Зачем приморские геологи изучают уголь

12 апреля 2017 в 10:23, просмотров: 1411

Благодаря открытиям ученых, исследующих недра нашей планеты, в свое время в России, в том числе и в Приморье, появились целые города. Кинематограф и художественная литература плотно укоренили в представлении людей образ геолога как небритого мужчины с обветренным лицом, месяцами проводящего свои исследования где-нибудь в глуши. Но современные геологи далеки от этих представлений. Сегодня в их распоряжении GPS и фототехника, космические снимки и мощное лабораторное оборудование.  

Зачем приморские геологи изучают уголь
Фото: Александр Потоцкий

«Можно определить температуру моря, которая была миллионы лет назад»

Научные исследования в этой области в Приморье сосредоточены в стенах Дальневосточного геологического института местного отделения Российской академии наук. Здесь занимаются исследованием угольных месторождений, а именно их геохимией и минералогией. Существуют разные виды угля, которые по-разному обогащены различными примесями: редкими, редкоземельными металлами, а порой и благородными. С развитием науки специалисты научились получать более точные данные о содержании в породе тех или иных металлов. Появилась возможность изучить их минеральную форму, то, в виде чего эти редкоземельные элементы представлены. В зависимости от формы вещества будет понятно, как его извлекать и насколько это сложно.

«В геологии как в больнице: если бы не было диагностики, это было бы устное народное творчество. В 1999 году в ДВГИ ДВО РАН оформился Аналитический центр, в котором установлена современная аппаратура. Некоторые приборы на Дальнем Востоке России есть только в одном экземпляре – в этом Аналитическом центре. То, что в угле содержатся ценные элементы, известно давно, но не было достоверно известно количество ряда ценных примесей, потому что нечем было их диагностировать. Сейчас появились огромные новые возможности. У нас наступил некий ренессанс - мы имеем возможность не только охарактеризовать формально, но и расшифровать механизмы, причины их нахождения в угле. Если мы знаем, почему примеси там появились, значит, в другом месте мы можем спрогнозировать наличие ценных попутных компонентов. Появилась возможность установить, в какой минеральной форме они находятся. Это очень важно, как известно, графит и алмаз имеют одинаковый элементный состав, но их разная кристаллическая структура определяет, что одно - для наполнителей пластмасс, карандашей и т. д., а другое – для инструментов, бриллиантов», - рассказал Владимир Иванов, кандидат геолого-минералогических наук, ведущий научный сотрудник, руководитель лаборатории микро- и наноисследований.

В Аналитическом центре института занимаются исследованием стабильных изотопов, тех, которые не облучают. Полученные учеными данные для далекого от науки человека кажутся фантастическими, но здесь об этом говорят, как о чем-то само собой разумеющемся.

Фото: WIKIPEDIA.ORG

«По соотношению изотопов кислорода и углерода в арагоните древних ракушек можно определять температуру моря, которая была несколько миллионов лет назад. От температуры зависит соотношение изотопов в твердом веществе, - объяснила Татьяна Веливецкая, кандидат геолого-минералогических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории стабильных изотопов. - Для геологии мы изучаем соотношение изотопов, определявших температуру, при которой в недрах земли формировались минералы. Одни руды появились при высокой температуре, другие – нет, это важный параметр. Все это образовывалось миллионы лет назад, мы восстанавливаем информацию об этих условиях. Узнав, какие процессы привели к такому результату, можно спрогнозировать, какие запасы имеет месторождение, что здесь можно найти.

Для экологов мы изучаем изменения окружающей среды технологическими выбросами. Например, идет сжигание углей, в атмосферу поступает углекислый газ. Деревья растут 100-300 лет, и в каждое годовое кольцо включается состав углекислого газа в атмосфере. И мы каждое кольцо последовательно анализируем и смотрим график, как изменялся уровень углекислого газа в атмосфере. Похожая ситуация со льдом - он накапливается слоями, и можно изучить изменения в его составе. Кроме того, мы определяем палеотемпературы: морские организмы отмирают, выпадают в осадки, и это накапливается слоями. Берем колонку со слоями, которые накапливались миллионы лет, и смотрим, как менялась температура на протяжении этого времени.

