Свойства угля и его применение: Свойства и характеристики каменного угля – подробное описание

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

Ископаемый уголь | ИРКИПЕДИЯ — портал Иркутской области: знания и новости

Ископаемый уголь: происхождение, cостав, классификация, применение.

Ископаемый уголь, один из самых распространенных видов полезных ископаемых (суммарные мировые запасы на несколько порядков превосходят запасы нефти и газа) – это продукт постепенного изменения в течение геологических периодов больших скоплений разного рода органических остатков, главным образом растительных. Встречается в пластовом залегании, переслаиваясь с глинами, песчаниками и другими породами. Мощность пластов колеблется от долей сантиметра до нескольких метров.

Попытки раскрыть тайну происхождения и состава ископаемого угля предпринимались уже в древности. Аристотель упоминает о горючих ископаемых «имеющих больше от земли, чем от дыма, и называемых углеподобными веществами», сравнивая ископаемые угли с углем древесным, который в его время широко использовался для выплавки металла. «Отец ботаники» Теофраст более подробно описывает уголь, как горючий камень, напоминающий древесный уголь и «самоопустошающийся» при горении, т.е. превращающийся в зольный остаток в результате выгорания органических частей. В средние века ископаемыми углями заинтересовались алхимики, проводившие в поисках чудодейственных соединений огромное количество всевозможных опытов над минералами, которые легли в основу развития химической науки. Впрочем, в тот период считалось, что ископаемый уголь, так же, как и другие горные породы существовал в неизменном виде с сотворения мира, и вопрос о его происхождении даже не обсуждался. В 1763 году М.В. Ломоносов в своем труде «О слоях земных» высказал гипотезу о происхождении каменного угля из первобытных торфяников под действием подземного огня. Но даже в начале XIX века многие ученые предполагали неорганическое происхождение торфа и угля. В дальнейшем опытным путем было доказано, что при сгорании и уголь, и древесина выделяют сходный состав веществ, сходен состав и остающейся золы, из чего сделан вывод, что ископаемый уголь представляет собой остатки растительности. Микроскопические исследования позволили установить, что каменный уголь содержит те же составные части, что и торф. В их однородной массе четко атрибутируются растительные частицы. Иногда в почве укольного пласта даже невооруженным взглядом можно обнаружить остатки растений и древесной коры.

Согласно современной биогенной теории, твердые топлива образуются в результате синтеза из продуктов разложения растительных остатков за счет жизнедеятельности микроорганизмов. Их образование начинается с накопления отмершей растительности. При недостатке влажности вся она постепенно перегнивает, образуя богатую перегноем лесную почву. Но при высоком уровне грунтовых вод затрудняется, а то и вовсе прекращается доступ кислорода, что замедляет процесс гниения. Отмершие растения постепенно накапливаются толстым сплошным слоем. Такие скопления называются торфяниками^[1].

Растительные остатки, попавшие в торфяник, с течением времени подвергаются постепенным изменениям под влиянием анаэробных бактерий – микроорганизмов, способных существовать без доступа воздуха. Процесс разложения сопровождается выделением воды и газообразных продуктов, прежде всего – метана, который богат водородом. В результате торф обогащается углеродом – основным составным элементом ископаемых углей^[2].

Немаловажную роль в образовании углей имеют геологические факторы. Слои земной коры под влиянием внутренних сил находятся в непрерывном движении: одни участки опускаются, другие поднимаются. Меняется направление движения, его скорость. Зачастую колебания сопровождаются изгибом слоев, их разломами, смещениями, землетрясениями. Если участок, на котором происходит торфонакопление, станет погружаться со скоростью меньшей, нежели скорость нарастания торфяника, то его накопление будет продолжаться до тех пор, пока сохраняются условия для развития растительности. При этом конечная мощность торфяного слоя может достигать нескольких десятков и даже сотен метров. Рано или поздно скорость погружения местности превысит скорость естественного прироста торфяника. Опустившийся участок земной коры будет залит водой. С гибелью наземной растительности прекратится процесс торфонакопления, а уже образовавшийся торфяник начнет перекрываться песчано-глинистыми осадками вновь возникшего водоема и в результате окажется погребенным под толщей осадков на многие десятки и сотни метров^[3].

В случае если рассматриваемый участок вновь поднимется, на нем опять разовьется наземная растительность и опять начнется процесс торфонакопления. При возобновлении опускания местности второй слой также окажется под осадочной толщей наступающего моря или временно образующегося озера. Таким образом возникнет целая свита торфяных пластов, залегающих друг над другом^[4].

Степень превращения исходных биогенных материалов в результате углеобразования в твердые топлива характеризуется т.н. степенью углефикации (метаморфизма), которая определяется средним содержанием углерода в топливе. По возрастанию степени углефикации выстраивается следующий генетический ряд: торф (58-62%) – бурые угли (67-75%) – каменные угли 76-92%) – антрацит (93-96%).

На платформах садки долгое время сохраняют свое горизонтальное положение и мало меняют свои свойства. В геосинклинальных областях (на окраинах платформ или между двумя платформами) где нет мощного основания, сложенного гнейсами, гранитами и другими прочными породами, происходят интенсивные тектонические движения и магматические процессы, деформация горных пород. Осадки, погрузившись на огромные глубины, на длительное время оказываются под действием большого давления. Так, на глубине 5-6 км давление верхних слоев достигает 1400 атмосфер, а на глубине 10 км – не менее 2500-3000 атмосфер. Торф уплотняется в 3-4 раза, теряет значительную часть влаги и превращается в темно-бурое вещество, утратившее свою первоначальную структуру – бурый уголь, который является уже гораздо более ценным топливом, но содержит еще много соединений кислорода, в частности, гуминовые кислоты, которые сильно снижают его теплотворную способность, которая в лучших сортах составляет всего 6000-6500 кал. Выход летучих веществ при горении (их будет тем больше, чем больше содержалось в угле кислорода и водорода) очень высок 40-48 %, что очень близко к древесному топливу.

