Chemické složení uhlí bílinské delty

Transkript

1 MASARYKOVA UNIVERZITA PŘÍRODOVĚDECKÁ FAKULTA Ústav geologických věd Chemické složení uhlí bílinské delty Rešerše k diplomové práci Bc. Stanislav Fojtík Vedoucí práce: doc. Mgr. Eva Geršlová Ph.D. Brno, 2017

2 Obsah 1. Úvod Geografické začlenění oblasti Geologie oblasti Mostecká pánev Důl Bílina Charakteristika uhelných slojí mostecké pánve Geochemie hnědého uhlí Minerální příměsi v uhlí mostecké pánve Seznam použité literatury Přílohy

3 1. Úvod Hnědé uhlí představuje v současnosti jednu z nejdůležitějších energetických surovin České republiky. Vyrábí se z něj přibližně 40 % energie. Využívání hnědého uhlí, jeho těžba a především následné spalování sebou nese mnohá environmentální rizika, jakými jsou např. emise oxidů síry, uhlíku a dusíku a stopových prvků. Tyto emise pak mohou vstupovat do všech složek prostředí. V rámci ochrany životního prostředí, je důležité omezit emise stopových prvků na možné minimum. K tomu je potřebné znát obsah prvků a formy, ve kterých jsou v uhlí tyto prvky přítomny. Nejrizikovějšími prvky jsou podle stupně nebezpečnosti S, Be, Cd, As, Hg, Co, Tl, Se, Te, Sb, Sn, F, Cr, Cu, Pb, V a Zn. V této diplomové práci budou různými analytickými metodami zpracovány vzorky hnědého uhlí z dolu Bílina, kde je ho ročně vytěženo přibližně 10 mil. tun a toto množství je následně spalováno především v nedaleké elektrárně Ledvice a také v teplárnách. U těchto vzorků bude určeno minerální a prvkové složení. 3

4 2. Geografické začlenění oblasti Zájmová oblast se nachází v severních Čechách, v Ústeckém kraji, přibližně 75 km severozápadně od Prahy a 20 km jihozápadně od Ústí nad Labem. Jedná se o plošně rozsáhlý povrchový důl Bílina (rozloha cca 40 km 2 ), který leží mezi městy Bílina (cca obyvatel) a Duchcov (cca obyvatel). Oblast je součástí geomorfologického celku Mostecká pánev. Mostecká pánev je tektonická sníženina protažená JZ SV směrem v celkové délce 80 km a její rozloha činí km 2. Střední výška terénu je 272,1 m.n.m (nejvyšší bod 450 m.n.m) a střední sklon (Demek et al. 1987) Obrázek 1: Geografická mapa zájmové oblasti. Zdroj: Mapy.cz (2017) 4

5 3. Geologie oblasti Studovaná lokalita se nachází v českém masivu v severozápadní části podkrušnohorských pánví a je součástí mostecké pánve (obrázek 1). Obrázek 2: Zjednodušená geologická mapa ČR s označením zájmové oblasti. Upraveno. (Chlupáč et al. 2002) Podkrušnohorské pánve Jedná se o tektonickou sníženinu v podhůří Krušných hor protaženou ve směru ssv.-jjz. vyplněnou sedimenty a neovulkanity, která se dělí do tří samostatných pánví mostecké, sokolovské a chebské. Mostecká pánev se odlišuje od ostatních podkrušnohorských pánví tím, že do ní v miocénu ústily od JV větší toky vytvářející zde dvě tělesa nánosových kuželů (žatecká a bílinská delta). (Mísař et al. 1983) 5

6 Mostecká pánev Mostecká pánev je největší podkrušnohorskou pánví s přibližnou rozlohou 1420 km 2. Rozprostírá se mezi Doupovskými horami na Z, Českým středohořím na JV a Krušnými horami na S. Její výplň je tvořena až 550 m mocnými komplexy eocenních a miocenních sedimentů, které jsou na většině území pánve překryty kvartérními sedimenty (terasovité písky a štěrky, spraše a jezerní jílovité sedimenty). Část pánve využitelná k možné těžbě hnědého uhlí, je označována jako Severočeský hnědouhelný revír. (Pešek, Sivek 2012) Vyplňování pánve probíhalo ve třech etapách, reprezentovaných třemi souvrstvími starosedelským, střezovským a mosteckým (viz. obrázek 4). Tyto jednotky jsou mezi sebou odděleny hiáty. (Pešek, Sivek 2012) Obrázek 3: Paleogeografie spodního miocénu mostecké pánve.(elznic et al 1998) Starosedelské souvrství Klastické sedimenty svrchně eocenního až spodně oligocenního stáří byly ukládány v menších depresích v prostředí průtočných jezer. Tyto sedimenty jsou starší než produkty hlavní vulkanické fáze (neovulkanity Českého středohoří a Doupovských hor). Původní sedimenty měly větší plošný rozsah, avšak v mostecké pánvi většina sedimentů starosedelského 6

