из 25 возможных видов.

Уникальные угли Липовецкого месторождения каменные, длиннопламенные (Д) и газовые (Г); представлены двумя генетическими группами - гумусовыми (50-70 %) и липтобиолитовыми (30-50 %). Уникальной является как раз липтобиолитовая составляющая, содержащая большое количество смолистых веществ. Из смоляных углей возможно получение пластмассы, полукокса, бензина-легроина и керосина, парафинового масла. Кроме того, угли Липовецкого месторождения отличаются повышенными фоновыми содержаниями галлия, титана, редких земель и других элементов [3]. Целесообразно определить месторождения углей, наиболее близкие по своим качественным характеристикам к липовецким углям. Это каменные угли Ильичевского и Уссурийского месторождений, Партизанского и Под-городненского месторождений. Бурые угли Раковского, Бикинского, Шкотовского и Павловского месторождений Приморья близки по качественным характеристикам углям Свободного и Сергеевского месторождений в Амурской области.

Но это одна сторона вопроса, не надо забывать, что ископаемые угли Дальнего Востока содержат целый ряд ценных попутных компонентов, многие из которых пока просто не привлекли внимания, а для извлечения других необходимы новые эффективные технологии. Сделаем небольшой обзор угольных месторождений юга Дальнего Востока, содержащих повышенные количества ценных попутных элементов. И.В. Китаев указывает, что из дальневосточных месторождений наиболее железистые угли содержит Тыгдинское и Свободное (11-15 % Бе203), Павловское и Шкотовское (до 10 % в золах малозольных углей).[3]

На Дальнем Востоке высокое содержание глинозема отмечено в углях многих месторождений. Наиболее богаты им золы Хасанского

месторождения (до 30 %) Золы Артемовского, Тавричанского, Шко-товского, Нижнебикинского, Лианского, Кивда-Райчихинского, Ар-харо-Богучанского, Ургальского месторождений содержат 24-27 % М2О3.

Повышенные значения цинка до 215-224 г/т имеют угли Кивда-Райчихинского месторождения.

Повышенные содержания ванадия - в золе углей Ушумунского месторождения - до 200 г/т. Во вмещающих угли песчано-глинистых породах Мареканского месторождения также повышенные содержания ванадия - до 200 г/т, хотя в самих мареканских углях этот элемент присутствует в малом количестве (11,8 г/т). Минимальные содержания ванадия в углях и в золе углей, которые могут иметь промышленное значение, таковы: 100 г/т и 500 г/т соответственно [4].

В промышленно-значимом содержании кобальт отмечен в золе углей Ушумунского месторождения - до 100 г/т, на месторождении Ургал-Солони содержание кобальта 20 г/т [3].

Никель присутствует в бурых углях Среднеамурского бассейна (наМухенском, Розенгартовском - до 100 г/т). Во вмещающих алеври-то-глинистых породах Ушумунского разреза его содержание «ураганное» - до 8000 г/т, а по средним данным - 2000 г/т. Притом, что минимальные содержания никеля, имеющие возможно - промышленное значение в товарных энергетических углях определяются в 100 г/т и в золах углей - 500 г/т [4].

Промышленная концентрация вольфрама отмечена в углях Ма-реканского месторождения - 44,4 г/т, в породах Чекундинского месторождения его концентрация достигает - 59 г/т [4].

Титан имеет исключительно широкое распространение в бурых углях Приамурья и промышленно значимые (более 1500 г/т) содержания. Наибольшими содержаниями титана выделяются бурые угли Му-хенского, Розенгартовского, Хурмулинского, Чекундинского месторождений. Так, в мухенских углях концентрация титана достигает 10000 г/т (максимально) и 6000 г/т (в среднем), а чекундинские угли содержат титана до 2910 г/т (по максимальным) и 1666 г/т (по средним значениям), в каменных углях Ургальского месторождения содержания титана до 1800 г/т [4].

