Zależnoœć pomiędzy zawartoœcią pierwiastków szkodliwych w

GOSPODARKA SUROWCAMI MINERALNYMI – MINERAL RESOURCES MANAGEMENT
2014
Volume 30
Issue 2
Pages 51–66
DOI 10.2478/gospo-2014-0021
MAGDALENA KOKOWSKA-PAW£OWSKA*
Zale¿noœæ pomiêdzy zawartoœci¹ pierwiastków szkodliwych
w litotypach wêgla i ich popio³ach (pok³ad 405, GZW)
Wprowadzenie
Pierwiastki szkodliwe w wêglu wystêpuj¹ jako g³ówne, a tak¿e œladowe sk³adniki
minera³ów oraz jako rozproszone pierwiastki w materii nieorganicznej. Natomiast jako
sk³adniki materii organicznej mog¹ wystêpowaæ w postaci m.in. zwi¹zków metaloorganicznych (Lewiñska-Preis i in. 2009).
Pierwiastki szkodliwe w wêglu wykazuj¹ znaczn¹ zmiennoœæ zawartoœci. Jako g³ówn¹
przyczynê tej zmiennoœci podaje siê du¿e powinowactwo licznych pierwiastków œladowych
z substancj¹ mineraln¹, której zró¿nicowany udzia³ i rodzaj decyduje czêsto o zawartoœci
takich pierwiastków, jak: Zn, Pb, Cd, Ni, Co, Cu, Ga, Li, Mo, V, P (Winnicki 1973;
Kuhl 1980; Widawska-Kuœmierska 1981; Parzentny 1995; Ró¿kowska i Ptak 1995; Spears
i Zheng 1999; Lewinka-Preis i in. 2001; Hanak i Kokowska-Paw³owska 2006; Olkuski 2010;
Bielowicz 2013).
Liczne prace poœwiecono badaniom zwi¹zków i zale¿noœci pomiêdzy zawartoœci¹ pierwiastków szkodliwych w wêglu i jego popiele a zawartoœci¹ i sk³adem chemicznym tych
popio³ów (Kortenski i Sotriov 2002; Zhang i in. 2004; Yazdi i Shiravani 2004; Yudovich
i Ketris 2005; Dai i in. 2005; Bojakowska i in. 2008).
W wyniku tych prac stwierdzono istotn¹ korelacjê pomiêdzy zawartoœci¹ w popiele
wêgla Al2O3 i K2O a takimi pierwiastkami jak: Ba, Be, Co, Cr, Se, Mo, Sn, Th, U.
* Dr in¿., Politechnika Œl¹ska, Wydzia³ Górnictwa i Geologii, Instytut Geologii Stosowanej, Gliwice;
e-mail: [email protected]
Unauthenticated
Download Date | 7/18/17 9:28 PM
52
Kokowska-Paw³owska 2014 / Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 30(2), 51–66
Z zawartoœci¹ popio³u istotn¹ korelacjê wykazywa³y najczêœciej takie pierwiastki, jak:
Co, Pb, Cr, U oraz Mo, Th, Zn, charakteryzuj¹ce siê ni¿szymi wartoœciami wspó³czynników
korelacji. Istotn¹ korelacj¹ z zawartoœci¹ popio³u charakteryzuj¹ siê tak¿e takie pierwiastki
jak: As, Sr, P, Rb, Ba, Ga, Be, Na z wyraŸnie wysokimi wartoœciami wspó³czynnika
korelacji oraz Bi, Hf, Mn, Se, Ti i Cu przy niskich lub ujemnych wartoœciach wspó³czynnika
korelacji.
Pierwiastki takie, jak np. Ba, Bi, Be, Cr, Cd, Ga, Sr, Hf, P, Zn, Pb, Ni, Mn, Ag mog¹
rozdzielaæ siê pomiêdzy organiczne i nieorganiczne sk³adniki (Dai i in. 2005; Lewinka-Preis
i in. 2009).
Stwierdzono, ¿e zmienna zawartoœæ i sk³ad substancji mineralnej w wêglu przyczynia siê
do zró¿nicowania udzia³u pierwiastków œladowych w litotypach. Najczêœciej najwy¿sz¹
zawartoœæ pierwiastków œladowych obserwowano w wêglu matowym, a ni¿sz¹ w wêglu
b³yszcz¹cym i pó³b³yszcz¹cym (Hanak i Kokowska-Paw³owska 2007).
1. Cel i metodyka badañ
W zwi¹zku ze zró¿nicowan¹ zawartoœci¹ substancji mineralnej w poszczególnych litotypach postanowiono zbadaæ zale¿noœæ zmiennoœci koncentracji pierwiastków szkodliwych
w litotypach i ich popio³ach w wêglu z pok³adu 405. W badanych próbkach pierwiastki
szkodliwe wystêpuj¹ w iloœciach œladowych.
Pobrano 61 próbek kawa³kowych odmian petrograficznych wêgla z szeœciu profili
pok³adu 405, pochodz¹cych z KWK Szczyg³owice, KWK Knurów oraz KWK Chwa³owice
i KWK Jankowice, reprezentuj¹cych obszar Knurowa i Rybnika. Pok³ad 405 charakteryzuje
siê du¿ym rozprzestrzenieniem oraz znacznymi zasobami z których pochodzi obecnie du¿a
czêœæ urobku w tych kopalniach. Próbki pobierano z profili, w odleg³oœci oko³o 1000 m,
udostêpnionych robotami górniczymi.
Z próbek tych wyseparowano rêcznie czyste litotypy (wêgiel: b³yszcz¹cy, pó³b³yszcz¹cy
i matowy). W próbkach litotypów mikroskopowo okreœlono ich sk³ad petrograficzny (zawartoœæ
macera³ów i minera³ów). Badania te przeprowadzono w mikroskopie do œwiat³a odbitego przy
u¿yciu imersji na wypolerowanych powierzchniach szlifów ziarnowych badanych próbek
litotypów. Oznaczono tak¿e zawartoœæ popio³u Ad zgodnie z PN-G-04512: 1980/Az1:2002.
Badania geochemiczne próbek reprezentuj¹cych wyró¿nione litotypy wykonane zosta³y
przez firmê Geoanaliza z wykorzystaniem instrumentalnej neutronowej analizy aktywacyjnej (INAA). W litotypach oznaczone zosta³y pierwiastki doœæ licznie wystêpuj¹ce w pok³adach wêgla, a zdaniem wielu badaczy uwa¿ane za potencjalne zagro¿enie dla œrodowiska
tj.: Ba, Cd, Co, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn, Mn, Be, Li, V, As i Ga (Clarke 1993; Finkelman 1994,
1998; Matl i Twardowski 1996; Widawska-Kuœmierska 1981; Xu i in. 2003; Zhang i in.
2004; Pesek 2005; Goodarzi 2006; Duo-xi i Xia-chen 2010; Say-Gee i Wan 2011; Dolnickowa i in. 2012; Tian i in. 2013). Oznaczenia wykonano tak¿e na próbkach popio³ów
uzyskanych ze spalenia badanych litotypów w temperaturze oko³o 800°C.
