Свойства угля и его применение: Свойства и характеристики каменного угля

Содержание

Свойства и характеристики каменного угля – подробное описание

Каменный уголь – это природное ископаемое, которое образуется вследствие длительного метаморфизма растительных остатков. Свойства материала различны. Они зависят от стадии метаморфизма (степени углефикации), строения породы, особенностей месторождения и других факторов. Все они в свою очередь влияют на качество и способы применения полезного ископаемого.

На этой странице собраны все основные характеристики каменного угля. Перейдя по ссылкам, вы сможете прочитать подробно о каждом свойстве, методах их определения, практическом значении каждого параметра.

Итак, к свойствам каменного угля относят:

Зольность
Теплоту сгорания (удельную, низшую, высшую)
Влажность и влагоемкость
Спекаемость и коксовую способность
Выход летучих веществ
Теплоемкость (в том числе удельную)
Вспучиваемость
Показатель отражательной способности
Пористость
Плотность (действительную, кажущуюся, насыпную)
Электропроводность
Теплопроводность
Прочность
Трещиноватость
Дробимость
Хрупкость и вязкость
Твердость
Радиоактивность

Ниже мы коротко опишем каждое свойство.

Зольность

Зольность считается одной из самых важных характеристик каменного угля. Она показывает, какое количество золы (негорючих минеральных веществ) образуется после сгорания материала. Чем этих веществ больше, тем менее качественным считается уголь.

Это свойство важно для такой сферы использования полезного ископаемого как энергетика. Ведь каменный уголь чаще всего применяется как топливо в частых и промышленных котельных.

Подробнее вы можете прочитать в нашей статье Зольность каменного угля.

Теплота сгорания

Характеристика отображает количество энергии, выделяемое при полном сгорании массы угля. Теплота сгорания показывает, будет ли тот или иной вид угля эффективен в качестве топлива. Чем выше показатель, тем меньше нужно материала для отопления. Именно поэтому это свойство угля считается важнейшим для энергетической отрасли.

Выделяют показатель удельной, низшей и высшей теплоты сгорания.

Подробнее вы можете прочитать в нашей статье Теплота сгорания каменного угля.

Влажность и влагоемкость

Влажность показывает, какой процент воды содержится в каменном угле. Влага может располагаться на поверхности ископаемой породы, в микро- и макропорах, трещинах, капиллярах. При определении свойства учитывается вода, находящаяся в разных состояниях – свободном и связном. Последняя тесно переплетена с минеральным веществом ископаемой породы.

Влагоемкость – это свойство, отображающее общее содержание воды в угле в условиях его полного насыщения влагой. Практическое значение имеет показатель максимальной влагоемкости. Как и влажность, он определяется лабораторным путем.

Подробнее вы можете прочитать в нашей статье Влажность и влагоемкость каменного угля.

Спекаемость и коксовая способность

Каменный уголь может переходить в пластичное состояние без доступа воздуха и под воздействием высоких температур. Это свойство называется спекаемостью, или коксуемостью. Оно важно для такой отрасли как металлургия.

Подробнее вы можете прочитать в нашей статье Спекаемость и коксуемость каменного угля.

Выход летучих веществ

Это свойство показывает количество паро- и газообразных веществ, которое выделяется из каменного угля при нагревании образца без доступа воздуха. Характеристика зависит от степени метаморфизма материала и его петрографического состава. После выхода летучих веществ остается нелетучий остаток – зола из минеральных веществ. Ее также называют спекшимся коксом.

Данная характеристика влияет на применение угля – определяет область его использования. Кроме того, от нее зависят некоторые другие свойства породы: спекаемость и теплота сгорания.

Подробнее вы можете прочитать в нашей статье Выход летучих веществ каменного угля.

Теплоемкость

При определении теплоемкости каменному углю сообщают определенное количество теплоты, повышающей его температуру на один градус. Нужное для этого количество теплоты и есть показатель теплоемкости.

Отдельно принято выделять показатель удельной теплоемкости каменного угля. Он показывает количество теплоты, сообщаемое 1 кг полезного ископаемого.

Подробнее вы можете прочитать в нашей статье Теплоемкость каменного угля.

Вспучиваемость

Под вспучиваемостью понимают способность угля изменяться в объеме при нагревании образца до высоких температур. Зависит свойство в первую очередь от степени влажности материала и летучих веществ. Определяют характеристику в основном для коксующихся марок.

