Rare earth elements of orzeskie beds of south-west part Upper Silesian Coal Basin (Poland)

• Autorzy: Adamczyk Z. , Białecka B. , Całusz Moszko J. , Komorek J. , Lewandowska M.

Identyfikatory

DOI

10.1515/amsc-2015-0011

Warianty tytułu

PL

Pierwiastki ziem rzadkich z pokładów węgla warstw orzeskich południowo-zachodniej części GZW (Polska)

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The subject of the research concerned the coal samples from 360/1, 361 and 362/1 seams of the Orzesze beds in the “Pniówek” coal mine. The obtained samples were characterized by low ash content – 2.22-6.27% of the mass. The chemical composition of the ash indicates the presence of aluminosilicate minerale in the analyzed coal samples – most likely clay minerals, the presence of which has been confirmed In microscopic tests of the petrographic composition of channel samples of coal. The content of rare earth elements (REE sum) in the ash of the tested coal seams ranged from 364 to 1429 ppm. Variation of the REE content has been observed within a single seam. The fraction of REE indicates a relation with a mineral substance. No relation of the REE fraction and the presence of red beds has been found based on the tested samples. The content of REE found in ash, normalized to chondrites, is characterized by LREE enrichment in relation to HREE. The Eu anomaly is most likely related to tuff and tonstein levels occurring in Orzesze beds, which accompany the coal seams in the Upper Silesian Coal Basin (i.a., south of the studied area). The research has indicated that LREE in the tested samples are more related to the mineral substance, while HREE have a stronger affinity with organic substances.

PL

Przedmiotem badań były próbki węgla z pokładów 360/1, 361 i 362/1 warstw orzeskich KWK Pniówek. Próbki te charakteryzują się niewielką zawartością popiołu 2,22-6,27% mas. Skład chemiczny popiołów wskazuje na obecność w analizowanych próbkach węgla minerałów z grupy glinokrzemianów najprawdopodobniej minerałów ilastych, których obecność była stwierdzona w badaniach mikroskopowych składu petrograficznego próbek bruzdowych węgla. Zawartości pierwiastków ziem rzadkich (suma REE) w popiołach badanych pokładów węgla wahają się od 364 do 1429 ppm. Obserwuje się zróżnicowanie zawartości REE w obrębie jednego pokładu. Udział REE wykazuje związek z substancją mineralną. Nie stwierdzono związku udziału REE, w badanych próbkach, z obecnością utworów pstrych w stropie karbonu. Zawartości REE oznaczone w popiołach, znormalizowane do chondrytów, charakteryzują się wzbogaceniem LREE wobec HREE. Anomalia Eu związana jest prawdopodobnie z występującymi w warstwach orzeskich (m.in. na północ od obszaru badań) Górnośląskiego Zagłębia Węglowego poziomami tufów i tonsteinów, które towarzyszą pokładom węgla. Badania wykazały, że LREE w badanych próbkach związane są raczej z substancją mineralną, natomiast HREE posiadają silniejsze powinowactwo z substancją organiczną.

Słowa kluczowe

EN

rare earth elements (REE); coal; Orzesze beds; USCB

PL

pierwiastki ziem rzadkich (REE); węgiel kamienny; warstwy orzeskie; GZW

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 60, no. 1
• Strony: 157--172
• Opis fizyczny: Bibliogr. 74 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Adamczyk Z.

• Institute Applied Geology, Faculty of Mining & Geology, Silesian University of Technology, 44-100 Gliwice, Ul. Akademicka 2a, Poland

autor

Białecka B.

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

autor

Całusz Moszko J.

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

autor

Komorek J.

• Institute Applied Geology, Faculty of Mining & Geology, Silesian University of Technology, 44-100 Gliwice, Ul. Akademicka 2a, Poland

autor

Lewandowska M.