Unauthenticated
Download Date | 7/18/17 9:28 PM
53
Kokowska-Paw³owska 2014 / Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 30(2), 51–66
Wykazano znaczn¹ zmiennoœæ zawartoœci pierwiastków w litotypach wyró¿nionych
w pok³adzie 405, któr¹ analizowano w odniesieniu do zawartoœci w nich popio³u oraz
udzia³u i sk³adu mineralnego substancji nieorganicznej, oznaczonego podczas jakoœciowych
i iloœciowych badañ mikroskopowych próbek.
W celu wykazania zwi¹zku zmiennoœci zawartoœci pierwiastków w litotypach z substancj¹ organiczn¹ b¹dŸ nieorganiczn¹ wêgla, wyliczono wspó³czynnik ich wzbogacenia
(W) w popio³ach litotypów, jako stosunek zawartoœci pierwiastka w popiele do zawartoœci
w litotypie.
Za³o¿ono, ¿e wartoœci wspó³czynnika W s¹ tym wy¿sze im wy¿sza jest zawartoœæ
pierwiastka zwi¹zana z substancj¹ organiczn¹ wêgla. Po spaleniu wêgla pierwiastki te
wykazuj¹ czêsto wielokrotnie wy¿sz¹ zawartoœæ w popiele ni¿ w poddanej spalaniu próbce
wêgla. Z danych literaturowych wynika, ¿e do tej grupy pierwiastków zaliczaj¹ siê m.in.
Ba, Sr, Cr, Mo, V, Co, Cu, Ni (Goodarzi 2006). Niektóre zaœ pierwiastki (As, B, Cl, Br, Hg)
w czasie spalania mog¹ przechodziæ do lotnych produktów, przez co wykazuj¹ s³absz¹
tendencjê do koncentrowania siê w popio³ach po spaleniu wêgla.
2. Wyniki badañ
2.1. Charakterystyka sk³adu petrograficznego litotypów z pok³adu 405
W pok³adzie 405 wystêpuje wêgiel o strukturze drobno- i œredniopasemkowej z naprzemian u³o¿onymi warstwami wêgla: b³yszcz¹cego, pó³b³yszcz¹cego i matowego.
Stwierdzono przewa¿aj¹cy udzia³ wêgla pó³b³yszcz¹cego oraz zró¿nicowany i czêsto
znaczny udzia³ wêgla b³yszcz¹cego i matowego.
Próbki litotypów wykazuj¹, odpowiednio do ich rodzaju, charakterystyczny i w pewnym
zakresie zmienny sk³ad petrograficzny (tab. 1).
Tabela 1. Wyniki analizy mikroskopowej udzia³u maceratów i minera³ów w litotypach z pok³adu 405
Table 1.
The results of microscopic analysis macerals and minerals content in lithotypes from 405 coal seam
Sk³adnik [% obj.]
Litotyp
(iloœæ próbek)
witrynit
od–do
œrednia
liptynit
od–do
œrednia
inertynit
od–do
œrednia
siarczki
od–do
wêglany
od–do
minera³y
ilaste
od–do
Wêgiel b³yszcz¹cy
(16)
75–89
78
4–8
6
6–12
8
3–5
œl.– 2
œl.– 1
Wêgiel pó³b³yszcz¹cy
(28)
56–68
65
10–20
15
15–23
19
4–7
œl.– 4
œl.– 2
Wêgiel matowy
(17)
38–49
44
17–25
20
27–38
32
6–9
1–4
œl.– 2
Unauthenticated
Download Date | 7/18/17 9:28 PM
54
Kokowska-Paw³owska 2014 / Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 30(2), 51–66
Wêgiel b³yszcz¹cy (16 próbek ) wykazuje przewa¿aj¹cy udzia³ witrynitu (75–89%) oraz
stosunkowo nisk¹ zawartoœæ inertynitu (6–12%) i liptynitu (4–8%). Sk³ad ten wskazuje
(w uproszczeniu), ¿e litotyp ten tworzy³ siê w paleotorfowisku o doœæ stabilnych warunkach
facjalnych. Mog³y jednak¿e wystêpowaæ okresy podwy¿szonego lub obni¿onego poziomu
wód, w których tworzy³y siê cienkie laminki wêgla wzbogacone w liptynit lub inertynit.
Udzia³ substancji mineralnej jest niski (5–8%), przy najwy¿szym udziale siarczków.
Wêgiel pó³b³yszcz¹cy (28 próbek), charakteryzuje siê ni¿sz¹ zawartoœci¹ witrynitu
(56–68%) oraz wy¿sz¹ zawartoœci¹ inertynitu (15–23%) i liptynitu (10–20%) ni¿ w wêglu
b³yszcz¹cym. Zró¿nicowana w tym litotypie zawartoœæ inertynitu (g³ównie semifuzynit
i fuzynit), wskazuje ¿e w rejonie wystêpowania pok³adu 405 warunki facjalne w paleotorfowisku w stadium biochemicznym tworzenia siê litotypu by³y zmienne, od suchych do
bardziej wilgotnych.
Zawartoœæ substancji mineralnej waha siê od 5 do 11%. Najwy¿szy udzia³ wykaza³y
tu siarczki, mniejszy wêglany i najmniejszy minera³y ilaste.
Wêgiel matowy (17 próbek) – w porównaniu z pó³b³yszcz¹cym – wykazuje znaczn¹
zawartoœæ liptynitu (17–25%) i inertynitu (27–38%) oraz wyraŸnie ni¿sz¹ zawartoœæ witrynitu (38–49%).
Sk³ad petrograficzny próbek wêgla matowego, a szczególnie znacznie zró¿nicowana
zawartoœæ inertynitu i witrynitu, wskazuje na wystêpowanie w paleotorfowisku pok³adu 405
zmiennych warunków facjalnych podczas akumulacji i pierwszych przemian wyjœciowego
materia³u roœlinnego dla tego litotypu.
Udzia³ substancji mineralnej w tym wêglu jest doœæ wysoki (9–15%) przy najwy¿szym
udziale siarczków.
2.2. Zmiennoœæ udzia³u pierwiastków œladowych w litotypach i ich popio³ach
W próbkach litotypów z pok³adu 405 i ich popio³ach oznaczone pierwiastki œladowe
(Ba, Cd, Co, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn, Mn, Be, Li, V, As, Ga) wykaza³y w ró¿nym stopniu
zmienn¹ koncentracjê.
We wszystkich wydzielonych litotypach najwy¿sze zawartoœci wykaza³y pierwiastki
Ba i Mn. Pozosta³e oznaczone pierwiastki ze wzglêdu na œredni udzia³ w litotypach mo¿na
uszeregowaæ w nastêpuj¹cej kolejnoœci: Zn < Pb < V < Cu < Ni < Cr < Ga < Co < Be < Li <
< As < Cd (tab. 2 i 3). Podobn¹ tendencje udzia³u pierwiastków obserwowano w popio³ach
litotypów.
Dosyæ wyraŸna jest tak¿e zmiennoœæ wartoœci wspó³czynników wzbogacenia. Najwy¿szymi wartoœciami tych wspó³czynników (od 5 do 7) charakteryzuj¹ siê pierwiastki, takie
jak: Cr, Be, Cd i Cu, natomiast pozosta³e pierwiastki wykazuj¹ ni¿sze wartoœci (od ok. 2
do ok. 3). Najwy¿sze wartoœci wspó³czynników wzbogacenia przypada³y na pierwiastki,
których œredni udzia³ by³ doœæ niski w litotypach. Wyj¹tek stanowi Cu, której œrednia
zawartoœæ w litotypie by³a wysoka w porównaniu z innymi pierwiastkami œladowymi
(tab. 2 i 3).
