Химический состав каменного угля: Происхождение и добыча угля – как образовался уголь

Происхождение и добыча угля – как образовался уголь

Уголь – популярное во всем мире топливо. Это невосполнимое полезное ископаемое используют уже на протяжении многих столетий. В чем его ценность и как он образовался? Об этом мы расскажем в этой статье. Также вы узнаете, как и какими способами его добывают.

Как образовался уголь

Образование угля является результатом естественных процессов, которые начались миллионы лет назад и продолжались долгие годы, пока по некоторым биологическим и эволюционным причинам не прекратились. Сырьем для угля служит растительная масса – в первую очередь это болотные растения и папоротники.

Образуется уголь в два этапа. Их называют:

• Торфообразование
• Углефикация

Дальше мы коротко расскажем, в чем их суть.

Процесс торфообразования

Как следует из названия, за этим процессом скрывается образование такого материала как торф – углеродистого образования, или рыхлой осадочной горной породы.

Торфообразование длится тысячи лет и представляет собой сильно замедленный процесс естественного разложения отмерших растительных остатков в холодной, влажной и кислой среде без доступа кислорода.

В естественных условиях отмершие растения перегнивают, превращаясь в органические удобрения для следующих поколений флоры. Но при определенных условиях процессы разложения затормаживаются и приостанавливаются. Такое течение естественных процессов и происходило в древних болотах, где накопление гниющей растительной массы происходило быстрее, чем ее естественное бактериальное разложение. Так образовывался торф – исходный продукт, из которого далее начинал формироваться уголь.

Основную роль в торфообразовании играют сфагновые и гипновые мхи.

Кроме того, в этом процессе участвуют:

• Камыш
• Осока
• Тростник
• Рогоз
• Вереск
• Аир
• Хвощ
• Багульник
• Папоротник
• Сапропель (донный ил)
• Древесные стволы (ольха, береза, ива, сосна и прочие)

При этом зеленая масса разлагается не полностью – образуется полуразложившийся гумус (процесс гумификации). Также отмершие остатки растений минерализуются (процесс минерализации). На выходе образуется торф с волокнистой структурой.

За год появляется слой от 0,2-0,4 мм до 1 мм ископаемого. Со временем такие торфяные залежи могут образовывать внушительный объем.

Процесс углефикации

С течением времени торфяные пласты опускаются вглубь земли. Болота могут пересыхать, затапливаться морем. На них наслаиваются осадочные породы. В итоге создается среда с огромным давлением и без доступа кислорода, а также с высокой температурой. В таких условиях биологические процессы заканчиваются, торф теряет воду и газы, обугливается и обогащается углеродом. В результате начинается углефикация, при которой торф превращается в бурый уголь.

Еще раз повторимся, что для того, чтобы из торфа получился уголь, необходимо высокое давление. Естественные геологические процессы обеспечили такое давление в полной мере. По мере поступления осадочных наслоений, давление все возрастало. А с возрастанием давления бурый уголь превращается в каменный, затем в антрацит (после антрацита идут шунгит и графит). Процесс «превращения» одного угля в другой называется метаморфизмом. Он длится миллионы лет.

Схематично весь процесс углеобразования можно представить в виде вот такой схемы:

С течением процессов метаморфизма меняется состав угля: в нем постепенно возрастает содержание углерода и уменьшается количество кислорода, водорода и различных летучих веществ. Кроме того, изменяются текстура и молекулярная структура, возрастает плотность материала.

Если вы хотите больше узнать о процессе образования угля и подробно прочитать о каждом этапе его происхождения, рекомендуем ознакомиться с большой статьей по теме на сайте Грунтовозов, которая называется Как образовался каменный уголь.

Как добывают уголь

Уголь в роли топлива используют не одно столетие. И действительно – добывать это полезное ископаемое начали еще в XVIII веке. Однако пик угледобычи приходится на 70-е годы прошлого столетия. В этот момент угольная промышленность во всех странах мира развилась лучше всего.

Сегодняшний технологический уровень угледобывающей промышленности в нашей стране хоть и не претерпел кардинальных изменений со времен СССР, но все же позволяет вести добычу в серьезных масштабах. Отчасти дело в том, что ни одна добывающая страна не обладает таким разнообразием геологических условий, в которых приходится вести добычу (исключением тут можно назвать разве что США, которые также обладают крупнейшими доказанными месторождениями каменного угля на внушительной территории). Такие условия просто не могли не повлиять на формирование идей и принципов конструирования угледобывающей техники и создания новых технологических приемов. Благодаря такому наследию наша страна обеспечивает и собственные нужды в каменном угле, и поставляет сырье на экспорт.

Способ добычи угля зависит от глубины его залегания.

Но в целом их два:

• Открытый (карьерный)
• Закрытый (шахтный)

Первый способ предполагает добычу материала на поверхности земли. Он относительно дешевый и безопасный.

Здесь есть 4 метода добычи угля:

• Поверхностный
  Он характерен для добычи угля на равнине при пологом расположении полезного ископаемого.
• Глубинный
  Его также проводят на равнине, однако для породы с большим углом наклона. Ископаемое в этом случае извлекают ступенями, постепенно углубляясь.
• Контурный
  Так добывают уголь в горной местности. Добыча при этом ведется по краю горы или холма.
• Нагорный
  Этот способ добычи также характерен для гористой местности. Добыча в этом случае начинается с вершины холма. В результате очень сильно меняется ландшафт местности.

Закрытый, или подземный способ применяют, если пласт угля залегает слишком глубоко. Он подразумевают добычу угля под землей в специальных шахтах. Такая шахтерская работа считается одной из самых сложных и опасных в мире. Кроме того, закрытый способ добычи накладывает серьезные ограничения на работу и имеет строгие требования.

Методы выемки ископаемого при закрытом способе могут быть следующими:

• Взрывной (буровзрывной)
  Это самый старый метод. Его суть состоит во взрывании породы, из-за чего она разрыхляется. После этого ее легко становится извлекать и поднимать на поверхность.
• Камерно-столбовой
  Добыча в этом случае проводится с помощью комбайнов избирательного разрушения с циклическим действием.
• Лавовый
  Его суть состоит в прокладке длинных выработок. Для получения угля используются комбайны непрерывного действия. Они перемещаются вдоль стены, а режущие инструменты слой за слоем разрушают пласт.
• Гидравлический
  Метод основан на разрушении пластов мощными струями воды. Порода при этом измельчается комбайном, а затем смывается водой в желоба.
• Сжатым воздухом
  Этот метод напоминает буровзрывной. Однако вместо взрывчатых веществ тут используют воздух под высоким давлением.
• Виброимпульсным
  При этом способе добычи порода разрушается за счет колебаний низкой частоты.

