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 metaloorga-nicznych(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 pier-wiastków 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 Al2O3i 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: magdalena.kokowska-pawlowska@polsl.pl
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 lito-typach 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 Adzgodnie z PN-G-04512: 1980/Az1:2002.
Badania geochemiczne próbek reprezentuj¹cych wyró¿nione litotypy wykonane zosta³y przez firmê Geoanaliza z wykorzystaniem instrumentalnej neutronowej analizy aktywa-cyjnej (INAA). W litotypach oznaczone zosta³y pierwiastki doœæ licznie wystêpuj¹ce w po-k³adach 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; Dol-nickowa i in. 2012; Tian i in. 2013). Oznaczenia wykonano tak¿e na próbkach popio³ów uzyskanych ze spalenia badanych litotypów w temperaturze oko³o 800°C.
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 sub-stancj¹ 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 na-przemian 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
Litotyp (iloœæ próbek) Sk³adnik [% obj.] 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
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 paleo-torfowisku 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 wi-trynitu (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).
Tabela 2. Udzia³ pierwiastków œladowy ch w litoty pach i ich popi o³ach oraz wspó³czy nnik w zbogacenia z p ok³adu 405 rejon K nurowa (KW K Szczy g³owice, KW K K nurów, poz. 600) Table 2 . T he trace elem ents content in the lithotypes and their ashes and co ef fi cient o f enrichm ent in the ashes from the 405 coal seam of Knurów area (Szczyg³owice C oal M ine, Knurów Coal Mine ,600 level) Litotyp od–do œr. Ba [ppm ] Cd [ppm ] Co [ppm ] As [ppm ] Cr [ppm ] Ni [ppm ] Ga [ppm ] Cu [ppm ] Pb [ppm ] Zn [ppm ] Mn [ppm ] Be [ppm ] Li [ppm ] V [ppm ] Ad [% m/ m] Wêg iel b³yszcz¹cy L 99–136 124, 2 0, 5–0, 8 0, 6 5–13 8, 2 0, 5–2, 7 1, 7 6–12 8, 8 7–13 10, 7 4–11 8, 4 14–24 16, 7 16–37 27, 6 31–47 41, 1 53–88 74, 1 3, 2–7, 3 4, 7 0, 4–2, 0 1, 5 8–26 20, 0 5, 7–8, 8 7, 8 P 289–456 379, 0 2, 6–5, 4 4, 1 14–25 18, 7 2–9 5,3 53–76 64, 2 29–46 38, 1 11–36 26, 6 87–145 110, 3 48–112 84, 6 101–141 125, 7 168–283 237, 9 22–49 33, 2 1, 2–5, 7 4, 6 31–91 71, 2 W 2, 9–3, 3 3, 1 5, 2–8, 8 6, 8 1, 9–2, 8 2, 3 2, 4–4, 0 3, 2 6, 3–8, 8 7, 4 3, 3–4, 1 3, 6 2, 7–4, 0 3, 1 6, 0–7, 4 6, 6 3, 0–3, 7 3, 1 2, 8–3, 4 3, 1 3, 0–3, 6 3, 2 6, 7–7, 7 7, 1 2, 4–4, 0 3, 1 3, 3–3, 9 3, 6 Wêg iel pó³-b³yszcz¹cy L 132–190 164, 5 0, 3–0, 6 0, 4 7–16 10, 4 0, 6–3, 7 2, 0 6–13 9, 5 12–17 14, 5 6–14 10, 4 8–17 13, 4 22–45 33, 4 39–55 48, 5 55–121 88, 9 2, 4–6, 6 4, 5 0, 6–3, 9 1, 8 14–41 25, 3 9, 2–13, 6 11, 6 P 369–600 488, 5 1, 8–3, 8 2, 6 17–36 26, 8 2–13 6, 8 47–74 62, 0 33–48 41, 6 16–39 28, 2 51–99 78, 5 76–130 104, 6 130–177 156, 6 164–336 236, 2 18–40 29, 9 2, 3–7, 0 4, 6 41–120 82, 1 W 2, 6–3, 5 3, 0 5, 2–7, 3 6, 1 2, 3–3, 0 2, 6 2, 9–4, 2 3, 5 6, 0–7, 8 6, 6 2, 7–3, 3 2, 9 2, 2–3, 3 2, 7 5, 1–6, 7 5, 9 2, 8–3, 7 3, 2 2, 7–3, 6 3, 2 2, 2–4, 4 2, 7 5, 3–8, 3 6, 9 1, 8–3, 5 2, 7 2, 7–5, 0 3, 3 Wêg iel ma to w y L 166–281 220, 9 0, 2–0, 6 0, 4 5–17 9, 8 1, 0–4, 5 2, 3 5–10 8, 4 13–21 15, 4 7–16 9, 8 7–18 14, 1 37–51 42, 1 45–71 58, 2 98–132 114, 9 2, 8–6, 0 4, 3 1, 1–4, 0 2, 2 18–52 31, 2 14, 4–18, 2 16, 2 P 487–663 561, 9 1, 1–3, 1 2, 4 18–42 29, 8 3–13 7, 6 38–66 55, 3 31–55 40, 9 18–40 29, 0 46–115 84, 7 110–142 124, 8 141–195 168, 3 187–412 296, 3 17–36 24, 7 3, 0–7, 3 4, 7 61–122 89, 1 W 2, 3–2, 9 2, 6 5, 3–6, 3 5, 7 2, 5–3, 4 3, 1 2, 9–3, 8 3, 3 5, 7–9, 2 6, 7 2, 1–3, 4 2, 7 2, 4–3, 7 3, 0 5, 2–6, 6 6, 1 2, 8–3, 2 3, 0 2, 7–3, 2 2, 9 2, 1–3, 1 2, 6 5, 1–6, 5 5, 7 1, 8–3, 2 2, 3 2, 2–3, 5 2, 9 L – zawartoœæ pierwiastków œladowy ch w litoty pie, P – zawartoœæ pierwiastk ów œladowy ch w popiele, W – w spólczy nnik wzbogacenia wy liczony ze stosunk uP /L