Unauthenticated
Download Date | 7/18/17 9:28 PM
W
P
L
W
P
0,5–0,8
0,6
99–136
124,2
6,8
0,4
26,8
17–36
2,6
2,3–2,9
64,2
53–76
8,8
6–12
Cr
[ppm]
38,1
29–46
10,7
7–13
Ni
[ppm]
26,6
11–36
8,4
4–11
Ga
[ppm]
27,6
16–37
Pb
[ppm]
41,1
31–47
Zn
[ppm]
74,1
53–88
Mn
[ppm]
110,3
84,6
125,7
237,9
Li
[ppm]
4,7
33,2
4,6
1,2–5,7
1,5
3,2–7,3 0,4–2,0
Be
[ppm]
87–145 48–112 101–141 168–283 22–49
16,7
14–24
Cu
[ppm]
71,2
31–91
20,0
8–26
V
[ppm]
6,8
2–13
2,0
0,6–3,7
3,2
62,0
47–74
9,5
6–13
7,4
41,6
33–48
14,5
12–17
3,6
28,2
16–39
10,4
6–14
3,1
78,5
51–99
13,4
8–17
6,6
48,5
39–55
3,1
7,1
104,6
156,6
3,1
88,9
4,5
236,2
29,9
25,3
14–41
3,6
4,6
82,1
2,3–7,0 41–120
1,8
55–121 2,4–6,6 0,6–3,9
3,2
76–130 130–177 164–336 18–40
33,4
22–45
3,1
29,8
18–42
7,6
3–13
2,3
1,0–4,5
3,5
55,3
38–66
8,4
5–10
6,6
40,9
31–55
15,4
13–21
2,9
29,0
18–40
9,8
7–16
2,7
42,1
37–51
3,2
58,2
45–71
3,2
6,9
84,7
124,8
168,3
2,7
114,9
4,3
296,3
24,7
4,7
5,7
3,1
3,3
6,7
2,7
3,0
6,1
3,0
2,9
2,6
5,7
2,3
11,6
9,2–13,6
7,8
5,7–8,8
Ad
[%m/m]
31,2
89,1
2,9
16,2
18–52 14,4–18,2
3,3
3,0–7,3 61–122
2,2
98–132 2,8–6,0 1,1–4,0
2,7
46–115 110–142 141–195 187–412 17–36
14,1
7–18
5,9
5,3–6,3 2,5–3,4 2,9–3,8 5,7–9,2 2,1–3,4 2,4–3,7 5,2–6,6 2,8–3,2 2,7–3,2 2,1–3,1 5,1–6,5 1,8–3,2 2,2–3,5
2,4
487–663 1,1–3,1
0,4
9,8
2,6
220,9
6,1
5–17
561,9
5,3
2–9
1,7
0,5–2,7
As
[ppm]
5,2–7,3 2,3–3,0 2,9–4,2 6,0–7,8 2,7–3,3 2,2–3,3 5,1–6,7 2,8–3,7 2,7–3,6 2,2–4,4 5,3–8,3 1,8–3,5 2,7–5,0
2,6
10,4
7–16
2,3
166–281 0,2–0,6
3,0
2,6–3,5
488,5
369–600 1,8–3,8
164,5
18,7
14–25
8,2
5–13
Co
[ppm]
5,2–8,8 1,9–2,8 2,4–4,0 6,3–8,8 3,3–4,1 2,7–4,0 6,0–7,4 3,0–3,7 2,8–3,4 3,0–3,6 6,7–7,7 2,4–4,0 3,3–3,9
4,1
132–190 0,3–0,6
3,1
2,9–3,3
379,0
289–456 2,6–5,4
Cd
[ppm]
Ba [ppm]
L – zawartoœæ pierwiastków œladowych w litotypie, P – zawartoœæ pierwiastków œladowych w popiele, W – wspólczynnik wzbogacenia wyliczony ze stosunku P/L
Wêgiel
matowy
Wêgiel
pó³b³yszcz¹cy
L
W
P
L
œr.
od–do
The trace elements content in the lithotypes and their ashes and coefficient of enrichment in the ashes from the 405 coal seam of Knurów area
(Szczyg³owice Coal Mine, Knurów Coal Mine ,600 level)
Wêgiel
b³yszcz¹cy
Litotyp
Table 2.
Tabela 2. Udzia³ pierwiastków œladowych w litotypach i ich popio³ach oraz wspó³czynnik wzbogacenia z pok³adu 405 rejon Knurowa
(KWK Szczyg³owice, KWK Knurów, poz. 600)
Kokowska-Paw³owska 2014 / Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 30(2), 51–66
55
Unauthenticated
Download Date | 7/18/17 9:28 PM
W
P
L
W
P
0,4–0,7
0,6
87–154
116,6
6,8
0,4
6,7
0,4
2,7
2,5–2,9
533,3
65,1
48–78
10,1
6–13
Cr
[ppm]
37,1
28–49
11,0
9–14
Ni
[ppm]
27,6
15–37
8,1
5–12
Ga
[ppm]
Pb
Zn
29,1
18–40
38,1
32–49
[ppm] [ppm]
71,6
54–91
Mn
[ppm]
Be
111,7
94,7
120,6
237,9
Li
V
4,5
31,0
4,6
3,3–6,2
1,7
2,5–7,0 1,0–2,4
68,1
40–99
19,9
11–28
[ppm] [ppm] [ppm]
92–131 69–118 97–142 186–294 17–46
16,9
13–22
Cu
[ppm]
26,1
17–34
11,3
8–15
2,1
6,4
2–11
2,1
0,7–3,6
3,0
63,2
50–78
9,5
7–13
6,5
38,6
30–48
13,9
10–18
3,4
29,4
21–39
10,3
7–12
3,4
81,0
61–90
14,9
10–18
6,7
48,7
41–55
3,2
7,0
109,5
160,3
2,8
87,3
4,3
233,5
29,3
23,3
12–42
3,4
4,5
76,1
1,9–7,6 41–118
1,9
61–120 2,6–6,6 0,5–3,1
3,2
94–128 132–180 158–374 17–41
33,7
27–43
3,3
30,3
25–39
10,7
6–15
2,4
7,1
3–11
2,6
1,1–4,2
3,1
56,0
48–68
8,6
5–11
6,7
41,9
35–50
15,7
12–17
2,8
33,0
21–41
11,3
8–15
2,9
43,9
35–56
3,3
61,1
56–69
3,3
7,0
79,7
134,1
165,6
2,6
109,7
3,8
321,1
22,4
4,8
5,5
2,9
2,8
6,7
2,9
2,9
6,2
3,1
2,7
2,9
6,0
2,7
11,8
9,4–13,2
7,5
6,5–9,1
Ad
[%m/m]
33,9
85,7
2,6
16,2
22–48 14,5–17,4
3,3
3,5–6,0 62–115
1,9
89–131 2,2–4,8 0,9–2,8
2,6
51–105 116–172 141–186 240–374 15–27
13,0
8–17
5,5
5,0–6,0 2,5–3,8 2,3–3,1 5,9–7,6 2,5–3,1 2,6–3,5 5,4–6,7 2,7–3,3 2,5–2,8 2,7–3,1 5,4–6,8 2,1–3,9 2,3–3,1
2,0
478–567 1,2–2,9
195,3
5,0
2–9
1,7
0,7–2,7
As
[ppm]
5,0–7,8 2,1–3,1 2,5–3,9 6,0–7,4 2,6–3,2 2,3–3,2 5,1–6,2 3,0–3,6 2,9–3,6 2,2–3,3 6,2–8,6 2,0–3,8 2,7–3,7
2,5
168–221 0,2–0,5
2,9
2,7–3,2
492,2
397–520 1,5–3,5
171,1
18,7
12–28
8,9
6–13
Co
[ppm]
5,5–8,1 1,7–3,0 2,0–3,3 6,0–8,0 2,8–4,0 3,0–3,9 6,0–7,6 3,0–3,8 2,9–3,5 3,0–4,1 6,6–7,5 2,1–3,3 3,2–3,6
4,0
141–188 0,2–0,5
3,0
2,9–3,3
356,0
251–462 2,2–5,7
Cd
[ppm]
Ba
[ppm]
L – zawartoœæ pierwiastków œladowych w litotypie, P– zawartoœæ pierwiastków œladowych w popiele, W – wspólczynnik wzbogacenia wyliczony ze stosunku P/L
Wêgiel
matowy
Wêgiel
pó³b³yszcz¹cy
L
W
P
L
œr.