7 souvrství podlehla denudaci. Jediné zachovalé plošně rozsáhlejší sedimenty tohoto souvrství leží na jihozápadě pánve. Jedná se o několik desítek metrů mocné usazeniny označované jako pomořanské písky a pískovce. Ty jsou tvořené především kaolinitickými pískovci až arkózovitými pískovci až slepenci s vyšším obsahem živců. (Pešek, Sivek 2012) Střezovské souvrství Po hiátu se v pánvi začaly usazovat horniny střezovského souvrství (stáří priabon až rupel) na relikty předchozí jednotky, většinou však sedimentovaly na zvětralé svrchně křídové sedimenty nebo na krystalinikum. Tyto horniny se patrně neukládaly ve stejný čas po celé ploše pánve, to souvisí s vulkanickou činností, která postupně rozdělovala území pánve na vzájemně oddělená území se samostatným vývojem. Vulkanismus pánve a jejího okolí je reprezentován různými typy alkalických hornin (bazalty, trachyty), pyroklastik a tufů. Vulkanické horniny vlivem teplého klimatu, již krátce po jejich vzniku, začaly podléhat argilitizaci a relativně rychlé destrukci. Vznikly tak rozmanité jílovité sedimenty (kaolinitické a montmorillonitické jíly a pískovce). V pyroklastickém materiálu jsou přítomny vložky karbonátů, diatomitů, uhelných jílů až tenkých uhelných slojí. (Pešek, Sivek 2012) Mostecké souvrství Mostecké souvrství (stáří chatt až burgial) má mocnost více jak 500 m a obsahuje svrchnooligocénní sedimenty a všechny miocénní vulkanoklastika pánve, které jsou mladší než vulkanity hlavní neovulkanická fáze. Po hiátu, začala sedimentace báze mosteckého souvrství. V pánvi se vlivem subsidence a její různé intenzity, střídala odlišná sedimentační prostředí. Výplň pánve byl pak výrazně ovlivněn průnikem žatecké řeky přitékající od jihu až jihozápadu. V době průniku řeky byly v pánvi rozšířeny uhlotvorné mokřady, pralesy a bažiny holešických vrstev, ze kterých následně vznikla spodní část hlavní uhelné sloje. V úrovni vzniku svrchní lávky hlavní sloje prorazil do pánve v okolí Bíliny další tok, nebo rameno žatecké řeky. Uhlotvorné prostředí holešických vrstev postupně zaniklo vlivem intenzivního poklesu pánevního dna, po kterém došlo k rozšíření jezera libkovických vrstev téměř po celé ploše pánve. (Pešek, Sivek 2012) 7

8 Duchcovské vrstvy (chatt až aquitan) mají mocnost od desítek metrů až do 150 m. Svým horninovým složením jsou nejpestřejší jednotkou mosteckého souvrství, proto se duchcovské vrstvy dále člení do několika petrograficky a geneticky rozdílných komplexů, označovaných jako vývoje. Nejčastější je vulkanogenní vývoj, který zahrnuje různě zrnité vulkanogenní horniny s polohami limonitických pískovců se sideritovou příměsí. Na bázi tohoto vývoje jsou často přítomny kaolinitické až montmorillonitické jíly. Sedimentace nejprve začala v menších jezerech na několika oddělených místech. Postupem času se tyto jezera zvětšily a spojily ve dvě plošně rozsáhlejší jezera. Méně častý pískovcový vývoj, ležící jen v některých částech duchcovských vrstev, se nachází vždy v nadloží vývoje vulkanogenního. Vyskytují se zde málo mocné uhelné slojky a uhelnaté jílovce a sladkovodní vápence. (Pešek, Sivek 2012) Holešické vrstvy (svrchní chatt až aquitan) jsou tvořeny různorodým a složitým komplexem hornin. V produktivním vývoji holešických vrstev je to hlavní sloj mocná několik desítek metrů, maximálně i více jak 70 m. V neproduktivním vývoji, v okolí Žatce, je hlavní sloj nahrazena komplexem klastických hornin až 200 m mocným. Produktivní a neproduktivní vývoj je rozdělen přechodným územím, kde se střídají klastické sedimenty s polohami uhlí. Produktivní holešické vrstvy lze rozdělit do dvou odlišných celků (východní a západní). Ve východním celku pánve je sloj kvalitnější, místy je téměř bez výskytu jílovitých příměsí a s obsahem popela do 4 %. Lze ji rozdělit do tří lávek, označovaných jako spodní, hlavní a svrchní sloj. Sloj je zde mocná m, místy i více než 30 m. Mezi Černicemi a Horním Jiřetínem se nachází zmohutnělá sloj s mocností více jak 70 m. V okolí Bíliny prorazil do pánve samostatný tok. V západní a jihozápadní části pánve obsahuje sloj jílovité příměsi a je méně kvalitní. Hlavní sloj je zde rozdělena vložkami jílů a písků do mnoha slojí a lávek nebo poloh uhelnatých jílů, jako důsledek styku močálu s žateckou řekou, která do něj přinášela klastický materiál (jíly, prachy, písky). Produktivní vývoj holešických vrstev je na jihozápadě nahrazen jemnozrnnou až hrubozrnnou klastickou sedimentací tzv. žatecké delty. Žatecká delta se vytvořila na jihu až jihozápadě pánve v místech průniku žatecké řeky. Během vzniku svrchní části hlavní sloje na Bílinsku, Duchcovsku a Mostecku, byl do pánve přinášen klastický materiál (písky, prachy), označovaný jako kuřavka. Tento materiál vyplňoval říční koryta nebo lokálně vyvinutá jezera. 8

