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

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.

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.