Variability of mercury content in coal matter from coal seams of the Upper Silesia Coal Basin

• Autorzy: Wierzchowski K. , Chećko J. , Pyka I.

Identyfikatory

DOI

10.1515/amsc-2017-0058

Warianty tytułu

PL

Zmienność zawartości rtęci w materii węglowej pokładów GZW

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The process of identifying and documenting the quality parameters of coal, as well as the conditions of coal deposition in the seam, is multi-stage and extremely expensive. The taking and analyzing of seam samples is the method of assessment of the quality and quantity parameters of coals in deep mines. Depending on the method of sampling, it offers quite precise assessment of the quality parameters of potential commercial coals. The main kind of seam samples under consideration are so-called “documentary seam samples”, which exclude dirt bands and other seam contaminants. Mercury content in coal matter from the currently accessible and exploited coal seams of the Upper Silesian Coal Basin (USCB) was assessed. It was noted that the mercury content in coal seams decreases with the age of the seam and, to a lesser extent, seam deposition depth. Maps of the variation of mercury content in selected lithostratigraphic units (layers) of the Upper Silesian Coal Basin have been created.

PL

Użytkowanie węgla związane jest z emitowaniem do atmosfery wielu zanieczyszczeń. Jednym z nich, szczególnie niebezpiecznym dla zdrowia i życia ludzi, są związki rtęci. Zanieczyszczenie to szczególnie łatwo rozprzestrzenia się w środowisku i nie ulega biodegradacji. Ocenę jakości węgla prowadzi się na etapie wytwarzania produktów handlowych węgla i ich użytkowania, jak i na etapie przygotowania i prowadzenia eksploatacji. Przykładem tego drugiego jest pobieranie i badanie próbek bruzdowych z pokładów węgla. W zależności od zastosowanych metod ich pobierania dają one możliwości bardziej lub mniej dokładnej oceny parametrów jakościowych, możliwych do uzyskania węgli handlowych. W pracy analizowano zawartości rtęci w pokładach GZW, bazując na standardowo pobieranych przez służby geologiczne kopalń węgla kamiennego, próbkach pokładowych dokumentacyjnych. Są to próbki materii węglowej zawartej w pokładach węgla. Pozyskane próbki poddano kolejnym stadiom rozdrabniania i pomniejszania, aż do uzyskania próbek analitycznych według normy (PN-G-04502:2014-11, 2014). W próbkach analitycznych, poza standardowym zakresem analiz, oznaczono dodatkowo zawartości rtęci. Każda pobrana próbka posiada przyporządkowane współrzędne X, Y, Z, określające miejsca jej pobrania. Pozyskane dane wykorzystano do wyznaczenia zależności statystycznych oraz zaproponowano mapy zmienności zawartości rtęci w materii węglowej grup pokładów, opracowane za pomocą oprogramowania SURFER. Rozkład zawartości rtęci w uzyskanych próbkach przedstawiono graficznie w postaci histogramu na rysunku 2. Rozkład danych jest niesymetryczny i charakteryzuje się dodatnią asymetrią. Obliczona wartość średnia zawartości rtęci wynosi 52,5 μg/kg, a wartości dolnego i górnego kwartyna wynoszą odpowiednio 23 i 70 μg/kg. Na rysunku 3 przedstawiono rozrzut zawartości rtęci w zależności od wartości współrzędnej Z (głębokość pobrania próbki), a na rysunku 4 zobrazowano rozrzut zawartości rtęci w zależności od podziału litostratygraficznego karbonu produktywnego GZW, wyrażonego przez numery pokładów. Na obu rysunkach widoczna jest tendencja zmniejszania się zawartości rtęci w materii węglowej zawartej w pokładach wraz z przechodzeniem do starszych warstw i ogólnie głębiej zalegających, chociaż głębokość zalegania pokładów nie jest pochodną wyłącznie wieku pokładów węgla. W obu wypadkach wartości współczynnika R2 są małe i nie upoważniają do wykazania istnienia zależności statystycznej. Następnie obliczono średnie wartości zawartości rtęci w materii węglowej zawartej w poszczególnych warstwach – grupach pokładów, a wyniki obliczeń zestawiono w tabeli 1, i na rysunku 5. Dane z tabeli 1 i rysunku 5 uwypuklają tendencje zmian zawartości rtęci w próbkach pokładowych w zależności od głębokości pobrania próbek i budowy litostratygraficznej karbonu produktywnego GZW. Obliczona wartość współczynnika korelacji pomiędzy średnimi zawartościami rtęci w poszczególnych grupach pokładów GZW, a numerami grup pokładów, będących liczbowym odwzorowaniem ogniw litostratygraficznych GZW, jest duża i wynosi 0,86. Populację wyników zawartości popiołu w analizowanych próbkach pokładowych bruzdowych dokumentacyjnych, przedstawiony na rysunku 6, w postaci histogramu. Obliczona wartość średnia zawartości popiołu wynosi 7,64%, a wartości dolnego i górnego kwartyla wynoszą odpowiednio 4,44% i 8,90%. Na rysunkach 7 – 10 przedstawiono prawdopodobne przebiegi izolinii zawartości rtęci w materii węglowej w pokładach warstw libiąskich i łaziskich (Rys. 7), orzeskich (Rys. 8), rudzkich (Rys. 9) i siodłowych (Rys. 10).