9 V této části pánve docházelo ke vzájemnému přetlačování uhlotvorby s fluviolakustrinní sedimentací. To se projevuje buď úplnou absencí uhelné sloje, nebo jejím rozštěpením, zvýšením popelnatosti a řadou dalších anomálií. Toto území je označováno jako tzv. bílinská delta. (Pešek, Sivek 2012) Libkovické vrstvy (burgial) dokládají ukončení uhlotvorby. Na větší části mostecké pánve vzniklo plošně rozsáhlé jezero, na jehož dně se uložilo přes 250 m převážně pelitických sedimentů. Tyto sedimenty hojně obsahují konkrece polosideritů, které rozdělují libkovické vrstvy na spodní a svrchní část. Ve spodní části tvoří pelosiderity tenké vložky až čočkovité konkrece. Podél hranice s krušnohorským krystalinikem se místy vyskytují písky a písčitojílovité sedimenty pocházející z tohoto krystalinika. (Pešek, Sivek 2012) Lomské vrstvy (svrchní burgial) byly zachovány jen v oválné depresi o rozloze 20 km 2 v nejhlubší části Mostecka. Zde dosahují mocnosti až 135 m. Navazují na libkovické vrstvy a jsou tvořeny převážně jílovitými usazeninami. Na bázi lomských vrstev se nachází až 25 m mocný komplex uhelnatých jílovců s polohami uhlí (tzv. lomská sloj). Lomské vrstvy jsou nejmladší zachovalý zbytek miocenní sedimentace v mostecké pánvi. (Pešek, Sivek 2012) 9

10 Obrázek 4: Stratigrafické schéma mostecké pánve. Upraveno. (Pešek, Sivek 2012) 10

11 4. Mostecká pánev 4.1 Důl Bílina Důl Bílina leží ve střední části mostecké pánve a těží hnědé uhlí v dobývacím prostoru Bílina. Hlavní sloj je zde složena ze tří lávek a je mocná m. Obsah popela v bílinském uhlí je v bezvodém stavu (A d ) 25,5 % a obsah síry (S d ) 1,03 %. Bližší charakteristika bílinského uhlí je uvedena v tabulce 1. Stupeň prouhelnění je mezi hnědouhelnou ortofází a metafází. (Pešek et al. 2010) Nadloží uhelné sloje je přibližně 200 m mocné. Ve spodní části se nachází jíly a písky tzv. bílinské delty a na nich leží jíly libkovických vrstev. Bílinská delta je tvořena souborem písků, jílů, písčitých výplní říčních koryt a lemy jílovitých sedimentů. Písky jsou často zpevněny až do podoby pískovců. Nachází se zde i polohy jílovců s karbonátovým tmelem, které často přecházejí do pevných pelokarbonátových proplástků. (Pešek et al. 2010) Tabulka 1: Parametry uhlí z dolu Bílina ( H daf vodík v hořlavině, W r t obsah vody v původním stavu, A d obsah popela, S r obsah síry v původním stavu, S r m měrná sirnatost, V daf prchavá hořlavina, Q daf s spalné teplo, Q r i výhřevnost, C d obsah bezvodého uhlíku). Upraveno. (SD Bílinské uhlí 2017) 4.2 Charakteristika uhelných slojí mostecké pánve Hlavní uhelná poloha je ve střední a východní části vyvinuta v podobě jednotné hlavní sloje a na západě a jihozápadě je rozdělena na několik dílčích slojí oddělených hlinito-písčitými sedimenty. Vertikální vývoj sloje mostecké pánve je i přes kvantitativní rozdíly zpravidla obdobný. Přechod sloje do podloží je pozvolný, směrem do nadloží je pak většinou ostrý. Ve 11