При дальнейшем погружении слоев осадочных пород с пластами уже сформировавшегося бурого угля давление будет продолжать увеличиваться, прибавится температурное воздействие. Геотермический градиент составляет в среднем около 3 градусов (от 0,7 до 15 градусов в разных участках земли) на каждые 100 метров. По расчетным данным на глубине 10 км температура должна составлять около 300 градусов^[5]. В результате сложных химических превращений, сопряженных с отщеплением метана, углекислоты и влаги, бурый уголь постепенно обогатится углеродом, уплотнится, приобретет черный цвет и станет каменным углем. Каменные угли представляют собой неоднородные твердые вещества черного или черно-серого цвета, включающие четыре типа макроинградиентов, различающихся по блеску, внешнему виду и составу: блестящий (витрен), полублестящий (кларен), матовый (дюрен), волнистый (фюзен). Их соотношение характеризует структуру, химический и минералогический состав и обусловливает их многообразие и различие свойств.

Важнейшими характеристиками каменных углей, от которых зависят возможность и эффективность их использования, являются зольность, влажность, сернистость, выход летучих веществ, а для углей, применяемых в качестве сырья для термохимической переработки, также спекаемость и коксуемость^[6].

При дальнейшем метаморфизме вещество угля продолжает терять кислород и в меньшей степени водород и проходит следующие последовательные стадии, сопровождающиеся сокращением выхода летучих веществ и увеличением теплотворной способности:

1.  Длиннопламенные угли. Высокое содержание водорода и кислорода обуславливает большой выход летучих веществ (более 42 %), дающих при горении длинное пламя. Теплотворная способность составляет уже 7650-8100 кал.

2. Газовые угли. При перегонке дают много газообразных продуктов. При нагревании без доступа воздуха или горении начинают слегка плавиться или спекаться. Получается пористая масса – кокс, важнейшее металлургическое топливо. Выход летучих веществ падает до 35 %. Теплотворная способность 7900-8300 кал.

3. Паровично-жирные угли. Особенно сильно проявляется способность спекаться. Но значительный выход летучих веществ (26-35 %) не позволяет получать прочный кокс. Содержание кислорода еще более снижено, поэтому теплотворная способность достигает 8300-8700 кал.

4. Коксовые угли. Характеризуются меньшей спекаемостью, но более низкий выход летучих веществ (18-26 %) позволяет получить качественный кокс. Теплотворная способность при низком содержании кислорода, но при достаточно большом содержании водорода, достигает наибольшей величины (8400-8750 кал.)

5. Паровично-спекающиеся угли. Падение содержания водорода приводит к быстрому снижению выхода летучих веществ (12-18 %), незначительному падению теплотворной способности (8450-8720 кал.) и потере спекаемости.

6. Тощие угли утрачивают способность спекаться, дают выход летучих веществ менее 17 % и 8300-8720 кал. тепла.

7. Антрациты – последняя стадия метаморфизма углей. Прекрасное бездымное топливо. Выход летучих веществ от 2 до 8 % и теплотворная способность от 8100 до 8400 кал.^[7]

На качество и состав ископаемых углей влияет также исходный для углеобразования материал. В зависимости от него можно выделить три группы.

1. Гумусовые (гумолиты) формируются из торфа, образованного остатками высших наземных растений.

2. Сапропелевые (сапропелиты) — из сапропеля (от греч. saprόs pelόs – гниющий ил), образовавшегося в процессе анаэробного разложения низших растений и отмерших водных животных и микроорганизмов. Сами по себе определенные типы сапропелей используются в бальнеологической практике, являясь лечебными грязями. Сапропелевые угли обладают очень высокой теплотворной способностью (до 9500 кал. при содержании водорода до 9 % и выходе летучих веществ до 80 %)^[8]. Образуют маломощные прослойки (линзы) в пластах слабометаморфизированных гумолитов. Самостоятельные пласты встречаются редко. В нашей стране известны в Подмосковном и Иркутском бассейнах, а также в некоторых буроугольных месторождениях. Самыми чистыми сапропелевыми углями с наименьшим количеством минеральных и гумусовых примесей являются богхеды – матовые, без всякой слоистости, с характерным матовым изломом.

3. Сапрогумолиты образуются в результате привноса ветром и водой остатков высших растений, представляют собой переходную форму между гумолитом и сапропелитом^[9].

Возраст ископаемых углей определяется в зависимости от возраста осадочных пород, среди которых они находятся. Геологическая история Земли с начала возникновения на ней жизни делится на три эры: палеозойская (древняя, началась ок. 570 млн. лет от современности, продолжительность, по разным данным, ок. 320-340 млн лет), мезозойская (средняя, продолжительность примерно 160-170 млн лет), кайнозойская (новая, 60-70 млн лет)^[10]. Они в свою очередь делятся на периоды:

Палеозой – кембрийский, ордовикский, силурийский, девонский, каменноугольный (карбон), пермский

Мезозой – триасовый, юрский, меловой

Кайнозой – третичный, четвертичный (антропогеновый).

Первые угли образовались в девонский период, примерно 300 миллионов лет назад с появлением первых наземных растений в прибрежных частях водоемов. Они имеют крайне ограниченное распространение и запасы их составляют не более 0,002% от выявленных мировых запасов угля.

Наибольшее число углей на земном шаре образовалось в карбоновый период, что в переводе означает «каменноугольный». По некоторым данным, запасы каменноугольного периода составляют около 24% от общих мировых. На территориях современной Европы интенсивно развивается растительность: гигантские папоротники и плауны.

Пермский период (примерно 22% мировых запасов) получил наименование от названия города Перми, где его осадки наиболее широко развиты.

Мощная волна горообразующих процессов, изменения климата, осушение многих водных резервуаров не способствовали угленакоплению в триасовом периоде (0,5% от мировых запасов)

Юрский период также сравнительно беден углями (ок. 4%). К нему относятся месторождения Сибири, Якутии, Средней Азии и Кавказа, образовавшиеся около 150 миллионов лет назад. Наиболее крупные залежи юрских углей располагаются почти непрерывной полосой вдоль Сибирской железнодорожной магистрали и относятся к Канско-Ачинскому и Иркутскому бассейнам.

К концу мелового периода сформировались большинство современных горных цепей, обновился органический мир, появились новые формы растительности, которые позволили в третичном периоде возобновиться мощным процессам угленакопления. Это привело к тому, что запасы третичных углей составляют более половины общемировых запасов^[11].

Процессы углеобразования на Земле не закончились и поныне, продолжается интенсивное торфонакопление, превосходящее многие прошедшие геологические периоды.