od–do
The trace elements content in the lithotypes and their ashes and coefficient of enrichment in the ashes from the 405 coal seam of Rybnik area
(Chwa³owice Coal Mine, Jankowice Coal Mine, 600 level)
Wêgiel
b³yszcz¹cy
Litotyp
Table 3.
Tabela 3. Udzia³ pierwiastków œladowych w litotypach i ich popio³ach oraz wspó³czynnik wzbogacenia z pok³adu 405 rejon Rybnika
(KWK Chwa³owice, KWK Jankowice, poz. 600)
56
Kokowska-Paw³owska 2014 / Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 30(2), 51–66
Unauthenticated
Download Date | 7/18/17 9:28 PM
Kokowska-Paw³owska 2014 / Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 30(2), 51–66
57
Przewa¿nie niskimi wartoœciami wspó³czynnika wzbogacenia charakteryzuj¹ siê natomiast: Co, Li i Mn, Zn.
Zawartoœæ Ba i Mn, pomimo najwy¿szego udzia³u, w obrêbie ka¿dego litotypu jest
doœæ znacznie zró¿nicowana, jednak z tendencj¹ wy¿szego udzia³u w wêglu matowym
lub pó³b³yszcz¹cym ni¿ w b³yszcz¹cym. Szczególnie zwraca uwagê podwy¿szona zawartoœæ Ba w litotypie wêgla matowego z obszarów kopalñ KWK Szczyg³owice i Knurów.
Wyznaczone niskie wartoœci wspó³czynników wzbogacenia (od 2,6 do 3,2) popio³ów litotypów w Ba i Mn wykazuj¹ znaczne powinowactwo tych pierwiastków z substancj¹ mineraln¹ (tab. 2 i 3).
Pierwiastek bar g³ównie zwi¹zany jest z minera³ami ilastymi i siarczkami ¿elaza, natomiast Mn g³ównie z wêglanami (Polañski 1988).
Zwi¹zek z nieorganiczn¹ substancj¹ wêgla wykazuj¹ Ba i Mn, co udowodni³ Xu i in.
(2003). Jednak¿e nie jest wykluczone znaczne powinowactwo Mn do substancji organicznej
wêgla, co sugeruj¹ badania jego zawartoœci w wêglu i popiele z pok³adu 630 warstw
porêbskich (Hanak i Kokowska-Paw³owska 2006).
Wysoka zawartoœæ Mn jest m.in. charakterystyczna dla popio³ów kory i igie³ sosny oraz
dla paproci i mchów (Polañski 1988).
We wszystkich próbkach litotypów i ich popio³ach najni¿sz¹ i s³abo zró¿nicowan¹
zawartoœæ wykazuje Cd, Be, Li, a tak¿e As. Spoœród badanych litotypów wêgiel b³yszcz¹cy
wykazuje nieznacznie wy¿sze zawartoœci Cd i Be. Natomiast w wêglu matowym, w porównaniu z b³yszcz¹cym i pó³b³yszcz¹cym, podwy¿szone zawartoœci wykaza³y pierwiastki
Li i As.
Pierwiastki te charakteryzuj¹ siê maksymalnymi wartoœciami wspó³czynników wzbogacenia w popio³ach (do 8,8 dla Cd i do 7,7 dla Be), co wskazuje, ¿e s¹ zwi¹zane g³ównie
z substancj¹ organiczn¹. Wed³ug Dolinickowej i in. (2012) Be mo¿e jednak wykazywaæ
ró¿ne powinowactwo z substancj¹ nieorganiczn¹ i organiczn¹ i mo¿e rozdzielaæ siê pomiêdzy organiczne (30%) i nieorganiczne czêœci (70%). Natomiast Winnicki (1973) wykaza³, ¿e pierwiastek Be mo¿e w przewa¿aj¹cej iloœci byæ zwi¹zany z substancj¹ organiczn¹
wêgla.
Dla popio³ów pozosta³ych litotypów wartoœci wspó³czynników wzbogacenia równie¿
by³y znaczne (tab. 2 i 3).
Sposób wystêpowania Cd w wêglu równie¿ nie jest jednoznacznie okreœlony. Wed³ug
Lee (1983) i Pempkowiak (1989) jest on sk³adnikiem labilnym zwi¹zków organiczno-mineralnych, a zdaniem Parzentnego (1995) mo¿e byæ zwi¹zany z minera³ami ilastymi i siarczkami. Niektórzy badacze wi¹¿¹ go jednak g³ównie z substancj¹ organiczn¹ (Lewiñska-Preis
i in. 2009). Podwy¿szon¹ koncentracjê Cd stwierdzono w wêglu b³yszcz¹cym.
Wartoœci wspó³czynników wzbogacenia popio³ów w Li i As s¹ niskie i wskazuj¹ raczej
na wystêpowanie z substancj¹ mineraln¹. Pierwiastki te mog¹ byæ zwi¹zane z minera³ami
ilastymi, a w przypadku As tak¿e z siarczkami i fosforanami (Xu i in. 2003).
Mo¿na te¿ zaobserwowaæ pewn¹ zale¿noœæ we wspó³wystêpowaniu miêdzy As i Co,
polegaj¹c¹ na podobnej zmiennoœci ich udzia³u w litotypach wêgla.
Unauthenticated
Download Date | 7/18/17 9:28 PM
58
Kokowska-Paw³owska 2014 / Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 30(2), 51–66
Pierwiastek Co wykazuje stosunkowo niski udzia³ – od kilku do kilkudziesiêciu ppm –
w próbkach litotypów (do 17 ppm) i ich popio³ach (do 42 ppm). Pierwiastek ten podobnie
jak As zwi¹zany jest z czêœci¹ mineraln¹ wêgla o czym mog¹ œwiadczyæ niskie wartoœci
wspó³czynników wzbogacenia (od 1,7 do 3,8).
