Уголь твердое полезное ископаемое: Уголь

Содержание

Уголь — Что такое Уголь?

Уголь — это вид ископаемого топлива, образовавшийся из частей древних растений под землей без доступа кислорода.

Уголь — вид ископаемого топлива, образовавшийся из частей древних растений под землей без доступа кислорода.

Международное название углерода происходит от лат. carbō (уголь).

Уголь был 1^м из используемых человеком видов ископаемого топлива.

Он позволил совершить промышленную революцию, которая в свою очередь способствовала развитию угольной отрасли промышленности, обеспечив ее более современной технологией.

В среднем, сжигание 1 кг угля приводит к выделению 2,93 кг CO₂ и позволяет получить 23-27 МДж (6,4-7,5 кВт*ч) энергии или, при КПД 30 % — 2,0 кВт*ч электричества.

В 1960 г. уголь давал около 50% мирового производства энергии, к 1970 г. его доля упала до 1/3.

Использование угля увеличивается в периоды высоких цен на нефть и другие энергоносители.
Сланцевая революция в США вынудила снизить цену на американский уголь, поставки которого стали вытеснять более дорогое топливо в Европе.

Для образования угля необходимо обильное накопление растительной массы.

В древних торфяных болотах, начиная с девонского периода (примерно 400 млн лет назад), 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 самого древнего угля оценивается примерно в 300-400 млн лет.

Уголь, подобно нефти и газу, представляет собой органическое вещество, подвергшееся медленному разложению под действием биологических и геологических процессов. Основа образования угля — растительные остатки.

В зависимости от степени преобразования и удельного количества углерода в угле различают 4 его типа:

бурый уголь (лигниты),

каменный уголь,

антрацит,

графит.

В западных странах имеет место иная классификация:

лигниты,

суббитуминозный уголь,

битуминозный уголь,

антрацит,

графит.

Антрацит

Самый глубоко прогревавшийся при своем возникновении из ископаемого угля, уголь наиболее высокой степени углефикации.

Характеризуется большой плотностью и блеском.

Содержит 95 % углерода.

Применяется как твердое высококалорийное топливо (теплотворность 6800-8350 ккал/кг).

Имеет наибольшую теплоту сгорания, но плохо воспламеняются.

Образуются из каменного угля при повышении давления и температуры на глубинах порядка 6 км.

Каменный уголь

Осадочная порода, представляющая собой продукт глубокого разложения остатков растений (древовидных папоротников, хвощей и плаунов, а также первых голосеменных растений).

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 %.

Содержат до 12 % влаги (3-4 % внутренней), поэтому имеют более высокую теплоту сгорания по сравнению с бурыми углями.

Содержат до 32 % летучих веществ, за счёт чего неплохо воспламеняются.

Образуются из бурого угля на глубинах порядка 3 км.

Бурый уголь

Твердый ископаемый уголь, образовавшийся из торфа, содержит 65-70 % углерода, имеет бурый цвет, наиболее молодой из ископаемых углей.

Бурый уголь составляет примерно половину мировых запасов угля.

Используется как местное топливо, а также как химическое сырье.

Содержит много воды (43 %), и поэтому имеют низкую теплоту сгорания.

Кроме того, содержат большое количество летучих веществ (до 50 %).

Образуется из отмерших органических остатков под давлением нагрузки и под действием повышенной температуры на глубинах порядка 1 км.

Относительно тяжелый и объемный, но низкокалорийный из-за чрезвычайно высокого содержания влаги.

Поскольку есть риск спонтанного воспламенения при контакте с воздухом, он не подходит для транспортировки и хранения в сыром виде.

Таким образом, он ограничен приложениями на месте.

Способы добычи угля зависят от глубины его залегания.

Разработка ведется открытым способом в угольных разрезах, если глубина залегания угольного пласта не превышает 100 метров.

Нередки случаи, когда при всё 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 РФ 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 строительной отрасли промышленности, подземные воды, метан угольных пластов, редкие и рассеянные элементы, в том числе ценные металлы и их соединения.

В Англии в 1735 г научились выплавлять чугун на коксе.

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

Перспективным является сжижение (гидрогенизация) угля с образованием жидкого топлива.

Для производства 1 т нефти расходуется 2-3 т каменного угля.

Из каменного угля получают искусственный графит.

Стоимость каменного угля зависит от его качества и стоимости транспортировки.

В 2000 г по России цены составляли 60-400 руб/т, в 2008 г до 600-1300руб/т.

На мировом рынке цена достигла 300 долл США/т в 2008 г , в 2010 г составила до 3500-3650 руб/т.

Read in English coal

Каменный уголь: происхождение, виды и свойства (29 марта 2019)

29 марта 2019, 15:40

Каменный уголь – одно из ценнейших полезных ископаемых, которое приносит немалую пользу человечеству. Оно широко используется в качестве топлива для бытовых нужд, незаменимо для работы металлолитейных предприятий, служит для получения электрической энергии на тепловых станциях.

