Dystrybucja pierwiastków ziem rzadkich (REE) w procesie sekwencyjnego ługowania węgla z pokładu 404 KWK „Pniówek” (GZW)

• Autorzy: Adamczyk Z. , Jakóbik A. , Komorek J. , Lewandowska M. , Osadnik M.

Warianty tytułu

EN

The distribution of rare earth elements (REE) during sequential chemical leaching of coal from seam 404, “Pniówek” Coal Mine (USCB)

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Celem pracy było określenie dystrybucji pierwiastków ziem rzadkich (REE) w procesie sekwencyjnego chemicznego ługowania próbek węgla z pokładu 404 KWK Pniówek. Na potrzeby pracy wykorzystano pięciostopniową zmodyfikowaną procedurę ługowania opisaną w pracy D.A. Spears. Zawartość REE w uzyskanych roztworach oznaczono metodą ICP-MS). Analizowano oddzielnie udziały REE w próbkach bruzdowych węgla oraz w roztworach będących produktami sekwencyjnego ługowania substancji nieorganicznej i organicznej węgla. Stwierdzono zróżnicowany udział REE w analizowanych próbkach węgla. Normalizacja udziałów REE do chondrytów wykazała obecność małej anomalii ujemnej dla Eu i większej dodatniej dla Gd. Na wszystkich krzywych po znormalizowaniu widoczne jest wzbogacenie próbek węgla w LREE i odpowiednio niższy mało zróżnicowany udział HREE. Podobnym przebiegiem charakteryzują się krzywe po znormalizowaniu uzyskane dla produktów ługowania związanych z substancją organiczną węgla (etap IV-V) i krzemianami. Krzywe normalizacyjne uzyskane dla produktów ługowania związanych z substancją mineralną (etap I-III) dla poszczególnych próbek węgla są podobne. Wszystkie charakteryzują się dodatnimi anomaliami w zakresie Sm-Tb oraz wzbogaceniem udziałów MREE względem LREE.

EN

The aim of the study was to determine the distribution of REE in coal using during the sequential chemical leaching of four coal samples from 404 seam of Ruda beds of “Pniówek” coal mine. The five digestion steps were used to determine REE distribution. In this study adopted the leaching procedure described in work D.A. Spears.The content of REE in obtained solutions was determined by ICP-MS method.The contents of REE in the samples was analyzed in coal and separately in the solutions which were products of the sequential leaching of inorganic and organic substances of coal. It was found that the REE content in coal samples is varied. The contents of REE were normalized to chondrites. It showed a small negative anomaly for Eu and larger positive anomaly for Gd. The enrichment in LREE of coal samples and respectively lower and less diverse of HREE content are shown on all of the normalized curves. The normalized curves obtained for chondrites REE content in the leaching products connected with organic substance (stage IV-V) have a similar course.The normalized curves obtained for chondrites REE content of the leaching products connected with mineral substance (stage I-III) for the individual samples of coal were similar. All these curves are characterized by positive anomalies in the range of Sm-Tb and enrichment in MREE relative to LREE.

Słowa kluczowe

PL

pierwiastki ziem rzadkich; REE; sekwencyjne chemiczne ługowanie; warstwy rudzkie; GZW

EN

rare earth elements (REE); REE; sequential chemical leaching; Ruda beds; USCB

• Wydawca: STE GROUP
• Czasopismo: Systemy Wspomagania w Inżynierii Produkcji
• Rocznik: 2016
• Tom: z. 5 (17)
• Strony: 21--37
• Opis fizyczny: Bibliogr. 47 poz.

Twórcy

autor

Adamczyk Z.

• Politechnika Śląska, Wydział Górnictwa i Geologii, Instytut Geologii Stosowanej, ul. Akademicka 2, 44-100 Gliwice

autor

Jakóbik A.

• Politechnika Śląska, Wydział Chemiczny, ul. Krzywoustego 6, 44-100 Gliwice

autor

Komorek J.

• Politechnika Śląska, Wydział Górnictwa i Geologii, Instytut Geologii Stosowanej, ul. Akademicka 2, 44-100 Gliwice

autor

Lewandowska M.