Выбор открытого или закрытого способа добычи угля напрямую зависит от свойств породы и пласта угля, а также от требований к физической кондиции конечного сырья.

Мировая добыча угля более чем наполовину производится открытым способом. В России же это полезное ископаемое добывают преимущественно в шахтах, причем делают это на рекордных глубинах – более километра! Температура в таких шахтах, как правило, довольно высока.

В таблице ниже мы сравнили открытый и закрытый способы добычи угля по нескольким основным критериям. На их основе можно выделить преимущества и недостатки обоих способов.

Сравнение открытого и закрытого способов добычи угля

Как видите, у каждого способа добычи есть свои достоинства и недостатки.

По вполне понятным и естественным причинам, карьерный способ угледобычи является наиболее безопасным, экономически выгодным и технически гораздо более легким, чем шахтный. Все процессы производства в данном случае ведутся на поверхности. Однако только шахтным способом можно добывать ценные марки угля. Кроме того, по мере углубления карьера на определенном этапе закрытый способ может стать экономически и технически более целесообразным, чем открытый.

Отметим также, что технологии добычи постоянно совершенствуются, и постепенно те месторождения, которые раньше считались нерентабельными (а таковые имеются в более чем 70 странах), начинают разрабатываться теми странами, которые имеют соответствующую научную базу и технологические мощности.

Если вам интересно больше узнать о разных способах добычи угля, рекомендуем к прочтению следующие страницы:

Добыча каменного угля

Добыча угля открытым способом

Добыча угля шахтным (закрытым) способом

Добыча угля в мире

Добыча угля в России

Экологические проблемы добычи угля

Поделиться:

Каменный уголь: виды, характеристики, свойства

Содержание

1. Химические свойства каменного угля

2. Классификация каменного угля

3. Образование каменного угля

4.Запасы каменного угля

Каменный уголь — это осадочная порода, представляющая собой товар глубокого разложения остатков растений (древовидных папоротников, хвощей и плаунов, а также первых голосеменных растений).

Химические свойства каменного угля

По химическому составу каменный уголь представляет собой смесь высокомолекулярных ароматических соединений с высокой массовой долей углерода, а также воды и летучих веществ с небольшими количествами минеральных примесей. Таковые примеси при сжигании угля образуют золу. Ископаемые угли отличаются друг от друга соотношением слагающих их компонентов, что определяет их теплоту сгорания. Ряд органических соединений, входящих в состав каменного угля, обладает канцерогенными свойствами.

Большинство залежей каменного угля было образовано в палеозое, преимущественно в каменноугольном периоде, примерно 300—350 миллионов лет тому назад. По химическому составу каменный уголь представляет смесь высокомолекулярных полициклических ароматических соединений с высокой массовой долей углерода, а также воды и летучих веществ с небольшими количествами минеральных примесей, при сжигании угля образующих золу. Ископаемые угли отличаются друг от друга соотношением слагающих их компонентов, что определяет их теплоту сгорания. Ряд органических соединений, входящих в состав каменного угля, обладает канцерогенными свойствами. Содержание углерода в каменном угле, в зависимости от его сорта, составляет от 75 % до 95 %.

Каменный уголь, твёрдое горючее полезное ископаемое растительного происхождения; разновидность углей ископаемых с более высоким содержанием углерода и большей плотностью, чем у бурого угля. Представляет собой плотную породу чёрного, иногда серо-чёрного цвета с блестящей, полуматовой или матовой поверхностью. Содержит 75—97% и более углерода; 1,5—5,7% водорода; 1,5—15% кислорода; 0,5—4% серы; до 1,5% азота; 45—2% летучих веществ; количество влаги колеблется от 4 до 14%; золы — обычно от 2—4% до 45%. Высшая теплота сгорания, рассчитанная на влажную беззольную массу каменный уголь, не менее 23,8 Мдж/кг (5700 ккал/кг).

Уголь – это остатки растений, погибших многие миллионы лет назад, гниение которых было прервано в результате прекращения доступа воздуха. Поэтому они не смогли отдать в атмосферу отобранный у нее углерод. Доступ воздуха прекращался особенно резко там, где болота и заболоченные леса опускались в результате тектонических подвижек и изменения климатических условий и покрывались сверху другими веществами. При этом растительные останки превращались под воздействием бактерий и грибов ( углефицировались) в торф и дальше в бурый уголь, каменный уголь, антрацит и графит.

По составу основного компонента – органического вещества угли подразделяются на три генетические группы: гумолиты, сапропелиты, сапрогумолиты. Преобладают гумолиты, исходным материалом которых явились остатки высших наземных растений. Отложение их произошло преимущественно в болотах, занимавших низменное побережье морей, заливов, лагун, пресноводных бассейнов. Накапливающийся растительный материал в результате биохимического разложения перерабатывался в торф, при этом значительное влияние оказывали обводнённость и химический состав водной среды. Содержание углерода в каменном угле колеблется от 75 до 90 процентов. Точный состав обуславливается месторасположением и условиями преобразования угля. Минеральные примеси находятся либо в тонкодисперсном состоянии в органической массе, либо в виде тончайших прослоек и линз, а также кристаллов иконреций. Источником минеральных примесей в ископаемых углях могут быть неорганические части растений – углеобразователей, минеральные новообразования, выпадающие из растворов вод, циркулирующих в торфяниках и т.д.

В результате длительного воздействия повышенных температур и давления бурые угли преобразуются в каменные угли, а последние – в антрациты. Необратимый процесс постепенного изменения химического состава, физических и технологических свойств органического вещества на стадии превращения от бурых углей до антрацитов носит название метаморфизма углей.

