The forms of occurrence and chemical composition of sulfides in the LW Bogdanka bituminous coal deposits of the Lublin Coal Basin

• Autorzy: Bielowicz B. , Misiak J.

Identyfikatory

DOI

10.24425/122578

Warianty tytułu

PL

Formy występowania i skład chemiczny siarczków w pokładach węgla kamiennego LW Bogdanka w Lubelskim Zagłębiu Węglowym

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The Bogdanka coal mine, the only currently operating mine in the Lublin Coal Basin (LCB), extracts coal from the Upper Carboniferous formations of the LCB. The average sulfur content in the No. 385/2 seam is 0.98%, while in the case of the No. 391 seam it is slightly higher and amounts to 1.15%. The iron sulfides (pyrite and marcasite) in bituminous coal seams form macroscopically visible massive, vein, and dispersed forms. A microscopic examination has confirmed their complex structure. Massive forms contain euhedral crystals and framboids. The sulfide aggregations are often associated with a halo of dispersed veins and framboids. Pyrite and marcasite often fill the fusinite cells. Framboids are highly variable when it comes to their size and the degree of compaction within the carbonaceous matter. Their large aggregations form polyframboids. The cracks are often filled with crystalline accumulations of iron sulfides (octaedric crystals). The Wavelenth Dispersive Spectrometry (WDS) microanalysis allowed the chemical composition of sulfides in coal samples from the examined depoists to be analyzed. It has been shown that they are dominated by iron sulfides FeS₂ – pyrite and marcasite. The examined sulfides contain small admixtures of Pb, Hg, Zn, Cu, Ag, Sb, Co, Ni, As, and Cd. When it comes to the examined admixtures, the highest concentration of up to 0.24%, is observed for As. In addition, small amounts of galena, siderite, and barite have also been found in the examined coal samples. The amounts of the critical elements in the examined samples do not allow for their economically justified exploitation. Higher concentrations of these elements can be found in the ashes resulting from the combustion process.

PL

Kopalnia Bogdanka jest jedyną obecnie czynną kopalnią na terenie Lubelskiego Zagłębia Węglowego – eksploatuje węgiel kamienny z formacji lubelskiej karbonu górnego. Średnia zawartość siarki dla pokładu 385/2 wynosi 0,98%, a dla pokładu 391 jest nieco wyższa i wynosi 1,15%. Siarczki żelaza (piryt i markasyt) w pokładach węgla kamiennego tworzą widoczne makroskopowo formy masywne, żyłowe i rozproszone. Pod mikroskopem widoczna jest złożoność budowy tych wystąpień. Formy masywne zawierają euhedralne kryształy bądź framboidy. Nagromadzenia tych siarczków często połączone są z aureolą rozproszonych żył i framboidów. Piryt i markasyt często wypełniają komórki w fuzynicie. Framboidy wykazują duże zróżnicowanie wielkości i stopnia zagęszczenia w obrębie substancji węglowej. W przypadku dużego zagęszczenia tworzą się poliframboidy. W szczelinach często występują krystaliczne nagromadzenia siarczków żelaza (oktaedryczne kryształy). Analiza Wavelenth Disspersive Spectrometry (WDS) w mikroobszarze pozwoliła na zbadanie składu chemicznego siarczków w próbkach węgla z badanych pokładów. Potwierdzono, że badane wystąpienia są zdominowane przez siarczki żelaza FeS₂ – piryt i markasyt. W ich obrębie można zaobserwować niewielkie domieszki Pb, Hg, Zn, Cu, Ag, Sb, Co, Ni, As i Cd. Największą koncentrację wśród domieszek ma As dochodzącą do 0,24% w analizowanych punktach. W badanych próbkach węgla znaleziono również niewielkie ilości galeny, syderytu i barytu. Ilości pierwiastków krytycznych stwierdzone w badanych próbkach nie pozwalają na ich ekonomicznie uzasadnione pozyskiwanie. Większe stężenia tych pierwiastków można znaleźć w popiołach powstałych w wyniku procesu spalania węgla.