С точки зрения хозяйственного применения ископаемые угли делятся на энергетические (при сжигании дают энергию паровым машинам и тепловую энергию для обогрева помещений) и технологические (используются в химическом производстве, металлургии)

Систематизация и классификация огромного разнообразия ископаемых углей в виду сложности их состава и физико-химических свойств является одной из важнейших теоретических проблем. Ее решение дает возможность объективной оценки ресурсов, выбора оптимального способа угледобычи и рационального использования сырья в различных технологических процессах. К настоящему времени разработан целый ряд генетических классификаций различного типа. Естественная классификация Г.Л. Стадникова основана на различиях в происхождении углей (сапропелиты, гумусовые, сапропелито-гумусовые, гумусово-сапропелитовые) и химических изменениях в различные стадии превращений (торфы, бурые угли, каменные угли).

Существуют классификации (С.М. Григорьева, Н.М. Караваева, В.И. Забавина), основанные на элементном составе и отражающие соотношение углерода, водорода и кислорода. Они, как правило, изображаются в виде диаграмм и служат ценной информативной базой для разработки классификаций промышленных, т.к. в основе своей имеют не случайные признаки, а природу угольного пласта.

В СССР с 1940-х гг. технологические классификации разрабатывались применительно к отдельным бассейнам и месторождениям. Бассейновые классификации утверждались в качестве общесоюзных стандартов (ГОСТов) и действовали на протяжении 50 лет – с 1941 по 1991 гг.

Огромный фактический материал, накопленный в результате многолетних исследований состава и свойств углей, позволил в 1976 году начать разработку единой промышленно-генетической классификации, которая характеризовала бы всё разнообразие углей по составу и свойствам и увязывала их с возможностью промышленного использования в энергетике, металлургической, химической и других отраслях. В основу были положены генетические параметры, характеризующие стадию метаморфизма, петрографический состав и степень восстановленности бурых, каменных глей и антрацитов. Позже генетические параметры были дополнены рядом технологических показателей. Все угли были разделены на виды: бурые, каменные и антрациты, — в зависимости от среднего показателя отражения витринита, высшей теплоты сгорания на влажное беззольное состояние и выхода летучих веществ на сухое беззольное состояние. Кроме того, выделялись классы, категории, типы, подтипы, марки, группы и подгруппы на основе характерных общих признаков, отражающих генетические особенности и технологические свойства^[12]. Проект был утвержден в виде ГОСТ 25543-82 и в течение пяти лет прошел апробирование во всех угольных бассейнах страны, показав свою эффективность и рациональность.

Итогом работы стало создание новой единой классификации (ГОСТ 25543-88) «Угли бурые, каменные и антрациты. Классификация по генетическим и технологическим параметрам», утвержденной Постановлением Госстандарта СССР 1 января 1990 года и действующей поныне в качестве межгосударственного стандарта на территории СНГ. Все действовавшие до того времени бассейновые классификации отменялись. Ископаемые угли подразделялись по видам, генетическим и технологическим параметрам. По их совокупности уголь обозначался семизначным кодовым числом, составленным из номеров его класса, категории, типа и подтипа и отражающим основные особенности его состава и технологических свойств. Всего выделялось 17 марок, из которых одна для бурых углей (Б), одна для антрацитов (А) и 15 для каменных углей: длиннопламенные (Д), длиннопламенные газовые (ДГ), газовые (Г), газовые жирные отощённые (ГЖО), газовые жирные (ГЖ), жирные (Ж), коксовые жирные (КЖ), коксовые (К), коксовые отощённые (КО), коксовые слобоспекающиеся низкометаморфизованные (КСН), коксовые слабоспекающиеся (КС), отощённые спекающиеся (ОС), тощие спекающиеся (ТС), слабоспекающиеся (СС), тощие (Т). Марки в свою очередь подразделяются на технологические группы и подгруппы^[13]. Единая классификация ГОСТ 25543-88 охватывает все выявленные к настоящему времени сочетания кодовых номеров для марок, групп и подгрупп углей. Вместе с тем, принятая структура классификации обеспечивает возможность включать в нее неограниченное количество новых кодов.

Практически одновременно в ряде стран, в том числе и в России проводились исследования, направленные на разработку международной классификации углей. В результате была создана Международная система кодификации, а на ее основе – ГОСТ 30313-95 «Угли каменные и антрациты (угли среднего и высокого рангов). Кодификация», распространяющийся на каменные угли и антрациты в их естественном залегании, а также на товарную продукцию шахт, разрезов, обогатительных фабрик, сортировок и др. предприятий и устанавливающий кодовую систему показателей качества^[14].

Для бурых углей была разработана особая система кодификации ГОСТ 26663-90 «Угли бурые (угли низкого ранга). Кодификация». Область применения стандарта – разведываемые и разрабатываемые угольные пласты, необогащенные и обогащенные угли и угольные смеси.

Комплексная оценка углей на основе единых стандартов позволяет решать вопросы повышения эффективности использования углей в традиционной сфере для производства электроэнергии и тепла, обосновывая оптимальный выбор типов топочных устройств и режимов сгорания углей различных категорий, а также в различных направлениях нетопливного (технологического) использования для получения металлургического кокса и химического сырья.

На заре становления современной металлургической промышленности для производства чугуна просто нагревали железную руду в кузнечном горне. Но недостаточно высокая температура горения не позволяла полностью расплавить все железо, заключенное в руде. Для ее повышения обкладывали кузнечный горн камнями, которые, раскалялись, становились дополнительным источником жара. Еще позднее стали строить специальные каменные кучи, в которые загружались руда и уголь. Однако при горении угля выделялись смолистые летучие вещества, которые закупоривали отверстия между глеем и рудой, не позволяя углю гореть. Был сделан вывод о необходимости предварительного удаления из угля летучих веществ, которые образуют смолу. Без них уголь превращается в кокс – топливо с очень высокой теплотворной способностью, не дающее дыма и копоти, твердое и прочное в достаточной мере, чтобы не раздавливаться тяжелой рудой, не давать мелкой крошки и мусора, забивающих огонь, пористое строение которого облегчает прохождение сквозь него газов и воздуха и улучшает горение. Кокс получали в специальных печах, в которых загруженный уголь непрерывно нагревался, высыхал и начинал разлагаться, теряя пары жидких продуктов, после чего спекался в сплошной массив. Спекание – важнейший показатель при классификации углей.

