Качество углей Норильского угленосного района

Имеющиеся анализы позволяют дать следующую качественную характеристику углей района.

Содержание влаги аналитической в неокисленных углях колеблется от 0,3 до 1,5%, а в углях окисленных достигает 5—6%. Среднее содержание ее не превышает 0,9—1,2%. Влажность рабочего топлива 3—5%.

Зольность (на сухой уголь), как правило, находится в пределах 9—25%; в отдельных пачках наименьшая зольность составляет 5—6%, а наивысшая — превышает 25%. Зольность углей месторождений западной части района выше на 3—5% по сравнению с углями месторождений восточной части. Зольность товарного угля месторождения горы Шмидта и горы Надежда равна 22—24%.

Характерной особенностью норильских углей, как отмечает Р.А. Венер, является значительное количество глинистых частиц, тонко диспергированных в угольном веществе. По его данным, зольность в углях наиболее хорошо изученных месторождений горы Шмидта и горы Надежда распределяется следующим образом: блестящие разности углей имеют зольность от 5 до 15%; переходные от блестящих к матовым — от 15 до 25% и матовые — от 25 до 35%.

Состав золы в углях двух эксплуатирующихся месторождений приведен в табл. 20.

По Р.А. Венеру, колебания в составе золы иногда обусловлены местными скоплениями в угле кальцита или пирита, но чаще они зависят от изменения соотношения количества привнесенных (терригенных) частиц и количества первичной золы углей растительного происхождения. Эти изменения хорошо видны при сопоставлении состава золы исходных углей с составом золы концентратов, полученных при обогащении этих же углей (табл. 21).

Кроме того, в составе золы углей I и II пластов месторождений горы Шмидта и горы Надежда были установлены следующие элементы (в %):

Плавкость золы углей I и II пластов этих же месторождений характеризуется следующими величинами температур: начало деформации конуса 1100°, размягчение 1200—1210°; начало жидкоплавкого состояния 1240—1250°. Зола I и II пластов месторождения горы Шмидта относится к группе среднеплавких.

Характерным компонентом норильских углей является минеральная (карбонатная) углекислота. Происхождение ее связано с наличием кальцита, выполняющего трещинки кливажа. Такие пленки кальцита, по определению Р.А. Венера, содержат до 42,3% CO2. Среднее содержание карбонатной углекислоты в углях составляет 2,5%.

По содержанию серы подавляющая часть углей района должна быть отнесена к малосернистым (Sобс 0,2—1%) и частично к среднесернистым. Верхние пласты 0 и 0а Далдыканского месторождения и верхние пачки пласта I месторождений горы Шмидта и горы Надежда содержат максимальное для углей Норильского района количество серы (Sобс 1—4, реже 5—6%).

Соотношение серы общей, пиритной, сульфатной и органической по верхнему и нижнему слоям пласта I и по пласту II месторождений горы Шмидта и горы Надежда, по данным Р.А. Венера, приведено в табл. 22.

По данным А.Ф. Кокоры, содержание фосфора в углях Имангдинского месторождения достигает в пачках более зольных углей 0,046%, в более же чистых углях оно составляет 0,02%. При обогащении зольного угля содержание фосфора снижается до 0,021%.

По калорийности угли района относятся к высококачественному топливу. Теплота сгорания на горючую массу чистого угля или обогащенного концентрата равна 7500—8400 ккал/кг и на рабочее топливо 6000—6600 ккал/кг.

Содержание битумов, экстрагируемых спиртобензолом, в угле I и II пластов месторождений горы Шмидта и горы Надежда, как указывает, Р.А. Венер, колеблется от 0,2 до 0,5%. Выделенные битумы — маслянистые вещества с точкой плавления около 60° и низкими кислотными числами (60—75) — являются типичными для гумусовых каменных углей.

Окисление углей изучено недостаточно. Б.К. Вальков, изучавший угли месторождений горы Шмидта и горы Надежда, выяснил, что глубины их окисления расположены на расстоянии до 200 м по падению пласта или 90 м по вертикали. Вообще глубина зоны окисленного угля подвержена значительным колебаниям, что, вероятно, объясняется особенностями как доледникового, так и современного процесса выветривания. Физическое выветривание углей наблюдается до глубины 25—30 м от выходов пластов на поверхность.