Słowa kluczowe

EN

hard coal; sulfides; petrology; Wavelenth Disspersive Spectrometry

PL

węgiel kamienny; siarczki; petrologia; analiza WDS

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN ; Komitet Zrównoważonej Gospodarki Surowcami Mineralnymi PAN
• Czasopismo: Gospodarka Surowcami Mineralnymi
• Rocznik: 2018
• Tom: T. 34, z. 3
• Strony: 37--52
• Opis fizyczny: Bibliogr. 42 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Bielowicz B.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Geology, Geophysics and Environment Protection, Kraków, Poland

autor

Misiak J.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Geology, Geophysics and Environment Protection, Kraków, Poland

Bibliografia

• [1] Adams Frankie, K. and Hower, J.C. 1987. Variation in pyrite size, form, and microlithotype association in the springfield (no. 9) and herrin (no. 11) coals, Western Kentucky. International Journal of Coal Geology 7, pp. 349–364.
• [2] Balme, B.E., 1956. Inorganic sulphur in some Australian coals. Fuel 29, pp. 21–22.
• [3] Belkin, H. and Luo, K. 2008. Late-stage sulphides and sulfarsenides in Lower Cambrian black shale (stone coal). from the Huangjiawan mine, Guizhou Province. People’s Republic of China Mineralogy and Petrology 92, pp. 321–340.
• [4] Bielowicz, B. and Misiak, J. 2016. Sulphides in Hard Coal Seams from the Orzesze Beds s.s. of Mudstone Series (Westphalian B) in the Eastern Part of the Upper Silesian Coal Basin. Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 32(3), pp. 23–38.
• [5] Bielowicz, B. and Misiak, J., 2017. The forms of occurrence and geochemistry of sulfides in hard coal deposits of the Libiąż Beds in the Upper Silesian Coal Basin, Southern Poland. Geology, Geophysics &. Environment 43, pp. 109–120.
• [6] Casagrande et al. 1977 – Casagrande, D., Siefert, L., Berschinski, C. and Sutton, N. 1977. Sulphur in peat forming systems of Okefenokee swamp and Florida Everglades, origin of sulphur in coal. Geochimica Cosmochimica Acta 41, pp. 161–167.
• [7] Chou, C.L. 2012. Sulfur in coals: A review of geochemistry and origins. International Journal of Coal Geology 100, pp. 1–13.
• [8] Dai et al. 2010 – Dai, S., Wang, X., Chen, W., Li, D., Chou, C.-L., Zhou, Y., Zhu, C., Li, H., Zhu, X., Xing, Y., Zhang, W. and Zou, J. 2010. A high-pyrite semianthracite of Late Permian age in the Songzao Coalfield, southwestern China: Mineralogical and geochemical relations with underlying mafic tuffs. International Journal of Coal Geology 83, pp. 430–445.
• [9] Dai et al. 2006 – Dai, S., Zeng, R. and Sun, Y. 2006. Enrichment of arsenic, antimony, mercury, and thallium in a Late Permian anthracite from Xingren, Guizhou, Southwest China. International Journal of Coal Geology 66, pp. 217–226.
• [10] Dai et al. 2007 –Dai, S., Zhou, P., Ren, D., Wang, X., Li, D. and Zhao, L. 2007. Geochemistry and mineralogy of the Late Permian coals from the Songzao Coalfield, Chongging, southwestern China. Science in China Series D-Earth Sciences 50, pp. 678–688.
• [11] Dembowski, Z. and Porzycki, J. 1988. Karbon Lubelskiego Zagłębia Węglowego. Prace Instytutu Geologicznego 122.
• [12] Demchuk, T.D. 1992. Epigenetic pyrite in a low-sulphur, sub-bituminous coal from the central Alberta Plains. International Journal of Coal Geology 21, pp. 187–196.