Słowa kluczowe

EN

coal matter; Upper Silesian Coal Basin; seam samples; mercury

PL

materia węglowa; GZW; próbki pokładowe; rtęć

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2017
• Tom: Vol. 62, no. 4
• Strony: 843--856
• Opis fizyczny: Bibliogr. 32 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Wierzchowski K.

• Central Mining Institute, Pl. Gwarków 1, 40-166 Katowice, Poland

autor

Chećko J.

• Central Mining Institute, Pl. Gwarków 1, 40-166 Katowice, Poland

autor

Pyka I.

• Central Mining Institute, Pl. Gwarków 1, 40-166 Katowice, Poland

Bibliografia

• [1] BP Statistical Review of World Energy, June 2014. bp.com/statisticalreview.
• [2] Das T.B., Pal S.K., Gouricharan T., Sharma K.K., Choudhury A., 2013. Evaluation of Reduction Potential of Selected Heavy Metals from and Indian Coal by Conventional Coal Cleaning. International Journal of Coal Preparation and Utilization, 33, 300-312.
• [3] Adams D.M.B., Carpenter A.M., Clarke L.B., Davidson R.M., Fernando R., Fukasawa K., Scott D.H., Smith I.M., Sloss L., Sound H.N., Takeshita M., Wu Z., 2006. SOx - emissions and Control. IEA Clean Coal Centre.
• [4] Demir I., Ruch R.E., Damberger H.H., Harvey R.D., Steele J.D., Ho K.K., 1998. Environmentally critical elements in channel and cleaned samples of Illinois coals. Fuel, 77, 1/2, 95-107.
• [5] Dziok T., Strugała A., Rozwadowski A. Górecki J., Ziomber S., 2014. Zmiany zawartości rtęci w węglu kamiennym w procesie jego wzbogacania. Polityka Energetyczna, 17, 4, 277-288, (in Polish).
• [6] Economic Commission for Europe, 1998. Committee on Sustainable Energy. Interantional Classfication of in-Seam Coals. United Nations, New York and Geneva.
• [7] Huggins F.E., Seidu L.B.A., Shah N., Huffman G.P., Honaker R.Q., Kyger J.R., Higgins B.L., 2009. Elemental modes of occurrence in an Illinois #6 coal and fractions prepared by physical separation techniques at a coal preparation plant. International Journal of Coal Geology, 78, 65-76.
• [8] http://www.mercuryconvention.org/Convention/tabid/3426/Default.aspx.
• [9] http://www.mos.gov.pl/artykul/7_archiwum/23417_polska_podpisala_konwencje_w_sprawie_rteci.html (in Polish).
• [10] IEA Statistics, 2014a. Electricity Information. IEA/OECD.
• [11] IEA Statistics, 2014b. Energy Balances of OECD Countries. 2014 Edition.
• [12] Jureczka J., Krieger W., Wilk S., 2009. Zasoby perspektywiczne węgla kamiennego w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym. XIX Konferencja z cyklu „Aktualia i perspektywy gospodarki surowcami mineralnymi”, 4-6.11.2009, PAN Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią, Kraków, (In Polish with Englisch abstrakt.)
• [13] Mastalerz M., Drobniak A., 2005. Vertical variations of mercury in Pennsylvanian coal beds from Indiana. International Journal of Coal Geology, 63, 36-57.
• [14] Mercury Study Report to Congress, 1997. Volume V: Health Effects of Mercury and Mercury Compounds, EPA-452/R-97-007.