• Institute Applied Geology, Faculty of Mining & Geology, Silesian University of Technology, 44-100 Gliwice, Ul. Akademicka 2a, Poland

Bibliografia

• [1] Adamczyk Z., 1998. Petrographical study of barren rock inserts within coal seams of the Upper Marginal Beds in the Jejkowice tectonic trough area. Geological Transaction No 144, Wydawnictwo Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN, Kraków.
• [2] Adamczyk Z., Komraus J.L., Popiel E., 1994. O występowaniu mułowca maghemitowego w warstwach Porębskich z KWK Rymer w Rybniku Niedobczycach. Przegląd Geologiczny, 11, 925-927.
• [3] Adamczyk Z., Komorek J., Lewandowska M., 2014. Specific types of coal macerals from orzesze and ruda beds from ”Pniówek” coal mine (USCB – Poland) as a manifestation of thermal metamorphism. Arch. Min. Sci., Vol. 59, No 1, p. 75-89.
• [4] Bielowicz B., 2013. Występowanie wybranych pierwiastków szkodliwych w polskim węglu brunatnym. Gospodarka Surowcami Mineralnymi, 29, 3, 47-59.
• [5] Botor D., 2005. Geochemistry of Upper Carboniferous tonsteins from the Sabero Coal-field (NW, Spain). Zeszyty Naukowe Politechniki Śl ąskiej, Seria: Górnictwo, 268, 19-30.
• [6] Całus Moszko J., Białecka B., 2012. 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, 61-72.
• [7] Całus Moszko J., Białecka B., 2013. Analiza możliwości pozyskania pierwiastków ziem rzadkich z węgli kamiennych i popiołów lotnych z elektrowni. Gospodarka Surowcami Mineralnymi, t. 29, z. 1, 67-80.
• [8] Cox R., Lowe D.R., Cullers R.L., 1995. The influence of sediment recycling and basement composition on evolution of mudrock chemistry in the south western United States. Geochimica et Cosmochimica Acta, 59, 2919-2940.
• [9] Chou C.-L., 1997. Abundances of sulfur, chlorine, and trace elements in Illinois Basin coals, USA. Proceedings of the 14th Annual International Pittsburgh Coal Conference & Workshop, Taiyuan, China, Sept. 23-27, 1997, Section 1, 76-87.
• [10] Dai S.F., Ren D.Y., Hou X.Q., Shao L.Y, 2003. 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, 117-138.
• [11] Dai S., Li D., Chou C.-L., Zhao L., Zhang Y., Ren D., Ma Y., Sun Y., 2008. Mineralogy and geochemistry of boehmiterich coals: new insights from the Haerwusu Surface Mine, Jungar Coalfield, Inner Mongolia, China. International Journal of Coal Geology, 74, 185-202.
• [12] Dai S., Wang X., Chen W., Li D., Chou C-L., Zhou Y. Zhu C. Li H., Zhu X., Xing Y. Zhang W., Zou J., 2010. 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, 430-445.
• [13] Dai S., Zou J., Jiang Y., Ward C.R., Wang X., Li T., Xue W., Liu S., Tian H., Sun X., Zhou D., 2012. 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 ammonian illite. International Journal of Coal Geology, 94, 250-270.
• [14] Diehl S.F., Goldhaber M.B., Hatch J.R., 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, 193-208.
• [15] Dopita M., 1994. Development of opinions of an origin of red bed bodies in the Czech part of the Upper Silesian Coal Basin. Proceedings from 2nd Czech – Polish Conference on Carboniferous Inst. of Geonics, Ostrava in Czech, 1994.
• [16] Eskenazy G.M., 1987a. Rare earth elements and yttrium in lithotypes of Bulgarian coals. Organic Geochemistry, 11, 83-89.
• [17] Eskenazy G.M., 1987b. Rare earth elements in a sampled coal from the Pirin Deposit, Bulgaria. International Journal of Coal Geology, 7, 301-314.
• [18] Eskenazy G.M., 1999. Aspects of the geochemistry of rare earth elements in coal: an experimental approach. International Journal of Coal Geology, 38, 285-295.
