Relationship between the content of hazardous trace elements in coal lithotypes and their ashes (405 coal seam, u.s.c.b.)

M. Kokowska-Pawłowska

2/2014 vol. 30

M. Kokowska-Pawłowska ¹

More details

Hide details

Politechnika Śląska, Wydział Górnictwa i Geologii, Instytut Geologii Stosowanej, Gliwice

Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 2014;30(2):51-66

Article (PDF)

References (34)

KEYWORDS

hazardous trace elements

enrichment coefficient

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 (Załęże 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.

METADATA IN OTHER LANGUAGES:

Polish

Zależność pomiędzy zawartością pierwiastków szkodliwych w litotypach węgla i ich popiołach (pokład 405, GZW)

pierwiastki szkodliwe, pierwiastki śladowe, litotyp, popiół, pokład 405, współczynnik wzbogacenia

Zbadano zróżnicowanie zawartości wybranych pierwiastków szkodliwych (Ba, Cd, Co, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn, Mn, Be, Li, V, As, Ga) w próbkach litotypów i ich popiołach pochodzących z pokładu 405 (warstwy załęskie). Wykazano znaczną zmienność zawartości pierwiastków w badanych próbkach, zależną od rodzaju litotypu, a przede wszystkim od zawartości popiołu. We wszystkich litotypach najwyższe zawartości wykazały pierwiastki Ba i Mn. Pozostałe oznaczone pierwiastki ze względu na średni udział w litotypach można uszeregować w następującejkolejności: Zn < Pb < V < Cu < Ni < Cr < Ga < Co < Be < Li < As < Cd. Podobną tendencję udziału pierwiastków obserwowano w popiołach litotypów. Wyliczono współczynnik wzbogacenia (W) w popiołach litotypów, jako stosunek zawartości pierwiastka w popiele do zawartości w litotypie. Założono, że wartości współczynnika W są tym wyższe im wyższa jest zawartość pierwiastka związana z substancją organiczną węgla. Na zawartość pierwiastków śladowych w litotypach duży wpływ ma ich powinowactwo geochemiczne do substancji organicznej bądź mineralnej węgla, które określono na podstawie wielkości współczynnika wzbogacenia popiołów litotypów w te pierwiastki. Najwyższymi wartościami tych współczynników (od 5 do 7) charakteryzują się pierwiastki, takie jak Cr, Be, Cd i Cu, natomiast pozostałe pierwiastki wykazują niższe wartości (od ok. 2 do ok. 3). Najniższe wartości współczynnika wzbogacenia najczęściej obserwowano w przypadku: Co, Li i Mn. Na podstawie wyliczonych wartości współczynników wzbogacenia w popiele stwierdzono, że pierwiastki, takie jak Ba, Mn, Li, As, Co, Ga, Ni, Pb i Zn charakteryzowały się dużym powinowactwem do substancji mineralnej (niski współczynnik wzbogacenia w popiele). Maksymalna ich koncentracja przypadała na litotypy silnie mineralizowane – węgiel matowy bądź półbłyszczący. Natomiast nieliczne pierwiastki, jak: Cr, Be, Cd i Cu wykazały duże powinowactwo do substancji organicznej węgla (wysoki współczynnik wzbogacenia w popiele) i tendencję do maksymalnej koncentracji w litotypie błyszczącym. Na podstawie wykazanych istotnych korelacji pierwiastków śladowych w litotypach z zawartością popiołu można uznać, że pierwiastki te są głównie obecne w substancji mineralnej węgla.

REFERENCES (34)

Bielowicz, B. 2013. Występowanie wybranych pierwiastków szkodliwych w polskim węglu brunatnym. Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 29 (3). IGSMiE PAN, Kraków, s. 47–59.

eISSN:	2299-2324
ISSN:	0860-0953