Tabela 3. Udzia³ pierwiastków œladowy ch w litoty pach i ich popi o³ach oraz wspó³czy nnik w zbogacenia z p ok³adu 405 rejon R y bnika (K W K Chwa³owice, KW K Jankowice, poz. 600) Table 3 . T he trace elem ents content in the lithotypes and their ashes and co ef fi cient o f enrichm ent in the ashes from the 405 coal seam of Rybnik area (C hwa³owice C oal M ine, Jankowice Coal M ine, 600 level) Litotyp od–do œr. Ba [ppm ] Cd [ppm ] Co [ppm ] As [ppm ] Cr [ppm ] Ni [ppm ] Ga [ppm ] Cu [ppm ] Pb [ppm ] Zn [ppm ] Mn [ppm ] Be [ppm ] Li [ppm ] V [ppm ] Ad [% m/ m] Wêg iel b³yszcz¹cy L 87–154 116, 6 0, 4–0, 7 0, 6 6–13 8, 9 0, 7–2, 7 1, 7 6–13 10, 1 9–14 11, 0 5–12 8, 1 13–22 16, 9 18–40 29, 1 32–49 38, 1 54–91 71, 6 2, 5–7, 0 4, 5 1, 0–2, 4 1, 7 11–28 19, 9 6, 5–9, 1 7, 5 P 251–462 356, 0 2, 2–5, 7 4, 0 12–28 18, 7 2–9 5,0 48–78 65, 1 28–49 37, 1 15–37 27, 6 92–131 111, 7 69–118 94, 7 97–142 120, 6 186–294 237, 9 17–46 31, 0 3, 3–6, 2 4, 6 40–99 68, 1 W 2, 9–3, 3 3, 0 5, 5–8, 1 6, 8 1, 7–3, 0 2, 1 2, 0–3, 3 3, 0 6, 0–8, 0 6, 5 2, 8–4, 0 3, 4 3, 0–3, 9 3, 4 6, 0–7, 6 6, 7 3, 0–3, 8 3, 3 2, 9–3, 5 3, 2 3, 0–4, 1 3, 2 6, 6–7, 5 7, 0 2, 1–3, 3 2, 8 3, 2–3, 6 3, 4 Wêg iel pó³-b³yszcz¹cy L 141–188 171, 1 0, 2–0, 5 0, 4 8–15 11, 3 0, 7–3, 6 2, 1 7–13 9, 5 10–18 13, 9 7–12 10, 3 10–18 14, 9 27–43 33, 7 41–55 48, 7 61–120 87, 3 2, 6–6, 6 4, 3 0, 5–3, 1 1, 9 12–42 23, 3 9, 4–13, 2 11, 8 P 397–520 492, 2 1, 5–3, 5 2, 5 17–34 26, 1 2–11 6, 4 50–78 63, 2 30–48 38, 6 21–39 29, 4 61–90 81, 0 94–128 109, 5 132–180 160, 3 158–374 233, 5 17–41 29, 3 1, 9–7, 6 4, 5 41–118 76, 1 W 2, 7–3, 2 2, 9 5, 0–7, 8 6, 7 2, 1–3, 1 2, 4 2, 5–3, 9 3, 1 6, 0–7, 4 6, 7 2, 6–3, 2 2, 8 2, 3–3, 2 2, 9 5, 1–6, 2 5, 5 3, 0–3, 6 3, 3 2, 9–3, 6 3, 3 2, 2–3, 3 2, 6 6, 2–8, 6 7, 0 2, 0–3, 8 2, 6 2, 7–3, 7 3, 3 Wêg iel ma to w y L 168–221 195, 3 0, 2–0, 5 0, 4 6–15 10, 7 1, 1–4, 2 2, 6 5–11 8, 6 12–17 15, 7 8–15 11, 3 8–17 13, 0 35–56 43, 9 56–69 61, 1 89–131 109, 7 2, 2–4, 8 3, 8 0, 9–2, 8 1, 9 22–48 33, 9 14, 5–17, 4 16, 2 P 478–567 533, 3 1, 2–2, 9 2, 0 25–39 30, 3 3–11 7, 1 48–68 56, 0 35–50 41, 9 21–41 33, 0 51–105 79, 7 116–172 134, 1 141–186 165, 6 240–374 321, 1 15–27 22, 4 3, 5–6, 0 4, 8 62–115 85, 7 W 2, 5–2, 9 2, 7 5, 0–6, 0 5, 5 2, 5–3, 8 2, 9 2, 3–3, 1 2, 8 5, 9–7, 6 6, 7 2, 5–3, 1 2, 9 2, 6–3, 5 2, 9 5, 4–6, 7 6, 2 2, 7–3, 3 3, 1 2, 5–2, 8 2, 7 2, 7–3, 1 2, 9 5, 4–6, 8 6, 0 2, 1–3, 9 2, 7 2, 3–3, 1 2, 6 L – zawartoœæ pierwiastków œladowy ch w litoty pie, P– zawartoœæ pierwias tków œladowy ch w popiele, W – wspólczy nnik wzbogacenia wy liczony ze stosunk uP /L
Przewa¿nie niskimi wartoœciami wspó³czynnika wzbogacenia charakteryzuj¹ siê nato-miast: 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 zawar-toœæ Ba w litotypie wêgla matowego z obszarów kopalñ KWK Szczyg³owice i Knurów. Wyznaczone niskie wartoœci wspó³czynników wzbogacenia (od 2,6 do 3,2) popio³ów lito-typów w Ba i Mn wykazuj¹ znaczne powinowactwo tych pierwiastków z substancj¹ mine-raln¹ (tab. 2 i 3).