Выход летучих веществ (Vг) углей западной части Норильского района составляет от 4 до 11%. На Кайерканском месторождении угли имеют выход летучих веществ от 15,4 до 22,4%; на месторождениях горы Шмидта и горы Надежда он увеличивается до 24,6%. На юго-востоке Норильского плато выход летучих веществ в углях достигает 25—28%, на месторождениях плато Караелак — 23—27 % и на востоке Норильского района (Имангдинское месторождение) 33—34%; на юго-востоке района (к юго-западу от оз. Хантайского) выход летучих веществ в углях вновь снижается до 4—10%.

Таким образом, наименьшим выходом летучих веществ характеризуются угли западной части Норильского плато (участок рек Фокиной и Серебряной), а также угли, залегающие к юго-западу от оз. Хантайского, и наибольшим — угли Имангдинского месторождения.

Изменение выхода летучих веществ происходит не только по площади, но и с изменением стратиграфической глубины, причем наблюдается увеличение, которое происходит неравномерно. Так, на Кайерканском месторождении на 100 м нормального разреза (снизу вверх) от пласта X до VI включительно выход летучих веществ (Vг) изменился от 15,4 до 18,2%, т. е. увеличился на 3%; в следующем 100-метровом интервале от пласта VI до 0 — от 18,2 до 22,4%, т. е. увеличился на 4,2%.

Ниже приводятся данные о плотности насыщения угленосной толщи интрузиями и дайками, что имеет важное значение при промышленной оценке угольных месторождений как в отношении количества запасов, так и качества самих углей.

Полого залегающие пластовые интрузии (силлы) диабазов и крутопадающие дайки образуют своего рода решетки различных размеров. Так, на Имангдинском месторождении дайки встречаются через 120—150 м, интрузии — через 30, 80 и 230 м. Отсюда средние размеры решеток; 120х150х80 м; для Кайерканского месторождения: 120х250х125 м. Примерно такие же размеры решеток на месторождениях горы Шмидта и горы Надежда.

Качественные изменения углей района в связи с воздействием на Них интрузий проявляются различно. Наблюдаются случаи перехода углей или в графит с выходом летучих веществ (Vг) до 2,1-3,5% и содержанием углерода (Cг) до 95—98%, или в сильно метаморфизованные угли с выходом летучих веществ 5—7%, при этом увеличивается удельный вес, приобретается стально-серый цвет, появляются трещины, заполненные кальцитом и реже пиритом.

Тепловое влияние крупных интрузий мощностью 70—100 м сказывается на расстоянии 50—70 м от контакта. В табл. 23 показано изменение выхода летучих веществ в пластах угля по скв. 445 по мере удаления их от интрузии траппов мощностью 70—106 м, залегающей под пластом VI на месторождениях горы Шмидта и горы Надежда. Из таблицы видно, что градиент летучих на 85 м разреза равен 10—11%.

В западной части месторождений горы Шмидта и горы Надежда мощная интрузия траппов внедряется в горизонт залегания I и II пластов углей. Разведочными и эксплуатационными работами установлено, что на тех участках, где интрузия, приближаясь к пласту I, находится от него на расстоянии 80—70 м, уголь теряет спекающие свойства; петрографический же состав угля на всем месторождении остается одинаковым.

Если интрузивные полого залегающие тела метаморфизуют уголь, превращая его в графит, антрацит или тощий уголь, то воздействие даек, секущих вмещающие породы, проявляется значительно слабее. Так, на контактах с дайками можно встретить чаще «натуркокс» или тощий уголь, чем графит.

Изменения в углях, вызываемые влиянием температурного поля даек, характеризуются данными табл. 24, в которой приведены анализы проб углей, взятых Н.И. Соколовым на различном расстоянии от дайки на месторождениях горы Шмидта и горы Надежда. Содержание влаги в метаморфизованном и неметаморфизованном угле пласта I месторождений одинаково. В пласте I зольность находится в пределах 15—23%. Можно, таким образом, считать, что за счет привнося кальцита зольность в сильно метаморфизованном угле повышается почти на 10%.