В XIX веке были созданы коксовые печи с улавливанием летучих продуктов. Получаемый газ имел неприятный запах, был горюч, давал ярко светящееся пламя и мог быть использован для освещения и обогрева. К 1803 году английскому промышленнику Мэтью Болтону удалось осветить угольным газом завод, выпускавший паровые машины инженера Джеймса Уатта.

Однако первые попытки бытового использования светильного газа вызвали резкий отпор в обществе. Вальтер Скотт писал в своем письме: «Один сумасшедший предлагает осветить Лондон, — чем бы вы думали? Представьте себе – дымом!» Утверждалось, что «излучения светильного газа вредны, что освещенные улицы побудят людей оставаться поздно на воздухе и будут способствовать простудным заболеваниям… Что при освещении улиц у людей разовьется страх перед темнотой, усилятся пьянство и развращенность, увеличится число краж». Муниципалитет Кельна вынес решение, что «ночное освещение улиц противно божеским законам, ибо господь не для того создал мрак ночи, чтобы человек нарушил его» и на этом основании запретил постройку газового завода^[15]. Созданное в 1809 году для освещения лондонских улиц акционерное общество через короткое время лопнуло. И первые газовые фонари появились в Лондоне только в 1814-м, в Берлине и Ганновере – в 1826-м.^[16] А к середине века газовое освещение в виду его экономичности и удобства уже завоевало всеобщую популярность. Фонари были установлены во всех крупнейших городах мира. И даже после появления электрической лампочки, каменноугольный газ сохранил свои позиции как один из наиболее удобных и выгодных видов топлива.

В целом, максимальная доля углей в мировом энергетическом балансе пришлась на 1913 год и составила 93 %. Впоследствии наблюдается тенденция к стремительному ее сокращению из-за  всё большего использования более эффективных видов энергетических ресурсов, таких как нефть, газ, гидро- и атомная энергия: к 1950-му году снизилась до 56% и к 1985-му – до 29%.

Одновременно развивались технологии химического использования угольного газа. Разделить его на составляющие оказалось очень несложно. При охлаждении все они переходят в жидкое состояние не одновременно: тяжелые углеводороды при температуре -103 градуса, метан – 161, кислород – 183, окись углерода – 190, азот – 196. Оставшийся газообразный водород удаляется, после чего смесь опять нагревают и собирают газы по мере их поэтапного испарения. Дальнейшее использование весьма разнообразно: из водорода получают аммиак (для производства азотных удобрений, азотной кислоты), из метана синтезируется ацетилен (служит для получения уксусной кислоты, синтетического каучука).

Для безопасного и эффективного использования каменноугольного газа, из него удаляются пары вредных веществ: аммиака, сероводорода, циана и др. Уже в ХХ веке были разработаны технологии освобождения газа от сероводорода и извлечения из последнего серы, из которой в свою очередь изготавливались ядохимикаты и ряд лекарственных средств.

Из углей научились получать карбиды кальция и кремния, термоантрацит, термографит, катодные блоки, электроды, углещелочные реагенты, гуминовые кислоты, азотистые удобрения, ароматические углеводороды, фармацевтические препараты, красители, синтетические волокна, пластмассы, более транспортабельное и ценное искусственное моторное топливо^[17]. Отходы добычи и обогащения угля применяются как сырье для получения различных видов строительных материалов, топливосодержащих добавок, керамических изделий, раскислителей, абразивов, материала для закладки выработанных пространств, рекультивации земель, являются источником получения серы и глинозема. Продукция углехимической промышленности насчитывает около 200 наименований. И в связи с истощением мировых запасов нефти и газа ее развитие в современных условиях становится особенно актуально.

Читайте в Иркипедии:

1. Ископаемый уголь (ч. 2)
2. Ископаемый уголь (ч. 3)
3. Использование угля
4. Недра Иркутской области
5. Полезные ископаемые в Иркутской области

Примечания

[1] Тыжнов А. В. Ископаемые угли. — М.: Государственное научно-техническое издательство по геологии и охране недр, 1954. — С. 11

[2] Там же. — С. 13

[3] Там же. — С. 14-16

[4] Там же. — С. 17-20

[5] Там же. — С. 24

[6] Соколов Р.С. Химическая технология. Т. 2: Металлургические процессы. Переработка химического топлива. Производство органических веществ и полимерных материалов. Учеб. пособие. — М., Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 2000. — С.156-157

[7] Тыжнов А.В. Указ. соч. — С. 26-29

[8] Горная энциклопедия. — Т. 5. — М., Изд-во «Советская энциклопедия», 1991. — С.222

[9] Горная энциклопедия. — Т. 4. — М., Изд-во «Советская энциклопедия», 1989. — С.449-450

[10] Геологический словарь. — Т. 1-2. — М: Изд-во «Недра», 1973

[11] Тыжнов А.В. Указ. соч. — С. 38-40

[12] Броновец Т.М. и др. Состояние работ по классификации и кодификации ископаемых углей // Состояние и перспективы комплексного использования твердых горючих ископаемых (Юбилейный сборник трудов ИГИ). — М.: «НТК Трек», 2011. — С.35-38

[13] Горная энциклопедия. — Т. 5. 1991. — С.229

[14] Броновец Т.М. и др. Указ. соч. — С. 41-42.

[15] Васильков И., Цейтлин М. Солнечный камень. — М.-Л.: Углетехиздат, 1951. — Ч. 1. — С. 219-220

[16] Промышленность и техника. Энциклопедия промышленных знаний. — Т. 7. Обработка камней и земель. Технология химических производств. — СПб.: Типо-литография т-ва «Просвещение», [1904]. — С. 504

[17] Горная энциклопедия. — Т. 5.  —1991. — С.227.

Свойства, образование, возникновение и использование

кусок угля, изолированный на белом фоне

Уголь представляет собой необломочную осадочную породу. Они представляют собой окаменевшие остатки растений огнеопасно-черных и коричневато-черных тонов. Его основным элементом является углерод, но он также может содержать различные элементы, такие как водород, сера и кислород. В отличие от угольных минералов он не имеет фиксированного химического состава и кристаллической структуры. В зависимости от вида растительного сырья, разной степени карбонизации и наличия примесей образуются разные виды угля. Есть 4 признанных разновидности. Бурый уголь является самым низким сортом, самым мягким и наименее обугленным. Суббитуминозный уголь имеет цвет от темно-коричневого до черного. Битуминозный уголь является наиболее распространенным и часто сжигается для производства тепла. Антрацит – уголь высшей пробы и наиболее метаморфизованная форма угля. Он содержит самый высокий процент углерода с низким уровнем выбросов и был бы идеальным топливом, если бы не сравнительно меньше.