Структурно-молекулярная перестройка органического вещества при метаморфизме сопровождается последовательным повышением в угле относительного содержания углерода, снижением содержания кислорода, выхода летучих веществ; изменяются содержание водорода, теплота сгорания, твердость, плотность, хрупкость, оптичность, электричность и др. физические свойства. Каменные угли на средних стадиях метаморфизма приобретают спекающие свойства – способность гелифицированных и липоидных компонентов органического вещества переходить при нагревании в определенных условиях в пластическое состояние и образовывать пористый монолит – кокс. В зонах аэрации и активного действия подземных вод вблизи поверхности Земли угли подвергаются окислению.

По своему воздействию на химический состав и физические свойства окисление имеет обратную направленность по сравнению с метаморфизмом:

уголь утрачивает прочностные свойства и спекаемость;

в нем возрастает относительное содержание кислорода, снижается количество углерода, увеличивается влажность и зольность, резко снижается теплота сгорания.

Глубина окисления ископаемых углей в зависимости от современного и древнего рельефа, положения зеркала грунтовых вод, характера климатических условий, вещественного состава и метаморфизма колеблется от 0 до 100 метров по вертикали.

Удельный вес каменного угля 1,2 – 1,5 г/см3,теплота сгорания 35000 кДж/кг. Каменный уголь считается пригодным для технологического использования если после сгорания зола составляет 30% или менее. Примитивная добыча ископаемых углей известна с древнейших времён (Китай, Греция). Существенную роль в качестве топлива уголь стал играть в Британии в 17 веке. Становление угольной промышленности связано с использованием углей, как кокса при выплавке чугуна. Начиная с 19 века крупный приобретатель угля – транспорт. Основные направления промышленного использования угля: производство электроэнергии, металлургического кокса, сжигание в энергетических целях, получение при химической переработке разнообразных (до 300 наименований) продуктов. Возрастает потребление углей для получения высокоуглеродистых углеграфитовых конструкционных материалов, горного воска, пластических масс, синтетического, жидкого и газообразного высококалорийного топлива, ароматических продуктов путём гидрогенизации, высоко азотистых кислот для удобрений. Получаемый из каменного угля кокс, необходим в больших количествах металлургической промышленности.

Получение кокса осуществляется на коксохимических заводах. Каменный уголь подвергается сухой перегонке (коксованию) путём нагревания в специальных коксовых печах без доступа воздуха до температуры С. При этом получается кокс – твердое пористое вещество. Кроме кокса при сухой перегонке каменного угля образуются также летучие продукты, при охлаждении которых до 25-75 С образуется каменноугольная смола, аммиачная вода и газообразные продукты. Каменноугольная смола подвергается фракционной перегонке, в результате чего получают несколько фракций:

легкое масло (температура кипения до 170 С) в нем содержится ароматические углеводороды (бензол, толуол, кислоты и др. вещества;

среднее масло (температура кипения 170-230 С). Это фенолы, нафталин;

тяжелое масло ( температура кипения 230-270 С). Это нафталин и его гомологи

антраценовое масло – антрацен, фенатрен и др.

В состав газообразных продуктов (коксового газа) входят бензол, толуол, ксиолы, фенол, аммиак и другие вещества. Из коксового газа после очистки от аммиака, сероводорода и цианистых соединений извлекают сырой бензол, из которого выделяют отдельные углеводороды и ряд других ценных веществ.

Аморфный углерод в виде каменного угля, а также многие соединения углероды играют важнейшую роль в современной жизни как источники получения различных видов энергии. При сгорании угля выделяется тепло, которое используется для отопления, изготовления пищи и для многих производственных процессов. Большая же часть получаемого тепла превращается в другие виды энергии и затрачивается на совершение механической работы.

Каменный уголь – твердое горючее, полезное ископаемое растительного происхождения. Он представляет собой плотную породу черного, иногда темно-серого цвета с блестящей матовой поверхностью. Содержит 75-97% углерода, 1,5-5,7% водорода, 1,5-15% кислорода, 0,5-4% серы, до 1,5% азота, 2-45% летучих веществ, количество влаги колеблется от 4 до 14%. Высшая теплота сгорания, рассчитанная на влажную беззольную массу каменного угля не менее 238МДж/кг.

Каменный уголь образуется из продуктов разложения органических веществ высших растений, претерпевших изменения в условиях давления различных пород земной коры и под воздействием температуры. С возрастанием степени метаморфизма в горючей массе каменный уголь увеличивает содержание углерода и одновременно уменьшает количество кислорода, водорода, летучих веществ. Изменяется также теплота сгорания угля.

Характерные физические свойства каменного угля:

содержание углерода (С,%) — 75-97;

плотность (г/см3) – 1,28-1,53;

механическая прочность (кг/см2) – 40-300;

удельная теплоемкость С (Ккал/г град) – 026-032;

коэффициент преломления света – 1,82-2,04.

Наиболее крупные по объему добычи месторождения каменного угля в мире это Тунгусский, Кузнецкий, Печорский бассейны – в Российской Федерации; Карагандинский – в Казахстане; Аппалачский и Пенсильванский бассейны – в США; Рурский – в Республики Германии; Большой Хуанхэ – в Китае; Южно-Уельский – в Англии; Валансьен – во Франции и др.

Применение каменного угля многообразно. Он используется как бытовое, энергетическое топливо, сырье для металлургической и химической промышленности, а также для извлечения из него редких и рассеянных элементов. Угольная, коксохимическая промышленность, отрасли тяжелой промышленности осуществляют переработку каменного угля методом коксования. Коксование- промышленный метод переработки угля путем нагревания до 950-1050 С без доступа воздуха. Основынми коксохимическими продуктами являются: коксовый газ, продукты переработки сырого бензола, каменноугольной смолы, аммиака.

Из коксового газа углеводороды извлекают промывкой в скрубберах жидкими поглотительными маслами. После отгонки от масла, разгонки из фракции, очистки и повторной ректификации получают чистые товарные продукты, как-то: бензол, толуол, ксилолы и др. Из непредельных соединений, содержащихся в сыром бензоле, получают кумароновые смолы, использующиеся для производства лаков, красок, линолеума и в резиновой промышленности. Перспективным сырьем является также циклопентадиен, который также получают из каменного угля. Каменный уголь – сырье для получения нафталина и других индивидуальных ароматических углеводородов. Важнейшими продуктами переработки являются пиридиновые основания и фенолы.

Путем переработки в общей сложности можно получить более 400 различных продуктов, стоимость которых, по сравнению,со стоимостью самого угля, возрастает в 20-25 раз, а побочные продукты, получаемые на коксохимических заводах, превосходят стоимость самого кокса.