Уменьшение количества серы в угле вблизи контакта с дайкой объясняется тем, что пиритная сера при нагревании без доступа воздуха превращается в сернистое железо и сероводород.

Выход летучих веществ в угле пласта I месторождений горы Шмидта и горы Надежда колеблется от 23 до 26%. Уменьшение выхода летучих в углях вблизи интрузивных тел так же закономерно, как и повышение содержания углерода. Ho, как видно из данных табл. 16, истинный выход летучих веществ на контактах с интрузивными телами должен быть ниже на 4—5% против того, что показано в табл. 15, так как в последней не учтена поправка на содержание минеральной углекислоты. Отсюда истинный выход летучих веществ из органической массы угля должен равняться 11—13%. Выход летучих веществ, свойственный «нормальному» углю пласта I, устанавливается на расстоянии 4,2—5,2 м от дайки.

С увеличением содержания углерода в углях происходит, как известно, уменьшение количества водорода и азота.

С интервала 4,2—5,2 м от дайки все качественные показатели имеют более или менее постоянные для неизмененного угля величины.

На этом же месторождении была встречена дайка мощностью 5,8 м; на расстоянии 1,5 м от нее уголь уже начал спекаться, в 2,5 м пластический слой (у) был равен 11 мм, а в 3,5 м от дайки он достигал 13 мм.

Содержание минеральной углекислоты (CO2), по сведениям Р.А. Венера, в метаморфизованном угле месторождения горы Шмидта характеризуется следующими данными:

Как видно, количество минеральной углекислоты увеличивается по мере приближения к дайке траппа, что может быть объяснено привносом кальцита, за счет которого повышается и выход летучих веществ в углях на контактах с дайкой по сравнению с выходом летучих метаморфизованного необогащенного кальцитом угля.

Состав золы метаморфизованного и обычного каменного угля одинаков, хотя, как отмечает Р.А. Венер, нет никаких оснований утверждать, что такое положение будет наблюдаться во всех случаях.

Угли Норильского района, как и всего Тунгусского бассейна, помимо изменений, обусловленных контактовым воздействием отдельных интрузий, подверглись также и изменениям, которые вызваны прогревом в период прохождения через вмещающую толщу громадных масс изверженных пород в период вулканической деятельности. Можно предполагать, что этот общий прогрев в период вулканической деятельности и явился одним из основных факторов высокой метаморфизации углей в бассейне.

Ниже, в табл. 25, приведена (по Р.А. Венеру) качественная характеристика углей Норильского района по группам для месторождений западной части района, дополненная В.М. Сливко данными по северной и восточной частям района.

Из углей марки Ж (Имангдинское месторождение) на Норильском коксохимзаводе был получен кокс следующего качества: зольность (Aс) 11,29—11,48%; выход летучих веществ (Vг) 1,04—1,27%, барабанная проба 287—302 кг. Кокс используется в цветной металлургии Норильского комбината (кондиции для кокса: зольность Aс — 12%, выход летучих Vг — 2%, барабанная проба 290 кг).

Уголь пласта I месторождений горы Шмидта и горы Надежда, относимый к марке К, используется для получения кокса. Качество последнего отвечает требованиям, предъявляемым к коксу, используемому в цветной металлургии, и характеризуется следующими показателями: выход металлургического кокса 72,2%, выход коксика 12,6%, зольность шихты 21,6%, зольность кокса 27,44%, калорийность на горючую массу 8034 ккал/кг, барабанная проба 250—270 кг.

Наиболее крепкий кокс (с барабанной пробой около 310 кг) получается из углей с пластическим слоем, равным 11 мм. Попутно с коксом могут быть получены следующие побочные продукты (по лабораторным данным): сырая смола 1—2% (на сухую шихту), аммиак 0,28% (на сухую шихту), сырой бензол 0,85% (на сухую шихту), коксовый газ 260 м3 (на 1 т шихты).

Для угля пласта I характерен низкий выход коксовой смолы и газа, большая часть которого выделяется уже после формирования структуры кокса. Смола, получаемая при коксовании норильских углей, по своему химическому составу не отличается от коксовой смолы кузнецких углей.

