Как образуются и применяются горючие сланцы. Основные месторождения в мире и России

Что такое сланец?

Сланецы-горная порода, образовавшаяся после извержения вулкана или из осадочных пород под давлением воды, земной коры и влиянием тепла.

Другое название сланцев-плитняк. Их формирование происходило на протяжении многих миллионов лет.

Отличительная способность сланцев-распадаться на тонкие пластины от механического воздействия на поверхность.

Порода отличается образующими веществами и примесями, поэтому имеет разные физические характеристики. Это же является причиной разных показателей твердости по шкале Мооса от 2 до 6 баллов.

Одни сланцы под воздействием высокой температуры не меняют физические характеристики, а другие воспламеняются с выделением большого количества тепловой энергии.

Также отличаются по прочности. Одни под воздействием большой механической силы не меняются, а другие легко разрушаются при небольшом воздействии.

Имеют разную окраску в зависимости от преобладающих минеральных примесей.

Встречаются зеленые, коричневые, желтые, черные, красные, голубые сланцы.

Используются людьми в естественном и обработанном виде.

Основные характеристики сланца

Натуральные сланцы состоят из разных минералов. Порода сформировалась под высоким давлением и воздействием различных температур.

Преимуществом породы является:

1. Устойчивость к воздействию влаги.
2. Огнеупорность.
3. Невосприимчивость к природным факторам.

Их формирование происходило несколько миллионов лет назад в период движения тектонических плит, извержения вулканов и гейзеров. В основе сланцев камни темных оттенков с частицами кремния и полевого шпата. Некоторые породы содержат слюду.

Виды сланца

Сланцы различаются по составу и разделяются на следующие виды:

• кристаллические сланцы-в составе преобладают слюда и кварц, чаще серого оттенка сюда же относят биотитовый сланец с преобладанием черной слюды-биотита, обладают средней твердостью, низкой теплопроводностью и высокой термостойкостью;
• кремнистая порода-состоит из плотных пластин с халцедоном и кварцевыми зернами. В зависимости от примесей имеет различную окраску. Твердые по плотности, с низким уровнем влагопоглощения, не чувствительны к перепадам температур;
• горючий сланец-название говорит за себя, легко воспламеняется, имеет средние показатели плотности, похож на застывшую глину, при горении выделяется едкий запах и копоть;
• глинистый сланец-минерал темного оттенка, твердый, устойчив к воздействию высоких температур, нерастворимый в воде, с включениями глиняных частиц, хлорита и гидрослюды, при намокании издает глинистый запах;
• хлоритовый сланец-из-за содержания хлорита камень имеет зеленый цвет с блестящей поверхностью, ломкие, негорючие, с высокой способностью поглощать звуки;
• грифельный сланец-мягкий минерал серого оттенка, легко слоится на столбцы;
• искусственный сланец.

Горючие сланцы

В таких сланцах более 40% состава составляют минеральные вещества. Горючие сланцы обладают большой зольностью и высокой плотностью. В зависимости от содержания в них различных минеральных веществ также отличаются окрасом(темно-серого, коричневого, желтого или черного цвета).

Они подразделяются на подвиды:

• гумито-сапропелитовые сланцы;
• сапропелитовые кукерситы.

Гумито-сапропелитовые образовались из останков мелких животных и водорослей на дне древних морей.

Сапропелитовые-из остатков высших растений, отмерших несколько тысячелетий назад.

Месторождения в России и мире

Крупнейшие месторождения сланцев в мире находятся:

• Монголии;
• странах Средней Азии;
• КНР;
• Канаде;
• США;
• Бразилии;
• Казахстане;
• центральной Европе;
• Республике Беларусь;
• Эстонии;
• Украине.

На территории стран СНГ самыми крупными месторождениями являются Волжское, Прибалтийское, Кендерлыкское(Казахстан), Арктика.

Основные месторождения в России, где происходит добыча ископаемого:

• Сибирь;
• Урал(Екатеринбург);
• Ленинградская область;
• Кировская область;
• Костромская область;
• Республика Коми;
• Чувашия;
• Северный Кавказ.

