Geochemical characteristics of the bismuth and antimony occurrence in some coal seams in the Lublin Coal Basin (LCB)

• Autorzy: Parzentny H. R. , Róg L.

Identyfikatory

DOI

10.1515/amsc-2017-0024

Warianty tytułu

PL

Geochemiczna charakterystyka występowania bizmutu i antymonu w niektórych pokładach węgla Lubelskiego Zagłębia Węglowego (LZW)

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The study included 24 samples of coal with 7 cores, boreholes (7 coal seams), made by the Polish Geological Institute in Warsaw at the site of a Chelm field and 6 coal samples taken from 2 decks in the Lublin Coal mine „Bogdanka“ S.A. in LCB. Based on performed tests found generally low levels of Sb and Bi in coal. In the vertical profile of the LCB contents of Bi and Sb in coal generally increases from coal seams younger to older age. Content of Bi in coal from roof part coal seams is usually higher, and ash content in the coal content of Sb are generally lower than in the carbon of the middle part decks. The content of Bi in the lateral coal deposits is unlikely to vary, and the gap in the coal content of Bi between the sampling regions coal do not exceed 1.7 g / Mg. In contrast gap Sb content in coal on the extent LCB is from 1.7 g / Mg of 5.8 g / Mg. The biggest influence on the content of Bi and Sb in coal from the LCB is probably organic matter in which these elements are scattered and do not form their own minerals.

PL

Celem artykułu było określenie zróżnicowania zawartości Bi i Sb w węglu LZW oraz określenie roli substancji organicznej w ich koncentrowaniu w węglu. Pierwiastki te należą do bardzo rzadko (Sb) lub w ogóle nie oznaczanych (Bi) w węglu kamiennym ze złóż Polski. Badaniami objęto 24 próbki węgla kamiennego z rdzeni 7 otworów wiertniczych (7 pokładów węgla), wykonanych przez Państwowy Instytut Geologiczny w Warszawie na obszarze złoża Chełm oraz 6 próbek węgla pobranych z 2 pokładów w kopalni Lubelski Węgiel „Bogdanka” S.A. w LZW (Rys. 1). Na podstawie wykonanych badań stwierdzono, że skład petrograficzny węgla (Tab. 1) jest zbliżony do składu petrograficznego paleozoicznych węgli Europy w makroregionie North Atlantic (Vt = 68%, L = 12%, I = 20%), określonego przez Lopo de Sousa e Vasconcelous (1999). Zawartość witrynitu w badanym węglu jest porównywalna z zawartością tej grupy macerałów w węglu z serii paralicznej (63,8%) GZW. Ze względu na refleksyjnośc witrynitu, badany węgiel zaliczono do średnio uwęglonego węgla (typ C) ortobitumicznego. Przeciętna zawartość Bi i Sb w badanym węglu LZW jest w przypadku Bi mała, a w przypadku Sb zbliżona do wartości klarków dla węgla bitumicznego i subbitumicznego (Tab. 2). Zawartość Bi i Sb w węglu ogólnie zwiększa się idąc od pokładów wiekowo młodszych do starszych (Rys. 2). Zawartość Bi w węglu z przystropowej części pokładów węgla jest zwykle większa, a zawartość popiołu w węglu i zawartość Sb w węglu są na ogół mniejsze, niż w węglu z części środkowej pokładów (Rys. 3). Ze względu na małą zawartość Bi i Sb w węglu, potencjalnie najkorzystniejszym do ewentualnego spalania jest węgiel z części przyspągowej pokładu 378. Zawartość Bi w węglu po rozciągłości pokładów jest mało zróżnicowana, a rozstęp zawartości Bi w węglu pomiędzy rejonami opróbowania pokładów węgla nie przekracza 1,7 g/Mg (Rys. 4). Natomiast rozstęp zawartości Sb w węglu po rozciągłości LZW wynosi od 1,7 g/Mg do 5,8 g/Mg. Na podstawie korelacyjnej zależności, między zawartością Bi i Sb w popiele węgla i w węglu, a zawartością popiołu (Tab. 3) przypuszcza się, że największy wpływ na zawartość w węglu LZW omawianych pierwiastków ma substancja organiczna. To przypuszczenie potwierdziły wyniki rozwiązania funkcji RS, wyrażającej (opisaną wzorem nr 1) zależność zawartości pierwiastka w popiele węgla od zawartości popiołu. Stwierdzono, że 100% zawartości Bi i 97% zawartości Sb w węglu pochodzi z substancji organicznej węgla. Obserwacje powierzchni próbek węgla, za pomocą mikroskopu optycznego do światła odbitego i za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM-EDS), nie ujawniły obecności wtrąceń minerałów Bi i Sb w macerałach, ani domieszek tych pierwiastków w minerałach siarczkowych, siarczanowych, węglanowych i ilastych (Rys. 5). Nie stwierdzono także obecności minerałów własnych Bi i Sb. Przypuszcza się, że Bi i Sb mogą być rozproszone w niektórych maceratach i w minerałach, lecz z powodu przeważającej objętości i masy macerałów w węglu nad substancją mineralną, substancja organiczna ma największy lub wyłączny wpływ na zawartość tych pierwiastków w węglu. Związek pierwiastków z substancja organiczną oceniono jako ogólnie niekorzystny dla środowiska w przypadku wykorzystywania tego węgla do spalania. Omawiane pierwiastki Bi i Sb w zakresie temperatur 327°C-1127°C łatwo bowiem ulegają w paleniskach odparowaniu oraz szybko kondensują się i wzbogacają na cząstkach faz pierwiastków litofilnych (K, Ca, Na, Mg, Ti). Dlatego mogą one być łatwo uwalniane do atmosfery w formie lotnych związków, a skondensowane na najdrobniejszych cząstkach popiołu lotnego mogą w atmosferze wchodzić w skład pyłu zawieszonego.