• [19] Finkelman R.B., 1982. The origin occurrence, and distribution of the inorganic constituents in low rank coals. Proceedings of the Basic Coal Science Workshop. US Department of Energy, Houston, TX, 69-90.
• [20] Finkelman R.B., 1995. Modes of occurrence of environmentally sensitive trace elements in coal. [In:] Swaine D.J., Goodarzi F. (Eds.), Environmental Aspects of Trace Elements in Coal. Kluwer Academic Publishing, Dordrecht, 24-50.
• [21] Finkelman R.B., Orem W., Castranova V., Tatu C.A., Belkin H.E., Zheng B.S., Lerch H.E., Maharaj S.V., Bates A.L., 2002. Health impacts of coal and coal use: possible solutions. International Journal of Coal Geology, 50, 425-443.
• [22] Fu F-F., Akagi T., Suzuki Y., Watanabe K., Yabuki, S., 2004. 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, 333-343.
• [23] Gabzdyl W., Probierz K., 1987. The occurrence of anthracites in an area characterized by lower rank coals in the Upper Silesian Coal Basin of Poland. International Journal of Coal Geology, 7, 209-225.
• [24] Gabzdyl W., Probierz K., 1991. Thermal methamorphic products of coals from Jastrzębie Region. Proceedings Int. Conf. on „Structure and Properties of Coals” Inst. of Chemistry and Technology of Petroleum and Coal, Technical University of Wrocław, 7-9.
• [25] Goodarzi F., Grieve D.A., Labonte M., 1990. Tonsteins in East Kootenay coalfields, south eastern British Columbia. Energy Sources, 12, 265-295.
• [26] Grevenitz P., Carr P., Hutton A., 2003. Origin, alteration and geochemical correlation of Late Permian air fall tuffs in coal measures, Sydney Basin, Australia. International Journal of Coal Geology, 55, 27-46.
• [27] Gromet L.P., Dymek R.F., Haskin L.A., Korotev R.L., 1984. The ‘North American Shale Composite’: its compilation, major and trace element characteristics. Geochimica et Cosmochimica Acta, 48, 2469-2482.
• [28] Hower J.C., Ruppert L.F., Eble C.F., 1999. Lanthanide, yttrium, and zirconium anomalies in the Fire Clay coal bed, Eastern Kentucky. International Journal of Coal Geology, 39, 141-153.
• [29] Jureczka J., Krieger W., Rolka M., Wilk S., Chećko J., Głogowska M., Kura K., 2012. Charakterystyka formacji i struktur odpowiednich do geologicznego składowania CO2. [In:] Krajowy Program „Rozpoznanie formacji i struktur do bezpiecznego geologicznego składowania CO2 wraz z ich programem monitorowania“, 15-50.
• [30] Karayigit A.I., Spears DA., Booth C.A., 2000. Distribution of environmental sensitive trace elements in the Eocene Sorgun coals, Turkey. International Journal of Coal Geology, 42, 297-314.
• [31] Klika Z., Kraussova J., 1993. Properties of altered coals associated with Carboniferous red beds in the Upper Silesian Coal Basin and their tentative classification. International Journal of Coal Geology, 22, 217-235.
• [32] Komorek J., Lewandowska M., Probierz K., 2010. Peculiarities of Petrographic Composition of Coking Coals in Southwest Part of Upper Silesian Coal Basin (Poland) as A Result of Thermal Metamorphism Influence. Arch. Min. Sci., Vol. 55, No 4, p. 775-782.
• [33] Kotas A., 1982. Zarys budowy geologicznej GZW. Przewodnik 54 zjazdu PTG. Wydawnictwo Geologiczne, Warszawa, 45-72.
• [34] Kowalski W., 1977. Petrografia pstrych utworów górnośląskiej serii piaskowcowej (namur górny) Rybnickiego Okręgu Węglowego. Zesz. Nauk. AGH, Geologia t. 3, z. 1.