Способы добычи 

Сланцы добывают двумя способами:

• Открытым(карьерным)

• Подземным

Карьерным получают породу находящуюся близко к земной поверхности. Этот способ является наименее вредным для экологии и природы в целом.

Подземный способ добычи наиболее затратен и сопряжена с использованием спецтехники, бурением скважин, привлечением к работе квалифицированной рабочей силы. Это способ добычи более эффективен, но менее экологичен, поэтому его применяют вдалеке от населенных пунктов и водоемов.

Губительными последствиями такого способа добычи являются:

• загрязнение почвы и воздуха вредными веществами, применяемыми для гидроразрыва пластов;
• проседание почвы в местах добычи ископаемого сырья;
• возникают разрушительные процессы в почве и грунте;
• загрязняются подземные воды.

Губительными также являются соединения, образующиеся после гидроразрыва. В таких местах отмечен мор флоры и фауны. Появляются “кипящие” ручьи из-за газа метана. Отмечают отравления и рост онкологических заболеваний людей проживающих недалеко от буровых вышек.

Области применения

Натуральные сланцы применяют не один десяток лет в строительстве и отделке домов, ландшафтном дизайне. Алевролитовый сланец применяли при строительстве Исаакиевского собора в Санкт-Петербурге. Кристаллические породы отлично переносят низкие температуры и действие ультрафиолетовых лучей, сохраняя эстетический вид, обладают хорошей звукоизоляцией и способностью удерживать тепло, устойчив к разрушению и обладает особой прочностью, пожаробезопасны, не подвержены коррозии.

Горючие сланцы используют в качестве топлива, источника углеводородов и сырья для химической продукции. Из них получают:

• газ;
• нефть;
• клеевые вещества;
• фенолы;
• пластификаторы;
• вещества для борьбы с сорняками и эрозией почвы;
• из отходов производства получают строительные материалы(цемент и др.).

Процесс добычи газа

Горючие сланцы добывают для получения газа метана. Но есть одно но-слишком высокая себестоимость получения. Чтобы его извлечь нужна большая площадь земли и большое количество скважин из-за низкой концентрации на 1 км2. Добывают его в случае больших запасов и для снижения зависимости от импортируемого газа.

Получают сланцевый газ путем гидравлического разрыва пласта:

1. Производят вертикальное бурение до достижения искомого пласта.
2. Производят горизонтальное бурение.
3. Вводят воду или ее смесь с песком и химвеществами под высоким давлением.
4. Когда происходит растрескивание породы-выходит газ.

Получение нефти

Из горючих сланцев получают нетрадиционную(сланцевую) нефть.  Ее используют как топливо или перерабатывают на бензин, дизельное топливо или мазут.

При их нагреве получается газ и масло, которое по составу похоже на нефть. Это масло называют сланцевая нефть.

Но более интенсивное использование останавливает трудоемкий способ добычи, который до сих пор совершенствуется.

В России 80% добываемых горючих сланцев используют в качестве дешевого топлива для электростанций. Из-за низкой рентабельности производства лишь из 20% получают нефть и газ.

Целесообразность добычи, с экономической точки зрения, возможна в местах больших залежей сланца, где толщина пласта составляет 30 метров и больше, а с 1 тонны сланца получают не менее 90 литров нефти.

Получить сланцевую нефть можно при помощи установки-реактора из породы полученной любым способом. При помощи пиролиза без доступа воздуха эти установки получают сланцевую нефть. Метод получения чересчур затратный с высокой себестоемостью полученного продукта.

Еще один способ получения-горизонтальное бурение скважин путем гидроразрыва пласта. Он также очень затратный, уже через год резко на 80% снижается объем получаемого сырья.

Оба способа сопряжены с большими выбросами углекислого газа, который необходимо утилизировать для избежания экологической катастрофы.

Наиболее активно разработки по добыче горючих сланцев идут в странах в которых отсутствуют залежи нефти и газа.