В промышленности горючие сланцы используют как топливо и химическое сырье , добываемые главным образом в Прибалтийском и Волжском бассейнах (содержат 10…15% влаги, удельная теплота сгорания 6…10 МДж/кг), сжигают в котельных электростанций, на что расходуется 75 % всей добычи сланцев в стране. Зольный остаток от сжигания горючих сланцев применяют для получения вяжущих строит. материалов типа цемента.
Термической переработкой горючих сланцев в условиях полукоксования (450…550°С) получают смолу (10…30 %), газовый бензин (1,0…1,5 %), пирогенетическую воду и горючие газы с высокой теплотой сгорания. Смола полукоксования кукерситов содержит 20…25 % фенолов, а также парафиновые, алифатические, нафтеновые и ароматические углеводороды. Смола полукоксования горючих сланцев Приволжского бассейна (25…28 % в расчете на кероген) отличается высоким содержанием сераорганических соединений тиофена, бензтиофена; применяется она для приготовления ихтиола. Высокотемпературным коксованием (950…1000 оС) кукерситов производят бытовой газ (350…400 м3/т) с удельной теплотой сгорания 15,9…17,6 МДж/кг, газовый бензин (10 кг/т) и смолу (50 кг/т). Из сланцевой смолы получают антисептики, противоэрозионные препараты, растворители, синтетические смолы, шпалопропиточное масло, дорожный битум, сырье для производства электродного кокса.
2.1.3 Сапропе́ль
Состав Сапропель содержит кальций, железо, фосфор, биологически активные вещества - витамины, стимуляторы роста, гормоны, антибиотики и другие.
Сапропель состоит из илового раствора, скелета и коллоидного комплекса. В иловый раствор входит вода и растворенные в ней вещества - минеральные соли, низкомолекулярные органические соединения, витамины и ферменты. Скелет, или состав сапропеля представляет собой неразложившиеся остатки растительного происхождения, а коллоидный комплекс - сложные органические вещества, которые придают сапропелю желеобразную консистенцию.
Общая характеристика
Рассматривая сапропель под микроскопом, можно увидеть аморфные коллоидальные массы, среди которых встречаются животные и растительные остатки. В зависимости от состава органической и минеральной частей сапропели подразделяют на несколько видов. В одном озере может находиться два-три вида сапропелей. Смена видов сапропелей идет, с одной стороны, по вертикали, в зависимости от глубины залегания сапропеля, с другой - от степени удаленности от берега и характера окружения озера.
Сапропели разделяются по химическому составу минеральной части как менее изменяющейся: на кремнеземистые, известковистые и смешенного типа.
По содержанию органического вещества сапропели подразделяет на две группы: на собственно сапропели, содержащие больше чем 50 % органического вещества, и на обедненные органическим веществом сапропели, имеющие его в своем составе 15…50 %.
Многообразие сапропелевых отложений можно разделить по содержанию в них органического вещества на четыре типа: органические (зольность до 30 %), органо-минеральные (зольность 30…50 %), минерально-органические (зольность 50…70 %) и минерализованные (зольность 70…85 %).
Многообразие классификаций и типологических характеристик сапропелей объясняется сложностью их строения и древностью происхождения.
Важной особенностью органической части сапропеля является высокое содержание (до 50 %) гуминовых соединений, которые во многом определяют характер и свойства илов данной составной частью. Гуминовые кислоты, содержащиеся в сапропелях, имеют различные уровни химической активности, а от этого зависит бактерицидное действие сапропелей. Более выраженным антимикробным действием обладают гуминовые кислоты кремнеземных сапропелей. Характерной особенностью сапропелей является высокое влагонасыщение в естественном состоянии. Естественная влажность сапропелевых отложений составляют 84,0…96,0 % (в среднем - 88,4 %). Различие влажности объясняются неоднородностью химического состава сапропелей и разным соотношением зольной и органической частей. Органическое вещество способно связывать большее количество воды, чем минерализованное, за счет осмотического проникновения молекул воды и образования водородных связей с функциональными группами твердой фазы сапропелей.
Следовательно, чем больше органического вещества в сапропеле, тем выше его влажность. В сапропелях отмечают различные категории воды. Основную категорию удерживаемой сапропелем воды (до 70 … 80 % полной влагоемкости) составляет слабосвязанная вода макропор, которая удерживается в материале механически и не обладает сколько-нибудь заметной энергией связи, 12…15 % приходится на воду, иммобилизованную внутри рыхлых коллоидов, 8…15 %-это физически связанная вода, в том числе 3…5 %- прочносвязанная.