Очень перспективным является сжигание (гидрогенизация) угля с образованием жидкого топлива. Для производства 1т черного золота расходуется 2-3т каменного угля. Из каменных углей получают искусственный графит. Используются они в качестве неорганического сырья. При переработке каменного угля из него в промышленных масштабах извлекают ванадий, германий, серу, галлий, молибден, цинк, свинец. Зола от сжигания углей, отходы добычи и переработки используются в производстве стройматериалов, керамики, огнеупорного сырья, глинозема, абразивов. С целью оптимального использования угля производится его обогащение (удаление минеральных примесей).

Каменный уголь содержит до 97% углерода, можно сказать, лежит в основе всех углеводородов, т.е. в их основе лежат атомы углерода. Часто приходится встречаться с аморфным углеродом в виде угля. По строению аморфный углерод – это тот же графит, но в состоянии тончайшего измельчения. Практическое применение аморфных форм углерода разнообразно. Кокс и уголь – как восстановитель в металлургии при выплавке железа.

Классификация каменного угля

Каменный уголь образуются из продуктов разложения органических остатков высших растений, претерпевших изменения (метаморфизм) в условиях давления окружающих пород земной коры и сравнительно высокой температуры. С возрастанием степени метаморфизма в горючей массе каменный уголь последовательно увеличивается содержание углерода и одновременно уменьшается количество кислорода, водорода, летучих веществ; изменяются также теплота сгорания, способность спекаться а др. свойства. На изменении этих качеств, определяемых по результатам термического разложения угля (выход летучих веществ, характеристика нелетучего остатка), строится принятая в СССР промышленная классификация

Каменный уголь по маркам:

длиннопламенные (Д),

газовые (Г),

газовые жирные (ГЖ),

жирные (Ж),

коксовые жирные (КЖ),

коксовые (К),

отощенные спекающиеся (ОС),

тощие (Т),

слабоспекающиеся (СС),

полуантрациты (ПА)

антрациты (А).

Иногда антрациты выделяются в отдельную группу. Для коксования используются в основном каменный уголь марок Г, Ж, К и ОС, частично Д и Т. По мере перехода каменный уголь от марки Д к маркам Т—А происходит уменьшение влаги в рабочем топливе от 14% у каменный уголь марки Д до 4,5—5,0% у марок Т—А; уменьшение содержания (в горючей массе) кислорода от 15% до 1,5%; водорода — от 5,7% до 1,5%; содержание серы, азота и золы не зависит от принадлежности к той или иной марке. Теплота сгорания горючей массы каменный уголь последовательно возрастает от 32,4 Мдж/кг (7750 ккал/кг) у марки Д до 36,2—36,6 Мдж/кг (8650—8750 ккал/кг) у марки К и снижается до 35,4—33,5 Мдж/кг (8450—8000 ккал/кг) у марок ПА и А.

По размеру получаемых при добыче кусков каменный уголь классифицируется на:

плитный (П) — более 100 мм,

крупный (К) — 50—100 мм,

орех (О) — 26—50 мм,

мелкий (М) — 13—25 мм,

семечко (С) — 6—13 мм,

штыб (Ш) — менее 6 мм,

рядовой (Р) — не ограниченный размерами.

Принадлежность к марке и крупность кусков каменный уголь обозначаются буквенными сочетаниями — ДК и пр.

Примерно на таких же принципах, как в СССР, построены классификации каменный уголь в ряде стран Западной Европы. В США наиболее распространена классификация каменный уголь, основанная на выходе летучих веществ и теплоте сгорания, по которой они делятся на суббитуминозные с большим выходом летучих веществ (отвечает сов. маркам Д и Г), битуминозные со средним выходом летучих веществ (соответствует маркам ПЖ и К), битуминозные с малым выходом летучих веществ (ОС и Т) и антрацитовые угли, разделяемые на семиантрациты (частично Т и А), собственно антрациты и метаантрациты (А). Кроме того, существует международная классификация каменный уголь, основанная на содержании летучих веществ, спекаемости, коксуемости и отображающая технологических свойства углей.

Образование каменного угля

Образованиекаменного угля характерно для всех геологических систем начиная от силура и девона, очень широко каменный уголь распространены в отложениях каменноугольной, пермской и юрской систем. Залегают каменный уголь в виде пластов различной мощности (от долей м и до нескольких десятков и более м). Глубина залегания углей различна — от выхода на поверхность до 2000—2500 м и глубже. При современном уровне горной техники добыча rаменного угля может производиться открытым способом до глубины 350 м.

Для образования угля необходимо обильное накопление растительной массы. В древних торфяных болотах, начиная с девонского периода, накапливалось органическое вещество, из которого без доступа кислорода формировались ископаемые угли. Большинство промышленных месторождений ископаемого угля относится к этому периоду, хотя существуют и более молодые месторождения. Возраст самых древних углей оценивается примерно в 350 миллионов лет.

Уголь образуется в условиях, когда гниющий растительный материал накапливается быстрее, чем происходит его бактериальное разложение. Идеальная обстановка для этого создается в болотах, где стоячая вода, обеденная кислородом, препятствует жизнедеятельности бактерий и тем самым предохраняет растительную массу от полного разрушения. На определенной стадии процесса выделяемые в ходе его кислоты предотвращают дальнейшую деятельность бактерий. Так возникает торф — исходный товар для образования угля. Если затем происходит его захоронение под другими наносами, то торф испытывает сжатие и, теряя воду и газы, преобразуется в уголь.

Под давлением толщи осадков мощностью в 1 километр из 20-метрового слоя торфа получается пласт бурого угля толщиной 4 метра. Если глубина погребения растительного материала достигает 3 километров, то такой же слой торфа превратится в пласт каменного угля толщиной 2 метра. На большей глубине, порядка 6 километров, и при более высокой температуре 20-метровый слой торфа становится пластом антрацита толщиной в 1,5 метра.

Способ добычи угля зависит от глубины его залегания. Разработка ведется открытым способом, если глубина залегания угольного пласта не превышает 100 метров. Нередки и такие случаи, когда при все большем углублении угольного карьера далее выгодно вести разработку угольного месторождения подземным способом. Для извлечения угля с больших глубин используются шахты. Самые глубокие шахты на территории России добывают уголь с уровня чуть более 1200 метров.

