Сопоставление результатов извлечения метана из минералов механическим и термическим способами

Abstract

Проведено газохроматографическое определение количества метана, извлекаемого в результате дробления и нагревания образцов пород и минералов, отобранных из щелочных массивов Балтийского и Украинского щитов (соответственно, 28 и 12 образцов). В образцах из массивов Балтийского щита установлено в среднем в 100 раз больше СН₄, находящегося здесь преимущественно в виде флюидных микровключений, практически отсутствующих в украинских образцах. В последних анализируемый метан образуется при пиролизе за счет углеводородных групп, химически связанных с атомами минерала. Содержание метана определяли в трех лабораториях — Апатитах, Киеве и Москве, использующих несколько различные методики извлечения и определения газов. Сопоставление результатов показало, что при доминировании метана во флюидных включениях результаты дробления и нагревания почти совпадают, если продукты нагревания сразу выносятся за пределы горячей зоны. В противном случае, при повышенной температуре и возросшем давлении в закрытом реакторе происходят реакции взаимодействия между продуктами пиролиза с образованием дополнительного количества метана. Если в минерале флюидные включения занимают подчиненное положение, на первый план выходят продукты десорбции химически связанных углеводородных групп. В таком случае результаты нагревания могут превышать результаты дробления на несколько порядков.

Колекцію з 40 зразків відібрано для визначення вмісту метану, який вилучали з мінералів двома способами — механічним (подрібненням) і термічним (нагріванням). До колекції увійшли мінерали і породи з двох лужних масивів Балтійського щита та зразки з чотирьох лужних масивів Українського щита. Зі зразків з Балтійського щита екстраговано у середньому на два порядки більше СН₄, ніж зі зразків з Українського. Вміст метану визначали за допомогою газохроматографічного методу у трьох лабораторіях Росії й України: в Апатитах, Москві та Києві. Методики вилучення і визначення метану дещо відрізнялися. Результати паралельного аналізування показали, що коли у мінералі домінує вільний метан флюїдних включень, кількість метану, екстрагованого механічним і термічним способами, майже однакова за умови, що продукти піролізу зразу виносяться з гарячої зони реактора. Якщо продукти піролізу утримуються в умовах підвищеної температури і тиску, об’єм екстрагованого нагріванням метану буде більшим, оскільки в закритому реакторі відбуваються термічні реакції, що призводять до утворення нових порцій метану. Результати термічної екстракції перевищують також результати подрібнення, коли у мінералі мало флюїдних включень, а метан утворюється внаслідок термічної десорбції метильних груп, хімічно зв’язаних з атомами мінералу.

Results of chromatographic analysis of methane contained in the rocks and minerals of alkaline complexes on the Baltic and Ukrainian Shields are compared. Gas extraction from the samples was carried out in three laboratories using different modifications of crushing and heating bulk methods. The above methods predetermine the composition and concentration of released volatile components to the maximum extent. The utmost data differences were observed when total methane content in the samples was low. But when concentration of fluid components in the rocks and minerals was significant, results of chromatographic analysis were quite comparable.