12 svrchní části pánve se mírně zvyšuje popelnatost. (Pešek et al. 2010) Centrální část pánve Západním směrem od lahošťského zlomu se mocnost hlavní sloje postupně zvyšuje na 30 m i více. Uhelná sloj je zde rozdělena na tři lávky (tzv. třílávkový vývoj). Spodní lávka vznikala v počátcích tvorby uhelného močálu a její kvalita a mocnost je proměnlivá. Mocnost této lávky se pohybuje kolem 5 m a je závislá na podložních elevacích a depresích. Mezi spodní a střední lávkou je plynulý přechod, dochází zde však k významné změně popelnatosti. Střední lávka vznikala v období nerušeného zarůstání uhelného mokřadu vegetací a její mocnost je 18 až 20 m. Na její strop následně sedimentovaly jílové sedimenty s mocností od několika dm až po 2 m (tzv. cvičák). Nad nimi se vyvinula svrchní lávka s mocností 4 m (max. 6 m). Svrchní lávka obsahuje 2 m mocnou polohu s obsahem vysoce kvalitního uhlí (tzv. dvoumetrák nebo svrchní sloj). Tvorba hlavní sloje na bílinsku byla na několika místech přerušena přínosem klastického materiálu ze sedimentačního kužele řeky napájející zarůstající mokřad. Sloj v těchto místech má anomální vývoj a je rozdělena na několik lávek. V nadloží se mohou vyskytovat i samostatné uhelné polohy (tzv. nadložní sloje). Sloj v některých místech dosahuje velkých mocností a na jiných místech může její mocnost naopak značně klesat. Většina těchto míst s anomálním vývojem byla v minulosti již odtěžena. V podloží hlavní sloje v nejhlubší části pánve se nachází bazální sloj mocná průměrně 7 m. Toto uhlí má vysoký obsah popela a jeho vlastnosti jsou na hranici využitelnosti. V nadloží a mezi slojemi převažují jíly, jílovce a písky. Místy byly tyto sedimenty zpevněny karbonátovým tmelem do poloh pelokarbonátových hornin. Sedimenty bílinské delty jsou řazeny k pelokarbonátovým polohám, ležícím bezprostředně v nadloží sloje. (Pešek et al. 2010) Všechny uhelné sloje jsou autochtonního původu s málo mocnými kořenovými půdami (kolem 1 m). Sloje uhlí mají humitový, v menší míře také humit-liptobiolitový charakter. Popelovinová uhlí a uhelné jíly obsahují při bázi a stropu hlavní sloje hojné polohy markazitu. (Havlena 1964) 12

13 V mnohametrových úsecích profilu hlavní sloje se makropetrograficky jedná převážně o celistvé hnědé uhlí páskované s odlišitelnými kmeny a větvemi. Menší plochy uhlí ve sloji jsou tvořeny hnědým xylitickým nebo detritickým uhlím. U humitů jde mikropetrograficky o xylit-detritová uhlí, u smíšených uhlí se jedná o liptodetritová uhlí (s obsahem vosků a pryskyřic nad 20 %). Stupeň prouhelnění hnědého uhlí je zastoupen hnědouhelnou střední až vysokou ortofází a slabou až střední metafází. V mostecké pánvi se stupeň prouhelnění (daný obsahem uhlíku nebo výhřevností) poměrně rychle zvyšuje od centra jezerně deltového vývoje k severozápadu a severovýchodu. (Havlena 1964) 13

14 4.3 Geochemie hnědého uhlí V uhelné hmotě se stopové prvky akumulují během rozkladu rostlinné hmoty a následně ve stádiu mineralizace a sedimentace. Řada prvků se vyskytuje v uhelné hmotě v různých formách, např. síra se objevuje ve formě organické, síranové, pyritické a elementární. Koexistence růžných forem výskytu prvku je dána několika faktory jako jsou primární vstup, průběh a intenzita chemických reakcí během prouhelňování a mobilizace prvků během diageneze. Posledním faktorem jsou procesy zvětrávání uhelné sloje (např. přeměna pyritu na limonit). (Šafářová, Řehoř 2006) V mostecké pánvi je v rámci ochrany životního prostředí sledována řada prvků a jejich sloučenin. Podle stupně nebezpečnosti řadíme prvky následovně: síra, beryllium, kadmium, arsen, rtuť, kobalt, thalium, selen, telur, antimon, cín, fluor, chróm, měď, olovo, vanad, zinek. (Macůrek et al. 1997) Typickou součástí uhlí je síra. Ta je vázaná na uhelnou hmotu nebo byla přinesena vodnými roztoky během fáze prouhelňování a vysrážela se převážně v podobě sulfidů. Průměrný obsah celkové síry (S d t ) v pánvi stoupá od V k Z. V oblasti bílinské delty je množství síry ve sloji vertikálně variabilní s velkým rozsahem hodnot a maximální koncentrací 11 % S d t. V mostecké pánvi je síra nejvíce přítomná ve formě pyritické (S d p ) a organické (S d o ). V hnědém uhlí s obsahem S d t nad 1 %, začíná převládat síra organická. (Pešek et al. 2010) Síra je v mostecké pánvi přítomná ve čtyřech formách síra sulfidická (S d p), sulfátová (S d SO4), organická (S d o) a elementární (S d el). Přítomnost elementární síry je zanedbatelná, a pokud je přítomná, vznikla pravděpodobně sekundárně rozkladem ze sulfidů. Celkový obsah síry (S d t) v uhlí z mostecké pánve je nejvíce ovlivněn přítomností sulfidů (pyrit, markazit). Koncentrace síry v hlavní sloji kolísá od 0,2 8,67 hm. %. Obsah arsenu vykazuje závislost na celkovém obsahu síry. Distribuce arsenu je podobná jako distribuce síry. Nejvyšší obsahy síry a arsenu byly zaznamenány u severního okraje pánve, což poukazuje na to, že zdroj prvků, z nichž se vysrážely sulfidy, byl pravděpodobně v krušnohorském krystaliniku. Mapy na obrázcích 6 a 7 14