В угленосных отложениях наряду с углем содержатся многие виды георесурсов, обладающих потребительской значимостью. К ним относятся вмещающие породы как сырье для стройиндустрии, подземные воды, метан угольных пластов, редкие и рассеянные элементы, в том числе ценные металлы и их соединения. Например, некоторые угли обогащены германием.

Запасы каменного угля

Общегеологические запасы каменного угля, в СССР около 4700 млрд. т (по подсчётам 1968), в том числе по маркам (в млрд. т): Д — 1719; Д—Г — 331; Г — 475; ГЖ — 69,4; Ж — 156; КЖ — 21,5; К — 105; ОС — 88,2; СС — 634; Т — 205; Т—А — 540; ПА, А — 139.

Наибольшие запасы каменного угля в СССР находятся в Тунгусском бассейне. Самыми крупными разрабатываемыми бассейнами каменного угля в СССР являются Донецкий, Кузнецкий, Печорский, Карагандинский; в США — Аппалачский и Пенсильванский, в Польше — Верхнесилезский и его продолжение в Чехословакии — Остравско-Карвинский, в ФРГ — Рурский, в Китае — Большой Хуанхэбасс, в Англии — Южно-Уэльсский, во Франции — Валансьеннский и в Бельгии — Брабантский. Применение каменного угля многообразно.

Он используется как бытовое, энергетическое топливо, сырьё для металлургической и химической промышленности, а также для извлечения из него редких и рассеянных элементов.

Два десятилетия подряд уголь находился в тени нефтяного бума. Горы не находившего сбыт угля росли в небо. Закрывались многочисленные шахты, сотни тысяч горняков теряли свое рабочее место. Район Аппалачей США, когда-то цветущий угольный бассейн, превратился в один из наиболее мрачных районов бедствий. Беспорядочный, проходящий под нажимом монополистов переход на дешевую, импортированную – в основном с Ближнего Востока – нефть обрек уголь на роль “золушки”, лишенной будущего. Однако это не произошло в ряде стран, в том числе и в бывшем СССР, которые учитывали преимущества энергоструктуры, опирающейся на национальные ресурсы.

Угольные запасы рассредоточены по всему миру. Большинство промышленных стран ими не обделено. Землю опоясывают две богатые угольные зоны. Одна простирается через страны бывшего СССР, через Китай, Северную Америку до Центральной Европы. Другая, более узкая и менее богатая, идет от Южной Бразилии через Южную Африку в Восточную Австралию.

Наиболее значительные залежи каменного угля находятся в странах бывшего СССР, США и Китае. Каменный уголь доминирует на западе Европы. Главные каменноугольные бассейны в Евразии: Южный Уэльс, Валансьен-Льеж, Саарско-Лотаргинский, Рурский, Астурийский, Кизеловский, Донецкий, Таймырский, Тунгусский, Южно-Якутский, Фуньшуньский; в Африке: Джерада, Абадла, Энугу, Уанки, Витбанк; в Австралии: Большая Синклиналь, Новый Южный Уэльс; в Северной Америке: Грин-Ривер, Юннта, Сан-Хуан-Ривер, Западный, Иллинойский, Аппалачский, Сабинас, Техасский, Пенсильванский; в пылающему континенту: Караре, Хунин, Санта-Катарина, Консепсьон. На Украине следует отметить Львовско-Волынский бассейн и богатый месторождениями Донбасс.

Источники

bse.sci-lib.com/ Большая Советская энциклопедия

ru.wikipedia.org Википедия – свободная энциклопедия

www.bankreferatov.ru банк рефератов

dic.academic.ru Словари и энциклопедии на Академике

geography.kz География

www.bibliotekar.ru Библиотекар

poddoni.com/ ПаллетЭк

Определение, структура, классификация и характеристики

Крепкий уголь, также известный как антрацит, представляет собой твердый плотный уголь с субметаллическим блеском. Это самый высокий рейтинг углей, потому что он имеет самое высокое содержание углерода, наименьшее количество примесей и самую высокую плотность энергии среди всех сортов угля.

Антрацит является наиболее метаморфизованным углем (хотя он все еще отражает метаморфизм низкой степени) с содержанием углерода от 86 до 98 процентов. Этот термин относится к разновидностям угля, которые не выделяют паров смолы или других углеводородов при нагревании ниже их стадии воспламенения. Антрацит трудно воспламеняется и дает короткое голубое бездымное пламя.

Структура антрацитового угля

[Изображение будет загружено в ближайшее время]

Состав антрацитового угля

Классификация антрацита

Стандартный антрацит используется в основном в ) антрациты используются преимущественно в металлургической промышленности. Всего несколько стран мира добывают антрацит, что составляет около 1% мировых запасов угля. Китай производит большую часть соевых бобов в мире; другие поставщики включают Россию, Украину, Северную Корею, Южную Африку, Вьетнам, Великобританию, Австралию, Канаду и США. В 2010 году общий объем производства составил 670 миллионов тонн. Антрацит делится на три группы в зависимости от количества содержащегося в нем углерода. Стандартный сорт используется в качестве бытового топлива и в производстве промышленной энергии. Более чистые сорта антрацита используются в сталеплавильном и других металлургических производствах, поскольку они более чистые (т. е. имеют более высокое содержание углерода). Ниже приведены технические характеристики различных марок антрацита:

• Стандартный антрацит

• Высококачественный антрацит

• Ультравысокосортный антрацит

Высококачественные формы антрацита

Высшие сорта антрацита – высший сорт (HG) и ультра высокий сорт (UHG). Это наиболее чистые виды угля, с наивысшей степенью углефикации, углеродистости и энергоемкости, а также с наименьшим содержанием примесей (влаги, золы и летучих веществ).

Высококачественный и сверхвысокосортный антрацит более прочен и имеет более высокую относительную плотность, чем обычный антрацит. С ₂₄₀ H ₉₀ O ₄ NS, что составляет 94 процента биомассы, является примером химической формулы высококачественного антрацита. Содержание углерода в антраците UHG обычно составляет около 95%.

Они также используются в металлургии в качестве экономичной замены кокса в таких процессах, как агломерация и гранулирование, а также вдувание пылеугольного топлива (ПУТ) и прямое вдувание в доменные печи, в отличие от стандартного антрацита (используемого в основном для выработка энергии). Их также можно использовать для очистки воды и в качестве бездымного топлива в доме.

