coal_liza

Category:

Уголь как источник редкоземельных элементов

Угольные ресурсы являются источником редкоземельных элементов и других ценных веществ, которые востребованы в наукоемких отраслях и имеют высокую рыночную стоимость. Их концентрация в угле низка, но они присутствуют в каждом килограмме этого природного ископаемого. К примеру, в антраците могут содержаться германий, ванадий, золото, платина, серебро, хром, титан и т.д., но их количество очень мало: в 1 тонне угля может находиться 1-10 грамм золота, 0,1-1 грамм платины и т.д.

В апреле 2017 года приморский новостной портал PRIMPRESS опубликовал интервью с Владимиром Ивановым, кандидатом геолого-минералогических наук, ведущим научным сотрудником, руководителем лаборатории микро- и наноисследований Дальневосточного геологического института Дальневосточного отделения Российской Академии Наук (ДВГИ ДВО РАН). Владимир Викторович рассказал об интереснейшем процессе исследования угля как носителя редкоземельных элементов и других ценных веществ:

«– Расскажите, с чем связана ваша работа? И какое практическое применение она приносит людям?

– В настоящее время, мы занимаемся изучением природы накопления редкоземельных элементов в процессе формирования углей. Эти исследования скорее относятся к фундаментальной науке, но они имеют и практическое значение. В настоящее время мы участвуем в международном проекте при финансовой поддержке РФФИ (Российского фонда фундаментальных исследований). С российской стороны проект выполняется ДВГИ ДВО РАН и Томским политехническим университетом, а с китайской стороны работают преподаватели и научные сотрудники Хэбейского инженерного университета.

Наши исследования необходимы для определения механизмов накопления и распределения ценных элементов в залежах угля. Предметом исследования в нашем проекте являются разновозрастные осадочные бассейны угля южной Сибири, юга Дальнего Востока и Северного Китая. Специалисты изучают разновозрастные бассейны угля, чтобы определить геохимический фон и природу источников металлов в угле. Необходимо понимать, что разные угольные месторождения формировались при разных обстановках и при различных условиях, что отразилось на химическом составе ресурсов.

Интерес исследований заключается в том, что редкоземельные элементы содержатся в залежах угля в очень небольших количествах. Но в продуктах сжигания углей содержание редких и благородных металлов может достигать промышленно значимых величин. В таких случаях золы служат техногенным сырьем для извлечения из них ценных компонентов. Поэтому при использовании углей в теплоэнергетике учитывают и возможности освоения редкометалльно-угольных месторождений на предмет ценных редкоземельных элементов. Нужно понять, в каком количестве и в каком виде они там содержатся, и имеется ли практический смысл в их извлечении. Основное внимание направлено на изучение потенциально-промышленных типов рудной минерализации редкоземельных элементов, германия, галлия и лития. В повышенных количествах эти элементы были выявлены в последние годы в ряде новых угольных объектов России и Китая.

– Для чего же необходимы эти исследования? В чем ценность редкоземельных элементов, которые в небольшом количестве встречаются в угле?

– Редкоземельные элементы используются в ракетно-космической промышленности, в высокотехнологичной технике. Обычный человек может и не знать, что каждый день он носит с собой немного редкоземельных элементов, которые входят в детали мобильного телефона. Для России очень важно наладить собственные каналы добычи ценных элементов, потому что на сегодняшний день Китай является монополистом в данной области. Более 90% редкоземельных элементов добывают именно в КНР.

Редкоземельными называются 17 элементов в таблице Менделеева, все они серебристо-белого цвета, имеют сходные химические свойства.

– Как проходит исследование угля на предмет ценных примесей?

– Сначала в полевых условиях проводят опробование угольных пластов. Затем, пробы угля доставляют в лабораторию, где из них приготавливают различного рода препараты, в том числе в оборудовании измельчают до состояния пудры. Вид препаратов зависит от того, какое исследование мы проводим.

Есть методы, когда изучается химический состав угля или включений в него, а есть методы, когда сразу известно, какое вещество перед вами. Например, сахар и крахмал состоят из одних элементов, но имеют разный молекулярный состав. Поэтому при идентификации вещества нужен дополнительный анализ, чтобы понять, что это за вещество, каких компонентов содержится больше, а каких меньше. Даже если в веществе содержится десятитысячная, миллионная или миллиардная доля процента, это может быть очень информативно.