Подробнее вы можете прочитать в нашей статье Вспучиваемость каменного угля.

Показатель отражательной способности

Отражательная способность каменного угля вычисляется по такому компоненту материала как витринит. Это цементирующее вещество в породе, относится к макрокомпонентам. Способность витринита отражать световые лучи определяет степень метаморфизма углей. Чем выше показатель отражательной способности, тем старше уголь.

Подробнее вы можете прочитать в нашей статье Отражательная способность каменного угля.

Пористость

Пористость относят к механическим свойствам ископаемого угля. Она показывает суммарный объем всех пустот в материале. К ним относятся все поры и трещины в угле (открытые и закрытые).

Подробнее вы можете прочитать в нашей статье Пористость каменного угля.

Плотность

Плотность каменного угля бывает насыпной, действительной и кажущейся.

Насыпная плотность угля – это отношение массы породы к ее объему. Характеристика прежде всего нужна для того, чтобы переводить вес каменного угля в объем и обратно.

Действительная плотность показывает соотношение массы угля к его объему без учета пор. Если вычисляется отношение веса к общему объему породы с порами и трещинами, то это показатель кажущейся плотности.

Подробнее вы можете прочитать в нашей статье Плотность каменного угля.

Электропроводность

Электропроводность – теплофизическая характеристика материала, отображающая возможность каменного угля проводить электрический ток. На показатель оказывают влияние такие свойства ископаемого угля как влажность и зольность, а также степень метаморфизма и петрографический состав.

Подробнее вы можете прочитать в нашей статье Электропроводность каменного угля.

Теплопроводность

Это еще одна теплофизическая характеристика каменного угля. Она фиксирует способность угля проводить тепло. Зависит теплопроводность от плотности породы, степени ее метаморфизма, влажности и содержания в угле минеральных примесей.

Подробнее вы можете прочитать в нашей статье Теплопроводность каменного угля.

Прочность

Это свойство отображает устойчивость угля к механическому воздействию – ударам и истиранию. Зависит характеристика от петрографического состава породы, ее органической части и минеральных примесей.

Подробнее вы можете прочитать в нашей статье Прочность каменного угля.

Трещиноватость

Трещины в каменном угле могут появиться на разных этапах: в процессе метаморфизма, в результате тектонических сдвигов, выветривания, механического повреждения породы во время разработки месторождений и добычи. Концентрация трещин на единицу объема материала называется трещиноватостью. Она оказывает влияние на прочность угля, его дробимость и хрупкость.

Подробнее вы можете прочитать в нашей статье Трещиноватость каменного угля.

Дробимость

Дробимость – это еще одно механическое свойство угля. Оно показывает, с какой легкостью ископаемая порода дробится на более мелкие части. Другое название характеристики – измельчаемость каменного угля. Чем больше мелких частиц образуется, тем выше дробимость материала.

Подробнее вы можете прочитать в нашей статье Дробимость каменного угля.

Хрупкость и вязкость

Способность угля разрушаться при механическом воздействии без применения специальных приборов называется хрупкостью. Показатель увеличивается от бурого угля к каменному, а затем вновь уменьшается по направлению к антрациту.

Вязкость – это обратное хрупкости свойство. Оно во многом зависит от петрографического состава.

Подробнее вы можете прочитать в нашей статье Хрупкость и вязкость каменного угля.

Твердость

Под твердостью понимают способность угля оказывать сопротивление при давлении, проникновении в его толщу более твердого тела. Зависит показатель от концентрации атомов в молекуле ископаемой породы, а также от степени метаморфизма, содержания макрокомпонентов и зольности угля.

Подробнее вы можете прочитать в нашей статье Твердость каменного угля.

Радиоактивность

Радиоактивность в той или иной степени присуща всем материалам. Каменный уголь также способен излучать радиацию. Но бояться этой характеристики не стоит. Ведь свойство как раз и показывает уровень безопасности полезного ископаемого.

Радиоактивные элементы попадают в уголь на ранней стадии метаморфизма, поэтому они тесно связаны с его органической частью. Но с течением времени уровень радиации в материале сильно снижается, и уголь становится безопасным.

Подробнее вы можете прочитать в нашей статье Радиоактивность каменного угля.