Барий присутствует в бурых углях Мухенского, Розенгартовско-го, Хурмулинского, Лианского, Ушумунского, Мареканского, Чекун-динского, Ургал-Солони, Ургальского месторождений в значительных количествах - до 300-600 г/т (по максимальным концентрациям) и от

59 до 295 г/т (по средним данным). Наибольшие содержания - в золе углей и породах Ушумунского разреза (до 800 г/т).

Практический интерес могут представлять мухенские угли, где содержание стронция равно 400 г/т (по максимальным значениям) и 320 г/т по средним данным, угли Буреинского бассейна, где содержание стронция в углях достигает 300 г/т, и чекундинские угли с концентрацией стронция до 458 г/т.

Промышленные содержания кадмия обнаружены в углях Маре-канского месторождения - максимально - 9 г/т. В то же время порог «токсичности» для кадмия составляет 1,2 г/т.

В промышленных концентрациях селен определен в золе ушу-мунских углей в количестве до 300 г/т и 6 г/т в среднем.

Минимальные содержания иттрия в углях, которые могут иметь промышленное значение определяются в 15 г/т и в золах углей - 75 г/т. Максимальные и средние содержания иттрия отмечаются в золе ушумунских углей 40 (27) г/т, в углях и породах Чекундинского месторождения - 23-32,8 (13-16,2). В несколько меньших значениях иттрий содержится в углях Мухенского - 20 (13) г/т, Розенгартовско-го -30(17) г/т, Хурмулинского - 23(19) месторождений [4].

Повышенные (промышленные) концентрации галлия отмечены в углях Розенгартовского, Хурмулинского (до 20 г/т), Лианского (до 25 г/т) месторождений, а в Буреинском бассейне - в углях Чекундин-ского (до 28,8 г/т максимально). В ургальских углях содержание галлия достигает 29 г/т. Значительное мировое потребление галлия обусловлено его применением в производстве лазерных диодов для волоконно-оптической связи и сверхвысокочастотного радиолокационного оборудования, в оптикоэлектронных приборах и интегральных схемах [4].

Цирконий установлен в углях Розенгартовского и золе углей Ушумунского буроугольного месторождений, где его содержания достигают промышленных концентраций, составляя соответственно 200 и 200-600 г/т [4].

Минимальные содержания серебра, имеющие возможно промышленное значение в товарных энергетических углях, определяются в 1 г/т и в золах углей - 5 г/т. В Приморье в каменных углях триасового Силанского углепроявления повышенное содержание серебра, а так же на некоторых других месторождениях, таких, как Липовец-кое, Тырминское, Реттиховское. В золе углей Ушумунского разреза

содержание серебра является промышленно значимым и составляет 6 г/т.

Юдович и др. (1985) отмечают, что для золота характерна большая неравномерность распределения не только на площади месторождения, но и в разрезах угольных пластов и даже, возможно, в угольных пробах. В южной части ДВ относительно равномерное распределение золота нарушается лишь его высоким содержанием в углях Силанского углепроявления. Минимальные содержания золота, имеющие возможно - промышленное значение в товарных энергетических углях определяются в 0,02 г/т и в золах углей - 0,1 г/т. В золе углей Ушумунского месторождения его средние содержания составляют 8 г/т, что делает этот металл промышленно-значимым для добычи его из золы ушумунских углей при комплексном использовании последних [4].

Проведенные в последнее время исследования бурых углей Амурской области показали повышенные содержания золота в некоторых месторождениях. Бурые угли Сергеевского месторождения по-ярковской и бузулинской свит содержат в среднем золота 17 г/т. На Свободненском месторождении угленосны кивдинская и бузулинская свиты. Средние содержания золота в углях - 15 г/т. Каменные угли Огоджинского месторождения, средней зольности Ла - 35 % содержат в среднем золото - 30 г/т. Средние содержания золота в бурых углях Райчихинского месторождения составляют - 53 г/т [6].

