Germanium connection with ash

Authors

  • О.І. Чернобук Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», Дніпро, Україна Author
  • В.В. Ішков Author
  • Є.С. Козій Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», Дніпро, Україна Author
  • М.А. Козар Інститут геохімії, мінералогії та рудоутворення ім. М.П. Семененка НАН України, Київ, Україна Author
  • П.С. Пащенко Інститут геотехнічної механіки ім. М.С. Полякова НАН України, Дніпро, Україна Author
  • О.С. Дрешпак Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», Дніпро, Україна Author

DOI:

https://doi.org/10.33271/crpnmu/75.029

Keywords:

germanium, toxic elements, ash content, coal seam, mine field, regression analysis, correlation analysis, frequency histograms

Abstract

Purpose. To establish the nature and level of the statistical relationship between the concentrations of germanium and "toxic elements" in coal seam c5 of the "Blagodatna" mine and the main features of their distribution to assess possible environmental risks during the selective processing of coal enriched with this element. Methodology. The factual basis of the work was the results of 58 determinations of the spectral emission analysis of germanium, beryllium, fluorine, mercury and arsenic. To calculate basic statistical characteristics, all geochemical data were processed using STATISTICA 13.3 and IBM SPSS Statistics 22 programs.Construction of frequency histograms of germanium concentrations and coal seam thickness was performed, as well as determination of their distribution characteristics. Correlation and regression analyzes were performed using methods available in Micromine, one of the leading professional mining and geological information systems for 3D modeling, statistical data processing and mine planning. Findigs. The existence of an inverse and very weak correlation between the concentrations of germanium and the content of beryllium, fluorine, mercury and arsenic in coal seam c5 of the "Blagodatna" mine was established, which makes it possible to predict the minimal nature of possible environmental risks during the selective processing of germanium-enriched coal. All studied elements accumulated in several forms, which differed significantly in their genesis.Each of the elements that were studied in seam c5 of the "Blagodatna" mine accumulated in several forms, which differed significantly in their genesis. At the same time, the forms of their occurrence, which are responsible for the minimum contents, were jointly accumulated at the syngenetic stage. Scientific novelty. The existence of genetically different forms of germanium, arsenic, fluorine, mercury and beryllium in the coal seam was revealed. For all considered elements, the polymodality of the distributions was established with the same displacement of the distribution density to the left. It has been proven that the correlation between Ge and all "toxic" elements is inverse and very weak. Practical significance. A substantiated method of the most correct assessment of the central tendency of the distribution of a sample population of concentrations of germanium, arsenic, fluorine, mercury and beryllium in coal seam c5 of the "Blagodatna" mine.The presence of a very weak negative correlation between Ge content and toxic elements makes it possible to predict the minimal nature of possible environmental risks during the selective processing of Ge-enriched coal.

References

1. Yerofieiev, A.М., Ishkov, V.V., Kozii, Ye.S., & Bartashevskiy, S.Ye. (2021). Geochemical features of nickel in the oils of the Dnipro-Donetsk basin. Collection of scientific works "Geotechnical Mechanics", 160 , 17–30.

2. Єрофєєв, А. М., Ішков, В. В., Козій, Е. С., & Барташевський, С. Є. (2021). Дослідження методів кластеризації родовищ нафти Дніпровсько-Донецької западини з метою створення їхкласифікації за вмістом металів (на прикладі V). Наукові Праці ДонНТУ . Серія Гірничо - Геологічна , 1 – 2 (25–26), 83–93. https://doi.org/10.31474/2073-9575-2021-1(25)-2(26)-83-93

3. Ішков,В.В., & Козій,Є.С. (2019). Аналіз поширення хрому і ртуті в основних вугільних пластах Красноармійськогогеолого-промислового району. Вид-во ІГН НАН України. Серія тектоніка і стратиграфія, 46 , 96–104. https://doi.org/10.30836/igs.0375-7773.2019.208881

4. Ішков, В.В., & Козій, Є.С. (2020). Деякі особливості розподілу берилію у вугільному пласті k5 шахти «Капітальна» Красноармійського геолого-промислового району Донбасу. Вісник ОНУ. Сер.: Географічні та геологічні науки, 25 (1(36)), 214–227. https://doi.org/10.18524/2303-9914.2020.1(36).205180

5. Ішков, В.В., & Козій, Є.С. (2020). Особливості розподілу свинцю у вугільних пластах Донецько-Макіївського геолого-промислового району Донбасу. Вид-во ІГН НАН України. Серія тектоніка і стратиграфія, 47 , 77–90. https://doi.org/10.30836/igs.0375-7773.2020.216155

6. Ішков, В.В., & Козій, Є.С. (2017). Про розподіл токсичних і потенційно токсичних елементів у вугіллі пласта с 10 в шахти «Дніпровська» Павлоградсько-Петропавлівського геолого-промислового району Донбасу. Збірник наукових праць «Геотехнічна механіка», 133 , 213–227.

