Качество сланцев Эстонского месторождения

Качество горючих сланцев в пределах Эстонского месторождения, как и по всему Прибалтийскому бассейну, отличается постоянностью. Все слои кукерситов, составляющие промышленный пласт (слои от А до H включительно), удовлетворяют кондициям на энергетическое топливо и химическое сырье. Исключением являются выделяемые на некоторых участках прослои кукерситов A1 и F2, имеющие теплоту сгорания ниже 2000 ккал/кг. Слой F2, а также H некондиционны по выходу смолы.

Наиболее ценны слои А, В и Е, отчасти С, с наивысшей теплотой сгорания и максимальным содержанием смолы.

В табл. 15, 16, 17 приведены данные технических и элементарных анализов сланцев, а также компонентный состав золы по керну скважин.

Для сравнения в табл. 18 и 19 показаны результаты определения теплоты сгорания и выхода смолы по пластово-дифференциальным пробам из шахт Центральной площади.

Механические свойства кукерситов приведены в табл. 19, из которой видно, что горючие сланцы — слои В и С — представляют однородную массу с близкими показателями прочности при сжатии в двух направлениях — перпендикулярно слоистости и параллельно ей. Только в слое E сланцы имеют в два раза большую прочность по нормали к слоистости, что при добыче сказывается в большем выходе мелочи. В общей массе кукерситы отличаются значительной прочностью благодаря цементации карбонатами.

Характер изменения качества горючих сланцев на различных участках месторождения можно заметить из сравнения данных, приведенных в табл. 18, 19, 20, 21 и на рис. 17.

Так, содержание минеральной части (Aс+CO2) в среднем по промышленной пачке в целом (слои А—Н) на несколько процентов ниже в центральной части месторождения и выше в западной и восточной. Соответственно теплота сгорания (на сухое вещество) и выход смолы сланцев Центральной площади несколько выше, чем на других участках (см. табл. 15).

О качестве товарного сланца по шахтам комбината «Эстонсланец» можно судить по данным 1963 г. В среднем по всем шахтам и карьеру Вийвиконна сланец 1 класса (размеры кусков 125 мм) показал теплоту сгорания 4200 ккал/кг; II класса (25—125 мм)—3400 ккал/кг; III класса (<25 мм) — 3250 ккал/кг; рядовой сланец — 2400—2900 ккал/кг.

До настоящего времени не все слои промышленного пласта отрабатываются полностью при шахтной и карьерной добыче. Так, при отработке лавами слои A1, F2 и частично E остаются неизвлеченными. Часть сланца различных слоев остается в отбитой породе в тех случаях, когда по контакту с известняком кукерсит не отделяется от последнего при добыче. Камерная система отработки, позволяющая вынимать весь промышленный пласт от А до F2, пока дает менее 10% добычи по комбинату «Эстонсланец», а при отработке карьерами слои А и A1 вообще не извлекаются из недр.

Наряду с техническими причинами оставление в недрах названных слоев объяснялось и тем, что при таком способе отработки сланцев разубоживание добытой горной массы наименьшее. Между тем при внимательном изучении качественной характеристики как отдельных слоев кукерсита, так и разделяющих их слоев известняков можно заметить, что вся промышленная пачка, от слоя А до слоя F2, включая прослои известняков, должна отрабатываться полностью.

Энергетические свойства добытой горной массы будут находиться в пределах кондиций (имеется в виду ее смешение в топочных установках Прибалтийской ГРЭС).

Анализ огромного количества проб позволяет с полной уверенностью сделать вывод о том, что теплотворная способность (средневзвешенная) всей горной массы промышленного пласта в пределах всего Эстонского месторождения, за исключением самой южной его части, будет находиться в пределах кондиций.

Энергетические свойства отдельных слоев кукерситов и известняков, входящих в состав промышленной пачки, следующие:

Слой А — горючий сланец мощностью от 0,06 до 0,19 м, в среднем 0,11 теплота сгорания от 2275 до 5469 к кал/кг, в среднем 3506 ккал/кг, объемный вес в среднем равен 1,86.

Слой А—А — известняк сапропелитовый, мощность 0,03—0,07 м, в среднем по месторождению 0,05 м (иногда отсутствует), средняя теплотворная способность 700 ккал/кг, средний объемный вес 2,20.

Слой А1 — горючий сланец, мощность 0,06—0,16 м, в среднем 0,09 м, теплота сгорания 1478—3272 ккал/кг, средняя 1998 ккал/кг, средний объемный вес 1,90.

Слой А1—В — известняк сапропелевый («синяя плита»), средняя мощность 0.13 м. средняя теплота сгорания 400 ккал/кг, средний объемный вес 2,40.

Слой В — горючий сланец мощностью от 0,1 до 0,68 м, средняя мощность 0,34 м. теплота сгорания 3661—5109 ккал/кг, средняя 4388 ккал/кг, объемный вес ь среднем 1,60.

Слой В—С — известняк сапропелевый («кулак») мощностью 0,1 м, теплота сгорания 670 ккал/кг, средний объемный вес 2,33.

Слой С — горючий сланец мощностью от 0,17 до 0,52 м, в среднем 0,3—5 м, теплота сгорания 1437—4180 ккал/кг, средняя 2815 ккал/кг, средний объемный вес 1,70 м.