Таким образом, содержания золота в углях, зачастую промышленные, но так как распределение этого элемента в месторождениях углей, в пластах и по разрезу крайне неравномерное, необходимо учитывать эту особенность в выборе технологии отработки. И.В. Китаев считает: «Одно из важнейших условий рентабельного извлечения малых элементов из углей - комплексность. Необходима разработка таких методов, которые давали бы возможность получать концентрат нескольких наиболее ценных элементов вместе или извлекать ряд элементов попутно с основным, т.к. из-за низких содержаний получение лишь одного компонента не будет окупать затрат на переработку» [3].

О находках платины и металлах платиновой группы в углях информации очень мало. Скорее всего, потому что уголь не анализировался на эти металлы. В.В. Середин в своей работе пишет так: «В современной научной литературе имеется единственное упоминание об аномальных накоплениях элементов платиновой группы в углях.

Высокие содержания палладия (до 6,1 г/т) и платины (>10 г/т)) были установлены на одном из месторождений Канады, расположенного вблизи платиноносного массива ультраосновных пород». [8] Минимальные содержания платиноидов, определяющих возможную промышленную значимость энергетических углей, как источников рудного сырья, таковы: в углях - 0,005 г/т, в золах углей - 0,025 г/т. Пока только в бурых углях Павловского месторождения наряду с золотом и редкоземельными элементами обнаружены платиноиды: №-2,37 г/т; Р^3,17 г/т; ИЬ-0,04 г/т; Яи-0,1 г/т; 08-0,24 г/т; 1г-0,006 г/т. То же в золе углей соответственно: Р1;-8,4 г/т; Р^12,7 г/т; ИЬ-0,16 г/т; Яи-0,7 г/т; 08-1,7 г/т; 1г-0,4 г/т. [9] Л.В. Эйриш рекомендует: «Исследование пла-тиноносности углей на Дальнем Востоке следует продолжить, в том числе в плане возможного извлечения благородных металлов из углей и их золы» [10].

Рассмотрим картину далее. Методическое руководство «Прогноз угленосности и качества углей при ГС - 200 и ГДП - 200» рекомендует количественно оценивать содержания германия в углях от 3 г/т для коксующихся углей и от 10 г/т для энергетических; золота - свыше 0,1 г/т [1]. Бурые и каменные угли отдельных месторождений и площадей юга Дальнего Востока содержат повышенные концентрации германия от 2-3 г/т до 40-300 г/т и значительно выше в золе углей. Архаро-Богучанское буроугольное месторождение в Амурской области содержит германий до 42,8 г/т. Прогнозные ресурсы германия составляют 8,4 т, что в настоящее время промышленного интереса не представляет [6].

В Хабаровском крае - почти забытое Хабаровское месторождение, не отрабатываемое в настоящий момент. После сжигания бурых углей Хабаровского месторождения зола содержит германий до- 502000 г/т. Пласты угля с высоким содержанием германия распространены незначительно. Диргинское проявление - расположено на северо-восточном фланге Литовского месторождения. Бурый уголь с зольностью 7,5-26,0 %. Отдельные пробы углей с Диргинского участка характеризуются повышенным содержанием германия - до 3899 г/т золы. Диргинское проявление требует постановки дополнительных поисковых работ со специализированным изучением германие-носности углей. В пределах Удской угленосной площади отмечается содержание германия до 2-3 г/т в 2 пластах каменного угля мощностью 2,1 м и 3,6 м, разделенных мелкозернистыми песчаниками. Средняя зольность углей 14,3 %.

В золе углей Ушумунского месторождения германий содержится в промышленно значимых количествах до 200 г/т.