• [15] Ozbayoglu G., 2011. Partitioning of major and trace elements of a Turkish lignite with size and density. Physicochem. Probl. Miner. Process., 4, 51-60.
• [16] Ozbayoglu G., 2013. Removal of hazardous air pollutants based on commercial coal preparation data. Physicochem. Probl. Miner. Process., 49 (2), 621-629.
• [17] Pavlish J.H., Sondreal E.A., Mann M.D., Olson E.S., Galbreath K.C., Laundal D.L., Benson S.A., 2003. Status review of mercury control options for coal-fired power plants. Fuel Processing Technology, 82, 89-165.
• [18] PN-82/G-97002, 1982. Węgiel kamienny - Typy. The Polish Committee for Standardization (in Polish).
• [19] PN-G-04502:2014-11, 2014. Węgiel kamienny i brunatny - Pobieranie i przygotowanie próbek do badań laboratoryjnych - Metody podstawowe. The Polish Committee for Standardization (in Polish).
• [20] PN-ISO 1171:2002, 2002. Paliwa stałe - Oznaczanie popiołu. The Polish Committee for Standardization (in Polish).
• [21] Pyka I., Wierzchowski K., 2010. Technological Conditions of Mercury Content Reduction in Hard Coal Based on the ROM Coal from Several Polish Collieries. Arch. Min. Sci., 55, 2, 349-371.
• [22] Pyka I., Wierzchowski K., 2015. Możliwości oceny zanieczyszczenia handlowego węgla kamiennego rtęcią na podstawie analiz próbek pokładowych. Przegląd Górniczy, 6, 50-56, (in Polish).
• [23] Quick W.J., Ironson R.M.A., 2002. Trace elements partitioning during the firing of washed and untreated power stations coals, Fuel, 81, 665-657.
• [24] SC-1.PB.23, 2012. Oznaczanie zawartości Hg metodą absorpcyjnej spektrometrii atomowej z generowaniem zimnych par (CVAAS). Procedura GIG, (in Polish).
• [25] Sloss L.L., 2012. Legislation, standards and methods for mercury emissions control. CCC/195. London, UK, IEA Clean Coal Centre, 43.
• [26] Swaine D.J., 2000. Why trace elements are important. Fuel Processing Technology, 65-66, 21-33.
• [27] Toole-O’Neil B., Tewalt S.J., Finkelman R.B., Akers D.J., 1999. Mercury concentration in coal - unraveling the puzzle. Fuel, 78, 47-54.
• [28] UNEP, 2010. Process Optimization Guidance for Reducing Mercury Emissions from Coal Combustion in Power Plants. Division of Technology, Industry and Economics (DTIE) Chemicals Branch, Geneva, Switzerland.
• [29] UNEP, 2013. Global Mercury Assessment 2013, Sources, Emissions, Releases and Environmental Transport. UNEP Chemicals Branch, Geneva, Switzerland.
• [30] Wang W.F., Qin Y., Wang J., Li J., 2009. Partitioning of hazardous trace elements during coal preparation. Procedia Earth and Planetary Science, 1, 838-844.
• [31] Wang W.F., Qin Y, Sang S., Jiang B., Guo Y., Zhu Y., Fu X., 2006a. Partitioning of minerals and elements Turing preparation of Taixi coal, China. Fuel, 85, 57-67.
• [32] Wang W., Qin Y., Wei C., Li Z., Guo Y., Zhu Y, 2006b. Partitioning of elements and macerals during preparation of Antaibao coal. International Journal of Coal Geology, 68, 223-232.

Uwagi

PL

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