• [13] Diehl et al. 2004 – Diehl, S., Goldhaber, M. and Hatch, J. 2004. Modes of occurrence of mercury and other trace elements in coals from the warrior field, Black Warrior Basin, Northwestern Alabama. International Journal of Coal Geology 59, pp. 193–208.
• [14] Diehl et al. 2005 – Diehl, S., Goldhaber, M., Kśnig, A., Tuttle, M.L. and Ruppert, L. 2005. Concentration of arsenic, selenium, and other trace elements in pyrite in Appalachian coals of Alabama and Kentucky [In:] American Society of Mining and Reclamation, June 19–23, 22nd National Conference. pp. 283–301.
• [15] Drobniak, A and Mastalerz, M. 2007. Arsenic, cadmium, lead, and zinc in the Danville and Springfield coal members (Pennsylvanian) from Indiana. International Journal of Coal Geology 71, pp. 37–53.
• [16] Elswick et al. 2007 – Elswick, E.R., Hower, J.C., Carmo, A.M., Sun, T. and Mardon, S.M. 2007. Sulfur and carbon isotope geochemistry of coal and derived coal-combustion by-products: An example from an Eastern Kentucky mine and power plant. Applied Geochemistry 22, pp. 2065–2077.
• [17] Finkelman et al. 2002 – Finkelman, R.B., Orem, W., Castranova, V., Tatu, C.A., Belkin, H.E., Zheng, B., Lerch, H.E., Maharaj, S.V. and Bates, A.L. 2002. Health impacts of coal and coal use: possible solutions. International Journal of Coal Geology 50, pp. 425–443.
• [18] Fleet, M. and Mumin, A. 1997. Gold-bearing arsenian pyrite and marcasite from Carlin Trend deposits and laboratory synthesis. The American Mineralogist 82, pp. 182–193.
• [19] Hower et al. 2008 – Hower, J.C., Campbell, J.L. (Iain), Teesdale, W.J., Nejedly, Z. and Robertson, J.D., 2008. Scanning proton microprobe analysis of mercury and other trace elements in Fe-sulfides from a Kentucky coal. International Journal of Coal Geology 75, pp. 88–92.
• [20] Hower, J.C. and Eble, C.F. 2005. Arsenic-bearing pyrite and marcasite in the Fire Clay coal bed, Middle Pennsylvanian Breathitt Formation, eastern Kentucky. International Journal of Coal Geology 63, pp. 27–35.
• [21] Kabata-Pendias, A. 2011. Trace Elements in Soils and Plants, fourth ed. CRC Press.
• [22] Kabata-Pendias, A. and Mukherjee, A. 2007. Trace Elements from Soil to Human. Springer-Verlag, Berlin.
• [23] Kortenski, J. and Kostova, I. 1996. Occurrence and morphology of pyrite in Bulgarian coals. International Journal of Coal Geology 29, pp. 273–290.
• [24] Kucha, H. and Lipiarski, I. 1998. Mineralogy and geochemistry of sulphides from coal seams, Upper Silesian Coal Basin, Poland. Mineralogica Pololonica 29, pp. 23–40.
• [25] Mastalerz et al. 2004 – Mastalerz, M., Hower, J.C., Drobniak, A., Mardon, S.M. and Lis, G. 2004. From in-situ coal to fly ash: a study of coal mines and power plants from Indiana. International Journal of Coal Geology 59, pp. 171–192.
• [26] Matl, K. and Wagner, M. 1995. Analiza występowania pierwiastków rzadkich, rozproszonych i śladowych w ważniejszych krajowych złożach węgla brunatnego [In:] Stryszewski, M. ed. Eksploatacja selektywna węgla brunatnego i kopalin towarzyszących wraz z uwarunkowaniami techniczo-ekonomicznymi i korzyściami ekologicznymi. Kraków: CPPGSMiE PAN (in Polish).