Уголь в основном используется в качестве топлива. Уголь использовался на протяжении тысячелетий, но его реальное использование началось с изобретения паровых двигателей после промышленной революции. Уголь обеспечивает две пятых производства электроэнергии во всем мире, а уголь используется в качестве основного топлива на предприятиях по производству чугуна и стали.

Имя происхождение : Первоначально слово имело древнеанглийскую форму col от протогерманского *kula(n), которое предположительно происходит от протоиндоевропейского корня *g(e)u-lo — «живой уголь».

Цвет: Черный и коричневатый черный

Твердость: C Vingable

Размер зерна: мелкозернистые

Группа : не кластичная осадочная порода

Классификация угля

В геологических процессах. мертвый биотический материал с течением времени при благоприятных условиях степень или порядок метаморфизации последовательно возрастают следующим образом:

бурый уголь , самый низкий уровень угля, наиболее вредный для здоровья, используется почти исключительно в качестве топлива для производства электроэнергии

Джет , компактная форма лигнита, иногда полированная; Верхний палеолит Нижний битуминозный уголь, свойства которого колеблются от свойств лигнита до битуминозного угля, использовался в основном как поделочный камень, поскольку он использовался в качестве топлива для пароэлектроэнергетики.

Битуминозный Уголь , плотная осадочная порода, обычно черная, но иногда темно-коричневая, часто с четко выраженными полосами блестящего и матового материала. Он в основном используется в качестве топлива при производстве пароэлектрической энергии и в производстве кокса. В Великобритании он известен как энергетический уголь и исторически использовался для поднятия пара в паровозах и кораблях.

Антрацит , высший сорт угля, представляет собой более твердый блестящий черный уголь, используемый в основном для отопления жилых и коммерческих помещений.

Графит трудно воспламеняется и обычно не используется в качестве топлива; чаще всего он используется в карандашах или порошке для смазки.

Канальный уголь (иногда называемый «световой уголь») представляет собой разновидность мелкозернистого высококачественного угля, состоящего в основном из липтинита со значительным содержанием водорода.

Существует несколько международных стандартов для угля. Классификация угля обычно основана на содержании летучих веществ. Но наиболее важным отличием является энергетический уголь (также известный как энергетический уголь), который сжигается для выработки электроэнергии с помощью пара; и металлургический уголь (также известный как коксующийся уголь), который сжигается при высокой температуре для производства стали.

Состав угля

Состав угля можно проанализировать двумя способами. Первый отчет представляет собой тщательный анализ (влага, летучие вещества, связанный углерод и зола) или окончательный анализ (зола, углерод, водород, азот, кислород и сера). Типичный битуминозный уголь может иметь окончательный анализ на сухую беззольную основу с содержанием углерода 84,4%, водорода 5,4%, 6

ASH COMPOSİTİON, WEİGHT PERCENT
SiO 2	20-40
Al 2 O 3	10-35
Fe 2 O 3	5-35
CaO	1-20
MgO	0. 3-4
TiO 2	0.5-2.5
Na 2 O & K 2 O	1-4
SO 3	0.1-12

Coal Formation

The process of turning dead превращение в уголь называется углефикацией. В геологическом прошлом в различных регионах были низкие заболоченные земли и густые леса. Мертвая растительность в этих районах, как правило, начала биоразлагаться и трансформироваться под действием грязи и кислой воды.

Это задержало углерод в огромных торфяных болотах, которые в конечном итоге были глубоко погребены под отложениями. Затем, в течение миллионов лет, тепло и давление глубокого захоронения вызвали потерю воды, метана и углекислого газа и увеличение содержания углерода.

Марка добываемого угля зависела от максимального достигнутого давления и температуры; Бурый уголь (также называемый «бурым углем») и полубитуминозный уголь, битуминозный уголь или антрацит (также называемый «каменный уголь» или «каменный уголь»), добытые в относительно мягких условиях, получают при повышении температуры и давления.

Среди факторов, влияющих на обугливание, гораздо важнее температура, чем давление или время захоронения. Суббитуминозный уголь может образовываться при температуре от 35 до 80 ° C (от 95 до 176 ° F), в то время как для антрацита требуется температура не менее 180–245 ° C (от 356 до 473 ° F).

Хотя уголь известен в большинстве геологических периодов, 90 % всех угольных месторождений образовались в каменноугольный и пермский периоды, что составляет лишь 2 % геологической истории Земли.

Возникновение

Уголь является распространенным источником энергии и химических веществ. Наземные растения, необходимые для разработки углей, не были многочисленны до каменноугольного периода (358,9–298,9 млн лет назад), крупные осадочные бассейны, содержащие породы каменноугольного возраста и моложе, известны почти на всех континентах, включая Антарктиду. Наличие крупных месторождений угля в районах с нынешним арктическим или субарктическим климатом (таких как Аляска и Сибирь) обусловлено климатическими изменениями и тектоническими движениями плит земной коры, которые перемещали более древние континентальные массы по поверхности Земли, иногда через субтропики и даже тропики. . регионы. В некоторых районах (таких как Гренландия и большая часть северной Канады) не хватает угля, потому что найденные там породы предшествуют каменноугольному периоду, и в этих регионах, известных как континентальные щиты, отсутствует обильная наземная растительность, необходимая для образования крупных месторождений угля.

Характеристики и свойства угля

Многие свойства угля зависят от таких факторов, как его состав и наличие минерального вещества. Для изучения свойств угля были разработаны различные методы. Это рентгеноструктурный анализ, сканирующая и просвечивающая электронная микроскопия, инфракрасная спектрофотометрия, масс-спектроскопия, газовая хроматография, термический анализ, а также электрические, термические анализы, электрические, оптические и магнитные измерения.

Интенсивность

Знание физических свойств угля важно при подготовке и использовании угля. Например, плотность угля колеблется от примерно 1,1 до примерно 1,5 мегаграммов на кубический метр или граммов на кубический сантиметр. Уголь немного плотнее воды и значительно менее плотен, чем большинство горных пород и минеральных веществ. Различия в плотности позволяют улучшить качество угля за счет удаления большей части горной породы и частиц, богатых сульфидами, путем отделения тяжелой жидкости.