Вся антрацитовая промышленность состоит из небольшой доли антрацита HG и UHG. Основными производителями являются Россия, Украина, Вьетнам, Южная Африка и США.

Термины, относящиеся к антрациту

Антрацит происходит от греческого слова anthrakts, что означает «подобный углю». Черный уголь, каменный уголь, каменный уголь, темный уголь, кофейный уголь, слепой уголь (в Шотландии), уголь Килкенни (в Ирландии), вороний уголь или зобный уголь и черный алмаз — другие названия антрацита. Слово «Голубой уголь» относится к некогда популярной и зарегистрированной торговой марке антрацита, добываемого компанией Glen Alden Coal Company в Пенсильвании и окрашиваемого в синий цвет на шахте перед отправкой на рынки северо-востока США, чтобы отличить его от конкурентов.

В британском и американском английском слово culm имеет разные коннотации. Несовершенный антрацит северного Девона и Корнуолла, который использовался в качестве красителя, в британском английском известен как «кульм». Некоторые пласты горных пород каменноугольного периода, обнаруженные как в Британии, так и в странах Рейнских холмов, часто называют этим названием (Culm Measures). Наконец, это может относиться к углю, экспортируемому из Соединенного Королевства в девятнадцатом веке. Отходы или шлак от добычи антрацита, часто пыль и мелкие детали, не подходящие для использования в домашних печах, в американском английском называются «culm».

Чем антрацит отличается от битума?

Антрацит отличается от обычного битуминозного угля более высокой твердостью (2,75–3), более высокой относительной плотностью 1,3–1,4 и полуметаллическим блеском со слабо-коричневым отблеском. Он имеет высокую долю связанного углерода и низкую долю летучего углерода. На нем также нет мягких или волокнистых выемок, и он не пачкает пальцы, когда вы его трете. Превращение битуминозного угля в антрацит известно как антрацитизация.

[Изображение будет загружено в ближайшее время]

Особенности антрацита

• Свежедобытый антрацит обычно имеет влажность менее 15%. На влажной, не содержащей минеральных веществ основе.

• Теплоемкость антрацита колеблется от 26 до 33 МДж/кг (от 22 до 28 миллионов БТЕ/короткая тонна). На момент получения теплосодержание антрацитового угля, потребляемого в Соединенных Штатах, составляет в среднем 29 МДж/кг (25 миллионов БТЕ/т) (т.е. он содержит как внутреннюю влагу, так и минеральные вещества).

• Плотность антрацита 1,3-1,8 г/см ³ .

• Твердость антрацита по шкале Мооса составляет 2,2-3,8.

• Влажность угля антрацита 0,5-4%.

• рН водной суспензии антрацита 7-7,8.

• Содержание летучих веществ составляет 0,5-20% в антраците.

• Удельное сопротивление антрацита составляет от 1×10 ⁻³ до 2×10 ⁵ Ом-м.

• Отходы антрацита или шахтные отходы использовались для производства угольной энергии в качестве метода переработки с 1980-х годов.

Антрацит представляет собой химическое промежуточное звено между обычным битуминозным углем и графитом, образующееся в результате более или менее полного удаления летучих компонентов первого, и его больше всего в областях, подверженных значительным напряжениям и давлению, таких как склоны крупных горных массивов. Антрацит связан с сильно деформированными осадочными породами, подверженными более высокому давлению и температуре (но не метаморфическим условиям), тогда как битуминозный уголь связан с менее деформированными или плоскими осадочными породами.

Сжатые пласты антрацита, добытые глубокой выработкой, например, в складчатой ​​провинции Хребты и долины Аппалачских гор в восточно-центральной части Пенсильвании, являются продолжением тех же пластов битуминозного угля. Они добываются на плато Аллегейни в Кентукки и Западной Вирджинии, Восточном Огайо и Западной Пенсильвании, где осадочные породы в основном гладкие и недеформированные. Точно так же антрацитовый район Южного Уэльса ограничен извилистым участком к западу от Суонси и Ланелле, а центральная и восточная части поставляют энергетический уголь, коксующийся уголь и уголь для бытовых нужд.

Структура антрацита была изменена за счет образования вторичных разделительных плоскостей и трещин, из-за чего первоначальные линии расслоения трудно увидеть. Теплопроводность также выше; в теплой руке кусок антрацита кажется заметно холоднее, чем сопоставимый кусок битуминозного угля при той же температуре. В статье приведен уголь, химический состав некоторых распространенных антрацитов. Антрацит по внешнему виду напоминает минералоидную струю и часто используется в качестве заменителя струи.

Использование антрацитового угля

• Сегодня антрацит в основном используется в качестве бытового топлива в ручных печах или автоматических топках. Поэтому его называют антрацитовым бытовым топливом. Он обеспечивает много энергии для своего веса и сгорает чисто с небольшим количеством копоти, поэтому он идеально подходит для этого. Высокая стоимость делает его непригодным для использования на электростанциях.

• Мелкие частицы часто используются в качестве фильтрующего материала и компонента угольных брикетов.

• В соответствии с Законом Соединенного Королевства о чистом воздухе от 1993 года антрацит является разрешенным топливом, которое можно использовать в определенных зонах контроля дыма, например, в центральных районах Лондона.

Запасы антрацита

Россия, Китай и Украина обладают самыми большими оценочными извлекаемыми запасами антрацита среди существующих производителей. Вьетнам и Северная Корея — еще две страны со значительными запасами.

Угольная шахта Lackawant to Coal Mine на северо-востоке Пенсильвании, США, в Скрэнтоне и его окрестностях, штат Пенсильвания, является домом для крупнейшего в мире и наиболее концентрированного месторождения антрацита. Месторождение, известное как Угольный регион, охватывает 480 квадратных миль (1200 квадратных километров) угленосных пород, которые когда-то содержали 22,8 миллиарда коротких тонн (20,68 миллиарда тонн) антрацита. Географический район составляет примерно 100 миль (161 км) в длину и 30 миль (48 км) в ширину. По оценкам, 7 миллиардов коротких тонн (6,3 миллиарда тонн) извлекаемых запасов остаются из-за исторической добычи и роста земель, покрывающих уголь. Небольшие месторождения антрацита, такие как те, которые традиционно добываются в Крестед-Бьютт, штат Колорадо, также можно найти в Соединенных Штатах.