В результате переработки из этого материала получают редкие и ценные металлы, коксовый газ, фенолы, ароматические углеводороды, медикаменты и множество другой важной для человека продукции.

Происхождение

Так откуда же на Земле появился каменный уголь?

Для образования этого природного богатства понадобились миллионы лет. Исходным сырьем для него послужили различные органические остатки отмерших растений и животных, которые накапливались на дне крупных доисторических водоемов.

В условиях высокой влажности и недостатка кислорода они постепенно разлагались и превращались в торф, прессовавшийся под толщей воды и песка, а затем отвердевали, образуя залежи угля. Процесс этот происходил в течение длительного времени – по оценкам ученых, возраст самого «молодого» пласта каменного угля составляет не менее 40 миллионов лет.

уголь-москва.рф

Сегодня самые крупные месторождения этого ископаемого в России разрабатывают на юго-востоке Якутии, в республиках Тыва и Хакассия. Активная добыча ведется у горного хребта Алатау, в Кузнецком и Печорском угольных бассейнах, а также в Ростовской области. Конечно, запасы каменного угля не безграничны, но по мнению экспертов их хватит еще минимум на 270 лет.

Виды угля

Каменный уголь – это промежуточное полезное ископаемое, которое находится между бурым углем и антрацитом. Он залегает на глубине около 3 км и содержит около 70-80% углерода, благодаря чему выделяет большое количество тепла при горении. Именно в эту категорию входит широко использующийся для отопления длиннопламенный уголь.

Антрацит представляет собой самую твердую и плотную породу с максимальным содержанием углерода. Он гораздо древнее, чем каменный уголь: возраст таких пластов превышает 280 миллионов лет, а глубина залегания достигает 6 км. Антрацит обладает самой высокой температурой горения, а содержание углерода в нем максимально и может доходить до 98%.

Бурый уголь – это частично сформированная молодая порода, залегающая на глубине около 1 км. Она имеет более низкие эксплуатационные свойства и невысокую температуру горения. Структура этого ископаемого рыхлая и нестойкая, а счет чего его фракции часто крошатся во время транспортировки.

уголь-москва.рф

Уголь также классифицируют по размерам. В зависимости от маркировки он может быть:

П (плитным) – разделенным на крупные куски более 10 см.
К (крупным) – в кусках размером 5-10 см.
О (орех) – уголь в фракциях средней (от 2,5 до 5 см) величины.
М (мелкий) – поделен на фракции от 1,3 до 2,5 см.
С (семечко) – уголь длительного тления размером от 0,6 до 1,3 см.
Ш (штыб) – угольная пыль, из которой обычно делают брикеты.

Если продукт маркирован буквой Р (рядовой), это означает, что в мешке находится несортированная порода, состоящая из фракций разного размера.

Свойства

К наиболее важным характеристикам каменного угля относятся:

Теплота сгорания.
Зольность.
Влажность.

Теплоту сгорания также называют калорийностью угля. Этот параметр измеряется в кКал/кг и показывает, сколько тепла выделяет единица топлива в процессе горения. Самый низкий показатель свойственен бурому углю, а самый высокий – антрацитам. У них теплота сгорания может достигать 8600 кКал/кг.

Зольность – измеряющаяся в процентах величина, отражающая количество содержащихся в породе негорючих примесей. Чем больше золы остается в печи после сжигания угля, тем ниже он считается по качеству. Как правило, у каменного угля этот параметр составляет 15-18%.

Влажностью называют количество содержащейся в угле воды. От этой характеристики напрямую зависит, насколько эффективно использовать для отопления конкретный продукт. В среднем для каменного угля допустимой считается влажность на уровне 12-15%.

Если влажность фракций выше, материал будет более тяжелым, что напрямую скажется на расходах на его транспортировку. Кроме того, зимой он может смерзаться, а из-за выделяющихся при горении испарений для отопления потребуется увеличить количество топлива.

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).

Добыча полезных ископаемых на федеральных землях: более 800 операций, разрешенных для добычи, и общий объем добычи полезных ископаемых неизвестны

Краткие факты

Добыча полезных ископаемых на федеральных землях может производить такие полезные ископаемые, как золото, медь, уголь и фосфаты. Такой майнинг регулируется несколькими законами. В зависимости от типа федеральной земли и того, какой вид полезных ископаемых добывается, операторы шахт могут или не должны платить государству роялти.

По состоянию на сентябрь 2018 года на 1,3 млн акров федеральной земли ведется 872 санкционированных горнодобывающих предприятия, большинство из которых не облагаются роялти.

В 2018 финансовом году горняки выплатили около 550 миллионов долларов роялти. Но никто точно не знает, насколько продуктивны шахты на федеральных землях, потому что агентства обычно не собирают данные от горняков, которым не нужно платить роялти.