Например, на плазменном масс-спектрометре определяют весьма, можно сказать, исчезающие, низкие концентрации элементов, практически всех, которые есть в таблице Менделеева.

Прежде чем измерять на приборе, уголь определенным образом озоляют в муфельной печи, потом эту золу обрабатывают и переводят в раствор, с помощью кислот. Затем раствор вводится в прибор, в котором при высокой температуре горит аргоновая плазма, вещество ионизируется, а система регистрации фиксирует необходимые сигналы. Прибор настолько чувствителен, что после каждого опыта приходится менять посуду на новую. Даже если очень хорошо вымыть ее, химическая память о прошлом веществе остается, и прибор даст результат с этим учетом.

У нас есть приборы, которые могут работать в автоматическом режиме, даже круглосуточно. Для них мы вещество спрессовываем в такие «таблетки», которые помещаются в специальные держатели, компьютер управляет и производит многокомпонентный анализ. Так определяются макрокомпоненты, которых в угле достаточно много – первые проценты. Здесь можно не только золу изучать, но и сам уголь. Золу мы используем потому, что ее можно разложить и убрать органику. Это зависит от того, какой компонент мы хотим получить.

Важно не только определить количество, но и минеральную форму вещества. Например, олово может быть в сульфидной форме и в оксидной. В одном случае его можно легко извлечь, в другом нет. Нужно определить, в виде какого минерала или соединения элемент представлен. Для этого существуют всевозможные микроскопы – световые, электронные и другие.

Световые классические и люминесцентные микроскопы позволяют исследовать горную породу в падающем, отраженном и проходящем свете. Если взять уголь, то он не прозрачный, но если его сошлифовать, то получается прозрачный шлиф. Его помещают на предметный столик микроскопа. Поляризованный свет, проходя через кристалл, преломляется и получается разноцветная картинка. Уголь под микроскопом очень красивый: в красных, бордовых, оранжевых тонах.

Если раньше даже электронные микроскопы служили для визуализации тонких частиц минералов при высоких увеличениях, то сейчас они оснащены еще и спектрометрами, которые позволяют определить их состав. На дисплее можно увидеть, из каких элементов состоят микровключения в угле или другой горной породе. Электронные микроскопы увеличивают в сотни тысяч раз. Даже во включении меньше одного микрона мы определяем состав. Кроме того, у нас есть устройство к сканирующему электронному микроскопу, когда мы можем с помощью ионного пучка «распиливать» минеральные зерна и исследовать их зональность и состав в разрезе. Это только один из множества современных инструментальных методов, которые используются в Аналитическом центре ДВГИ ДВО РАН».

В США ученые также изучают угольные ресурсы и занимаются разработкой методов извлечения из них редкоземельных элементов. США, как и многие другие страны, импортируют редкоземельные элементы из Китая, который является их основным производителем. Будучи почти что монополистом на данном рынке, Китай регулирует экспортные квоты и, соответственно, цены по своему усмотрению, что сказывается на экономике покупателей. В связи с этим, странам, нуждающимся в редкоземельных элементах, выгодно научиться добывать их самостоятельно из имеющихся ресурсов, таких, как уголь. Кроме того, извлечение этих веществ из продуктов переработки угля поможет снизить нагрузку на экологию.

По материалам: 

http://primpress.ru/article/13548

http://www.febras.ru/64-uncategorised/2017/4020-03-04-2017-vladimir-ivanov-ugol-pod-mikroskopom-ochen-krasivyj-v-krasnykh-bordovykh-oranzhevykh-tonakh-podrobnee.html

http://promvesti.com/ugol-v-ximicheskoj-promyshlennosti/

http://www.mygeos.com/2009/08/08/ugol-cherez-mikroskop-eto-namnogo-bolshe-chem-prosto-chernyj-kusok-porody

https://www.netl.doe.gov/research/coal/rare-earth-elements/overview/program-overview

https://phys.org/news/2017-10-inexpensive-billion-recover-rare-earth.html

Error

Anonymous comments are disabled in this journal

default userpic