О каждой характеристике каменного угля вы можете прочитать в наших вложенных статьях:

Теплоёмкость угля
- Удельная теплоёмкость каменного угля
Теплота сгорания (калорийность) каменного угля
- Низшая и высшая теплота сгорания каменного угля
- Удельная теплота сгорания каменного угля
Влажность и влагоемкость каменного угля
Вспучиваемость каменного угля
Выход летучих веществ каменного угля
Дробимость каменного угля
Зольность каменного угля
Отражательная способность каменного угля
Пористость каменного угля
Прочность каменного угля
Радиоактивность каменного угля
Спекаемость и коксуемость угля
Твёрдость каменного угля
Теплопроводность каменного угля
Трещиноватость каменного угля
Хрупкость и вязкость каменного угля
Электропроводность каменного угля

Уголь: польза и применение | Natura Vita

О таком компоненте, как уголь, знают все. Это идеальное средство для устранения неприятных последствий отравления, а также прекрасный косметический продукт, способствующий очищению кожи. Для упомянутых целей подходит не просто уголь, как продукт сгорания древесины — речь идет о специальном активированном угле. Он представляет собой вещество, полученное из древесного угля, каменноугольного или нефтяного кокса, а также скорлупы кокосовых орехов и некоторых других материалов. Для лечебных и косметических целей, как правило, существуют определенные марки, номера, модели угля, разрешенные для применения в медицине и косметологии.

В чём состоит польза угля, и как его можно применять?

Уголь является «пористым» веществом, то есть содержит огромное количество пор. Благодаря такой структуре уголь может похвастаться высокими адсорбционными способностями. Именно поэтому его используют в качестве очищающего средства для воды, организма или кожи.

Уголь способен нейтрализовать действие вредных токсинов, продуктов распада, ядов и остатков лекарственных препаратов. Выступая в роли сорбента, он выводит всё плохое из организма, поглощая канцерогенные вещества, в частности, токсические радионуклиды. Применять его, конечно же, не стоит бездумно. Как правило, он применяется в небольших дозах в детоксикационных целях, для стабилизации холестерина в крови, улучшения общего состояния при аллергии, диарее и многих других заболеваниях. При чрезмерном увлечении углем может нарушиться стабильный процесс всасывания полезных питательных веществ, жиров и витаминов в ЖКТ. Нередко передозировка активированным углем вызывает нарушение обмена веществ и приводит к «обеднению» организма.

В основном, принимая активированный уголь внутрь, можно надеяться только на его детокс-эффект. Поэтому степень его влияния на организм, как средства для похудения, вряд ли по эффекту будет соразмерным влиянию реальных жиросжигателей, а также интенсивных физических упражнений.

Одним из популярных способов применения активированного угля является его использование в качестве очищающего косметического средства. Как правило, его добавляют в маски для лица, способствующие вытягиванию излишка кожного сала из пор. Однако, это вещество в своём действии довольно сильное, поэтому применение средств на основе угля нередко приводит к сухости кожных покровов. В основном, угольная косметика подходит очень жирной коже. Тем не менее, уголь применим на коже других типов в случае присутствия акне, ведь он способен освободить кожу от загрязнений, шлаков, токсинов, помогает избавиться от высыпаний, связанных с деятельностью акне-бактерий или чрезмерного продуцирования кожного сала.

Помимо очищения организма, с помощью угля можно очищать питьевую воду. В обычных фильтрах (чайники с фильтрующим стаканом-насадкой) для воды используют очищающую насадку на основе этого пористого вещества. Его адсорбирующие способности действуют на благо чистоты воды — освобождают её от хлора, мутности, неприятного привкуса и запаха. Уголь убивает вредные микроорганизмы, освобождает водопроводную воду от содержащихся в ней тяжелых металлов, пестицидов и пластика. В дополнение к этому, уголь также минерализирует воду.

Уголь | Использование, типы, загрязнение и факты

битуминозный уголь

Смотреть все СМИ

Ключевые люди:: Э. Ф. Шумахер
Фридрих Флик
Уильям Стэнли Джевонс

Похожие темы:: добыча угля
использование угля
битуминозный уголь
полубитуминозный уголь
классификация угля

Просмотреть весь связанный контент →

История использования угля

В древние времена

Открытие использования огня помогло отличить людей от других животных. Первым топливом были в основном древесина (и полученный из нее древесный уголь), солома и высушенный навоз. Ссылки на раннее использование угля скудны. Аристотель говорил о «телах, в которых больше земли, чем дыма», и называл их «угольными субстанциями». (Следует отметить, что библейские ссылки на уголь относятся к древесному углю, а не к каменному углю.) Китайцы использовали уголь в коммерческих целях задолго до того, как он стал использоваться в Европе. Хотя достоверных данных нет, уголь из шахты Фушунь на северо-востоке Китая, возможно, использовался для выплавки меди еще в 1000 г. до н.э. Говорят, что камни, используемые в качестве топлива, производились в Китае во времена династии Хань (206 г. до н. э. – 220 г. н. э.).