Pierwiastek bar g³ównie zwi¹zany jest z minera³ami ilastymi i siarczkami ¿elaza, nato-miast 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 porów-naniu z b³yszcz¹cym i pó³b³yszcz¹cym, podwy¿szone zawartoœci wykaza³y pierwiastki Li i As.
Pierwiastki te charakteryzuj¹ siê maksymalnymi wartoœciami wspó³czynników wzbo-gacenia 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 po-miêdzy organiczne (30%) i nieorganiczne czêœci (70%). Natomiast Winnicki (1973) wy-kaza³, ¿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-mi-neralnych, a zdaniem Parzentnego (1995) mo¿e byæ zwi¹zany z minera³ami ilastymi i siarcz-kami. 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.
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, cha-rakterystyczne s¹ dla pierwiastków: Ni, Ga i Cr. Pierwiastki Ga i Ni wykazuj¹ tendencjê wy¿szej koncentracji w litotypie wêgla matowego b¹dŸ pó³b³yszcz¹cego, zaœ Cr charak-teryzuje 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 b³ysz-cz¹cego, 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¿ni-cowanie koncentracji Cu.
Wartoœci wspó³czynników wzbogacenia wskazuj¹ na du¿e powinowactwo Cu z sub-stancj¹ 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 wzbo-gacenia 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 za-wartoœci 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 pra-cach Hanak i Kokowskiej-Paw³owskiej(Hanak i in. 2005; Hanak i Kokowska-Paw³owska 2006).
2.3. Zale¿noœæ korelacyjna zmiennoœci koncentracji pierwiastków œladowych od zawartoœci popio³u w litotypach
Zale¿noœæ udzia³u oznaczonych pierwiastków œladowych od zawartoœci popio³u w posz-czególnych wyró¿nionych litotypach wêgla charakteryzuj¹ wykresy i wartoœci wspó³czyn-nika 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 pier-wiastki zwi¹zane bardziej z substancj¹ mineraln¹, charakteryzuj¹ce siê niskimi wskaŸ-nikami wzbogacenia (W) w popiele.
Natomiast istotn¹ ujemn¹ korelacj¹ z popio³em charakteryzowa³y siê pierwiastki zwi¹-zane 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 zawar-toœciami popio³u i pierwiastków œladowych w próbkach litotypów z obydwóch rejonów badawczych, mo¿e dowodziæ, ¿e wiêkszy zwi¹zek z substancj¹ mineraln¹ jest charak-terystyczny dla wêgla z pok³adu 405.
W wêglu b³yszcz¹cym istotne, najwy¿sze wartoœci wspó³czynnika korelacji pierwiast-ków z zawartoœci¹ popio³u (r od 0,80 do 0,97) stwierdzono w przypadku pierwiastpierwiast-ków: 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 kore-lacji 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.
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)
Rys. 4. Korelacja pomiêdzy zawartoœci¹ pierwiastków œladowych w wyró¿nionych litotypach
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 ko-relacji 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 maksy-malnej 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 ma-towym: 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.
LITERATURA
Bielowicz, B. 2013. Wystêpowanie wybranych pierwiastków szkodliwych w polskim wêglu brunatnym. Gospo-darka 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.
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. Prze-gl¹d 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)
S ³ o w a k l u c z o w e
pierwiastki szkodliwe, pierwiastki œladowe, litotypy, popio³y, pok³ad 405, wspó³czynnik wzbogacenia
S t r e s z c z e n i e
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
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 geoche-miczne 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 powino-wactwem 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.)
K e y w o r d s
hazardous trace elements, trace elements, lithotypes, ashes, 405 coal seam, coefficient of enrichment of the ashes
A b s t r a c t
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.
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.