15 ukazují distribuci síry a arsenu v hlavní sloji mostecké pánve. (Bouška, Pešek 1999) Nejsledovanějším prvkem v mostecké pánvi je arsen, jehož průměrný obsah v hnědém uhlí je 9,9 ppm a v popelu 39,9 ppm, který bývá doprovázen vyšším obsahem kobaltu, niklu, teluru, rtuti a thalia. V organické hmotě byly zjištěny zvýšené obsahy beryllia, olova, vanadu, fluoru, chrómu, mědi a selenu. V uhlí s větší příměsí jílových minerálů byly nalezeny vyšší obsahy chrómu (82 ppm), manganu, titanu a vanadu a v jílovitém uhlí z Bíliny 23 ppm lanthanu. (Pešek at al. 2010) Arsen As je výrazně chalkofilní prvek a vyskytuje se převážně v sulfidické formě. Nejrozšířenější minerál As je arsenopyrit FeAsS, dalšími minerály jsou auripigment As 2 S 3 a realgar As 4 S 4. Auripigment a realgar byly popsány z mostecké pánve, kde patrně vznikly sekundárně ze sulfidů s obsahem arsenu. Sulfidy a arsenidy se běžně vyskytují v krušnohorském krystaliniku. Naměřené obsahy arsenu v hnědém uhlí z mostecké pánve jsou velmi variabilní (0, ppm), průměrně však 14,6 ppm (viz. tabulka 3). Byla prokázána závislost arsenu na síře, což ukazuje, že se arsen v převážné míře vyskytuje jako příměs v sulfidech železa. (Šafářová, Řehoř 2006) Arsen je toxický a má schopnost přecházet do plynných spalin, to má negativní vliv na životní prostředí. Uhlí s obsahem arsenu proto vyžaduje speciální postupy úpravy a je třeba znát způsoby vázání As v uhelné hmotě. Arsen se v uhlí může objevovat v několika formách, a to jako samostatné akcesorické minerály arsenu (arsenopyrit, realgar, auripigment) nebo izomorfně zastupuje síru v disulfidech železa (pyrit, markazit). As může být také sorbován na organickou hmotu. (Dubanský et al. 1988) V mostecké pánvi bylo zjištěno, že převážná většina přítomného arsenu je geneticky vázaná jako izomorfní příměs v synsedimentárně a ranně diageneticky vzniklých disulfidech železa (Dubanský et al. 1988). Z disulfidů železa je zde nejhojnější synsedimentární pyrit. Markazit je zastoupen v mnohem menší míře. Průměrný obsah As v pyritu je 96,3 ppm a v markazitu 43,7 ppm. Naměřené koncentrace As a dalších prvků jsou uvedeny v tabulce 2. Koncentrace 15