• Politechnika Śląska, Wydział Górnictwa i Geologii, Instytut Geologii Stosowanej, ul. Akademicka 2, 44-100 Gliwice

autor

Osadnik M.

• Instytut Metali Nieżelaznych w Gliwicach, ul. Sowińskiego 5, 44-100 Gliwice

Bibliografia

• [1] Z. Adamczyk, B. Białecka, J.Całusz Moszko, J. Komorek, M. Lewandowska. „Pierwiastki ziem rzadkich z pokładów węgla warstw orzeskich południowo-zachodniej części GZW (Polska)”, Archives of Mining Science 60 (1), 2015, s. 157-172.
• [2] Z. Adamczyk, J. Komorek, M. Lewandowska. „Specific types of coal macerals from Orzesze and Ruda beds “Pniówek” coal mine (Upper Silesian Coal Basin – Poland) as a manifestation of thermal metamorphism”, Archives of Mining Science 59 (1), 2014, s. 77-91.
• [3] B. Bielowicz. „Występowanie wybranych pierwiastków szkodliwych w polskim węglu brunatnym”, Gospodarka Surowcami Mineralnymi 29, 3, 2013, 47-59.
• [4] J. Całus Moszko, B. Białecka. „The potential and resources of rare earth metals in the world and in Poland” Review article. Research Raport Central Mining Institute, Mining and Environment 4, 2012, s. 61-72.
• [5] J. Całus Moszko, B. Białecka. „Analiza możliwości pozyskania pierwiastków ziem rzadkich z węgli kamiennych i popiołów lotnych z elektrowni”, Gospodarka Surowcami Mineralnymi, to. 29, z. 1, 2013, s. 67-80.
• [6] S.F Dai, D.Y. Ren, X.Q. Hou, L.Y. Shao. „Geochemical and mineralogical anomalies of the late Permian coal in the Zhijin coalfield of southwest China and their yolcanic origin”, International Journal of Coal Geology 55, 2003, p. 117-138.
• [7] S. Dai, D. Li, C.-L. Chou, L. Zhao, Y. Zhang, D. Ren, Y. Ma, Y. Sun. „Mineralogy and geochemistry of boehmite-rich coals: new insights from the Haerwusu Surface Mine, Jungar Coalfield, Inner Mongolia, China” International Journal of Coal Geology 74, 2008, p. 185-202.
• [8] S. Dai, X. Wang, W. Chen, D. Li, C-L. Chou, Y. Zhou, C. Zhu, H. Li, X. Zhu, Y. Xing, W. Zhang, J. Zou. „A high-pyrite semianthracite of Late Permian age in the Songzao Coalfield, southwestern China”, Mineralogical and geochemical relationswith underlying mafic tuffs. International Journal of Coal Geology 83, 2010, p. 430-445.
• [9] S. Dai, J. Zou, Y. Jiang, C.R. Ward, X. Wang, T. Li T, W. Xue, S. Liu, H. Tian, X. Sun, D. Zhou. „Mineralogical and geochemical compositions of the Pennsylvanian coal in the Adaohai Mine, Daqingshan Coalfield, Inner Mongolia, China: Modes of occurrence and origin of diaspore, gorceixite, and ammonianillite”, International Journal of Coal Geology 94, 2012, p. 250-270.
• [10] S.F. Diehl, M.B. Goldhaber, J.R. Hatch. „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, 2004, p. 193-208.
• [11] G.M. Eskenazy. „Rare earth elements and yttrium in lithotypes of Bulgarian coals”, Organic Geochemistry 11, 1987a, p. 83-89.
• [12] G.M. Eskenazy. „Rare earth elements in a sampled coal from the Pirin Deposit, Bulgaria”, International Journal of Coal Geology 7, 1987b, p. 301- 314.
• [13] R.B. Finkelman. „The origin occurrence, and distribution of the inorganic constituents in low rank coals”, Proceedings of the Basic Coal Science Workshop. US Department of Energy, Houston1982, TX, 69-90.
• [14] R.B. Finkelman, W. Orem V., Castranova, C.A. Tatu, H.E. Belkin, B.S. Zheng, H.E. Lerch, S.V. Maharaj, A.L. Bates. „Health impacts of coal and coal use: possible solutions”, International Journal of Coal Geology 50, 2002, p. 425- 443.