• [27] Querol et al. 1989 – Querol, X., Chinchon, S., Lopez-Soler, A., 1989. Iron sulfide precipitation sequence in Albian coals from the Maestrazgo Basin, southeastern Iberian Range, northeastern Spain. International Journal of Coal Geology 11, pp. 171–189.
• [28] PN-ISO 7404-3:2001. Metody analizy petrograficznej węgla kamiennego (bitumicznego) i antracytu – Metoda oznaczania składu grup macerałów (in Polish).
• [29] Renton, J. and Cecil, C. 1979. The origin of mineral matter in coal, in, Donalson [W:] Donalson, A., Presley, M. and Renton, J. red.Carboniferous Coal Guidebook. Bull. Wess. Va. Geol. Econ. Sirv., pp. 206–223.
• [30] Renton, J.J. and Scott Bird, D. 1991. Association of coal macerals, sulfur, sulfur species and the iron disulphide minerals in three columns of the Pittsburgh coal. International Journal of Coal Geology 17, pp. 21–50.
• [31] Sawłowicz, Z. 2000. Framboids, from their origin to application, Prace mineralogiczne. Kraków: Wyd. Oddziału PAN.
• [32] Stach et al. 1982 – Stach, E., Mackowsky, M.Th., Teichmüller, M., Taylor, G.H., Chandra, D. and Teichmüller, R. 1982. Stach’s Textbook of Coal Petrology. Gebrüder Borntraeger, Stuttgart, 428 pp.
• [33] Taylor, G.H. and Glick, D.C. 1998. Organic petrology : a new handbook incorporating some revised parts of Stach’s Textbook of coal petrology. Gebrüder Borntraeger, Stuttgart. 704 pp.
• [34] Taylor, S.R. and McLennan, S.M. 1995. The geochemical evolution of the continental crust. Reviews of Geophysics 37, pp. 241–265.
• [35] Uytenbogaardt, W. and Burke, E.A.J. 1985. Tables for microscopic identification of ore minerals, second ed. Dover Publications.
• [36] Wagner, M. 2001. Oznaczanie pierwiastków toksycznych i szkodliwych w węglu i jego popiołach [In:] Stryszewski, M. ed. Eksploatacja selektywna węgla brunatnego jako metoda ograniczenia szkodliwego oddziaływania na środowisko pierwiastków obecnych w węglu i produktach jego spalania. Kraków: Wyd. Katedra Górnictwa Odkrywkowego AGH (in Polish).
• [37] Ward, C.R. 2016. Analysis, origin and significance of mineral matter in coal: An updated review. International Journal of Coal Geology 165, pp. 1–27.
• [38] Ward, C.R. 2002. Analysis and significance of mineral matter in coal seams. International Journal of Coal Geology 50, pp. 135–168.
• [39] Widodo et al. 2010 – Widodo, S., Oschmann, W., Bechtel, A., Sachsenhofer, R.F., Anggayana, K. and Puettmann, W. 2010. Distribution of sulfur and pyrite in coal seams from Kutai Basin (East Kalimantan, Indonesia): Implications for paleoenvironmental conditions. International Journal of Coal Geology 81, pp. 151–162.
• [40] Wilkins et al. 1995 – Wilkins, R.W.T., Wilmshurst, J.R., Hladky, G., Ellacott, M.V. and Buckingham, C.P. 1995. Should fluorescence alteration replace vitrinite reflectance as a major tool for thermal maturity determination in oil exploration? Organic Geochemistry 22, pp. 191–209.
• [41] Yudovich, Y.E. and Ketris, M.P. 2005. Arsenic in coal: a review. International Journal of Coal Geology 61, pp. 141–196.
• [42] Zarębska, K. and Pernak-Miśko, K. 2007. Gasification of the coal – prospect of a hydrogen economy (Zgazowanie węgla – perspektywa dla gospodarki wodorowej). Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 23, pp. 243–254 (in Polish).

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).