Антрацитовое месторождение «Сурок» — крупнейшее в мире ранее не разрабатывавшееся месторождение антрацита, обнаруженное в Британской Колумбии, Канада. Он принадлежит Atrum Coal, австралийской публичной корпорации, владеющей 1,57 миллиарда тонн высококачественного антрацита.

Антрациты третичного или мелового периода были обнаружены в районе перевала Кроуснест в Скалистых горах в Канаде, а также в Андах Перу.

Различные формы антрацитового топлива

Burnglo Антрацит Бездымное Топливо

Burnglo Антрацит Бездымное Топливо представляет собой уголь стандартного качества с отличным соотношением цены и качества, который идеально подходит для зон дымоудаления. Он производит приличное количество тепла в течение длительного периода времени и имеет низкое голубое пламя. Клиенты, которые используют бездымное топливо Burnglo Anthracite в закрытых приборах, таких как комнатные обогреватели, печи со стеклянным фасадом, котлы и плиты, любят его.

Антрацитовые бобы

Антрацитовые бобы представляют собой кусочки высококачественного угля одинакового размера, которые полностью горят. Они выделяют много тепла и долго горят медленным пламенем. Антрацитовые бобы производят мало плотной золы, что делает их идеальными для использования в котлах с гравитационным и бункерным питанием.

Зерна антрацита

Зерна антрацита представляют собой более мелкие куски угля одинакового размера с более длительным сроком горения и более высокой теплотворной способностью, чем антрацитовые бобы. Антрацитовые зерна используются в котлах с гравитационным и бункерным питанием для получения компактной малой золы.

Места добычи антрацита

Китай в настоящее время добывает подавляющее большинство антрацита в мире, что составляет более трех четвертей от общего объема производства. Большая часть антрацита, производимого в Китае, относится к стандартному сорту, который используется в энергетике. Повышенный спрос в Китае превратил страну в нетто-импортера топлива, в первую очередь из Вьетнама, еще одного крупного производителя антрацита для производства электроэнергии, хотя экспорт Вьетнама может быть сокращен из-за роста внутреннего потребления.

Производство антрацита в США в настоящее время составляет около 5 миллионов тонн в год. В штате Пенсильвания было добыто около 1,8 миллиона тонн из этого общего количества. Добыча антрацитового угля в восточной Пенсильвании по-прежнему идет успешно, на ее долю приходится до 1% валового внутреннего продукта штата. В 1995 году в добыче антрацитового угля работало более 2000 человек. Большая часть добычи в то время заключалась в извлечении угля из шлаковых отвалов близлежащих закрытых шахт (отвалы предыдущей добычи угля). Также ведется подземная добыча антрацитового угля.

Россия и Южная Африка – две страны, производящие антрацит HG и UHG. В различных видах металлургического угля антрацит HG и UHG используется в качестве замены кокса или угля (агломерация, PCI, прямая загрузка доменной печи, окомкование). Он используется для производства ферросплавов, силикомарганца, карбида кальция и карбида кремния, а также ферросплавов, силикомарганца, карбида кальция и карбида кремния. Антрацит более низкого качества с более высокой зольностью экспортируется из Южной Африки в Бразилию для использования в производстве стали.

Знаете ли вы?

• Уголь антрацит иногда называют «каменным углем». Антрацитовый уголь — это ископаемое топливо с высокой степенью карбонизации, которое производит больше тепла, чем любое ископаемое топливо на рынке, а низкое содержание серы делает его очень чистым топливом.

• Битуминозный уголь также известен как «мягкий уголь», а антрацит известен как «каменный уголь».

• Nakomati anthracite — частная компания, расположенная в Южной Африке. Это одна из известных отраслей по добыче антрацита.

• ZAC (угольная шахта в Зулуленде) известна как «единственный производитель первоклассного антрацита» в Южной Африке.

Уголь антрацит – IspatGuru

Уголь антрацит

• satyendra
• 8 сентября 2018 г.
• 9 0186 0 Комментарии
• Антацитовый уголь, битуминозный уголь, уголь, уголь, угольная марка, CV, графит, твердость , метаантрацит,

Антрацит Уголь

Антрацитовый уголь получил свое название от греческого слова «антракит?с», буквально означающего «подобный углю». Его часто называют каменным углем, и он является одним из четырех типов углей. Другими типами углей являются бурый уголь, полубитуминозный уголь и битуминозный уголь. Поскольку антрацитовый уголь подвергался сильному давлению и нагреву, он является наиболее спрессованным и самым твердым из доступных углей. Будучи каменным углем, он обладает большим потенциалом для производства тепловой энергии, чем более мягкий, геологически «новый» уголь.

В соответствии со стандартом ISO 11760:2005 антрацитовый уголь определяется как уголь, являющийся синонимом высокосортного угля, имеющий среднюю случайную отражательную способность витринита, равную или превышающую 2,0 %, но менее 6,0 %, или, предпочтительно, среднюю максимальная отражательная способность менее 8,0 % для геологически неизмененного угля.

Геология и добыча антрацитового угля

Антрацитовый уголь образовался из битуминозного угля, когда в складчатой ​​породе возникло сильное давление. Превращение битуминозного угля в антрацит называется «антрацитизацией». Он образовался в каменноугольный период, когда окаменела густая зеленая растительность, которая процветала в тропическом климате того времени. Это самый старый и самый чистый вид угля. Это самый редкий и наиболее зрелый уголь. Это твердая, компактная разновидность угля. Он занимает первое место среди всех четырех типов углей. Она претерпела самые большие метаморфозы. Он имеет самое высокое содержание связанного углерода и наименьшее количество примесей. Он имеет самую высокую плотность энергии среди всех видов угля. Формирование антрацитового угля показано на рис. 1.

Рис. 1 Образование антрацитового угля

Антрацитовый уголь обычно встречается в старых геологических формациях, которые дольше всего находились под землей. Это самый редкий и наиболее зрелый уголь, на который приходится лишь около 1 % мировых запасов угля. Основные запасы антрацитового угля расположены в основном в Китае, Вьетнаме, Северной Корее, России, Украине и США.

Уголь, подвергающийся наибольшему давлению и нагреву, очень сжат и тверд. Следовательно, он обладает большим потенциалом для производства тепловой энергии по сравнению с более мягким, геологически «более новым» углем.