Podobnie niskie zawartoœci, na poziomie kilku i sporadycznie kilkunastu ppm, charakterystyczne s¹ dla pierwiastków: Ni, Ga i Cr. Pierwiastki Ga i Ni wykazuj¹ tendencjê
wy¿szej koncentracji w litotypie wêgla matowego b¹dŸ pó³b³yszcz¹cego, zaœ Cr charakteryzuje siê wy¿sz¹ koncentracj¹ w litotypie b³yszcz¹cym i pó³b³yszcz¹cym. Wartoœci
wspó³czynnika wzbogacenia (W) w popio³ach litotypów w przypadku Ni i Ga s¹ niskie i doœæ
podobne (od 2,2 do 4,0), wskazuj¹ce na zwi¹zek z substancj¹ mineraln¹. W przypadku
Cr wysokie wartoœci wspó³czynnika wzbogacenia (do 9,2) sugeruj¹, ¿e zwi¹zany jest on
g³ównie ze sk³adnikami organicznymi wêgla. Podobne zale¿noœci przedstawili w swoim
artykule Lewiñska-Preis i in. (2009). Oznaczony pierwiastek Cr dla pok³adów warstw
porêbskich wykaza³ w nich silniejsz¹ zale¿noœæ z substancj¹ mineraln¹ (Hanak i Kokowska-Paw³owska 2006).
WyraŸnie zró¿nicowan¹ zawartoœæ w zakresie od kilku do kilkudziesiêciu ppm wykazuje
pierwiastek Cu. Jego udzia³ zazwyczaj jest najwy¿szy w litotypie i popiele wêgla b³yszcz¹cego, który wykazuje najwy¿sze wartoœci wspó³czynnika wzbogacenia (do 7,4). Ni¿sze
wartoœci wspó³czynników wzbogacenia w ten pierwiastek stwierdzono w popiele wêgla
matowego i pó³b³yszcz¹cego. W obrêbie tych samych litotypów wykazano s³abe zró¿nicowanie koncentracji Cu.
Wartoœci wspó³czynników wzbogacenia wskazuj¹ na du¿e powinowactwo Cu z substancj¹ organiczn¹.
Pierwiastki Zn i Pb charakteryzuj¹ siê wyraŸnie wy¿sz¹ koncentracj¹ w wêglu matowym
ni¿ w b³yszcz¹cym i pó³b³yszcz¹cym. Wysoki udzia³ siarczków w substancji mineralnej
wêgla matowego i jednoczeœnie niskie wartoœci wspó³czynnika wzbogacenia popio³u (W)
w pierwiastki Zn i Pb, œwiadcz¹ o ich wystêpowaniu g³ównie z substancj¹ mineraln¹.
Genetycznie wi¹zane s¹ z substancj¹ mineraln¹ pochodzenia syngenetyczno-konkrecyjnego
lub epigenetycznego-infiltracyjnego (Judowicz i in. 1985).
Z substancj¹ mineraln¹ wystêpuje g³ównie tak¿e pierwiastek V, którego najwy¿sz¹
koncentracjê stwierdzono w wêglu matowym przy doœæ niskim wspó³czynniku wzbogacenia w popiele (3,5) tego litotypu. Mo¿e on byæ zwi¹zany z minera³ami ilastymi (Xu
i in. 2003).
Podsumowuj¹c uzyskane dane mo¿na stwierdziæ, ¿e udzia³y takich pierwiastków, jak:
Ba, Mn, Ni, Zn, Pb, Li, As s¹ zawsze najwy¿sze w wêglu matowym, rzadziej w wêglu
pó³b³yszcz¹cym (Co, Ga), a najni¿sze w wêglu b³yszcz¹cym. Natomiast najwy¿sze zawartoœci pierwiastków: Cd, Cr, Cu i Be wykazuje wêgiel b³yszcz¹cy.
Opisane zró¿nicowanie udzia³u poszczególnych pierwiastków w badanych próbkach
wêgla zale¿nie od rodzaju litotypu zosta³o zauwa¿one tak¿e we wczeœniejszych pracach Hanak i Kokowskiej-Paw³owskiej (Hanak i in. 2005; Hanak i Kokowska-Paw³owska
2006).
Unauthenticated
Download Date | 7/18/17 9:28 PM
Kokowska-Paw³owska 2014 / Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 30(2), 51–66
59
2.3. Zale¿noœæ korelacyjna zmiennoœci koncentracji pierwiastków œladowych
od zawartoœci popio³u w litotypach
Zale¿noœæ udzia³u oznaczonych pierwiastków œladowych od zawartoœci popio³u w poszczególnych wyró¿nionych litotypach wêgla charakteryzuj¹ wykresy i wartoœci wspó³czynnika korelacji zestawione na wybranych wykresach (rys. 1, 2, 3). Przedstawione korelacje
wykaza³y wspó³czynnik ufnoœci p < 0,05.
Z uwagi na dosyæ s³abo zró¿nicowane zawartoœci tak popio³u jak i pierwiastków
œladowych lateralnie w obrêbie tego samego litotypu, wspó³czynniki korelacji obliczono
uwzglêdniaj¹c wyniki oznaczeñ pierwiastków w ca³ej populacji próbek z obu rejonów
badawczych.
Istotn¹ dodatni¹ korelacjê z popio³em, niezale¿nie od rodzaju litotypu, wykaza³y pierwiastki zwi¹zane bardziej z substancj¹ mineraln¹, charakteryzuj¹ce siê niskimi wskaŸnikami wzbogacenia (W) w popiele.
Natomiast istotn¹ ujemn¹ korelacj¹ z popio³em charakteryzowa³y siê pierwiastki zwi¹zane z substancj¹ organiczn¹, tj. Cd, Cr, Be i Cu o wy¿szych wartoœciach wskaŸników
wzbogacenia W.
Mo¿e to œwiadczyæ, ¿e pierwiastki œladowe w badanych wêglach w przewa¿aj¹cej czêœci
s¹ zwi¹zane z substancj¹ mineraln¹ ni¿ z jego sk³adnikami organicznymi. Wyliczone istotne
dodatnie, przewa¿nie wysokie wartoœci wspó³czynników korelacji (r) pomiêdzy zawartoœciami popio³u i pierwiastków œladowych w próbkach litotypów z obydwóch rejonów
badawczych, mo¿e dowodziæ, ¿e wiêkszy zwi¹zek z substancj¹ mineraln¹ jest charakterystyczny dla wêgla z pok³adu 405.
W wêglu b³yszcz¹cym istotne, najwy¿sze wartoœci wspó³czynnika korelacji pierwiastków z zawartoœci¹ popio³u (r od 0,80 do 0,97) stwierdzono w przypadku pierwiastków: V,
As, Ni, Ga, Pb i Zn, natomiast najni¿sze korelacje (r od 0,72–0,78) przypada³y na Ba,
Mn i Li.
