Горючие сланцы

ГОРЮЧИЕ СЛАНЦЫ, пиробитуминозные сланцы (а. petroliferous shale; н. Brennschiefer; ф. schistes соmbustibles, schistes bitumineux; и. pizarra bituminosa), — осадочные породы карбонатно-глинистого (мергелистого), глинистого или кремнистого состава, содержащие 10-50%, редко до 60% сингенетичного осадконакопления органического вещества (керогена).

Горючие сланцы имеют коричневую, коричнево-жёлтую, серую, оливково-серую окраску, листоватую или массивную текстуру. Термин "горючие сланцы" иногда применяют для обозначения всех высокозольных твёрдых каустобиолитов, содержащих органические вещества различного происхождения и различных условий преобразования (углистых, битуминозных и липтобиолитовых сланцев). См. карту.

Кероген — сингенетичное осадконакоплению органические вещество с высоким выходом смол при сухой перегонке, при ограниченном выходе битумов, экстрагируемых органическими растворителями при низких температурах. Исходным материалом органического вещества горючих сланцев служила биомасса преимущественно низших водорослей (сапропелевые компоненты), в меньшей степени — высших растений (гумусовые компоненты) и частично животных организмов. По соотношению сапропелевых и гумусовых компонентов горючие сланцы подразделяются на сапропелиты (горючие сланцы Прибалтийского сланцевого бассейна, Волжского бассейна и Болтышского месторождения) и сапрогумиты (менилитовые сланцы Карпат). Отличительная генетическая особенность органического вещества большинства горючих сланцев — его накопление в донных осадках при нормальном кислородном режиме. Органическое вещество горючих сланцев характеризуется высоким содержанием водорода (7-10%), большим выходом летучих при термической переработке (до 90%), высокой удельной теплотой сгорания (Q_b^daf = 29-37 МДж/кг). Основные минеральные компоненты горючих сланцев — кальцит, кварц и глинистые минералы, подчинённое значение имеют полевые шпаты, пирит, акцессорные минералы.

Для изучения состава и качества горючих сланцев используются углехимические методы исследований, регламентированные в CCCP государственными стандартами. В CCCP к пригодным для промышленного применения относятся горючие сланцы с удельной теплотой сгорания сухого топлива (Q_b^d) не менее 5 МДж/кг. Требования к горючим сланцам разрабатываемых месторождений значительно выше. Согласно действующим государственным стандартам, минимальная величина Q_b^d должна составлять: прибалтийские горючие сланцы для пылевидного сжигания 10,3 МДж/кг и для слоевого сжигания 11,7 МДж/кг, для переработки на газ и смолу — ленинградские 12,1 МДж/кг и эстонские 13,8 МДж/кг; горючие сланцы Кашпирского месторождения (Среднее Поволжье) для пылевидного сжигания 8,8 МДж/кг, для полукоксования 9,6 МДж/кг. Промышленной классификации горючих сланцев нет. Добываемые в Прибалтийском сланцевом бассейне горючие сланцы подразделяются по крупности кусков на 2 сорта (класса) — энергетические (0-25 мм) и технологические (25-125 мм). Большая часть месторождений горючих сланцев относится к платформенным и имеет горизонтальное и слабонаклонное залегание. В CCCP горючие сланцы известны в кембрийских, ордовикских, девонских, каменноугольных, юрских, палеоген-неогеновых отложениях.

Общепринятой оценки мировых запасов горючих сланцев нет. Общие потенциальные ресурсы горючих сланцев в мире оценены в 450 трлн. т (26 трлн. т сланцевой смолы). Основные ресурсы — 431 трлн. т горючих сланцев (24,6 трлн. т сланцевой смолы) — сосредоточены в США (штаты Колорадо, Юта, Вайоминг) и связаны с формацией Грин-Ривер. Крупные бассейны имеются в Бразилии (Ирати, Параиба), KHP (Фушунь). Многочисленные месторождения горючих сланцев известны также в НРБ, Великобритании, ФРГ, Франции, Испании, Австрии, Канаде, Австралии, Италии, Швеции, СФРЮ. Общие ресурсы горючих сланцев в CCCP (1984) 214 млрд. т, балансовые запасы (категорий А+В+С1+С2) 12 млрд. т. Основные бассейны и месторождения CCCP (в скобках ресурсы и балансовые запасы, млрд. т): Прибалтийский бассейн (21,1 и 7,6), Волжский (29,7 и 3,3), Вычегодский (28 и 0), Тимано-Печорский (6 и 0,55), Сырдарьинский (24,6 и 0), Амударьинский (ресурсы 22,3), Кендерлыкское месторождение, восточный Казахстан (2,5 и 1,7), Болтышское месторождение, УССР (ресурсы 4,5).

В промышленном масштабе горючие сланцы добываются в CCCP (37 млн. т) и KHP (30-50 млн. т). В других странах (Франция, США, ФРГ, Австралия, Великобритания, Швеция, НРБ, ЮАР) добыча горючих сланцев велась в разные периоды. В CCCP горючие сланцы добываются на Эстонском (7 шахт и 4 разреза), Ленинградском (3 шахты) и Кашпирском (2 шахты) месторождениях в объёме соответственно 27,4; 5,0 и 0,8 млн. т в год товарного сланца, из них открытым способом 14,9 млн. т в год (1984). Подземная добыча осуществляется механизированным способом с применением главным образом камерно-столбовой системы, меньше — камер-лавами и в отдельных случаях — длинными столбами с отработкой их спаренными лавами. На Эстонском месторождении ведутся опытные работы по двуслойной комбайновой выемке пласта сланца с принудительным обрушением кровли. Открытая добыча — по бестранспортным схемам. Основная часть (77%) добываемых в CCCP сланцев используется для сжигания на крупных ТЭЦ и ГРЭС; наиболее мощные из них — Прибалтийская и Эстонская — потребляют около 20 млн. т горючих сланцев в год. Технологическая переработка осуществляется на трёх крупных сланцеперерабатвающих предприятиях; Кохтла-Ярве, Кывыили (Эстонская CCP), Сланцы (Ленинградская область) и на небольшом Кашпирском сланцеперегонном заводе.

Переработка горючих сланцев в CCCP — полукоксованием в шахтных генераторах с целью получения сланцевой смолы и водно-растворимых фенолов и коксованием в камерных печах для производства бытового газа. Смола используется как жидкое топливо, компонент шпалопропиточного масла, для производства электродного кокса и др. Фенолы идут на производство синтетических дубителей, клея, лаков, мастик, модификаторов резины, тампонажных составов и других ценных химических продуктов. На Кашпирском сланцеперегонном заводе из горючих сланцев получают ихтиол. Твёрдые отходы переработки горючих сланцев (зола, сланцевый полукокс и кокс) широко используются в промышленности строительных материалов для производства минеральной ваты, сланцезольного портландцемента, силикатного кирпича, автоклавных изделий из тяжёлого сланцезольного бетона и газозолобетона, а также в дорожном строительстве и для известкования почв. Карбонатные отходы добычи и обогащения горючих сланцев применяются для производства строительного щебня. Горючие сланцы отдельных месторождений имеют высокое содержание Cu, Mo, U, Pb, Zn, V и оцениваются как рудное сырьё.