Сланцы добываются как открытым, так и подземным способом. В России есть целые бассейны с месторождениями драгоценных камней.
Горючие сланцы как полезные ископаемые для топлива
Сланцы имеют такой же потенциал добычи, как нефть, уголь и топливный газ, например, для сжигания в качестве топлива. Как и уголь, сланец можно добывать под землей, если это глубокое подземное месторождение, и можно добывать с поверхности земли.
В целом, сланец — это горная порода, содержащая достаточно органического материала для горения.
Поскольку универсального определения сланца не существует, его обычно классифицируют как глинистую (или углеродистую), мелкозернистую осадочную породу, в которой твердое органическое вещество или кероген должны составлять не менее 5-25%. Как и уголь, сланец также можно использовать в качестве топлива. Кероген — это нерастворимое органическое вещество, которое образуется из осадочных пород без доступа кислорода.
Из чего состоят горючие сланцы?
Качество сланца определяется содержащимся в нем органическим веществом. Помимо органического вещества, сланец содержит необожженную минеральную фракцию, состоящую из полевых шпатов и цементирующих материалов или продуктов горных пород. Большинство сланцев — это мелкозернистые осадочные породы, которые содержат относительно большое количество органического вещества, обычно называемого «керогеном». Кероген содержит значительное количество сланцевой нефти и топливного газа, которые могут быть извлечены путем деструктивной дистилляции. Деструктивная дистилляция — это процесс, в котором кероген разлагается при высоких температурах нагрева для разрушения крупных молекул органического вещества. Органическое вещество в сланцах состоит в основном из углерода, водорода, кислорода и небольшого количества серы и азота. Он образует сложную макромолекулярную структуру, нерастворимую в обычных органических растворителях (например, дисульфиде углерода). Органическое вещество смешивается с различным количеством неорганического вещества, состоящего из мелкозернистых силикатных и карбонатных минералов. Соотношение органических и неорганических веществ в промышленных сортах сланца составляет от 0,75:5 до 1,5:5. Некоторые сланцы содержат небольшое количество битума, растворимого в органических растворителях. Происхождение масла аналогично. Из-за своей нерастворимости органическое вещество должно подвергнуться воздействию температуры около 500 °C, чтобы разложиться на смолу и нефтеподобный газ. Часть органического углерода после воздействия остается в оставшемся сланце, но может быть сожжена для получения дополнительной энергии. Сланец отличается от угля тем, что органическое вещество в угле имеет более низкое атомное соотношение органического и неорганического вещества, в то время как у угля оно обычно выше — 4,75:5.
Теплотворная способность или энергетическая плотность сланца составляет 2500-4000 ккал на кг. Теплотворная способность угля составляет 5700-7000 ккал на килограмм.
Была разработана жизнеспособная система для классификации сланцев на основе среды осаждения и дифференциации компонентов органического вещества с помощью УФ/синей флуоресцентной микроскопии. Их классификация оказалась полезной для корреляции компонентов органического вещества с выходом и химическим составом нефти, извлеченной из реторты. Около 85% добытого сланца используется для сжигания на сланцевых электростанциях, 12% — для переработки в сланцевое масло и около 3% — для цементных заводов. Сланцы также являются мелкозернистой, фракционированной осадочной породой, состоящей из ила, смеси глинистых хлопьев и мелких частиц.
Добыча горючего сланца в странах мира
Добыча сланца в России в последние годы сократилась до примерно 2 млн тонн в год. Он добывается под землей, и его запасы в России составляют 7 миллиардов тонн. На территории бывшего Советского Союза есть несколько районов, где добывают шифер. Первая, Балтийская сланцевая зона, расположена в Ленинградской области России и в Эстонии вблизи Финского залива и занимает около пятидесяти тысяч квадратных километров, что является большой и хорошо известной территорией. Ленинградское месторождение также включает в себя месторождение коксита Веймам под Санкт-Петербургом. Российские сланцевые ресурсы в Ленинградском сланцевом месторождении в районе реки Нарва имеют энергетическую ценность менее 35 ГДжм3. Из активных российских сланцевых ресурсов в Ленинградской области можно прогнозировать 1 миллиард тонн. Второй известный район — это Волжская сланцевая зона, месторождения которой разрабатываются в Саратовской области. В Кемеровской области было разведано Барзасское нефтяное месторождение, которое предлагает благоприятные условия для добычи полезных ископаемых открытым способом. Для рентабельной добычи толщина пласта должна быть не менее 0,5 м при толщине вышележащих слоев до 10 м или не менее 1,4 м при толщине вышележащих слоев более 10 м. В настоящее время сланцевые месторождения добываются в Эстонии, России, Китае, США, Бразилии, Израиле, Германии и т.д. Шахта Фушунь на северо-востоке Китая эксплуатируется уже более 70 лет, в основном для добычи угля, а также для добычи сланца как побочного продукта, отложенного в верхнем слое угольного пласта. Часть добытого сланца используется для повторного выщелачивания (разложения) при производстве сланцевого масла. В Бразилии добыча сланца ведется открытым способом, примерно несколько тысяч тонн в день.