W wêglu pó³b³yszcz¹cym istotnymi, najwy¿szymi wartoœciami wspó³czynników korelacji pierwiastków z zawartoœci¹ popio³u (r od 0,80 do 0,90) charakteryzowa³y siê: Li, Co,
Ga, Pb i As natomiast ni¿szymi (r od 0,75–0,77) Ni i V, a najni¿szymi (r od 0,58–0,67):
Ba, Mn i Zn.
W wêglu matowym istotna najwy¿sza wartoœæ wspó³czynnika korelacji pierwiastków
z zawartoœci¹ popio³u (r od 0,87 do 0,93) przypada³a na: Co, As, V i Zn, natomiast ni¿sza
(r od 0,71–0,79) na: Ni, Ga, Pb, Mn i Li, a najni¿sza (r od 0,59) na: Ba.
Pozosta³e istotne ujemne korelacje popio³u z Cd, Cr, Cu i Be mo¿na przyj¹æ za wskaŸnik
wysokiego powinowactwa do substancji organicznej (Lee 1983; Pempkowiak 1989).
Dodatkowo przeprowadzona zosta³a korelacja pomiêdzy koncentracj¹ pierwiastków
œladowych w wêglu, w zale¿noœci od rodzaju litotypu. Korelacjê tê przedstawiono na
wybranych wykresach, bior¹c pod uwagê wspó³czynnik ufnoœci p < 0,05 (rys. 4).
W litotypach wêgla b³yszcz¹cego oznaczone pierwiastki w wiêkszoœci wykaza³y miêdzy
sob¹ istotnie wyraŸne dodatnie i doœæ wysokie korelacje.
Unauthenticated
Download Date | 7/18/17 9:28 PM
60
Kokowska-Paw³owska 2014 / Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 30(2), 51–66
Rys. 1. Korelacja pomiêdzy udzia³em pierwiastków œladowych (Ga, Cr) i zawartoœci¹ popio³u (Ad)
Fig. 1. Correlation between trace elements content (Ga, Cr) and ash content (Ad)
Rys. 2. Korelacja pomiêdzy udzia³em pierwiastków œladowych (Pb, Cu) i zawartoœci¹ popio³u (Ad)
Fig. 2. Correlation between trace elements content (Pb, Cu) and ash content (Ad)
Rys. 3. Korelacja pomiêdzy udzia³em pierwiastków œladowych (Co, Cd) i zawartoœci¹ popio³u (Ad)
Fig. 3. Correlation between trace elements content (Co, Cd) and ash content (Ad)
Unauthenticated
Download Date | 7/18/17 9:28 PM
Kokowska-Paw³owska 2014 / Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 30(2), 51–66
61
Rys. 4. Korelacja pomiêdzy zawartoœci¹ pierwiastków œladowych w wyró¿nionych litotypach
Fig. 4. Correlation between the trace elements content in the lithotypes
Unauthenticated
Download Date | 7/18/17 9:28 PM
62
Kokowska-Paw³owska 2014 / Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 30(2), 51–66
Mo¿na by³o zauwa¿yæ, ¿e pierwiastki o ni¿szym wspó³czynniku wzbogacenia (Ba,
Co, As, Ni, Ga, Pb, Zn, Mn, Li, V) korelowa³y bardzo dobrze miêdzy sob¹. Natomiast
korelacja tych pierwiastków z pierwiastkami o wy¿szym wspó³czynniku wzbogacenia tj.:
Cd, Cr, Cu i Be by³a ujemna. Jednak¿e pierwiastki zwi¹zane z substancj¹ organiczn¹
zdecydowanie korelowa³y miedzy sob¹.
W litotypach wêgla pó³b³yszczacego, a tak¿e matowego, mimo i¿ wspó³czynniki korelacji w niektórych przypadkach by³y nieco ni¿sze, tendencja zale¿noœci korelacyjnej
pomiêdzy pierwiastkami by³a podobna jak w przypadku litotypu wêgla b³yszcz¹cego.
Pierwiastki, takie jak: Ba, Ga i Ni przewa¿nie wyró¿nia³y siê istotnymi najwy¿szymi
wartoœciami korelacji w litotypie b³yszcz¹cym, Pb w pó³b³yszczacym, a Cd, Cr, Cu i Be
w matowym.
Nie stwierdzono natomiast, by któryœ z pierwiastków wykaza³ istotn¹ korelacjê z innymi
pierwiastkami wy³¹cznie np. dodatni¹ w jednym litotypie, a ujemn¹ w innym litotypie.
Potwierdza to wykazane zwi¹zki czêœci pierwiastków g³ównie z substancj¹ nieorganiczn¹
(dodatnie korelacje z popio³em we wszystkich litotypach) i czêœci pierwiastków g³ównie
z substancj¹ organiczn¹ (ujemna korelacja z popio³em).
Podsumowanie
Przeprowadzone badania wykaza³y znaczne zró¿nicowanie zawartoœci pierwiastków
œladowych w litotypach wêgla.
Pierwiastki, takie jak: Ba, Mn, Li, As, Co, Ga, Ni, Pb i Zn charakteryzowa³y siê du¿ym
powinowactwem do substancji mineralnej (niski wspó³czynnik wzbogacenia w popiele),
a tym samym maksymaln¹ koncentracj¹ w litotypach silnie zmineralizowanych – wêgiel
matowy b¹dŸ pó³b³yszcz¹cy.
Nieliczne pierwiastki: Cr, Be, Cd i Cu wykaza³y du¿e powinowactwo do substancji
organicznej wêgla (wysoki wspó³czynnik wzbogacenia w popiele) i tendencjê do maksymalnej koncentracji w litotypie b³yszcz¹cym.
Na podstawie wyznaczonych wartoœci wspó³czynnika korelacji stwierdzono, ¿e najlepiej
w litotypie b³yszcz¹cym z popio³em istotn¹ korelacjê wykaza³y takie pierwiastki, jak: V,
As, Ni, Ga, Pb i Zn, w litotypie pó³b³yszcz¹cym: Li, Co, Ga, Pb i As, a w litotypie matowym: Co, As, V i Zn.
Wyniki badañ wartoœci wspó³czynników wzbogacenia w pierwiastki œladowe popio³ów
litotypów wraz z wynikami badañ wzajemnej korelacji pierwiastków z popio³em litotypów
zgodnie wskazuj¹, czy pierwiastek w wêglu powi¹zany jest g³ównie z substancj¹ mineraln¹
czy organiczn¹. Jednak¿e, konieczne jest potwierdzenie tej zale¿noœci poprzez kontynuacjê
badañ w szerszym zakresie, umo¿liwiaj¹cym poznanie sk³adu pierwiastków œladowych
w g³ównych minera³ach substancji nieorganicznej i w litotypach wêgla.
Unauthenticated
Download Date | 7/18/17 9:28 PM
Kokowska-Paw³owska 2014 / Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 30(2), 51–66
63
LITERATURA
Bielowicz, B. 2013. Wystêpowanie wybranych pierwiastków szkodliwych w polskim wêglu brunatnym. Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 29 (3). IGSMiE PAN, Kraków, s. 47–59.
Bojakowska i in. 2008 – Bojakowska, I., Lech, D. i Wo³kowicz, S. 2008. Uran i tor w wêglach kamiennych
i brunatnych ze z³ó¿ polskich. Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management
24(2). IGSMiE PAN, Kraków, s. 53–82.