В Приморье известно 4 германийсодержащих угольных месторождения. На Бикинском месторождении из редких элементов в углях промышленный интерес представляет германий, встречающийся на 2-х участках в угольных пластах северо-западного борта впадины [3]. Содержание германия здесь крайне неравномерное [7]. Кроме того, в металлоносных пластах установлены повышенные содержания Ве, Оа, 2п, Л§, Ли, W, 2п и некоторых других металлов (как и в коре выветривания фундамента Бикинского месторождения). Павловское месторождение - 8 групп угольных пластов. Основное полезное ископаемое в углях - германий. Выделено германий - угольное месторождение. Максимальные концентрации германия в коре выветривания гранитов фундамента Павловского месторождения также в 2-5 раз превышают кларковое. Кроме того, в металлоносных пластах установлены повышенные концентрации Ве, Мо, редких земель и благородных металлов, например: бериллий - до 70 г/т, фтор - до 500 г/т, ванадий - до 100 г/т, свинец - до 50 г/т и марганец - до 1000 г/т.

Шкотовское месторождение. Угли бурые, зольность углей 16,527,8 %. Угли характеризуются повышенным содержанием германия, галлия и бериллия, достигающими в отдельных пробах 150 г/т.

Раковское месторождение в геолого-структурном отношении -часть Шкотовского месторождения. Характеризуется промышленными запасами германия и урана. Кроме того, в металлоносных пластах установлены повышенные содержания молибдена, галлия и ванадия.

В недавнем прошлом в ДВИМС/е проводились лабораторные исследования по извлечению золота и платины из золы углей. Был написан отчет Черепанов А.А. и др. «Разработка технологии извлечения благородных металлов из золошлаковых отходов ТЭЦ» По данным Ятлуковой Н.Г. известно:

1. Из золы отработанных углей можно извлекать золото и платину. Но содержание их в золоотвалах крайне неравномерное.

2. Принципиально возможно извлечение железа (Бе) в комплексе с другими элементами V, N1, Со.

3. Можно извлекать алюминий (Ли+Л1) и доводить концентрат до промышленного.

4. Германий (Ое), галлий (Оа), скандий (8е) и некоторые другие элементы из золы отработанных углей сложно улавливаются, т.к. они летучи. В старых отвалах этих элементов нет.

5. Технологические цепочки извлечения для большинства редких элементов легко сопоставимы.

Но работы в этом направлении не продолжены.

Помимо углей и содержащихся в них полезных компонентов, на месторождениях могут отрабатываться вмещающие породы. Третичные отложения (палеогеновые и неогеновые) распространены по всей площади Райчихинского месторождения, залегают горизонтально на размытой поверхности кивдинской свиты и сложены разнообразными породами - от пластичных глин до крупнозернистых песчаников с преобладанием последних. Глины могут представлять интерес в керамической промышленности, а пески -в стройиндустрии. Зола углей по химическому составу пригодна для использования в качестве инертных наполнителей в легкие бетоны и керамзитобетоны.

Шлаки углей Архаро-Богучанского месторождения пригодны для использования в качестве строительных материалов как инертный наполнитель при производстве легких бетонов и аг-лопоритового гравия.

Практическое значение на месторождении Свободное имеют вскрышные породы:

• Каолиновые тугоплавкие миоценовые глины, умеренно пластичные с низким и средним содержанием мелких включений.

• Легкоплавкие, грубодисперсные и дисперсные, умеренно пластичные четвертичные глины.

• Выборочно - пески вскрыши

• На площади Ургальского угольного месторождения детально разведано несколько месторождений попутных полезных ископаемых:

• Кирпичных глин в четвертичных отложениях.

• Разведано несколько месторождений строительных песков элювиального генезиса. Пески могут быть использованы в качестве добавки для изготовления бетона, кирпича, строительных работ.

• В поймах рек Чегдомын, Ургал, Бурея известны месторождения гравия, представленные преимущественно изверженными, реже

осадочными породами. Гравий пригоден в качестве наполнителя для бетона марки ниже 150, а также как балласт для покрытия автодорог.

• На территории месторождения имеется несколько участков с разведанными и утвержденными запасами подземных вод, пригодных для хозяйственно-питьевого водоснабжения.