16 As byla vždy vyšší v synsedimentárním (raně diagenetickém) typu sulfidů než v typu epigenetickém (Bouška, Pešek 1999). Arsen je homogenně rozptýlen v zrnech těchto disulfidů. Uzavřeniny samostatných minerálů arsenu v pyritu a markazitu nebyly zjištěny. Ostatní formy výskytu arsenu v mostecké pánvi jsou zanedbatelné (Dubanský et al. 1988). U uhlí různého věku bohatého na arsen byly také kromě pyritu a markazitu zjištěny obsahy As v sulfátech a jílových minerálech. Arsen je v uhlí přítomen jako As 5+ nebo As 3+ ionty, které mohou tvořit organokovové sloučeniny (Pešek et al. 2005). Tabulka 2: Koncentrace některých prvků v uhlí z mostecké pánve v ppm. Upraveno. (Pešek et al. 2005) Chrom Minerály chromu nejsou z mostecké pánve popsány. Průměrný obsah Cr ve vzorcích hnědého uhlí byl 55 ppm. Z provedených výpočtů vyplývá, že obsah chromu je významně závislý na obsahu popela a je vázán na anorganickou uhelnou hmotu (popelovinu). (Šafářová, Řehoř 2006) Kobalt Vyskytuje se jako příměs v minerálech arsenu, síry a především železa. Průměrný obsah Co ve vzorcích hnědého uhlí byl 14,6 ppm. Kobalt jako chalkofilní prvek se pravděpodobně vyskytuje v uhlí jako příměs v pyritu a markazitu. (Šafářová, Řehoř 2006) Měď Cu je výrazně chalkofilní prvek. Ve vzorcích hnědého uhlí byl průměrný obsah Cu 34 ppm. Nebyla prokázána závislost na síře, ale prokázala se závislost na popelovině. (Šafářová, Řehoř 2006) Nikl Ni je výrazně chalkofilní prvek. Často nahrazuje železo ve sloučeninách v sedimentech a může být adsorbován na povrchu fosfátů, karbonátů nebo silikátů a také vázán na organickou hmotu uhlí. Ve vzorcích hnědého uhlí byl průměrný obsah Ni 41 ppm. Prokázal se výrazný vztah mezi obsahem S a Ni, to poukazuje na vazbu niklu na síru. (Šafářová, Řehoř 2006) 16

17 Olovo Pb je chalkofilní prvek, jeho minerály nebyly z mostecké pánve popsány. Olovo se může vyskytovat jako příměs v pyritu, galenit, clausthalit. Pb se také může vázat na organickou hmotu lignitů nebo nahrazuje Ba v sulfátech, fosfátech a karbonátech. Průměrný obsah Pb v hnědém uhlí z mostecké pánve byl 13,6 ppm. Byla prokázána závislost Pb na popelu. (Šafářová, Řehoř 2006) Výskyt olova v mostecké pánvi je ale omezen především na pyrit. (Pešek et al. 2005) Rtuť Minerály rtuti nejsou z mostecké pánve popsány. Průměrný obsah Hg ve vzorcích hnědého uhlí byl 0,26 ppm. Korelační závislosti ukazují na vazbu rtuti na síru. (Šafářová, Řehoř 2006) I přesto, že neexistují jasné důkazy o zdravotních problémech způsobených rtutí ze spalování uhlí, nelze vyloučit možná rizika otravy. Rtuť se v uhlí vyskytuje ve třech podobách, a to jako ryzí kov, cinabarit (HgS) nebo vázaná na organickou hmotu. Může se objevovat v synsedimentárním nebo epigenetickém pyritu, nebo být vázána pouze na organickou hmotu. Existuje dobrá korelace mezi pyritem a rtutí. (Pešek et al. 2005) Zinek Minerály zinku nejsou z mostecké pánve popsány. Ve vzorcích hnědého uhlí byl průměrný obsah Zn 60 ppm. Ukazuje se, že Zn je vázaný na popelovinu (anorganickou matrici uhlí). (Šafářová, Řehoř 2006) Vanad Netvoří obvykle vlastní minerály, ale vyskytuje se jako příměs v jiných minerálech, kde nahrazuje hlavně Fe, Ti, Al. Průměrný obsah V ve vzorcích mosteckého hnědého uhlí byl 102 ppm. Prokázalo se, že se vanad váže přednostně na popelovinu. (Šafářová, Řehoř 2006) Ukazuje se, že prvky Cu, Cr, Pb, V, Zn mají přednostní vazbu na anorganickou matrici (popelovinu) uhlí a As, Co, Ni, Hg se přednostně vážou na sloučeniny síry (přehled obsahů 17

18 prvků v hnědém uhlí viz. tabulka 3). (Šafářová, Řehoř 2006) Tabulka 3: Obsah stopových prvků v hnědém uhlí (popelovině) z mostecké pánve. (Šafářová, Řehoř 2006) 18