Антрацитовый уголь связан с сильно деформированными осадочными породами , которые подвергались более высокому давлению и температуре (но без метаморфических условий), точно так же, как битуминозный уголь обычно связан с менее деформированными или плоскими осадочными породами.

Обычно для добычи антрацитового угля из пластов антрацита, которые обычно залегают глубоко в земле, используются методы подземной добычи.

Некачественный уголь, выбрасываемый из антрацитовых угольных шахт, называется штыбом. Он имеет менее половины теплотворной способности добытого антрацита и более высокое содержание золы и влаги. Он очень часто используется в котлах с кипящим слоем (FBC).

Характеристики антрацитового угля

Антрацитовый уголь представляет собой плотную, чистую на ощупь твердую породу угольно-черного цвета. Обычно это неагломерирующий, не спекающийся и свободно горящий уголь, потому что при воспламенении он не коксуется, не расширяется и не сплавляется. Он имеет низкий процент золы и высокую температуру плавления золы. Температура воспламенения антрацитового угля составляет от 480°С до 500°С, поэтому вероятность его самовозгорания очень мала. Содержание влаги в свежедобытом антраците обычно не превышает 15 %.

Он отличается от битуминозного угля (i) большей твердостью (2,75–3 по шкале Мооса), (ii) более высокой относительной плотностью 1,3–1,4 и (iii) блеском, который часто бывает полуметаллическим с слегка коричневое отражение. Он имеет низкое значение индекса измельчения Hardgrove (HGI) и, следовательно, требует мало энергии для его измельчения. Он также не содержит мягких или волокнистых насечек и не пачкает пальцы при трении.

Антрацитовый уголь является наиболее хрупким из всех видов угля. Обычно он делится на два диапазона размеров. Это антрацитовая мелочь размером менее 10 мм и куски антрацита размером от 10 до 40 мм.

Уголь антрацит подразделяется на три сорта. Это (i) полуантрацит или стандартный сорт, (ii) антрацит или высший сорт и (iii) метаантрацит или сверхвысокий сорт. Полуантрацит имеет содержание углерода от 86 % до 92 % и содержание летучих веществ (ВМ) в диапазоне от 8 % до 14 %. Антрацит имеет содержание углерода от 92 % до 98 % и содержание ВМ в диапазоне от 2 % до 8 %, в то время как метаантрацит имеет содержание углерода более 98 % и содержание ВМ менее 2 %. И антрацит, и метаантрацит являются высшими сортами антрацитового угля. Эти марки представляют собой наиболее чистые формы угля, имеющие наибольшую степень углефикации, наибольшую углеродистость и энергоемкость и наименьшее количество примесей (влаги, золы и ВМ). Эти сорта тверже, чем уголь полуантрацитового сорта, и имеют более высокую относительную плотность. Химическая формула антрацита марки 94 % углерода – C240H90O4NS. В химическом отношении антрацит можно рассматривать как переходную стадию между обычным битуминозным углем и графитом, который практически не имеет летучих компонентов. Содержание водорода, азота и кислорода в антрацитовых углях составляет около 2 %, 1-2 % и 1 % соответственно. Кроме того, содержание серы в антрацитовом угле обычно очень низкое и составляет около 0,6%.

Уголь антрацит является наиболее метаморфизованным типом угля (но все еще представляет собой слабометаморфизованный уголь). Этот термин применяется к тем разновидностям угля, которые не выделяют паров смолы или других углеводородов при нагревании ниже точки их воспламенения. Антрацит с трудом воспламеняется и горит коротким голубым бездымным пламенем.

Пористость в угле состоит из микропор (менее 20 Ангстрем), мезопор (от 20 Ангстрем до 200 Ангстрем) и макропор (более 200 Ангстрем). Микропоры в основном составляют внутреннюю площадь поверхности, тогда как макропоры обеспечивают доступ к внутренним порам. Типичная пористость антрацитового угля находится в диапазоне от 5 % до 10 %.

Площадь поверхности угля измеряется по адсорбции двуокиси углерода или азота. Однако измеренная площадь зависит от конкретного используемого адсорбата из-за полярности и размера молекулы. Площадь поверхности антрацитового угля обычно превышает 100 квадратных метров на грамм угля.

В структуре антрацитового угля наблюдаются некоторые изменения за счет развития вторичных плоскостей деления и трещин, так что первоначальные линии расслоения не всегда хорошо видны. Теплопроводность также выше, поскольку кусок антрацита ощущается ощутимо холоднее, когда его держат в теплой руке, чем аналогичный кусок битуминозного угля при той же температуре.

Теплотворная способность антрацитового угля высокая и на влажной, не содержащей минеральных веществ основе обычно находится в диапазоне от 6200 ккал/кг до 7900 ккал/кг в зависимости от содержания углерода и ВМ. Он считается «не слипающимся» и свободно горящим, поскольку при воспламенении не «коксуется», не расширяется и не сплавляется. Это заблуждение, что антрацитовые угли имеют самую высокую теплотворную способность из-за их сорта. Наиболее высокой теплотворной способностью обладают битуминозные угли высшего сорта. При горении не образует копоти.

Антрацит считается самым чистым углем. При горении он производит очень горячее бледно-голубое пламя. Он производит больше тепла, чем многие другие угли. Уголь медленно горит и трудно воспламеняется из-за его высокой плотности. Низкое содержание серы и летучих веществ в антрацитовом угле делает его чрезвычайно чистым горящим топливом. Антрацитовый уголь практически не выделяет дыма и твердых частиц.

Сравнение антрацитового угля с другими видами угля представлено на рис. 2.

Рис. 2 Сравнение антрацитового угля с другими видами угля

Использование антрацитового угля 9000 3

Уголь антрацит обладает многими свойствами, это превосходный продукт по сравнению с обычным битуминозным углем. В основном использование антрацитового угля зависит от его качеств: (i) почти чистая форма углерода, (ii) его высокая теплотворная способность и (iii) чистые свойства горения, хотя последние два качества часто используются одновременно. .

Антрацитовый уголь используется в качестве экономичной замены кокса или угля в различных применениях металлургического угля в таких процессах, как спекание, гранулирование, вдувание пылевидного угля (ПУТ) в доменную печь, и даже в качестве прямой загрузки в доменную печь.