7. Ішков, В.В., & Козій, Є.С. (2017). Про розподіл токсичних і потенційно токсичних елементів у вугіллі пласта с 7 н шахти "Павлоградська" Павлоградсько-Петропавлівського геолого-промислового району. Вісн. Київ. нац. ун-ту. Геологія, 79 (4). 59–66. https://doi.org/10.17721/1728-2713.79.09

8. Ішков, В.В., & Козій, Є.С. (2021). Розподіл арсену та ртуті у вугільному пласті k 5 шахти "Капітальна", Донбас. Мінералогічний журнал, 43 (4), 73–86. https://doi.org/10.15407/mineraljournal.43.04.073

9. Ішков, В.В., & Козій, Є.С. (2020). Розподіл ртуті у вугільному пласті c 7 н поля шахти «Павлоградська». Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: «Гірничо-геологічна», 1 (23)- 2 (24) , 26–33. https://doi.org/10.31474/2073-9575-2020-3(23)-4(24)-26-33

10. Ішков, В.В., Козій, Є.С., & Козар, М.А. (2023). Особливості геохімії алюмінію у нафтах та класифікація родовищ Дніпровсько-Донецької западини за його вмістом. Вісник Одеського національного університету. Сер.: Географічні та геологічні науки, 28 (1(42)), 131–147. https://doi.org/10.18524/2303-9914.2023.1(42).282244

11. Ішков, В.В., Козій, Є.С., & Козар, М.А. (2023). Розробка класифікацій родовищ нафти за вмістом металів (на прикладі Дніпровсько-Донецької западини). Мінеральні ресурси України, 1 , 23–34. https://doi.org/10.31996/mru.2023.1.23-34

12. Ішков, В.В., Козій, Є.С., & Чернобук, О.І. (2022). Аналіз впливу потужності вугільного пласта с 8 н шахти Дніпровська на вміст германію. Збірник наукових праць НГУ, 70, 76–90. https://doi.org/10.33271/crpnmu/70.076

13. Ішков В.В., Козій Є.С., Чернобук О.І., Козар М.О., & Дрешпак О.С. (2022). Про зв'язок між концентрацією германію і вмістом токсичних елементів та сірки загальної у вугільному пласті с 8 н шахти «Дніпровська». Збірник наукових праць НГУ, 71, 145–159. https://doi.org/10.33271/crpnmu/71.145

14. Ішков, В.В., Козій, Є.С., Чернобук, О.І., & Хоменко, В.Л. (2022). Результати кластеризації ділянок різної потужності вугільного пласта с 10 в шахти «Дніпровська» за вмістом германію. Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: «Гірничо-геологічна», 1 (27)– 2 (28), 107–115. https://doi.org/10.31474/2073-9575-2022-1(27)-2(28)-107-115

15. Козар, М.А., Ішков, В.В., Козій, Є.С., & Стрєльник, Ю.В. (2021). Токсичні елементи мінеральної та органічної складової вугілля нижнього карбону Західного Донбасу. Геологічна наука в незалежній Україні: Збірник тез наукової конференції Ін-ту геохімії, мінералогії та рудоутворення ім. М.П. Семененка НАН України , 55–58

16. Козій, Є.С., & Ішков, В.В. (2017). Класифікація вугілля основних робочих пластів Павло-градсько-Петропавлівського геолого-промислового району по вмісту токсичних і потенційно токсичних елементів. Зб. наукових праць «Геотехнічна механіка», 136 , 74–86.

17. Cecil,C.B., Stanton, R.W., Allshouse, S.D., Finkelman, R.B., & Greenland, L.P. (1979). Geologic controls on element concentrations in the Upper Freeport coal bed. Amer. Chem. Soc. Prepr., Fuel Chem. Div ., 24, 230–235.