• [35] Kralik J., 1971. Montmorillonit a zeolity v pestrých vrstvách ostravsko-karvinského revíru. Sb. Vedeckych Pr. VSB, Ostrava, 3, p. 1-28.
• [36] Kralik J., 1973. Maghemit v pestrých vrstvách čs. části hornoslezské pánve. Sb. Vedeckych Pr. VSB, Ostrava, 2, 15-28.
• [37] Lyons P.C., Palmer C.A., Bostick N.H., Fletcher J.D., Dulong F.T., Brown F.W., Brown Z.A., Krasnow M.R., Romanków L.A., 1989. 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, 481-527.
• [38] Łapot W., 1992. Petrographic diversity of tonsteins from the Upper Silesian Coal basin (GZW). Prace Naukowe Uniwersytetu Śląskiego, Katowice.
• [39] Marczak M., 1985. Geneza i prawidłowości wtstępowania pierwiastków śladowych w węglach złoża Chełm w Lubelskim Zagłębiu Węglowym. Prace Naukowe Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach, 748.
• [40] Mastalerz M., Padgett P.L., 1999. From in situ coal to the final coal product: a case study of the Danville Coal Member (Indiana). International Journal of Coal Geology, 41, 107-123.
• [41] Morga R., 2005. Występowanie fosforu w węglu kamiennym i jego znaczenie w produkcji koksu. Przegląd Górniczy, 3, 31-32.
• [42] Morga R., 2007. Struktura zmienności zawartości fosforu w eksploatowanych pokładach węgla kamiennego KWK Pniówek. Gospodarka Surowcami Mineralnymi, 23, 1, 29-48.
• [43] Nowak J., 2013. Rare Earth Elements (REE) in the overburnt mining waste material. 65th Annual Meeting of the Internationla Committee for Coal and Organic Petrology, ICCP program and abstract book, 96-98.
• [44] Nowak J., Kokowska-Pawłowska M., Hanak B., 2013. 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 Internationla Committee for Coal and Organic Petrology, ICCP program and abstract book, 99-100.
• [45] Palmer C.A., Lyons P.C., Brown Z.A., Mee J.S., 1990. 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, 55-62.
• [46] Parzentny H., 1995. Wpływ nieorganicznej substancji mineralnej na zawartość niektórych pierwiastków śladowych w węglu Górnośląskiego Zagłebia Węglowego. Prace Naukowe Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach, 1460.
• [47] Pires M., Querol X., 2004. Characterization of Candiota (South Brazil) coal and combustion by-product. International Journal of Coal Geology, 60, 57-62.
• [48] Probierz K., 1986. Zmienność jakości węgla w złożach kopalń „Borynia”, „Manifest lipcowy” i „XXX-lecie PRL” (ROW) na tle budowy petrograficznej pokładów. Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej, Seria: Górnictwo, 140, 93-136.
• [49] Probierz K., 1989. Wpływ metamorfizmu termalnego na stopień uwęglenia i skład petrograficzny pokładów węgla w obszarze Jastrzębia (GZW). Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej, Seria: Górnictwo, 176.
• [50] Querol X., Fernandez-Turiel J.L., Lopez-Soler A., 1995. Trace elements in coal and their behaviour Turing combustion in a large power station. Fuel, 74, 3, 331-343.
• [51] Quick W.J., Irons R., 2002. Trace element partitioning during the firing of washed and untreated power station coals. Fuel, 81, 665-672.
• [52] Rard J.A., 1985. Chemistry and thermodynamics of europium and some if its simpler inorganic compounds and aqueous species. Chemical Reviews, 85, 555-582.
• [53] Ren D.Y., Xu D.W., Zhao F.H., 2004. 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, 187-196.
• [54] Różkowska A., Ptak B., 1995. Pierwiastki podrzędne i śladowe w górnośląskich węglach kamiennych. Przegląd Geologiczny, 43, 6, 478-481.