Słowa kluczowe

EN

bismuth; antimony; bituminous coal; coal seams; Lublin Coal Basin

PL

bizmut; antymon; węgiel kamienny; pokłady węgla; LZW

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2017
• Tom: Vol. 62, no. 2
• Strony: 313--324
• Opis fizyczny: Bibliogr. 31 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Parzentny H. R.

• Faculty of Earth Sciences, University of Silesia, Będzińska Str 60, 41-200 Sosnowiec

autor

Róg L.

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

Bibliografia

• [1] Bojakowska I., Pasieczna A., 2007. Arsen i antymon w węglach kamiennych i brunatnych ze złóz polskich. Ochrona Środowiska i Zasobów Naturalnych, Vol. 31, p. 522-526.
• [2] Cebulak S., 1983. Determination of geochemical components of coal from the point of view of full utilization and environmental preservation. [W:] Bojkowski, K i Porzycki, K. red. Geological problems of coal basins in Poland. Geological Institute Warsaw, p. 335-361.
• [3] Cebulak S., Różkowska A., 1983. Korelacja pokładów węgla w Centralnym Rejonie Węglowym Lubelskiego Zagłębia Węglowego na podstawie badań geochemicznych. Kwartalnik Geologiczny, Vol. 27, Nr 1, p. 25-40.
• [4] Hanak B., Kokowska-Pawłowska M., 2004. Zróżnicowanie zawartości pierwiastków śladowych i podrzędnych w skałach płonnych i w popiołach węgla z pokładu 620. Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej, seria Górnictwo, Nr 260, p. 155-165.
• [5] Hanak B., Kokowska-Pawłowska M., 2006. Zmienność zawartości pierwiastków śladowych w litotypach węgla i ich popiołach na tle profilów pokładu 630 (GZW). Gospodarka Surowcami Mineralnymi, Vol. 22, Zeszyt specjalny Nr 3, p. 69-77.
• [6] Idzikowski A., 1959. O występowaniu niektórych mikroelementów w węglach kamiennych warstw rudzkich i siodłowych na Górnym Śląsku. Archiwum Mineralogiczne, Vol. 23, Nr 2, p. 272-350.
• [7] International Classification of Seam Coals, Final Version, 1995. Economic Commission for Europe, Committee On Energy, Working Party On Coal, Fifth Session, Genève.
• [8] Jurczak-Drabek A., 1996. Atlas petrograficzny złóż węgla kamiennego Górnośląskiego Zagłębia Węglowego, 1:300 000. Państwowy Instytut Geologiczny, Warszawa.
• [9] Ketris M.P., Yudivich Ya.E., 2009. Estimations of Clarkes for Carbonaceous biolithes: World avarages for trace element contents in black shales and coals. International Journal of Coal Geology, Vol. 78, p. 135-148.
• [10] Lewińska-Preis L., Fabiańska M.J., Ćmiel S., Kita, A., 2009. Geochemical distribution of trace elements in Kaffioyra and Longyearbyen coals, Spitsbergen, Norway. International Journal of Coal Geology, Vol. 80, p. 211-223.
• [11] Lopo de Sousa e Vasconcelos 1999. The petrographic composition of world coals. Statistical results obtained from a literature survey with reference to coal type (maceral composition). International Journal of Coal Geology, Vol. 40, p. 27-58.
• [12] Marczak M., 1985. Geneza i prawidłowości występowania pierwiastków śladowych w węglach złoża Chełm w Lubelskim Zagłębiu Węglowym. Prace Naukowe Uniwersytetu Śląskiego, Nr 748, p. 1-109.
• [13] Marczak M., Lewińska L., 1982. Molibden w węglach kamiennych złoża Chełm (Lubelskie Zagłębie Węglowe). Prace Naukowe Uniwersytetu Śląskiego, seria Geologia, Vol. 6, p. 22-32.