• Зола и шлак от сжигания углей могут использоваться как строительный материал без ограничений [6].

• По данным А.И. Гресова (1994 г.) суммарные ресурсы метана Ургальского месторождения составляют до глубины 600 м более 70 млрд м3.

Помимо углей на Партизанском месторождении может вызвать интерес пластичная черная глина, но соответствующих анализов не проводилось.

Попутные полезные ископаемые Шкотовского месторождения:

• Базальты и андези-базальты шуфанской свиты могут быть использованы в дорожном строительстве.

• Отходы энергетического использования углей по химическому составу потенциально пригодны для использования в строительной индустрии, а золы и золошламовые смеси - как мелкий заполнитель в керамзитобетон, при производстве аглопорита, зольного гравия и т. п.

Практический интерес на Артемовском месторождении могут представлять вмещающие пески. Но необходимы соответствующие анализы и исследования.

Из попутных полезных ископаемых Павловского угольного месторождения могут использоваться в стройиндустрии четвертичные глины, а также пески и галечники неогенового возраста.

Зольные отходы Бикинского месторождения могут использоваться как активные минеральные добавки к цементам и тяжелым бетонам. Тонкомолотая зола условно пригодна для получения золощелочных вяжущих марок цемента.[6].

Краткий обзор угольных месторождений юга Дальнего Востока показывает, что предпосылки для комплексного освоения этих месторождений имеются. Но, прежде всего, необходимо проводить тщательное исследование каждого месторождения на предмет наличия в углях попутных полезных элементов, рационального использования углей в зависимости от их качества, оценивать сопутствующие полезные ископаемые. Далее, т.к. попутные элементы зачастую накапливаются в углях крайне неравномерно и по площади и по раз-

резу, необходимо будет применять селективную отработку угля и учитывать это при выборе технологий отработки угольных месторождений. Кроме того, важно учитывать, что часть элементов имеют максимальные концентрации в золе, а другие элементы уносятся в газах при высоких температурах сжигания.

-------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Гуревич А.Б., Волкова Г.М., Богданова М.В. Прогноз угленосности и качества углей при ГС - 200 и ГДП - 200. СПб: Изд. ВСеГеИ, 2001.

2. Зудихин Ю.А. Перспективы рационального использования углей месторождений Приморского края // Мат-лы 1-й междун. научн. конф, Владивосток, 2001

3. Китаев И.В. Золообразующие и малые элементы углей Дальнего Востока. Владивосток, 1989

4. Крапивенцева В.В. Металлоносность углей Приамурья. // Тихоокеанская геология, 2005, том 24, №1. С. 73-84

5. Кузьминых В.М., Сорокин А.П. Миграция и накопление золота при гипер-генных процессах. Вестник ДВО РАН, №2, 2004.

6. Перспективы освоения угольных месторождений Дальнего Востока. Горно-экологические условия. Под ред. Садардинова И.В. Т.1., Владивосток: Изд-во ДВГУ, 2004.

7. Ратынский В.М., Глушев С.В. Закономерности распределения ряда металлов в ископаемых углях. // Доклады АН СССР, 1967, Т. 177, №5.

8. Седых А.К. Металлоносные угли Приморья // Мат-лы I междун. конф. «Проблема освоения георесурсов Российского Дальнего Востока и стран АТР. Владивосток, 2001

9. Середин В.В., Поваренных М.Ю. Первая находка минералов платины в углях // Доклады АН, т. 342, №6 июнь. 1995

10. Стратегия развития топливно-энергетического потенциала Дальневосточного экономического района до 2020 г. Отв. ред. А.П. Сорокин, Владивосток: Дальнаука, 2001

11. Эйриш Л.В., Степанов В.А. Платиноносность Дальнего Востока: районирование, закономерности, проблемы. // Тихоокеанская геология, 2002, том 21, №3. С.27-39.

— Коротко об авторах -------------------------

Лаврик Н.А. - научный сотрудник ИГД ДВО РАН.