• [15] F-F. Fu, T. Akagi, Y. Suzuki, K. Watanabe, S. Yabuki. „Rare earth element distribution in the acetic acid soluble fraction of combusted coals: Its implication as a proxy for the original coal-forming plants”, Geochemical Journal 39, 2004, p. 333-343.
• [16] F. Goodarzi, D.A. Grieve, M. Labonte, „Tonsteins in East Kootenay coalfields, south eastern British Columbia”, Energy Sources 12, 1990, p. 265-295.
• [17] P. Grevenitz, P. Carr, A. Hutton, „Origin, alteration and geochemical correlation of Late Permian air fall tuffs in coal measures, Sydney Basin, Australia”, International Journal of Coal Geology 55, 2003, p. 27-41.
• [18] A.I. Karayigit, DA. Spears, C.A. Booth. „Distribution of environmental sensitive trace elements in the Eocene Sorgun coals, Turkey”, International Journal of Coal Geology 42, 2000, p. 297-314.
• [19] P. C. Lyons, C. A. Palmer, N. H. Bostick, J. D. Fletcher, F. T. Dulong, F. W. Brown, Z. A. Brown, M. R. Krasnow, L. A. Romankiw. „Chemistry and origin of minor and trace elements in vitrinite concentrates from a rank series from the eastern United States, England, and Australia” International Journal of Coal Geology 13, 1989, p. 481-527.
• [20] M. Marczak. „Geneza i prawidłowości występowania pierwiastków śladowych w węglach złoża Chełm w Lubelskim Zagłębiu Węglowym” Prace Naukowe Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach, 1985, 748.
• [21] M. Mastalerz, P.L. Padgett. „From in situ coal to the final coal product: a case study of the Danville Coal Member (Indiana)”, International Journal of Coal Geology 41, 1999, p. 107-123.
• [22] J. Nowak. „Rare Earth Elements (REE) in the overburnt mining waste material” 65th Annual Meeting of the International Committee for Coal and Organic Petrology, ICCP program and abstract book, 2013, p. 96-98.
• [23] J. Nowak, M. Kokowska-Pawłowska, B. Hanak. „Rare Earth Elements (REE) in the rocks accompanying selected coal seams of the Mudstone and Sandstone Series of Upper Silesian Coal Basin” 65th Annual Meeting of the International Committee for Coal and Organic Petrology, ICCP program and abstract book, 2013, p. 99-100.
• [24] C.A. Palmer, P.C. Lyons, Z.A. Brown, J.S. Mee. „The use of trace element concentrations in vitrinite concentrates and kompanion whole coals (hvA bituminous) to determine organic and inorganic associations” GSA Special Paper 248, 1990, p. 55-62.
• [25] H. Parzentny. „Wpływ nieorganicznej substancji mineralnej na zawartość niektórych pierwiastków śladowych w węglu Górnośląskiego Zagłebia Węglowego” Prace Naukowe Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach, 1995, 1460.
• [26] M. Pires, X. Querol. „Characterization of Candiota (South Brazil) coal and combustion by-product”, International Journal of Coal Geology 60, 2004, p. 57-62.
• [27] W.J. Quick, R. Irons. „Trace element partitioning during the firing of washed and untreated power station coals”, Fuel 81, 2002, p. 665-672.
• [28] D.Y. Ren, D.W. Xu, F.H. Zhao. „A preliminary study on the enrichment mechanism and occurrence of hazardous trace elements in the Tertiary lignite from the Shenbei coalfield China”, International Journal of Coal Geology 57, 2004, p. 187-196.
• [29] A. Różkowska, B. Ptak. „Pierwiastki podrzędne i śladowe w górnośląskich węglach kamiennych”, Przegląd Geologiczny 43, 6, 1995, s. 478-481.
• [30] A. Różkowska, B. Ptak. Atlas geochemiczny złóż węgla kamiennego Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. Państwowy Instytut Geologiczny, Warszawa 1995a..
