Геохимия германия в процессе углеобразования и получение его из продуктов переработки угля. Зарицкий П. В. // Металлогения древних и современных океанов–2008. Рудоносные комплексы и рудные фации. Миасс: ИМин УрО РАН, 2008.

 

Кратко приводится история открытия германия, предсказанного Д. И. Менделеевым. Первоначальный научный интерес после Второй мировой войны в связи с нарастающим применением в производстве полупроводниковых приборов сделал германий важнейшим стратегическим материалом. Это привело к увеличению спроса на него и его соединения, поиску источников, расширению производства. Установлено, что важнейшим источником германия являются угли (зола углей). Повышенное содержание германия было обнаружено и в углях Донбасса и в бурых углях других месторождений Украины. Представляется целесообразной с учетом безвозвратной потери десятков тонн германия при сжигании угля срочная организация получения собственного германия, что будет способствовать решению двух задач: комплексного использования природных богатств и оптимизации экологической ситуации на Украине.

 

Библ. 4.

 

32-й элемент таблицы Д. И. Менделеева – германий (Ge), предсказанный им еще в 1871 г. как «экасилиций», был открыт только в 1886 г. К. Винклером. Первые десятилетия к нему проявлялся чисто научный интерес. Но в годы второй мировой войны начали использовать полупроводниковые свойства кристаллического Ge, и германиевые выпрямители стали успешно заменять вакуумные лампы. Позже фотоэлектрические и оптические свойства германия получили применение в транзисторах. Нарастающее применение полупроводниковых приборов сделало Ge важнейшим стратегическим материалом, что вызвало спрос на него, поиск источников, расширение производства Ge и его соединений. К 60-м гг. ХХ века производство Ge в мире превысило 100 т в год, а к концу столетия цена на мировом рынке составляла первые тысячи долларов за 1 кг [Зарицкий, Тихенко, 1998].

Исследования каменных углей в начале 30-х гг. прошлого века обнаружили в некоторых из них значительные примеси Ge, Ga, U, Be, Sc и других элементов, столь необходимых для развития современной промышленности и технологий. Концентрация Ge в золах углей по сравнению с кларком его в литосфере оказалась поразительной. При среднем содержании его в золе углей 0.05 % – в 70–120 раз, а при максимальном – 1.1 % – в 1600–2800 раз. В. М. Гольдшмидт [Goldshmidt, 1930] пророчески предположил, что такие содержания Ge в золе углей могут стать экономически выгодными для его добычи. Действительно, в Великобритании и некоторых других странах местные угли оказались основным источником получения Ge.

Вскоре повышенное содержание Ge было обнаружено и в углях Донбасса: по 53 образцам оно составило 0.1–1.0 % при содержании золы всего 1.4–8.1 % [Зильберминц и др., 1936]. Это послужило стимулом для создания в 50-х гг. промышленных установок для получения Ge на коксохимических заводах Украины. К сожалению, к настоящему времени получение Ge пришло в упадок по причинам сокращения производства кокса и старения оборудования.

Не останавливаясь подробно на многолетних дискуссиях [Травин, 1975], отметим лишь, что на сегодняшний день принимается точка зрения, согласно которой обогащение Ge углей было, в основном, постседиментационным. Источник Ge – его привнос из областей сноса терригенного материала. Сорбция Ge органическим веществом имела место после погребения торфяника вплоть до перехода бурых углей в каменные, после чего по мере углубления углефикации и метаморфизма углей содержание микроэлементов в них заметно убывает.

По имеющимся данным, наибольшего внимания заслуживает Западный Донбасс с его обогащенными Ge энергетическими углями, в которых содержание Ge значительно выше, чем в коксующихся. Поэтому требуется селективная добыча таких углей и транспортировка их на специально оборудованные и предназначенные для этого энергетические предприятия.

Особое внимание следует уделить хорошо изученному на предмет содержания Ge Беганьскому буроугольному месторождению в Закарпатье, которое еще не разрабатывается. Попутное извлечение Ge при эксплуатации месторождения может довести добычу его до нескольких десятков тонн (при мировой годовой потребности
в нем порядка первых сотен тонн).

Запасы Ge в углях Украины достаточны для бесперебойной добычи его в течение десятков лет как для своих потребностей, так и для экспорта. Целесообразно с учетом безвозвратной потери десятков тонн Ge ежегодно при сжигании миллионов тонн угля считать срочной задачей организацию своего собственного производства Ge. Это будет способствовать решению двух актуальных задач: комплексного использования богатств недр (с утилизацией вторичных нетрадиционных источников минерального сырья – золо-шлаковых накоплений на тепловых ЭС) и оптимизации экологической обстановки на Украине [Зарицкий, Тихенко, 1998].

Исследованиями последних десятилетий доказано, что преобразование солнечной энергии в электрическую с использованием полупроводниковых солнечных элементов (СЭ) на основе Ge дает максимальный КПД по сравнению с СЭ на основе Si или GaAs. К тому же, фотоэлектрогенераторы на основе Ge будут работать 10–12 часов в день с КПД = 50–60 %, тогда как на основе Si или GaAs – по 6 часов
в сутки с КПД = 10 %.

И, наконец, свойства полупроводников на основе Si или GaAs, устойчивых к внешним воздействиям, позволяют использовать приборы на их основе в космических и военных целях, тогда как для наземных фотоэлектрических станций предпочтительнее приборы на основе Ge. Более того, для получения одинаковой среднегодовой мощности (сравнимой с мощностями крупных тепловых или атомных ЭС) фотоэлектрические станции на основе германиевых полупроводников можно создать на площади на порядок меньшей, чем аналогичные станции на основе Si или GaAs.

 

1.    Зарицкий П. В., Тихенко Э. В. Геохимия германия в процессе углеобразования, извлечение его из продуктов переработки угля и производство германиевых фотоэлектрогенераторов для наземных солнечных электростанций ХХІ века // Геология угольных месторождений. Екатеринбург: УГГГА, 1998. Вып. 8. С. 256–269.

2.    Зильберминц В. А., Русанов А. К., Костриков В. М. К вопросу о распространении германия в ископаемых углях // Сборник статей, посвященный 50-летию научной деятельности В. И. Вернадского. М.: АН СССР, 1936. С. 169–190.

3.    Травин А. Б. О путях накопления германия в углях и некоторые задачи его дальнейшего исследовании. // Изв. вост. филиала АН СССР, 1975. № 1. С. 44–48.
4. Goldshmidt V. M. Uber das Vorkommen des Germanium in Steinkohlen und Steinkohlen-produkten // Nachr. Ges. Wiss. Gottingen, Math.-Phys, 1930. K. 1. H. 3.
S. 398–401.