Слой С—D — известняк без примеси органического вещества («двойная плита»), мощность 0,22—0,25 м, в среднем 0,23 м, объемный вес 2,56.

В пределах разведанной площади Эстонского месторождения (Западная, Центральная и Восточная площади) выявлены следующие общие закономерности изменения мощности, состава и качества пород, слагающих промышленную пачку.

1. Общая карбонатность разреза уменьшается в направлении с запада на восток и составляет у западной границы месторождения (шахтные поля 53—56) 68,3%, а у восточной на шахтных полях 47—52 51,8%.

2. Содержание MgO и сульфидной серы повышается с запада на восток (MgO от 1,9 до 3,5%, a S от 4,3 до 5,5%).

3. Содержание CaO и теплота сгорания горной массы находятся в обратной зависимости: горная масса с теплотой сгорания, равной 1500 ккал/кг, содержится в золе CaO 67%. С повышением теплоты сгорания на каждые 100 ккал/кг содержание CaO в золе снижается на 1,4%.

Как показывает схема изменения мощности и качества промышленного пласта (включая известняка), составленная М.П. Астафьевым и Л.А. Астафьевой. Эстонское месторождение может быть разделено на три площади: Западную — до древней Кундаской долины с мощностью промышленного пласта 2,0—2,5 м; Центральную — между древними долинами Кундаской и Пуртсеской с мощностью промышленного пласта 2,5—3 м; Восточную — от Пуртсеской долины до р. Нарвы с мощностью промышленного пласта от 2,5 до 3,0 м, на отдельных участках мощность пласта от 3,0 до 3,5 м.

По месторождению в целом преобладающая величина теплоты сгорания промышленного пласта 2000—2500 ккал/кг. Заметное снижение теплоты сгорания горной массы можно ожидать лишь на крайнем западе и юге месторождения (площади с запасами категории C2), где теплота сгорания снижается до 1700—2000 ккал/кг.

В настоящее время горючие сланцы Эстонского месторождения используются в основном как топливо на Прибалтийской ГРЭС и других более мелких местных электростанциях, а также на цементных заводах Эстонии. В 1963 г. для выработки 5,3 млрд. квт*ч электроэнергии было использовано 6,7 млн. т сланца, т. е. почти 50% от валовой добычи. В том же году из 4 млн. т сланца (30% от добытого сланца) было выработано 450 млн. м3 бытового газа и 478 тыс. г сланцевой смолы.

В современных больших котельных установках на электростанциях сланец сжигается в пылевидном состоянии, для чего используется мелкокусковой материал (<25 мм), который перед подачей в топки предварительно размалывается и высушивается. При термической переработке используется кусковой сланец размером 25—125 мм. При низкотемпературной перегонке без доступа воздуха (до 500—600° С) и отвода образующихся паров смолы из сланца извлекается до 75% органического вещества главным образом в виде жидких продуктов и небольшого количества низкокалорийного горючего газа. Быстрое нагревание сланца без доступа воздуха до 1000°C значительно увеличивает выход газа и снижает выход смолы.

Полная газификация сланца, происходящая при нагреве до 1000°С и выше и при ограниченном доступе воздуха, позволяет извлекать всю органическую массу в виде газа (700 м3 на 1 т сланца) и смолы (150 кг3 на 1 т сланца), но получаемые продукты ниже по качеству, чем при низкотемпературном способе перегонки без доступа воздуха.

Производство жидких сланцевых продуктов методом полукоксования осуществляется в тоннельных печах, вращающихся ретортах и главным образом в сланцевых газогенераторах. Переработка сланца на высококалорийный газ происходит в непрерывно действующих камерных печах, скомпанованных в батареи.

Как уже указывалось, основные продукты переработки сланцев Эстонского месторождения смола и газ. Из сланцевой смолы получают топочный мазут, бензин и керосин для автомобильных двигателей, фенолы, используемые для консервирования древесины, а также для производства пластмасс, лаковых смол и пр. Обесфеноленная средняя фракция смолы идет в промышленность для шпалопропитки и производства формалина.

Сланцевый газ используется для бытовых нужд и как энергетическое топливо в коммунальных предприятиях. Высокое содержание в сланцевом газе непредельных углеводородов позволяет рассматривать его и как ценное сырье для производства этилового спирта, аммиака, хлороформа и др. При очистке газа получают серу и гипосульфит.

Подсмольные воды, получаемые при полукоксовании сланца, карбоновые кислоты, фенолы, уксусная кислота и другие ценные продукты бытовой химии также занимают важное место в народном хозяйстве.

Минеральная часть сланцев (зола) находит применение как материал для известкования почв и в производстве строительных материалов и крупнопанельных строительных деталей, минеральной ваты и др. Однако наибольший промышленный эффект возможен при одновременном и полном использовании органической и неорганической составных частей сланца. В этом направлении ведутся исследования и опыты, например, по получению портланд-цементного клинкера путем сжигания в топках электростанций необогащенной горной массы валовой выемки промышленного пласта, а также по получению сланцешлакового цемента при сжигании частично обогащенной горной массы.

Интересные данные о химическом составе неорганической части горючих сланцев и известняков промышленной пачки Эстонского месторождения содержатся в работе X. Т. Раудсеппа и др. по шахтам Центрального участка: Убья, Кивиыли и Кохтла по пластовым пробам (табл. 22).