19 4.6 Stopové prvky v uhlí z mostecké pánve ve srovnání se světovým průměrem Vyšší koncentrace S a As v mostecké pánvi byly naměřeny při severní hranici pánve sousedící s krušnohorským krystalinikem. To obsahuje horniny charakteristické vysokým obsahem litofilních prvků jako Li, Rb, Cs, Th, U, Nb, Ta a nízkým obsahem Ba, Sr a Ti. Hydrotermální žíly a greiseny krušnohorského krystalinika jsou typické prvkovou asociací S, As, Ag, Bi, Ni, Co, Mo, U, Fe, Sn, W, F, Li, Sc a alkalickými kovy. Během svrchní křídy a paleogénu došlo k intenzivnímu kaolinitickému zvětrávání této oblasti. V průběhu formování mostecké pánve mohly být prvky ze zvětralého krystalinika transportovány do pánve. Na původ prvků z krušnohorského krystalinika ukazuje i to, že nejvyšší obsahy síry a arsenu v hlavní sloji se nachází na hranici pánve s Krušnými horami. Také izotopické složení síry v syngenetických disulfidech železa poukazuje na původ ze zvětralých krystalinických hornin a hydrotermálních mineralizací Krušných hor. Bylo zjištěno obohacení přechodnými kovy Sc, Cr, Co, Ni (velmi vysoké) a Cu, Zn. Vyšší obsahy oproti světovému průměru byly zjištěny také u Ag, Bi, Nb, W, Zr, Hf, F, P, Be a v menší míře i u Mo, Y, REE a Th. Obsah U byl srovnatelný s průměrem. Byl objeven relativně nízký obsah Sn a to i v sousedství bohatých ložisek Sn a W rud v krušnohorském krystaliniku. To lze vysvětlit tím, že kasiterit (hlavní minerál Sn v regionu) je odolný vůči zvětrávání a do pánve byl přinesen jako klastický materiál a nikoliv jako rozpuštěný Sn v roztoku. Koncentrace B, Ba a Sr jsou v severočeském uhlí nižší, než je světový průměr. Asociace nabohacených prvků je typická pro mineralizaci Krušných hor. Další prvky jako Zr, Hf, REE, Sc, Cr mohou pocházet z vulkanických hornin Českého středohoří nebo Doupovských hor (alkalické bazalty a fonolity). (Bouška, Pešek 1999) Obrázek 5: Obsah prvků v uhlí z mostecké pánve ve srovnání se světovým průměrem. (Bouška, Pešek 1999) 19

20 Obrázek 6: Distribuce síry v mostecké pánvi. Upraveno. (Bouška, Pešek 1999) Obrázek 7: Distribuce arsenu v mostecké pánvi. Upraveno. (Bouška, Pešek 1999) 20

21 4.7 Minerální příměsi v uhlí mostecké pánve V hnědém uhlí mostecké pánve se vyskytují běžně jílové minerály, disulfidy železa, karbonáty a křemen. Ramanovou spektroskopií, elektronovou mikroskopií a RTG difrakcí byl zjištěn kaolinit, pyrit, markazit, siderit, křemen, kalcit a illit. Mezi méně časté minerály patří sádrovec, živec, montmorillonit, ankerit, melnikovit, limonit, dolomit a vzácně také chlorit, rutil a nakrit. V humodetritické a liptodetritické hmotě a v gelech je jemně rozptýlen kaolinit a illit. Přínos sekundárních popelovin do rašeliniště v suspenzi s vodou je dokumentován těsným prorůstáním minerálů s organickou hmotou. V uhlí se zvyšujícím se obsahem popeloviny převládá kaolinit, montmorillonit a křemen, zatímco ve slabě popelovitém uhlí byla převaha illitu nad kaolinitem a křemenem. Disulfidy železa (pyrit, markazit) jsou stálou součástí minerální frakce v uhlí z mostecké pánve. Výskyt pyritu a markazitu je častější v centrální a západní části pánve, zde je převaha pyritu nad markazitem cca 4:1. Disulfidy železa tvoří často shluky, nebo jsou nepravidelně rozptýleny v organické i anorganické hmotě uhlí. Masivní pyrit a markazit, který vznikl sekundárně vysrážením z vodních roztoků již v pevném uhlí, vyplňuje pukliny ve formě mikroskopických i makroskopických krystalů, a to především v polohách vysoko sirnatého uhlí. Vznik síranů (především sádrovce) pravděpodobně souvisí s procesy oxidace uhlí s obsahem disulfidů železa. V bílinském uhlí byl obsah minerální příměsí v rozpětí 0,8 54,4 %, jedná se zejména o kaolinit, křemen, pyrit, markazit, kalcit a siderit. (Pešek et al. 2010) Geneze disulfidů železa V mostecké pánvi je většina síry vázaná na disulfidy železa (pyrit, markazit) a menší množství síry je také vázáno na organickou hmotu. Další formy výskytu síry (síranová a elementární) jsou zanedbatelné. (Dubanský et al. 1988) V uhelných slojích a hlušině rozlišujeme tři hlavní genetické typy sulfidů železa (synsedimentární, epigenetický a diagenetický). Vzácně jsou také přítomny hydrotermální sulfidy železa, které jsou ale převážně vázány na podložní horniny. 1. Synsedimentární typ tvoří v uhelné hmotě framboidální konkrece mikroskopických i makroskopických rozměrů. Tento typ se vytvářel během rašelinného a porašelinného stádia, 2- vysrážením z bahnitých vod, kde vznikal pravděpodobně bakteriální redukcí SO 4 a jeho následnou reakcí s Fe ionty v bažinném prostředí. 21