Clarke, L.B. 1993. The fate of trace elements during coal combustion and gasification: an overview. Fuel 72,
Issue 6, p. 731–736.
Dai i in. 2005 – Dai, S., Ren, D., Tang, Y., Yue, M. i Hao, L. 2005. Concentration and distribution of elements
in Late Permian coals from western Guizhou Province, China. Internatinal Journal of Coal Geology 61,
p. 119–137.
Dolnickova i in. 2012 – Dolnickova, D., Drozdova, J., Raclavsky, K. i Juchelkowa, D. 2012. Geochemistry of trace
elements in fly ashes from lignite fired power station. Journal of the Polish Mineral Engineering Society,
p. 59–68
Duo-xi, Y. i Xia-chen, Z. 2010. The transformation and concentration of environmental hazardous trace elements
during coal combustion 16, Issue 1, p. 74–77.
Finkelman, R.B. 1994. Modes of occurrence of potentially hazardous elements in coal: levels of confidence. Fuel
Processing Technology 39, Issues 1–3, p. 21–34.
Finkelman, R.B. 1998. Trace elements in coal. Environmental and Health Significance. U.S. Geological Survey.
Goodarzi, F. 2006. Characteristic and composition of fly ashes from Canadian coal-fired power plants. Fuel 85,
p. 1418–1427.
Hanak i in. 2005 – Hanak, B., Kokowska-Paw³owska, M. i Zajusz-Zubek, E. 2005. Zmiennoœæ zawartoœci
pierwiastków œladowych i podrzêdnych w litotypach wêgla i ich popio³ach z wybranych pok³adów warstw
porêbskich. Zeszyty Naukowe Politechniki Œl¹skiej nr 1696, seria Górnictwo, z. 268, s. 67–76.
Hanak, B. i Kokowska-Paw³owska, M. 2006. Zmiennoœæ zawartoœci pierwiastków œladowych w litotypach wêgla
i ich popio³ach na tle profilów pok³adu 630 (GZW). Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral
Resources Management 22(3), Kraków, s. 68–77.
Hanak, B. i Kokowska-Paw³owska, M. 2007. Wp³yw substancji mineralnej na zawartoœæ wybranych pierwiastków
œladowych w litotypach wêgla z pok³adu 308 (KWK Ziemowit). Kwartalnik, seria Górnictwo i Geologia,
z. 3, t. 2, Gliwice, s. 31–41.
Judowicz i in. 1985 – Judowicz, J.E., Ketris, M.P. i Mierc, A.W. 1985. Eliemienty – primiesi w iskopajemych
ugljach. Wyd. 1. Izdat. Nauka Leningrad, 18.
Kortenski, J. i Sotriov, A. 2002. Trace and major element content and distribution in Neogene lignite from the Sofia
Basin, Bulgaria. International Journal of Coal Geology 52, p. 63–82.
Kuhl, J. 1980. Substancja mineralna w wêglu. Przegl¹d Górniczy 2, s. 61–66.
Lee, J. 1983. Complexation analysis of fresh waters by equilibrium diafiltration. Water Res.
Lewiñska-Preis i in. 2001 – Lewiñska-Preis, L., Biedroñ, J. i Fabiañska, M. 2001. Geochemiczna ocena rozk³adu
stê¿eñ pierwiastków œladowych we frakcjach wêgla kamiennego poddanego procesowi bioodsiarczania.
Zeszyty Naukowe Politechniki Œl¹skiej. Seria: Górnictwo, z. 24.
Lewiñska-Preis i in 2009 – Lewiñska-Preis, L., Fabiañska, M.J., Cmiel, S. i Kita, A. 2009. Geochemical
distribution of trace elements in Kaffioyra and Longyearbyen coals, Spitsbergen, Norway. International
Journal of Coal Geology 80, s. 211–223.
Matl, K. i Twardowski, K. 1996. Rozk³ad w³asnoœci fizykochemicznych i technologicznych wêgla brunatnego
z uwzglêdnieniem domieszek szkodliwych dla œrodowiska w po³udniowo-zachodniej czêœci Ni¿u Polskiego
(pok³ad ³u¿ycki II). Wyd. CPPGSMiE. Kraków.
Olkuski i in. 2010 – Olkuski, T., Ozga-Blaschke, U. i Stala-Szlugaj, K. 2010. Wystêpowanie fosforu w wêglu
kamiennym. Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 26(1), IGSMiE PAN,
Kraków, s. 23–35.
Parzentny, H. 1995. Wp³yw nieorganicznej substancji mineralnej na zawartoœæ niektórych pierwiastków
œladowych w wêglu Górnoœl¹skiego Zag³êbia Wêglowego. Prace Naukowe Uniwersytetu Œl¹skiego nr 1460,
Katowice.
Unauthenticated
Download Date | 7/18/17 9:28 PM
64
Kokowska-Paw³owska 2014 / Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 30(2), 51–66
Pempkowiak, J. 1989. Rozmieszczenie, pochodzenie i w³asnoœci kwasów humusowych w morzu Ba³tyckim. Inst.
Oceanol. PAN, Wyd. Ossolineum. Wroc³aw, 1989.
Pesek i in. 2005 – Pesek, J., Benecko, V., Sykorova, I., Vasicek, M., Michna, O. i Martinek, K. 2005. Some trace
elements in coal of the Czech Republic, environment and health protection implications. Central Europen
Journal of Public Health 10, p. 153–158.
Polañski, A. 1988. Podstawy Geochemii. Wyd. Geol. Warszawa.
Ró¿kowska, A. i Ptak, B. 1995. Pierwiastki podrzêdne i œladowe w górnoœl¹skich wêglach kamiennych. Przegl¹d
Geologiczny vol. 43, nr 6, s. 478–481.
Say-Gee, S. i Wan, H.A. 2011. Concentration and association of minor and trace elements in Mukah coal from
Sarawak, Malaysia, with emphasis on the potentially hazardous trace elements. International Journal of
Coal Geology 88, Issue 4, p. 179–193.
Spears, D. i Zheng, Y. 1999. Geochemistry and origin of elements in some UK coals. International Journal of
Coal Geology 38, p. 161–179.
Tian i in. 2013 – Tian, H.Z., Lu, L., Hao, J.M., Gao, J.J., Cheng, K., Liu, K.Y., Qiu, P.P. i Zhu, C.Y. 2013.
Review of key hazardous trace elements in Chines coals: Abundance, Occurrence, Behaviour during Coal
Combustion and their Environmental Impact. Energy Fuels 27, p. 601–614.
Widawska-Kuœmierska, J. 1981. Wystêpowanie pierwiastków œladowych w polskich wêglach kamiennych. Przegl¹d Górniczy, nr 7–8, s. 455–459.
Winnicki, J. 1973. Wystêpowanie i sposób zwi¹zania niektórych pierwiastków rzadkich w krajowych wêglach
kamiennych. Prace Naukowe Instytutu Chemii Nieorganicznej i Metalurgii Pierwiastków Rzadkich.
Konferencje nr 8, 1973, s. 3–71.