Пористость

Плотность угля частично контролируется наличием пор, которые сохраняются в процессе обугливания. Размеры пор и их распределение трудно измерить; однако поры, по-видимому, имеют три диапазона размеров:

(1) макропоры (диаметр более 50 нанометров),

(2) мезопоры (диаметром от 2 до 50 нанометров) и

(3) микропоры (диаметр менее 2 нм).

(Один нанометр равен 10−9 метрам.) Большая часть эффективной площади поверхности угля — около 200 квадратных метров на грамм — находится в порах угля, а не на внешней поверхности куска угля. Наличие порового пространства важно при производстве кокса, газификации, сжижении и производстве углерода с большой площадью поверхности для очистки воды и газов. По соображениям безопасности поры угля могут содержать значительные количества адсорбированного метана, который может выделяться при добыче полезных ископаемых и образовывать с воздухом взрывоопасные смеси. Риск взрыва можно уменьшить за счет адекватной вентиляции или предварительного удаления метана угольных пластов во время добычи.

Отражательная способность

Важным свойством угля является его отражательная способность (или отражательная способность), то есть способность отражать свет. Отражательную способность измеряют, освещая монохроматическим световым лучом (с длиной волны 546 нанометров) полированную поверхность мацералов витринита в образце древесного угля и измеряя процент отраженного света с помощью фотометра. Витринит используется, так как его отражательная способность постепенно меняется с увеличением степени. Отражения фузинита очень высоки из-за его угольного происхождения, а липтиниты имеют тенденцию исчезать с увеличением степени. Хотя отражается очень небольшая часть падающего света (от нескольких десятых долей процента до 12 процентов), значение увеличивается с увеличением градуса и может использоваться для классификации большинства углей без измерения процентного содержания летучих веществ.

Другие свойства

Другие свойства, такие как твердость, измельчаемость, температура плавления золы и индекс свободного набухания (визуальное измерение степени набухания, которое происходит при нагревании образца угля в закрытом тигле), могут влиять на добычу и подготовку угля . а также способ использования угля. Твердость и измельчаемость определяют типы оборудования, используемого для добычи, дробления и измельчения, в дополнение к количеству энергии, потребляемой при их работе. Температура плавления золы влияет на конструкцию печи и условия ее эксплуатации. Индекс свободного набухания дает предварительную информацию о пригодности угля для производства кокса.

Использование угля

·       Производство электроэнергии

Основным видом использования угля в мире является производство электроэнергии. Энергетический уголь сжигается для создания пара, который приводит в действие турбины и генераторы для производства электроэнергии.

·       Производство металлов

Металлургический (коксующийся) уголь является важным компонентом в производстве стали. Уголь, переработанный в кокс, используется для производства около 70% стали в мире. Уголь также широко используется в производстве других металлов, таких как алюминий и медь.

·       Производство цемента

Уголь используется в качестве основного источника энергии при производстве цемента. Побочные продукты сжигания угля, такие как летучая зола, также играют важную роль в производстве цемента и в строительной отрасли в целом.

·       Газификация и сжижение

Нагревается и сжимается паром для производства «городского» газа для внутреннего освещения, отопления и приготовления пищи. Его сжижают для получения синтетического топлива, похожего на нефть или дизельное топливо. Большинство проектов по превращению угля в газ осуществляются в США и Китае, несколько — в Индонезии, Индии, Австралии, Канаде и Южной Африке.

·       Химическое производство

Синтез-газ после газификации может быть дополнительно переработан для производства химических компонентов, таких как метанол, аммиак и мочевина.

·       Другие отрасли промышленности

Другими крупными потребителями угля являются бумажная, текстильная и стекольная промышленность. Древесный уголь также используется в производстве специальных компонентов, таких как углеродное волокно и кремниевые металлы, которые используются для производства ингредиентов для дома и средств личной гигиены.

Факты об угле

• Для формирования требуется около 1 миллиона лет. Теперь вы понимаете, почему он классифицируется как невозобновляемый источник энергии.
• Существует 2 способа добычи угля: поверхностный и подземный. Поверхность дешевле и безопаснее.
• Более 90% угля в США используется для производства электроэнергии.
• Для успешного сжигания он должен быть относительно сухим.
• Это была неотъемлемая часть торговли во времена Римской империи.

Каталожные номера

• Боневиц, Р. (2012). Камни и минералы. 2-е изд. Лондон: Издательство ДК.
• Копп, О. К. (2020, 13 ноября). каменный уголь. Британская энциклопедия. https://www.britannica.com/science/coal-fossil-fuel
• Участники Википедии. (2021, 26 октября). Каменный уголь. В Википедии, свободной энциклопедии. Получено 09:57, 1 ноября 2021 г., с https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Coal&oldid=1051971849

Уголь — типы, использование и образование

В этой статье рассматриваются различные аспекты угля, такие как его свойства, химический состав, типы и распространение в мире. Но прежде чем углубляться в различные аспекты угля, давайте выясним, «что такое уголь». Уголь представляет собой осадочную породу черноватого или коричневато-черного цвета, образовавшуюся из исходной породы, также называемой угольными пластами. Предполагается, что он образовался из остатков растений-водорослей. Уголь состоит из максимального количества углерода с другими органическими элементами, главным образом водородом, за которым следуют сера, кислород и азот.

Когда мертвая и разложившаяся материя растений и животных подвергается теплу и давлению глубокого захоронения в течение миллионов лет, они превращаются в торф и, наконец, в уголь. Водно-болотные угодья являются центром добычи угля, поэтому этот регион также называют угольными лесами. Он покрывает большую часть суши Земли в конце пермского и каменноугольного периодов. Но большая часть углей, обнаруженных сегодня, изучена как гораздо более молодая, чем упомянутые времена, и поэтому предполагается, что угли произошли из веществ кайнозойской и мезозойской эр.

Угольная порода всегда предпочтительнее в качестве топлива. Хотя уголь использовался в течение тысяч лет, его использование было ограниченным, пока не началась промышленная революция. С изобретением паровой машины использование угля резко возросло. В 2016 году уголь составлял четверть всей первичной энергии в мире и одну пятую часть электроэнергии, необходимой миру. Некоторые промышленные применения, такие как производство чугуна и стали, требуют сжигания угля.