Угольный пепел, найденный среди римских руин в Англии, свидетельствует о том, что римляне знали об использовании угля до 400 г. н.э. Первое документальное доказательство того, что уголь добывали в Европе, предоставил монах Рейньер из Льежа, который писал (около 1200 г.) о черной земле, очень похожей на древесный уголь, используемый мастерами по металлу. Многие упоминания о добыче угля в Англии и Шотландии, а также на европейском континенте стали появляться в трудах 13 века. Однако уголь использовался только в ограниченных масштабах до начала 18 века, когда Авраам Дарби из Англии и другие разработали методы использования в доменных печах и горнах кокса, сделанного из угля. Последовательные металлургические и инженерные разработки, в первую очередь изобретение Джеймсом Уаттом паровой машины, работающей на угле, породили почти ненасытный спрос на уголь.

В Новом Свете

До американской революции большая часть угля, используемого в американских колониях, поступала из Англии или Новой Шотландии. Однако нехватка военного времени и потребности производителей боеприпасов стимулировали небольшие американские угледобывающие предприятия, такие как в Вирджинии на реке Джеймс недалеко от Ричмонда. К началу 1830-х горнодобывающие компании появились вдоль рек Огайо, Иллинойс и Миссисипи, а также в районе Аппалачей. Как и в европейских странах, введение паровоза дало колоссальный импульс американской угольной промышленности. Продолжающееся расширение промышленной деятельности в США и Европе способствовало дальнейшему использованию угля.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.
Подпишитесь сейчас

Современное использование

Уголь как источник энергии

Уголь является богатым природным ресурсом, который можно использовать в качестве источника энергии, в качестве химического источника, из которого получают многочисленные синтетические соединения (например, красители, масла, воски, фармацевтические препараты). , и пестициды) могут быть получены и при производстве кокса для металлургических процессов. Уголь является основным источником энергии при производстве электроэнергии с использованием пара. Кроме того, при газификации и сжижении угля получают газообразное и жидкое топливо, которое можно легко транспортировать (например, по трубопроводу) и удобно хранить в резервуарах. После колоссального роста использования угля в начале 2000-х годов, который в основном был обусловлен ростом экономики Китая, мировое потребление угля достигло своего пика в 2012 году. С тех пор потребление угля неуклонно снижалось, что в значительной степени компенсировалось увеличением потребления природного газа.

Конверсия

В общем, уголь можно рассматривать как углеводород с дефицитом водорода с отношением водорода к углероду около 0,8 по сравнению с отношением жидких углеводородов около 2 (для пропана, этана, бутана и других форм природного газа). газ) и отношение газообразных углеводородов около 4 (для бензина). По этой причине любой процесс, используемый для преобразования угля в альтернативное топливо, должен включать водород (либо напрямую, либо в виде воды).

Газификация относится к преобразованию угля в смесь газов, включая монооксид углерода, водород, метан и другие углеводороды, в зависимости от соответствующих условий. Газификация может осуществляться либо на месте, либо на перерабатывающих предприятиях. Газификация на месте осуществляется путем контролируемого неполного сжигания угольного пласта под землей с добавлением воздуха и пара. Газы удаляются и могут сжигаться для производства тепла или электроэнергии, или они могут использоваться в качестве синтез-газа при непрямом сжижении или производстве химикатов.

Сжижение угля, т. е. любой процесс превращения угля в жидкие продукты, напоминающие сырую нефть, может быть прямым или непрямым (т. е. с использованием газообразных продуктов, полученных при разрушении химической структуры угля). Для сжижения используются четыре основных метода: (1) пиролиз и гидрокарбонатизация (уголь нагревают в отсутствие воздуха или в токе водорода), (2) экстракция растворителем (угольные углеводороды выборочно растворяются и добавляется водород для получения желаемого продукта). жидкости), 3) каталитическое сжижение (гидрирование происходит в присутствии катализатора, например хлорида цинка) и 4) непрямое сжижение (монооксид углерода и водород объединяют в присутствии катализатора).