Обычно сланец сначала добывают, а затем сжигают в реторте (термическое разложение) или сжигают в котлах. Сланцы также можно добывать под землей или газифицировать, исключая процесс добычи. Однако подземная добыча или газификация была опробована в прототипах только в США и бывшем СССР, но эта технология не использовалась для коммерческого производства. Правила геологического изучения недр и определения запасов полезных ископаемых предусматривают, что сланец можно считать полезным ископаемым, если теплотворная способность пласта составляет не менее 6,1 МДж на килограмм. Сланцы — это один из видов нетрадиционных ресурсов. Эти ресурсы могут стать одними из самых важных источников энергии в ближайшие десятилетия. Это топливо является экологически чистым и выбрасывает меньше загрязняющих веществ, чем уголь или нефть. Использование этих видов топлива, по-видимому, улучшает энергетический статус-кво и способствует переходу к более экологичному энергобалансу. Хотя потенциал сланцевой нефти и газа вызывает экологические опасения во многих странах.
Горючие сланцы:
Сланец — это минерал, твердая горючая осадочная порода, вид ископаемого топлива, состоящий из органических и минеральных компонентов.
Сланец — это осадочная горная порода со слоистой (пластинчатой) структурой, имеющая оттенки серого, темно-серого, черного, коричневого, желтого и оливкового цветов. Его можно легко расчленить на отдельные плиты или слои.
Минеральная часть представлена осадочными породами, а органическая — керогеном. Кероген является одним из видов нетрадиционной нефти. Его форма напоминает смолу. При нагревании сланца под воздействием керогена образуется нефть, называемая «сланцевой нефтью» или «керогеновой нефтью», и природный газ, называемый «сланцевым газом».
Сланцы можно поджечь спичкой, они пахнут жженой резиной и очень сильно дымят. Только органические вещества легко воспламеняются и горят в нем.
Глубина залегания сланца составляет 80-200 метров.
По подсчетам геологов, запасы сланца на порядок превышают запасы сырой нефти. Однако сланцевые запасы не играют большой экономической роли. Речь идет об альтернативных источниках тепла и химического сырья.
Происхождение горючих сланцев:
Сланцы образовались миллионы лет назад из останков мелких морских животных, водорослей, высших растений и планктона на дне морей, океанов или озер, которые находились под давлением. В отсутствие кислорода они разлагались на свои компоненты и образовывали полимеры в виде керогена. Полимеризация происходила в то же время, что и минеральная составляющая в отложениях на дне водоемов.
Наиболее важные месторождения находятся в США (Колорадо, Юта, Вайоминг) и связаны с формацией Грин-Ривер. Крупные бассейны находятся в Бразилии (Ирати, Параиба), Китае (Фушунь) и России (Прибалтийский, Волжский, Вычегодский, Тимано-Печорский, Сырдарьинский, Амударьинский, Кендерлыкский и Баженовский бассейны). Многочисленные сланцевые месторождения обнаружены в Болгарии, Великобритании, Германии, Франции, Испании, Австрии, Канаде, Австралии, Италии, Швеции, Казахстане, Украине и Югославии.
Химический состав горючих сланцев:
Осадочная порода состоит из следующих минералов: кальцит, доломит, гидромориллонит, монтмориллонит, каолинит, полевой шпат, кварц, пирит и другие.
Органическая часть состоит из керогена. Кероген представляет собой смесь органических веществ (петролен, витумен, гумус и т.д.). Его состав варьируется от поля к полю. Его нельзя описать никакой химической формулой. В любом случае, она содержит углеводороды и примеси: Сероводород, азот и т.д.
В обычном сланце доля керогена составляет 10-30 % от его веса. Только в высококачественных сланцах она достигает 50-70 %, остальное — осадочные породы.
Наличие углеводородного компонента в сланце позволяет добывать его. Добываются нефть и газ. Однако их добыча не всегда оправдана с экономической и экологической точки зрения.