Необратимая смерть и болезни вызваны добычей и использованием угля. Это антропогенный источник углекислого газа, который в значительной степени способствует изменению климата, и, таким образом, более широкое использование угля неблагоприятно влияет на окружающую среду. В 2020 году при сжигании угля во всем мире образовалось около 14,5 миллиардов тонн углекислого газа. На его долю приходится 25% выбросов парниковых газов и 40% общих выбросов ископаемого топлива. Китай является крупнейшим импортером и потребителем угля.

(изображение скоро будет обновлено)

Образование угля

Углеобразование — это процесс, при котором мертвые вещества, такие как растения и растительность, превращаются в уголь в течение длительного периода времени. В прошлые геологические времена Земля была покрыта густыми лесами, особенно в заболоченных районах. Теперь мертвые растения в этих местах были защищены от разложения и окисления кислой водой и грязью. Это приводит к образованию торфа. Теперь процесс углефикации начался, когда болота, аккумулировавшие торф, захватили углерод в больших количествах, которые в конечном итоге были глубоко погребены отложениями. Теперь, в течение миллионов лет давления и тепла, приводящих к утечке воды, углекислого газа и метана, а вещество осталось с содержанием углерода. Градация угля зависит от количества тепла и давления, которым подверглась мертвая масса, чтобы превратиться в уголь. Таким образом, бурый уголь образуется в относительно мягких условиях; полубитуминозные, битуминозные и антрацитовые угли образуются при высокой температуре и давлении.

Температура является одним из основных факторов, которые являются наиболее важными по сравнению с другими факторами, такими как давление или даже время захоронения. Суббитуминозный уголь может образовываться при очень низкой температуре от 35 ℃ до 80 ℃, в то время как антрацит образуется при очень высокой температуре, по крайней мере, от 180 ℃ до 245 ℃. Кроме того, благоприятная геология не только способствует образованию угля, но и другие факторы, такие как присутствие кислорода, также способствуют высокому отложению угля. Тридцать процентов лесных пожаров были вызваны наличием высокого уровня кислорода в атмосфере, что привело к образованию древесного угля. Природа каменноугольных лесов и стимулирование роста растений способствуют высокому уровню углекислого газа.

(изображение скоро будет обновлено) 

Как добывается уголь?

Теперь, когда мы знаем, как образуется уголь, важно понять: как мы получаем уголь? Уголь добывается различными видами горнодобывающей деятельности на поверхности Земли. Наиболее распространены открытые и подземные разработки. Добыча открытым способом осуществляется, когда уголь находится на глубине менее 200 футов ниже уровня земли. В этом процессе горнякам приходится удалять все виды горных пород и почвообразующий верхний слой. Это дешевле, чем подземная добыча угля. Существует три типа открытых горных работ: открытые горные работы, при которых для удаления верхних слоев используются взрывчатые вещества; добыча открытым способом при рытье котлована; и добыча ССО, при которой разрушается целая горная вершина. Подземная добыча осуществляется, когда уголь находится глубже, чем 300 футов ниже уровня земли. Тогда рабочие угольных шахт должны заниматься добычей полезных ископаемых.

Свойства угля

Физические свойства угля следующие:-

1. Плотность угля: Степень минеральной примеси и класс угля определяют относительную плотность для удельного веса угля. Чтобы определить свойства композитов и смеси, очень важно хорошо знать плотность каждого угля. Для перевода ресурсов в запасы необходима плотность угольного пласта. Потеря веса образца в воде определяет относительную плотность. Этого можно достичь, используя мелкоизмельченный уголь, так как сыпучие образцы приобретают белый пористый характер. Однако важно сохранить пустое пространство при измерении удельного веса, чтобы определить тоннаж пластового угля.

2. Гранулометрический состав: Марка угля определяет гранулометрический состав угля, который, в свою очередь, определяет хрупкость, а также обработку, дробление и измельчение, которым он подвергается. Как правило, для топки и коксовой печи требуется уголь определенного размера, поэтому необходимо определить его измельчаемость и количественно оценить его поведение.

Химические свойства угля следующие:-

1. Влажность: Поскольку все угли добываются во влажных условиях, содержание влаги в угле является важным фактором. Грунтовые воды и другая посторонняя влага известны как адвентивная влага и могут легко испаряться. Угли, улавливающие влагу в себе, известны как внутренняя влага и подвергаются количественному анализу. В угле влага может находиться в четырех формах, а именно:

• Поверхностная влага – это вода, удерживаемая на поверхности угля.

• Гигроскопическая влага – это вода, удерживаемая микрокапиллярами в микротрещинах угля.

• Влага разложения – это вода, содержащаяся в разложившемся органическом веществе угля.

• Минеральная влага – это вода, составляющая часть кристаллической структуры водосодержащих силикатов, таких как глины.

Таким образом, общее содержание влаги определяется как общая масса необработанного угля за вычетом общей массы обработанного угля после анализа пробы. Это достигается путем:

• нагревания угля с толуолом.

• В атмосфере азота сушка производится в минимальном свободном пространстве при температуре более 150℃.

• Сушка на воздухе при температуре от 100℃ до 105℃ с последующим анализом потери массы.

2. Летучие вещества: Компонент угля, за исключением влаги, относится к летучим веществам в угле, которые высвобождаются при высокой температуре в отсутствие воздуха. Обычно это смесь углеводородов с длинной и короткой цепью и ароматических углеводородов вместе с серой. Чтобы оценить абсорбционное применение активированного угля, в игру вступают летучие вещества. По жестким нормам контроля определяют летучие вещества угля.

3. Зола: негорючий остаток, который остается после сжигания угля, известен как зола. После того, как углерод, кислород, сера и вода были удалены во время конверсии, основная часть оставшегося вещества представлена ​​золой. Определить процент золы очень просто. Его оценивают, когда уголь полностью свяжется, и выражают в процентах от первоначального веса. Это также дает четкое представление о природе угля. Воздушно-сухая основа на основе печной сушки — это два способа определения зольности. Разница между двумя процессами определяется после удаления всей влаги из угля.

4. Фиксированный углерод: Фиксированный углерод определяется как углерод, который остается после удаления всех летучих материалов. Это отличается от конечного содержания углерода в угле, потому что часть углерода теряется в углеводородах с летучими веществами. Для оценки количества кокса, который может быть получен из образца угля, принимается во внимание связанный углерод. Когда удаляют массу летучих, только тогда определяют связанный углерод. Поэтому его определяют по летучей пробе из исходной массы пробы угля.