В пищевой промышленности мы можем проводить экспертизу. Во многих странах есть целые государственные программы на предмет выявления фальсификации соков, меда и вина. Мед может быть натуральным - он собран пчелами на природе и обладает уникальными свойствами. Если мед разбавить водой и сахаром, то его цена падает, но свойства теряются. По химическому составу подделку отличить нельзя, а по изотопному составу мед отличается. Можно определить, из какого сырья произведен спирт: пшеница, рис либо еще из чего-то. По изотопному составу можно отличить китайский спирт от отечественного».

«Руда – экономическое понятие»

Сейчас приморские ученые совместно с Томским политехническим институтом и сотрудниками Хэбейского инженерного университета участвуют в крупном международном проекте по изучению процессов накопления редкоземельных элементов в период формирования залежей угля. Хотя исследования по большей части относятся к фундаментальной науке, но практическое значение тоже имеют.

«Исследования необходимы для определения механизмов накопления ценных элементов в залежах угля. Разновозрастные осадочные бассейны угля располагаются на территории Южной Сибири, в южной части Дальнего Востока и Северо-Западного Китая. Интерес исследований заключается в том, что редкоземельные элементы содержатся в залежах угля в низких концентрациях. Прежде чем осваивать месторождение на предмет ценных редкоземельных элементов, нужно понять, в каком количестве и в какой форме они там присутствуют и имеется ли практический смысл в их попутном извлечении», - рассказал Владимир Иванов.

Совместно с китайскими коллегами приморские геологи собирают данные и исследуют пробы пород, взятых в разных угольных районах. Это поможет в дальнейшем делать прогнозы, в каких угольных бассейнах можно найти значительное количество ценных примесей. Как отмечают ученые, помимо топливных ресурсов из угля можно извлечь и еще кое-что ценное.

«Уголь все воспринимают как топливное сырье, а в нем много полезных попутных компонентов, - объясняет руководитель лаборатории. - Их можно извлекать из продуктов сжигания металлоносных углей. При отработке месторождений всегда дается комплексная оценка, чтобы извлекать основной компонент и попутные элементы. Так как современные возможности технологий обогащения и извлечения возрастают, то из золы углей определенных угольных объектов появилась реальная выгода извлекать многие редкие и благородные металлы. Руда – экономическое понятие, то, что выгодно извлекать. На то, что в руде содержатся примеси, раньше не обращали внимания в полной мере и никакой выгоды извлечь не могли. Промышленность пока не готова к этому. У тех, кто занимается добычей угля, иногда и желания нет знать про другие ценные компоненты, потому что их заставляют поставить на баланс эти попутные компоненты и отчитываться, почему примеси не извлекают.

Передовые страны идут по пути совершенствования технологий, в частности в Китае эту золу собирают фирмы, которые занимаются только ее утилизацией. Они доставляют ее в центры по переработке. Мы видели, как на современном производстве в Китае получают из золы гранулированные наноразмерные шарики кремния. Затем их используют при производстве резины и других материалов».

Основное внимание исследователей направлено на изучение новых промышленных типов рудной минерализации редкоземельных элементов: германия, рения, галлия, лития. Многие из них были выявлены в последние годы в ряде угольных бассейнов России и Китая. Звучит экзотично, но с этими элементами каждый не единожды сталкивался в быту: они входят даже в детали мобильного телефона.

«Редкоземельные элементы используются в ракетно-космической промышленности, для создания инновационной техники. Все упирается в экономические аспекты, изучается рентабельность извлечения компонентов из угля и продуктов его сжигания. Нужно оценить, насколько рентабельно их извлекать из пока еще нетрадиционного сырья, такого как зола угля», - рассказал Максим Блохин, кандидат биологических наук, заместитель директора института по научной работе.

Однако в первую очередь ученых преследуют чисто научные цели – изучить природу и механизмы образования металлоносных углей. Даже на одном месторождении уголь разных пластов может существенно различаться по составу. К примеру, в породе может содержаться элемент платины. Но это всего 20 сантиметров в разрезе, которые еще нужно найти. Благодаря исследованиям геологов и полученным ими данным другие специалисты смогут придумать, как извлечь этот ценный элемент.

«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 там», - отмечает Владимир Иванов.




Партнеры