Xu i in. 2003 – Xu, R., Yan, R., Zheng, C. i Qiao, Y. 2003. Status of trace element emission in a coal combustion
process: a review. Fuel Proccessing Technology 85, p. 215–237.
Yazdi, M. i Shiravani, A. E. 2004. Geochemical properties of coals in the Lushan coalfield of Iran. International
Journal of Coal Geology 60, p. 73–79.
Yudovich, Y.E. i Ketris, M. P. 2005. Arsenic in coal: a review. International Journal of Coal Geology 61,
p. 141–196.
Zhang i in. 2004 – Zhang, J., Ren, D., Zhu, Y., Chou, Ch., Zeng, R. i Zheng, B. 2004. Mineral matter and potentially
hazardous trace elements in coals from Qianxi Fault Depression Area in southwestern Guizhou, China.
International Journal of Coal Geology 57, p. 49–61.
ZALE¯NOŒÆ POMIÊDZY ZAWARTOŒCI¥ PIERWIASTKÓW SZKODLIWYCH W LITOTYPACH
WÊGLA I ICH POPIO£ACH (POK£AD 405, GZW)
S³owa kluczowe
pierwiastki szkodliwe, pierwiastki œladowe, litotypy, popio³y, pok³ad 405,
wspó³czynnik wzbogacenia
Streszczenie
Zbadano zró¿nicowanie zawartoœci wybranych pierwiastków szkodliwych (Ba, Cd, Co, Cr, Cu,
Ni, Pb, Zn, Mn, Be, Li, V, As, Ga) w próbkach litotypów i ich popio³ach pochodz¹cych z pok³adu 405
(warstwy za³êskie). Wykazano znaczn¹ zmiennoœæ zawartoœci pierwiastków w badanych próbkach,
zale¿n¹ od rodzaju litotypu, a przede wszystkim od zawartoœci popio³u.
We wszystkich litotypach najwy¿sze zawartoœci wykaza³y pierwiastki Ba i Mn. Pozosta³e
oznaczone pierwiastki ze wzglêdu na œredni udzia³ w litotypach mo¿na uszeregowaæ w nastêpuj¹cej
Unauthenticated
Download Date | 7/18/17 9:28 PM
Kokowska-Paw³owska 2014 / Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 30(2), 51–66
65
kolejnoœci: Zn < Pb < V < Cu < Ni < Cr < Ga < Co < Be < Li < As < Cd. Podobn¹ tendencjê udzia³u
pierwiastków obserwowano w popio³ach litotypów.
Wyliczono wspó³czynnik wzbogacenia (W) w popio³ach litotypów, jako stosunek zawartoœci
pierwiastka w popiele do zawartoœci w litotypie. Za³o¿ono, ¿e wartoœci wspó³czynnika W s¹ tym
wy¿sze im wy¿sza jest zawartoœæ pierwiastka zwi¹zana z substancj¹ organiczn¹ wêgla.
Na zawartoœæ pierwiastków œladowych w litotypach du¿y wp³yw ma ich powinowactwo geochemiczne do substancji organicznej b¹dŸ mineralnej wêgla, które okreœlono na podstawie wielkoœci
wspó³czynnika wzbogacenia popio³ów litotypów w te pierwiastki.
Najwy¿szymi wartoœciami tych wspó³czynników (od 5 do 7) charakteryzuj¹ siê pierwiastki,
takie jak Cr, Be, Cd i Cu, natomiast pozosta³e pierwiastki wykazuj¹ ni¿sze wartoœci (od ok. 2
do ok. 3). Najni¿sze wartoœci wspó³czynnika wzbogacenia najczêœciej obserwowano w przypadku:
Co, Li i Mn.
Na podstawie wyliczonych wartoœci wspó³czynników wzbogacenia w popiele stwierdzono, ¿e
pierwiastki, takie jak Ba, Mn, Li, As, Co, Ga, Ni, Pb i Zn charakteryzowa³y siê du¿ym powinowactwem do substancji mineralnej (niski wspó³czynnik wzbogacenia w popiele). Maksymalna ich
koncentracja przypada³a na litotypy silnie mineralizowane – wêgiel matowy b¹dŸ pó³b³yszcz¹cy.
Natomiast nieliczne pierwiastki, jak: Cr, Be, Cd i Cu wykaza³y du¿e powinowactwo do substancji
organicznej wêgla (wysoki wspó³czynnik wzbogacenia w popiele) i tendencjê do maksymalnej
koncentracji w litotypie b³yszcz¹cym.
Na podstawie wykazanych istotnych korelacji pierwiastków œladowych w litotypach z zawartoœci¹
popio³u mo¿na uznaæ, ¿e pierwiastki te s¹ g³ównie obecne w substancji mineralnej wêgla.
RELATIONSHIP BETWEEN THE CONTENT OF HAZARDOUS TRACE ELEMENTS IN COAL LITHOTYPES
AND THEIR ASHES (405 COAL SEAM, U.S.C.B.)
Key words
hazardous trace elements, trace elements, lithotypes, ashes, 405 coal seam,
coefficient of enrichment of the ashes
Abstract
This study analyzed the variability in the content of selected hazardous trace elements (Ba, Cd,
Co, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn, Mn, Be, Li, V, As, Ga) from the 405 (Za³ê¿e beds) coal seams’ coal lithotypes
and their ashes. The significant variability in the content of the trace elements from the examined
samples depends partly on the type of lithotype, and mainly on the ash content.
Within all distinguished lithotypes, the highest concentrations were of the elements Ba and Mn.
Other evaluated elements could be categorized by average content in the lithotypes in following order:
Zn < Pb < V < Cu < Ni < Cr < Ga < Co < Be < Li < As < Cd. A similar trend in elemental content
has been observed in the ashes from the lithotypes.
The enrichment coefficient (W) values have been calculated for the ashes of the lithotypes as
a ratio of an element’s content in the ash to its content in the lithotype. The assumption was that
coefficient W values increase with increasing content of an element related to the organic matter of
the coal.
Unauthenticated
Download Date | 7/18/17 9:28 PM
66
Kokowska-Paw³owska 2014 / Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 30(2), 51–66
The highest values of these coefficients (from 5 to 7) were shown by Cr, Be, Cd, and Cu. The other
elements exhibited lower values (from about 2 to about 3), and the lowest values of the enrichment
coefficient were most frequently observed in the case of Co, Li, and Mn.
On the basis of the calculated enrichment coefficient values in the ashes, it has been found that
elements such as Ba, Mn, Li, As, Co, Ga, Ni, Pb, and Zn demonstrated high correlation with to the
mineral substance (low enrichment coefficient in the ash). Their maximum concentrations decreased
for the strongly mineralised lithotypes – dull coal or semi-vitreous coal.
However, a small number of elements such as Cr, Be, Cd, and Cu demonstrated high correlation
with the organic matter of coal (high enrichment coefficient in the ash) and tended to be most heavily
concentrated in vitreous lithotype.
The trace elements’ content in the lithotypes is connected with their affinity toward organic matter
or mineral matter. This was determined based on the value of the coefficient of enrichment in the ashes
of these elements.
On the basis of the volume of the coefficient of correlation, a significant correlation was
established between trace elements in lithotypes and content of ash and mineral matter in coal.
Unauthenticated
Download Date | 7/18/17 9:28 PM