• [55] Różkowska A., Ptak B., 1995a. Atlas geochemiczny złóż węgla kamiennego Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. Państwowy Instytut Geologiczny, Warszawa.
• [56] Schatzel S.J., Stewart B.W., 2003. 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, 223-251.
• [57] Smolka-Danielowska D., 2010. Rare earth elements in fly ashes created during the coal burning process in certain coalfired power plants operating in Poland e Upper Silesian Industrial Region. Journal of Environmental Radioactivity, 101, 965-968.
• [58] Spears DA., Zheng Y., 1999. Geochemistry and origin of elements in some UK coals. International Journal of Coal Geology, 38, 161-179.
• [59] Staniszewski J., Wagner M., 1980. Utwory tufogeniczne w warstwach orzeskich (westfal B) rejonu Dębieńska w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym. Zesz. Nauk. AGH, Seria: Geologia, t. 6, z. 3.
• [60] Swaine D.J., 1990. Trace Elements in Coal. Butterworths, London, 278.
• [61] Swaine D.J., 2000. Why trace elements are important. Fuel Processing Technology, 65-66, 21-33.
• [62] Taylor S.R., McLennan S.H., 1985. The Continental Crust: Its Composition and Evolution. Blackwell, Oxford, 312.
• [63] Vassilev S.V., Vassileva C.G., 1996. Occurrence, abundance and origin of mineral in coals and coal ashes. Fuel Processing Technology, 48, 85-106.
• [64] Vassiliev S., Vassilieva Ch.G., 1997. Geochemistry of coals, coal ashes and combustion wastes from coal- fired power stations. Fuel Processing Technology, 51, 19-45.
• [65] Winnicki J., 1973. Występowanie i sposób związania niektórych pierwiastków rzadkich w krajowych węglach kamiennych. Prace Naukowe Instytutu Chemii Nieorganicznej i Metalurgii Pierwiastków Rzadkich Politechniki Wrocławskiej, 18.
• [66] Wang W., Qin Y., Wie C., Li Z., Guo Y., Zhu Y., 2006. Partitioning of elements and macerals during preparation of Antabio coal. International Journal of Coal Geology, 68, 223-232.
• [67] Ward C.R., 2002. Analysis and significance of mineral matter in coal seam. International Journal of Coal Geology, 50, 135-168.
• [68] Ward C.R., Spears D.A., Booth C.A., Staton I., 1999. Mineral matter and trace elements in coals of the Gunnedah Basin, New South Wales, Australia. International Journal of Coal Geology, 40, 4, 281-308.
• [69] Willett J.C., Finkelman R.B., Mroczkowski S., Palmer C.A., Kolker A., 2000. Semi-quantitative 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. CD-ROM.
• [70] Worrall F., Pearson D.G., 2001. Water – rock interaction in an acidic mine discharge as indicated by rare earth element patterns. Geochimica et Cosmochimica Acta, 65, 3027-3040.
• [71] Yang J.-H., Zhou X.-H., 2001. Rb-Sr, Sm-Nd, and Pb isotope systematics of pyrite: implications for the age and Genesis of lode gold deposits. Geology, 29, 711-714.
• [72] Zhang J., Ren D., Zheng C., Zeng R., Chou C.-L., Liu J., 2002. Trace element abundances of major minerals of Late Permian coals from southwestern Guizhou province, China. International Journal of Coal Geology, 53, 55-64.
• [73] Zhang J.Y., Zheng C.G., Ren D.Y., Chou C.L, Liu J., Zeng R.S., Wang Z.P., Zhao F.H. Ge Y.T., 2004. Distribution of potentially hazardous trace elements in coals from Shanxi province, China. Fuel, 83,129-135.
• [74] Zhou Y., Bohor B.F., Ren Y., 2000. Trace element geochemistry of altered volcanic ash layers (tonsteins) in Late Permian coalbearing formations of eastern Yunnan and western Guizhou Provinces, China. International Journal of Coal Geology, 44, 305-324.