• [14] Marczak M., Parzentny H., 1985. Geochemiczna i ekologiczna ocena węgli złoża Chełm o podwyższonych i wysokich koncentracjach ołowiu. Przegląd Geologiczny, Vol. 33, Nr 12, p. 680-683.
• [15] Marczak M., Parzentny H., 1989. Stężenia kadmu jako kryterium ekologicznej oceny węgli złoża Chełm w Lubelskim Zagłębiu Węglowym. Przegląd Geologiczny, Vol. 37, Nr 5, p. 272-275.
• [16] Parzentny H., 1989. Różnice w zawartości i sposobie związania niektórych pierwiastków w węglu Górnośląskiego Zagłębia Węglowego w profilu pojedynczego pokładu. Przegląd Górniczy, Vol. 45, Nr 4, p. 17-21.
• [17] Parzentny H., 1994. Lead distribution in coal and coaly shales in the Upper Silesian Coal Basin. Geological Quaterly, Vol. 38, p. 43-58.
• [18] Parzentny H., 2009. Srebro, cyna i wolfram w węglu z formacji Lublina (westfal B) w Lubelskim Zagłębiu Węglowym (LZW). Gospodarka Surowcami Mineralnymi - Mineral Resources Management, Vol. 25, Nr 1, p. 147-167.
• [19] PN-G-04501:1998. Węgiel kamienny i antracyt. Pobieranie próbek pokładowych bruzdowych.
• [20] PN-G-04502:2014-11. Węgiel kamienny i brunatny. Pobieranie i przygotowanie próbek do badań laboratoryjnych. Metody podstawowe.
• [21] PN-ISO 7404-2:2005. Metody analizy petrograficznej węgla kamiennego (bitumicznego) i antracytu. Część 2: Metoda przygotowania próbek węgla.
• [22] PN-77/G-04528/00. Paliwa stale. Oznaczanie składu chemicznego popiołu. Przygotowanie próbki popiołu i roztworów do badań.
• [23] PN-ISO 7404-3:2001. Metody analizy petrograficznej węgla kamiennego (bitumicznego) i antracytu. Część 3: Metoda oznaczania składu grup maceratów.
• [24] Porzycki J., Zdanowski A., 1995. Coal deposits, Lublin Coal Basin. In: The carboniferous system in Poland. [W:] Zdanowski, A. i Żakowa H. red.). Papers of the Polish Geological Institute, Nr 148, p. 159-164.
• [25] Ratafia-Brown J.A., 1994. Overview of trace elements partitioning in flam es and furnaces of utility coal-fired boilers. Fuel Processing Technology, Vol. 39, p. 139-157.
• [26] Strugała A., Makowska D., Bytnar K., Rozwadowska T., 2014. Analiza zawartości wybranych pierwiastków krytycznych w odpadach z procesu wzbogacania węgla kamiennego. Polityka Energetyczna - Energy Policy Journal, Vol. 17, p. 77- 89.
• [27] Swanson V.E., Huffman C., 1976. Guidelines for sample collecting and analytical methods used in U.S. Geological Survey for determining chemical composition of coal. Geological Survey Circular, Nr 735.
• [28] Szczygieł Ł., 2009. Medyczne zastosowania związków bizmutu. Gazeta Farmaceutyczna, Vol. 4, p. 36-38.
• [29] Vogt O., Ogonowski J., Litawa B., 2008. Wpływ właściwości kwasowo-zasadowych i redukowalności katalizatorów Bo- Si-O modyfikowanych wybranymi jonami metali na ich aktywność w procesie OCM-CO2. Czasopismo Techniczne Chemia, Vol. 13, z. 1-Ch, p. 149-154.
• [30] Xu R., Yan R., Zheng C., Qiao Y., 2003. Status of trace element emission in a coal combustion process: a review. Fuel Processing Technology, Vol. 85, p. 215-237.
• [31] Yudovich Ya., E., Ketris M.P., 2002. Neorganičskoe veščestvo ugley. Russian Academie of Sciences Ural Division Ekaterinburg, p. 1-423.

Uwagi

PL

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