18. Finkelman,R.B. (1980).Modes of occurrence of trace elements in coal. Ph. D. Dissertation . College Park : Dept. Chem ., University of Mariland .

19. Harris,L.A., Barrett,H.E., &Kopp,O.C. (1981). Elemental concentrations and their distribution in two bituminous coals of different paleoenvironments. Int. J. Coal. Geol., 1 (2), 175–193.

20. Ishkov,V.V., & Kozii, Ye.S. (2022). Method of clusterizationof c 6 coal seam zones of different thickness in the Dniprovska mine field by germanium concentration. Collection of scientific works "Geotechnical Mechanics" , 163 , 75–85.

21. Ishkov, V.V., Kozii, Ye.S., Chernobuk, O.I., & Lozovyi, A.L. (2022). Results of dispersion and spatial analysis of the germanium distribution in coal seam c 8 в of Zahidno-Donbaska mine field (Ukraine). Proceedings of the ХХVIII International Scientific and Practical Conference. «Science and practice, actual problems, innovations» . Milan. Italy, 66–73. https://doi.org/10.46299/ISG.2022.1.28

22. Ishkov, V.V., Kozii, Ye.S., Chernobuk, O.I., & Pashchenko, P.S. (2022). The relationship of germanium concentrations and the thickness of the c 8 н coal seam of the Dniprovska coal mine. Collection of scientific works "Geotechnical Mechanics", 162, 165–177.

23. Ishkov, V.V., Kozii, Ye.S., Chernobuk, O.I., Pashchenko, P.S., & Lozovyi, A.L. (2022). Results of correlation and regression analysis of germanium concentrations with thickness and ash content of coal seam c 8 в of Dniprovska mine field (Ukraine). Proceedings of the ХХIX International Scientific and Practical Conference «Trends in science and practice of today» . July 26-29. Stockholm. Sweden, 95–104. https://doi.org/10.46299/ISG.2022.1.29

24. Ishkov, V.V., Kozii, Ye.S., & Kozar, M.А. (2022). Features of vanadium geochemistry in oils from the oil and gas fields of Eastern region of Ukraine. Collection of scientific works "Geotechnical Mechanics", 162, 85–96.

25. Ishkov, V.V., Yerofieiev, A.M., Hryhoriev, O.Y., Kozar, M.А., & Bartashevsky, S.Y. (2022). Classification of deposits of the Dnipro-Donetsk oil and gas region by the content of metals in oils. Geology, Geography and Geoecology, 31 (3), 467–483. https://doi.org/10.15421/112243

26. Kozar, M.А., Ishkov, V.V., Kozii, Ye.S., & Pashchenko, P.S. (2020). New data about the distri-bution of nickel, lead and chromium in the coal seams of the Donetsk-Makiivka geological and industrial district of the Donbas. Journ. Geol. Geograph. Geoecology, 29 (4), 722–730. https://doi.org/10.15421/112065

27. Palmer,C. A., Krasnow,M. R., Finkelman,R. B., &D'Angelo,W. M. (1993). An evaluation of leaching to determine modes of occurrence of selected toxic elements in coal. J. Coal Qual ., 12 (4), 135–141.

28. Spears, D. A., & Zheng, Y. (1999). Geochemistry and origin of elements in some UK coals. International Journal of Coal Geology, 38 (3–4), 161–179. https://doi.org/10.1016/s0166-5162(98)00012-3

29. Querol, X., Klika, Z., Weiss, Z., Finkelman, R. B., Alastuey, A., Juan, R., López-Soler, A., Plana, F., Kolker, A., & Chenery, S. R. N. (2001). Determination of element affinities by density fractionation of bulk coal samples. Fuel, 80 (1), 83–96. https://doi.org/10.1016/s0016-2361(00)00059-4

Downloads

Published

2020-01-01

Issue

No. 75 (2023)

Section

Статті

License

All articles are published under the Creative Commons Attribution License (CC BY 4.0), which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. Authors retain copyright and grant the journal right of first publication.

Authors are permitted and encouraged to deposit the final published version of their article, or the Author's Accepted Manuscript (AAM), in institutional or subject-specific open-access repositories (including the university's own institutional repository, CORE, Zenodo, or Figshare), ensuring maximum visibility, accessibility, and impact of the publication.