• [31] S.J. Schatzel, B. W. Stewart. „Rare earth element sources and modification in the Lower Kittanning coal bed, Pennsylvania: implications for the origin of coal mineral matter and rare earth element exposure In underground mines”, International Journal of Coal Geology 54, 2003, p. 223-251.
• [32] D. Smolka-Danielowska. „Rare earth elements in fly ashes created during the coal burning process in certain coal-fired power plants operating in Poland e Upper Silesian Industrial Region”, Journal of Environmental Radioactivity 101, 2010, p. 965-968.
• [33] DA. Spears, Y. Zheng. „Geochemistry and origin of elements in some UK coals”, International Journal of Coal Geology 38, 1999, p. 161-179.
• [34] D.A. Spears. „The dermination of trace element distributions in coals using sequential chemical leaching – A new approach to an old method”, Fuel 114, 2013, p. 31-37.
• [35] D. J. Swaine. Trace Elements in Coal. Butterworths, London 1990, 278.
• [36] D.J. Swaine. „Why trace elements are important”, Fuel Processing Technology 65-66, 2000, p. 21-33.
• [37] S.V. Vassilev, C.G. Vassileva. „Occurrence, abundance and origin of mineral in coals and coal ashes,” Fuel Processing Technology 48, 1996, p. 85-106.
• [38] J. Winnicki. „Występowanie i sposób związania niektórych pierwiastków rzadkich w krajowych węglach kamiennych”, Prace Naukowe Instytutu Chemii Nieorganicznej i Metalurgii Pierwiastków Rzadkich Politechniki Wrocławskiej 1973, 18.
• [39] W. Wang, Y. Qin, C. Wie, Z. Li, Y. Guo, Y. Zhu. „Partitioning of elements and macerals during preparation of Antabio coal”, International Journal of Coal Geology 68, 2006,p. 223-232.
• [40] C.R. Ward. „Analysis and significance of mineral matter in coal seam”, International Journal of Coal Geology 50, 2002, p. 135-168.
• [41] C.R. Ward, D.A. Spears, C.A. Booth, I. Staton. „Mineral matter and trace elements in coals of the Gunnedah Basin, New South Wales, Australia”, International Journal of Coal Geology 40, 4, 1999, p. 281-308.
• [42] J.C. Willett, R.B. Finkelman, S. Mroczkowski, C.A. Palmer, A. Kolker. „Semiquantitative determination of the modes of occurrence of elements in coal: results from an international round robin project”, In: Davidson, R.M. (Ed.), Modes of Occurrence of Trace Elements in Coal. Reports from an International Collaborative Programme. IEA Coal Research, London, UK., 2000,CD-ROM.
• [43] F. Worrall, D.G. Pearson. „Water – rock interaction in an acidic mine discharge as in dictated by rare earth element patterns”, Geochimica et Cosmochimica Acta 65, 2001, p. 3027-3040.
• [44] J.-H. Yang, X.-H. Zhou. „Rb-Sr, Sm-Nd, and Pb isotope systematics of pyrite: implications for the age and genesis of lode gold deposits”, Geology 29, 2001, p. 711-714.
• [45] J. Zhang, D. Ren, C. Zheng, R. Zeng, C.-L. Chou, J. Liu. „Trace element abundances of major minerals of Late Permian coals from southwestern Guizhouprovince, China”, International Journal of Coal Geology 53, 2002, p. 55-64.
• [46] J.Y. Zhang, C.G. Zheng D.Y. Ren, C.L Chou, J. Liu, R.S. Zeng, Z.P. Wang, F.H. Zhao, Y.T. Ge. „Distribution of potentially hazardous trace elements in coals from Shanxi province, China”, Fuel 83, 2004, p. 129-135.
• [47] Y. Zhou, B.F. Bohor, Y. Ren. „Trace element geochemistry of altered volcanic ash layers (tonsteins) in Late Permian coal bearing form ations of eastern Yunnan and western Guizhou Provinces, China”, International Journal of Coal Geology 44, 2000, p. 305-324.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).