При полукоксовании уголь пласта I месторождения горы Шмидта дает 6,0—7,5% первичного дегтя (на лабораторную пробу) и спекшийся полукокс. Уголь пласта II дает 4—5% смолы и порошкообразный остаток.

Механическое обогащение норильских углей не применяется, хотя, по исследованиям Р. А. Венера и П. Я. Ярутина (1957), можно с помощью отсадочных машин получать хороший выход концентрата (до 80—85%). По П. Я. Ярутину, обогащение коксующихся углей пласта I месторождения горы Шмидта методом отсадки крупных классов (до 10 мм) с флотацией мелочи дает только 50—60% концентрата с зольностью порядка 10%.

Как флотское топливо могут использоваться угли недавно разведанного Имангдинского месторождения, находящегося в 80 км к востоку от г. Норильска.

На эксплуатируемых месторождениях в западной части района нет углей, пригодных для сухой перегонки. Возможно, что и угли северной и восточной его частей ввиду невысокого выхода смолы также окажутся непригодными для получения жидкого топлива.

Деструктивная гидрогенезация норильских углей, по Р.А. Венеру, принципиально осуществима, но малоэффективна из-за больших трудностей при получении необходимых малозольных концентратов. Кроме того, низкое содержание в углях водорода и наличие явлений графитизации потребуют для гидрирования большого расхода водорода и увеличат потери в нерастворимый осадок.

Синтез жидких топлив и газа был проведен В.А. Каржавиным на полузаводской установке и дал хорошие результаты. Исходным сырьем служил водяной (вернее смешанный) газ из норильских углей или кокса, отличающийся высоким соотношением H2 и CO2 и требующий поэтому лишь небольшой добавки водорода. Газ легко очищается от сернистых соединений до нужной степени чистоты. Синтетический этилированный бензин (или с добавкой бензола коксохимического завода) оказался вполне пригодным для автотранспорта. Правда, дизельная фракция потребует, по-видимому, дополнительной переработки в связи с низкими годовыми температурами в Заполярье. Как указывает Р.А. Венер, синтез жидких углеводородов из газа является наиболее реальным и целесообразным способом получения моторных топлив из рассматриваемых углей.

Приведенные данные о качестве углей Норильского района, как и некоторые выявленные к настоящему времени общие закономерности изменения их качества на площади, явились основой для выделения в районе площадей распространения углей различных марок.

Эти площади намечены с учетом данных о качестве углей (преобладающих марок), установленных по результатам геологоразведочных, съемочных и поисковых работ. Так, на Норильском плато распространение углей марки T установлено на западе по месторождениям 9, 10, 11, 12 и 13 (см. рис. 18 и табл. 30). Исходя из геологических предпосылок (положение в краевой части платформы, близость Енисейской складчатой зоны и т. д.), площадь распространения углей марки T оконтуривается на западе выходами пород угленосной серии, на востоке — линией, проходящей по меридиану 87°37'. От этого меридиана до выходов пород угленосной серии на северо-восточном и восточном склонах Норильского плато предполагается распространение слабоспекающихся углей. Как исключение, здесь в единичных случаях (например, нласт I месторождения горы Шмидта) могут встречаться угли, относящиеся к марке К. На крайнем юго-востоке, судя по анализам выявленных здесь углей, можно выделить площадь распространения отощенно-спекающихся углей.

На плато Караелак угли девяти из шестнадцати известных месторождений относятся к марке К и двух — к марке ОС. В связи с этим представляется возможным выделить здесь (см. рис. 18) полосу распространения коксовых и отощенно-спекающихся углей шириной до 20 км, параллельную выходам угленосных пород. К северо-западу от этой полосы можно ожидать распространения слабоспекающихся и даже тощих углей.

Имеющиеся материалы по Имангдинскому месторождению, а также платформенные условия залегания углей на плато Сыверма позволяют относить все угли этой части района к жирным и коксовым и лишь небольшую часть к отощенно-спекающимся.

При рассмотрении карты следует учитывать, что па всех площадях возможна встреча углей более тощих, чем основная их масса. Такие угли могут находиться вблизи от интрузий траппов, изменивших первоначальные свойства углей.

Выделение марок при подсчете запасов углей (см. табл. 26) производилось с учетом изложенных здесь представлений по распространению углей различного качества.