Типы угля

Уголь делится на четыре основных типа: антрацит, битуминозный, полубитуминозный и лигнит. Рейтинг угля осуществляется по количеству и типу углерода, присутствующего в угле, и его способности выделять тепло при сжигании. Ранг угольного месторождения определяет количество давления и тепла, воздействовавших на мертвое и разложившееся вещество в течение длительного периода времени.

• Антрацит: имеет самую высокую теплотворную способность среди всех других типов угля, так как содержит около 86–97% углерода. В сумме это составило менее 1% угля, добытого в США в 2020 году. Северо-восточная Пенсильвания и Соединенные Штаты являются двумя крупнейшими угольными шахтами в мире. В Соединенных Штатах антрацитовые угольные шахты обычно используются в металлургической промышленности.

• Битуминозный: Содержание углерода в битуминозном угле составляет 45–86%. Это самый распространенный вид угля в Соединенных Штатах, на который приходится около 44% от общего объема добычи угля в США в 2020 году. Для выработки электроэнергии используется битуминозный уголь, поскольку он является важным топливом и сырье для производства коксующегося угля.

• Полубитуминозный уголь: Содержание углерода в полубитуминозном угле составляет около 35–45%, и он имеет более низкую теплотворную способность, чем битуминозный уголь. В Соединенных Штатах в общей сложности 46% добычи угля в 2020 году приходилось на полубитуминозный, из которых 88% приходилось на Вайоминг, а 8% — на Монтану. Остальные были произведены на Аляске, в Колорадо и Нью-Мексико.

• бурый уголь: Содержание углерода в буром угле составляет около 25–35%, и он имеет низкое содержание энергии среди всех известных типов угля. Бурый уголь имеет высокое содержание влаги, что способствует его низкой теплоте сгорания. Только 9% бурого угля было добыто в США в 2020 году, из которых 54% было добыто в Северной Дакоте и 39% в Техасе. Еще 7% были в Луизиане, Миссисипи и Монтане.

При подходящих условиях, когда геологические процессы оказывают давление на мертвый биотический материал с течением времени, его метаморфическая степень или ранг последовательно повышается до:

1. Торф, предшественник угля.

2. Лигнит, или бурый уголь, уголь низшего сорта и наиболее опасный для здоровья, используется почти исключительно для выработки электроэнергии.

3. Гагат представляет собой полированную форму лигнита, которая использовалась в качестве декоративного камня со времен верхнего палеолита.

4. Полубитуминозный уголь, который по своим свойствам занимает промежуточное положение между бурым и битуминозным углем, в основном используется в качестве топлива для выработки электроэнергии на пару.

5. Битуминозный уголь представляет собой твердую осадочную породу, обычно черного цвета, но иногда может быть темно-коричневой и иметь отчетливые полосы яркого и тусклого вещества. Он используется главным образом в качестве топлива при производстве кокса и при производстве пароэлектрической энергии. В Соединенном Королевстве он известен как энергетический уголь и когда-то использовался для производства пара в паровозах и кораблях.

Использование угля

• Уголь является очень широко используемым природным ресурсом из-за его уникальных характеристик.

• Из-за своей доступности он используется в нескольких странах для производства электроэнергии и электроэнергии.

• Как правило, угольная пыль используется для производства пара, который, в свою очередь, вырабатывает электричество под высоким давлением.

• Уголь также служит сырьем для производства некоторых вещей, таких как сталь и железо, которые мы используем в повседневной жизни.

• Уголь легко доступен в таких странах, как Индия и Китай, и используется многими домохозяйствами, особенно в сельской местности, например, для приготовления пищи.

• Производство электроэнергии: Уголь обычно используется в производстве тепловой энергии, что способствует выработке энергии. Измельченный уголь сжигается при высокой температуре, при этом вода превращается в пар. В сильном магнитном поле этот пар используется для вращения турбин на высоких скоростях. Тогда и только тогда вырабатывается электричество.

• Производство стали: уголь косвенно используется для производства стали в сталелитейной промышленности. Уголь обжигается в печах для производства угольного кокса в этом процессе. Производители используют угольный кокс для переплавки железной руды в железо и производства стали после его получения. Тем временем газообразный аммиак извлекают из коксовых печей и используют для производства азотной кислоты, солей аммиака и удобрений.

• Промышленность: Уголь используется в различных отраслях для производства различных продуктов. Производство цемента, бумаги и алюминия, химическое и фармацевтическое производство — это лишь некоторые из отраслей, использующих уголь. Химические предприятия полагаются на уголь для получения различных видов сырья, таких как бензол, каменноугольная смола, сульфат аммиака, креозот и так далее. Большинство отраслей промышленности используют уголь как источник энергии.

Недостатки угля

Уголь имеет ряд недостатков: несчастные случаи при добыче угля, загрязнение угля и т. д. На угольных шахтах происходит большое количество несчастных случаев, поскольку это опасная и сложная деятельность с участием тяжелой техники. Более того, выбросы угля очень вредны для человека, особенно для легких. Загрязнение углем широко распространено в районах, расположенных вблизи запасов угля. При сжигании угля выделяется огромное количество углекислого газа, который вреден для человека. Более того, уголь является невозобновляемым и исчерпывающим природным ресурсом, что означает, что мы не должны зависеть от него в повседневной деятельности. Уголь сегодня также является одним из крупнейших факторов глобального потепления.

Распределение угля в мире

Распределение угля по миру выглядит следующим образом:-

(Изображение скоро будет обновлено)

1. Большая часть угольного топлива России находится в Сибири неизведан.

2. Каменноугольный уголь, который помог нам стать ведущей промышленной державой, добывался в двух местах, а именно в великих озерах и водно-болотных угодьях Аппалачей.

3. Запасы угля, которые сделали Германию ведущей промышленной сверхдержавой Европы, находятся в Руре и Рейнской области, которые сочетаются с богатыми месторождениями железа.

4. От угольных запасов Южного Уэльса аукцион Манчестера и Ливерпуля, принимающий Англию, также получил огромную выгоду, так как здесь началась промышленная революция, в основном благодаря богатым запасам угля.

5. В Южной Америке Бразилия является ведущим производителем угля. Большая часть угля идет на производство электроэнергии, а производимая ось импортируется Китаем.

6. Крупнейший производитель угля в Австралии, большая часть которого экспортируется либо в Японию, либо в Китай. Австралия известна своими месторождениями коксующегося угля.