Ученые Томского политехнического университета и Дальневосточного геологического института ДВО РАН провели исследования Западно-Сибирского нефтегазоносного бассейна и предложили геолого-геохимическую модель формирования промышленных концентраций скандия в углях бассейна. По расчетам ученых, в золе угольных пластов бассейна содержание редкого металла достигает 0,3-0,4 %, это более чем в сто раз выше среднего мирового уровня. В будущем предложенная модель может помочь искать новые участки, обогащенные скандием.
Скандий считается стратегически важным металлом. Его используют при синтезе алюминиевых сплавов: добавление металла позволяет сделать готовые изделия одновременно легкими, прочными и устойчивыми к высоким температурам. Такие материалы востребованы в авиационной и космической отрасли, энергетике, машиностроении и материаловедении.
Сегодня скандий в основном получают как попутный продукт при переработке другого сырья, например, бокситов, никеленосных кор выветривания или отходов металлургического производства. Ранее содержания скандия находили в Западно-Сибирском нефтегазоносном бассейне, однако причины его накопления и масштабы распространения оставались до конца не изученными.
Ученые ТПУ совместно с коллегами проанализировали 578 образцов угля и 48 образцов углевмещающих пород. Эти образцы были собраны с 65 участков Западно-Сибирского нефтегазоносного бассейна, в том числе восьми угольных месторождений и проявлений. Общая протяженность района исследований составила более 1 300 километров с запада на восток и более 1 500 километров с севера на юг.
Политехники изучали, в каких формах скандий присутствует в отобранных образцах угля и золы, а также как его концентрация меняется внутри пласта. Для определения содержания металла ученые использовали нейтронно-активационный анализ и масс-спектрометрию с индуктивно связанной плазмой, часть исследований были выполнены на исследовательском ядерном реакторе ТПУ. Результаты анализа легли в основу геолого-геохимической модели формирования скандийсодержащих углей.
Наша модель позволяет предположить, как сформировались аномально высокие концентрации скандия в угольных пластах. Так, в Западно-Сибирском бассейне источником металла были древние породы основного и ультраосновного состава, связанные с офиолитовыми поясами. Скандий высвобождался из них под воздействием процессов выветривания. Затем он переносился подземными водами, в том числе щелочными содовыми и гидрокарбонатными, и накапливался в оформившихся угольных пластах. На сегодняшний день скандий в основном связан с органическим веществом угля, частично он входит в состав вторичных цирконосиликатных минералов. Самостоятельных минералов скандия в бассейне не обнаружено, — отмечает один из авторов исследования, профессор отделения геологии ТПУ Сергей Арбузов.
Результаты исследований показали, что содержание скандия в золе отдельных угольных пластов достигает 0,3-0,4 %, это более чем в сто раз выше мирового среднего уровня для золы углей. Наиболее высокие концентрации скандия обнаружены в тонких угольных пластах юрского возраста.
По расчетам ученых, количество скандия в Шаимском районе на западе Западно-Сибирского нефтегазоносного бассейна оценивается примерно в 250 тыс. тонн, а для всего бассейна в целом количество металла может превышать 1 млн тонн.
На данный момент речь пока идет о геологическом потенциале, а не о готовом промышленном месторождении. Многие перспективные угольные пласты залегают глубоко, поэтому необходимо отдельно оценить экономику добычи, технологии извлечения скандия и экологические последствия переработки. Однако результаты исследования показывают, что угли месторождений Западной Сибири могут быть не только топливным сырьем, но и с высокой долей вероятности возможным источником стратегически важного металла, — добавляет Сергей Арбузов.
Результаты исследования опубликованы в журнале International Journal of Coal Geology.
Фото: Томский политехнический университет
Источник: Минобрнауки России