Золотой рудник на федеральных землях в штате Невада

Золотой рудник

Перейти к основному содержанию земель, на которых может вестись добыча полезных ископаемых. Различные системы регулируют добычу твердых полезных ископаемых (таких как золото, фосфаты и уголь) на федеральных землях, которые состоят из земель общественного достояния (которые обычно никогда не находятся в государственной или частной собственности) и приобретенных земель (предоставленных или проданных Соединенным Штатам государство или гражданин):

Система определения местоположения . Полезные ископаемые (такие как золото, серебро и медь) на землях общественного пользования (большинство федеральных земель) управляются в соответствии с системой определения местонахождения. Эта система позволяет отдельным лицам находить полезные ископаемые на землях, находящихся в общественном владении, и делать ставки на получение исключительного права на добычу этих полезных ископаемых без уплаты федерального роялти.
Система лизинга . Полезные ископаемые на приобретенных федеральных землях, неэнергетические твердые полезные ископаемые (такие как фосфаты и натрий) и уголь управляются в рамках лизинговых систем. В целом, системы аренды позволяют федеральному правительству сохранять право собственности на землю и устанавливать условия использования земли, включая ограничения площади земли и условия роялти.

По данным BLM и Лесной службы, по состоянию на 30 сентября 2018 г. на федеральных землях было разрешено 872 операции по добыче твердых полезных ископаемых. . В частности,

около 83 процентов (728) получили разрешение на добычу полезных ископаемых,
около 2 процентов (20) получили разрешение на добычу твердых полезных ископаемых, пригодных для продажи,
около 6 процентов (50) получили разрешение на производство неэнергетических твердых полезных ископаемых, а
около 8 процентов (74) получили разрешение на добычу угля.

По данным агентства, в совокупности около 1,3 млн акров поверхности федеральных земель были связаны с операциями, разрешенными для добычи твердых полезных ископаемых на федеральных землях. Большинство разрешенных угольных предприятий имели площадь более 1000 акров на одну операцию. Напротив, большинство операций по добыче полезных ископаемых с твердыми породами имело менее 1000 связанных акров поверхности. Большинство операций, разрешенных для добычи полезных ископаемых (77 процентов), проводились на землях, находящихся в ведении BLM, и были расположены на западе Соединенных Штатов. Тем не менее, большая часть арендованных операций с твердыми породами, разрешенных для производства, происходила на землях, находящихся в ведении Лесной службы, на Среднем Западе и в южных штатах.

В 2018 финансовом году операторы шахт выплатили около 550 миллионов долларов в виде роялти за твердые полезные ископаемые, добытые по лизинговым системам. В соответствии с Общим законом о добыче полезных ископаемых 1872 года за обнаруженные месторождения полезных ископаемых не требуется уплачивать федеральные гонорары. В 2018 финансовом году операторы шахт добыли не менее 300 млн тонн твердых полезных ископаемых по лизинговым системам. Тем не менее, GAO ранее обнаружило, что федеральные агентства, как правило, не собирают данные от операторов горных рудников о количестве и стоимости полезных ископаемых, добытых на федеральных землях, поскольку это не требует федерального гонорара.

Количество операций по добыче полезных ископаемых, количество операций по добыче и роялти по категориям операций по добыче полезных ископаемых на федеральных землях

Категория горных работ	Количество разрешенных операций по добыче полезных ископаемых по состоянию на 30 сентября 2018 г.	Количество операций в производстве в 2018 финансовом году	Производство в 2018 финансовом году (тонн)	Федеральные роялти в 2018 финансовом году (доллары)
Каменная порода, сдаваемая в аренду	20	7	143 000	8 711 000
Неэнергетическое твердое вещество	50	22	11 562 000	57 937 000
Уголь	74	43	290 000 000	480 974 000
Обнаруживаемый твердый камень	728	Неизвестно	Неизвестно	0
Итого	872	Не менее 72	Не менее 301 706 000	547 622 000

Источники: анализ GAO данных Бюро землепользования, Лесной службы и Управления по доходам от природных ресурсов. | GAO-20-461R

Примечание: Данные о производстве и роялти округлены до ближайшей тысячи.

Почему GAO провело это исследование

Твердые полезные ископаемые, такие как медь и фосфаты, играют важную роль в экономике США, внося свой вклад во многие отрасли, включая транспорт, оборону и аэрокосмическую промышленность. ГАО попросили пересмотреть добычу полезных ископаемых на федеральных землях. В этом отчете указывается (1) количество разрешенных операций по добыче твердых полезных ископаемых на федеральных землях по состоянию на 30 сентября 2018 г. и отдельные характеристики этих операций, а также (2) федеральные роялти, полученные от и количество твердых полезных ископаемых, добываемых на федеральных землях. за 2018 финансовый год.

GAO проанализировало информацию из систем данных BLM и Лесной службы об операциях этих агентств, уполномоченных добывать полезные ископаемые, по состоянию на 30 сентября 2018 года, самые последние данные, доступные на момент проверки GAO.

Уголь твердое полезное ископаемое: Уголь — Что такое Уголь?