22 2. Diagenetický typ tvoří žilné výplně puklin, které vzniky dehydratací uhelné hmoty. Vytvářel se sulfatačními procesy během formování uhelné sloje. 3. Epigenetický typ vytváří krystalické shluky a drúzy v puklinách nebo je přítomný jako tmel v uhelných brekciích. Vznikal až po zformování uhelné sloje. (Dubanský et al. 1988) Nejvíce zastoupené jsou synsedimentární disulfidy železa, především pyrit, ten tvoří jemně rozptýlené mikroskopické framboidy, nebo žíly paralelní s vrstevnatostí uhlí. Ostatní genetické typy disulfidů jsou zastoupeny v mnohem menší míře. (Bouška, Pešek 1999) 22

23 5. Seznam použité literatury Bouška, V. Pešek, J. (1999): Quality parametres of lignite of the North Bohemian Basin in the Czech Republic in comparasion with the Word average lignite. Int. J. CoalGeol., 40, Chlupáč, I. Brzobohatý, R. Kovanda, J. Stráník Z. (2002): Geologická minulost České republiky. Academia. Nakladatelství AV ČR.Praha. Demek, J. Balatka, B. Buček, A. Czudek, T. Dědečková, M. Hrádek, M. Ivan, A. Lacina, J. Loučková, J. Raušer, J. Stehlík, O. Sládek, J. Vaněčková, L. Vašátko, J. (1987): Zeměpisný lexikon ČSR. Hory a nížiny. Academia. Praha. Dubanský, A. Němec, J. Jurek, K. (1988): Výzkum uhlí elektronovou mikrosondou. Metodická příručka. Ústřední ústav geologický. 8. Praha. Elznic, A. Čadková, Z. Dušek, P. (1998): Peleogeografie terciérních sedimentů severočeské pánve. Sborník geologických věd, Geologie, 48, Praha. Havlena, V. (1964): Geologie uhelných ložisek 2. Nakladatelství československé akademie věd. Praha Krejci-Graf, F. K. (1972): Trace metals in sediments, oils and allied substances. In: Fairbridge, R. W. (ed.): The Encyclopedia of Geochemistry and Environmental Sciences, Van Nostrand Reinhold Comp. New York. Macůrek, V. Honěk, J. Nejenský, J. (1997): Analytická podpora čistým uhelným technologiím. MS: Projekt PHARE D5/93. VÚHU. Most. Mísař, Z. Dudek, A. Havlena, V. Weiss, J. (1983): Geologie ČSSR 1. Český masív. Státní pedagogické nakladatelství. Praha Pešek, J. et al (2010): Terciérní pánve a ložiska hnědého uhlí České republiky. ČGS. Praha. Pešek, J. Bencko, V. Sýkorová, L. Vašíček, M. Michna, O. Martinek, K. (2005): Some trace elements in coal of the Czech Republic, environment and healt hprotection implications. Cent. Eur. J. Publ. Health Praha. 23

24 Pešek, J. Sivek, M. (2012): Uhlonosné pánve a ložiska černého a hnědého uhlí České republiky. ČGS. Praha. Sýkorová, I. Pešek, J. Mizera, J. Havelcová, M. Matysová, P. Vašíček, M. (2007): Variation in petrology and geochemistry of Tertiarycoals in the deposits of the Czech Republic influence of depositional environment. In: Delegate Manual. 33rd CSCOP, 24th TSOP and 59th ICCP Meetings Unconventiona lpetroleum Systems and Advances in Organic Petrology and Geochemistry, University ofvictoria. Victoria. Šafářová, M. Řehoř, M. (2006): Stopové prvky v uhelných a neuhelných sedimentech severočeské pánve a zeminách rekultivovaných lokalit. Chemické listy, 100, p. Česká společnost chemická. Praha. Taylor, S. R. (1964): Abundance of chemical elements in the continental crust: a new table. Geochimica et Cosmochimica Acta, 28, 8, Elsevier. Amsterdam. On-line zdroje: Mapy.cz (2017): On-line: zhlédnuto: SD Bílinské uhlí (2017): On-line: Zhlédnuto:

25 6. Přílohy Příloha č.1 Tabulka 3: Obsahy popela (%), síry a jejích forem (%), anorganického CO2 d (%) a stopových prvků (ppm) v popelu a uhlí severočeské pánve podle Sýkorové et al. (2007) v porovnání s klarkovými hodnotami prvků v uhlí podle Taylora (1964), s maximálními hodnotami v popelu uhlí podle Krejci-Grafa (1972), v terciérním uhlí mostecké pánve podle Macůrka et al. (1997) a v popelu uhlí mostecké pánve zjištěnými Bouškou a Peškem (1999). Originál I. Sýkorová. 25