Свободная вода является средой для развития микробиологических и связанных с ними физико-химических процессов в сапропелях, в результате этого в них накапливаются многие вещества, которые затем могут быть извлечены водой. Кроме этого, сильно развитая удельная поверхность сапропелей способствует развитию процессов химического взаимодействия воды с твердой фазой, из которой вода в результате длительного контакта способна насыщаться многими растворимыми органическими и минеральными компонентами. Поэтому химический состав водной фазы озерных отложений отличается более высокой общей минерализацией по сравнению с соответствующей озерной водой, повышенным содержанием свободных и гидролизуемых веществ, отдельных макро- и микроэлементов.
При оценке сапропелей с позиции их практического использования и переработки важное значение имеет их зольность, то есть количественное содержание и состав золообразующих компонентов. В зависимости от форм связи неорганических элементов с органическим веществом сапропели подразделяются на три группы: первая - неорганические компоненты, отделяемые физическим методом. Эта группа характеризует обогатимость сапропелей; вторая - неорганические компоненты, переходящие в раствор при кислотной и щелочной обработке. Неорганические элементы этой группы важны для выбора области применения сапропелей; третья - прочно связанные неорганические компоненты (органо-минеральные соединения). Содержание зольных элементов первой группы в сапропелях по отношению к общей зольности в кремнеземистых сапропелях достигает 45 %, в карбонатных -14 %, в органических -10 % .
Сапропели в естественном состоянии - это многокомпонентные полидисперсные системы. Содержание органического вещества в сапропелях составляют 15…95 % массы сухого вещества. Состав органического вещества сапропелей представлен битумоидами, углеводным комплексом (гемицеллюлозы и целлюлозы), гуминовыми веществами (гуминовыми кислотами, фульвокислотами), негидролизуемым остатком. Многообразие природы сапропелеобразователей обусловило появление осадков с различным составом органического вещества, количеством целлюлозы, структуре гуминовых кислот. Если в составе сапропелеобразователей содержится значительное количество водорослевых компонентов, то происходит накопление легкогидролизуемых соединений, возникновение гуминовых кислот амидоуглеводной природы, низкий уровень целлюлозы.
Гуминовые кислоты являются основной группой биологически активных веществ в сапропелях. В среде сапропелей развивается специфическая микрофлора, которая обогащает их биологически активными веществами, -каротины, хлорофилл, ксантофиллы, стерины, органические кислоты, спирты, гормоноподобные вещества и другие соединения. Ценную группу биологически активных веществ образуют витамины, среди которых выделены в сапропелях различных регионов страны витамины группы В (В1, В2, В3, В6, В12), С, Е.
Основными компонентами органического комплекса сапропелей являются легкогидролизуемые и гуминовые вещества, на которые приходится 60…80 % органического вещества. Соотношение компонентов в сапропелевых осадках изменяется в больших пределах, в частности, содержание гуминовых кислот изменяется от 4…9 до 50…60 % от органического вещества.
В органических сапропелях количество органического вещества составляет 70…93% от сухого вещества, в кремнеземистых и карбонатных - 15…60 %, а в смешанных - от 43 до 58 %. Суммарное количество водорастворимых и легкогидролизуемых веществ в сапропелеобразователях от органического вещества составляет 30…60 %, в том числе гемицеллюлоз - 10...27 %, целлюлозы – 9…39 %. Геммицеллюлозные сахара составляют 80 % суммы сахаров, а содержание моносахаридов в составе легкогидролизуемых веществ – 6…8 % от органического вещества и гексоз от суммы сахаров – 42…78 % при соотношении пектоз и гексаз - 1:1-2. Установлено в сапропелях содержание от суммы моносахаридов глюкозы – 11…52 %, галактозы и маннозы - по 6…15, ксилозы – до 15 %, арабинозы и рамнозы - по 10…6 %. В целом сапропели бедны целлюлозой, на которую приходится в среднем 1…2 % от органического вещества и содержание ее колеблется от 0,1 до 8,5 %, что объясняется не только ее небольшим поступлением с растительным материалом, но и значительными превращениями в ходе сапропелеобразования.
Количество азота в сапропелях различных типов от содержания органического вещества составляет 2,7…6,0 %, а от сухого вещества - 0,5…4,0 %. В органическом веществе сапропелей, содержащем остатки зооорганизмов, количество азота больше и составляет 4,4…4,8 %, тогда как в водорослевых - 3,0…4,2 % и торфянистых - 2,6…3,5 %. Количество аммиачного азота в сапропелях (в пересчете от общего) колеблется от 0,4 до 0,8 %, подвижного - от 3 до 25 % и данные показатели больше в сапропелях с повышенной зольностью. 25…50 % азота входит в состав аминокислот, что обуславливает питательную ценность сапропеля при скармливании его сельскохозяйственным животным и птице. В сапропелях выделено 17 аминокислот, из которых преобладают лизин, аргинин, треонин, метионин, фенилаланин, лейцин, аспарагиновая и глутаминовая кислоты, аланин, пролин, цистеин. Аминокислоты сапропелей в значительной степени входят в состав гуминовых кислот, где азот составляет около 7 %.