Уголь твердое полезное ископаемое: Уголь — Что такое Уголь?

Уголь — Что такое Уголь?

AИ-95

0

AИ-98

0

169180

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 1м 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

#уголь
#ископаемое топливо
#бурый
#лигнит
#антрацит

Последние новости

Новости СМИ2

Произвольные записи из технической библиотеки

Используя данный сайт, вы даете согласие на использование файлов cookie, помогающих нам сделать его удобнее для вас. Подробнее.

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.

Рекомендации по хранению

 

Чтобы уголь не потерял свои первоначальные свойства, хранить его следует в прохладном и сухом помещении, вдали от прямых солнечных лучей. Во время хранения необходимо контролировать и температуру окружающей среды: если она превысит 40 градусов, в породе запустятся окислительные процессы, которые могут привести к самопроизвольному возгоранию топлива.

Обзор был подготовлен Ногинским Топливным Предприятием уголь-москва.рф

Для вас подготовлена скидка 500р по промокоду УГОЛЬМОСКВАРФ2019

Реклама

Новости партнеров

Новости СМИ2

Уголь | Национальное географическое общество

Уголь — это черная или коричневато-черная осадочная порода, которую можно сжигать в качестве топлива и использовать для выработки электроэнергии. Он состоит в основном из углерода и углеводородов, содержащих энергию, которая может выделяться при сгорании (сгорании).

Уголь является крупнейшим источником энергии для производства электроэнергии в мире и самым распространенным ископаемым топливом в Соединенных Штатах.

Ископаемое топливо образуется из останков древних организмов. Поскольку на разработку угля уходят миллионы лет, а его количество ограничено, это невозобновляемый ресурс.

Условия, которые в конечном итоге привели к образованию угля, начали формироваться около 300 миллионов лет назад, в каменноугольный период. В это время Земля была покрыта широкими, мелкими морями и густыми лесами. Моря время от времени затопляли лесные массивы, задерживая растения и водоросли на дне болотистой заболоченной местности. Со временем растения (в основном мхи) и водоросли были погребены и спрессованы под тяжестью вышележащего ила и растительности.

По мере того, как растительные остатки просеивались глубже под поверхность Земли, они столкнулись с повышением температуры и повышением давления. Грязь и кислая вода препятствовали контакту растительного вещества с кислородом. Из-за этого растительное вещество разлагалось очень медленно и сохраняло большую часть своего углерода (источника энергии).

Эти участки захороненных растений называются торфяными болотами. Торфяные болота хранят огромное количество углерода на много метров под землей. Сам торф можно сжигать в качестве топлива, и он является основным источником тепловой энергии в таких странах, как Шотландия, Ирландия и Россия.

При определенных условиях торф превращается в уголь посредством процесса, называемого карбонизацией. Карбонизация происходит при невероятной температуре и давлении. Около 3 метров (10 футов) слоистой растительности в конечном итоге сжимаются в треть метра (1 фут) угля!

Уголь находится в подземных образованиях, называемых «угольными пластами» или «угольными пластами». Угольный пласт может иметь толщину до 30 метров (90 футов) и простираться на 1500 километров (920 миль).

Угольные пласты есть на каждом континенте. Крупнейшие запасы угля находятся в США, России, Китае, Австралии и Индии.

В США уголь добывают в 25 штатах и ​​трех крупных регионах. В Западном угольном регионе Вайоминг является ведущим производителем — около 40% добываемого в стране угля добывается в штате. Более одной трети национального угля поступает из Аппалачского угольного региона, который включает Западную Вирджинию, Вирджинию, Теннесси и Кентукки. Уголь, добываемый в Техасе во Внутреннем угольном регионе, поставляется в основном на местные рынки.

Типы угля

Уголь сильно отличается от минеральных пород, которые состоят из неорганического материала. Уголь состоит из хрупкого растительного материала и претерпевает множество изменений, прежде чем становится знакомым черным и блестящим веществом, сжигаемым в качестве топлива.

Уголь проходит различные фазы карбонизации на протяжении миллионов лет, и его можно найти на всех стадиях разработки в разных частях мира.

Уголь ранжируется в зависимости от того, насколько сильно он изменился с течением времени. Закон Хилта гласит, что чем глубже угольный пласт, тем выше его ранг. На большей глубине материал сталкивается с более высокими температурами и давлением, и больше растительных остатков превращается в углерод.

Торф
Торф — это не уголь, но при определенных обстоятельствах он может превратиться в уголь. Торф представляет собой скопление частично сгнившей растительности, прошедшей небольшую карбонизацию.

Тем не менее, торф по-прежнему считается частью «семейства» угля, потому что он содержит энергию, которую содержали его исходные растения. Он также содержит большое количество летучих веществ и газов, таких как метан и ртуть, которые при сжигании представляют опасность для окружающей среды.

Торф сохраняет достаточно влаги, чтобы быть губчатым. Он может поглощать воду и расширять болото, образуя больше торфа. Это делает его ценной защитой окружающей среды от наводнений. Торф также можно интегрировать в почву, чтобы помочь ей удерживать и медленно высвобождать воду и питательные вещества. По этой причине торф и так называемый «торфяной мох» представляют ценность для садоводов.

Торф является важным источником энергии во многих странах, включая Ирландию, Шотландию и Финляндию, где его обезвоживают и сжигают для получения тепла.

Бурый уголь
Бурый уголь — уголь низшего сорта. Он обуглен до состояния торфа, но содержит небольшое количество энергии — содержание углерода в нем составляет около 25–35%. Он происходит из относительно молодых угольных месторождений, возраст которых составляет около 250 миллионов лет.

Бурый уголь, рассыпчатая коричневая порода, также называемая бурым углем или углем с бутонами розы, удерживает больше влаги, чем другие виды угля. Это делает добычу, хранение и транспортировку дорогими и опасными. Он подвержен случайному возгоранию и имеет очень высокие выбросы углерода при сжигании. Большая часть бурого угля используется на электростанциях очень близко к месту его добычи.

Бурый уголь в основном сжигают и используют для производства электроэнергии. В Германии и Греции бурый уголь обеспечивает 25-50% электроэнергии, вырабатываемой углем. В США месторождения бурого угля вырабатывают электроэнергию в основном в штатах Северная Дакота и Техас.

Полубитуминозный уголь
Полубитуминозный уголь имеет возраст около 100 миллионов лет. Он содержит больше углерода, чем лигнит, около 35-45%. Во многих частях мира полубитуминозный уголь считается «бурым углем» наряду с лигнитом. Как и лигнит, суббитуминозный уголь в основном используется в качестве топлива для производства электроэнергии.

Большая часть суббитуминозного угля в США добывается в штате Вайоминг и составляет около 47% всего угля, добываемого в США. За пределами США Китай является ведущим производителем полубитуминозного угля.

Битуминозный уголь
Битуминозный уголь образуется при большем нагреве и давлении, и ему от 100 до 300 миллионов лет. Он назван в честь липкого смолоподобного вещества, называемого битумом, которое также содержится в нефти. Он содержит около 45-86% углерода.

Уголь представляет собой осадочную горную породу, и битуминозный уголь часто содержит «полосы» или полосы различной консистенции, которые обозначают слои спрессованного растительного материала.

Битуминозный уголь делится на три основных типа: кузнечный уголь, каннельный уголь и коксующийся уголь. Кузнечный уголь имеет очень низкую зольность и идеально подходит для кузнечных горнов, где металл нагревают и формуют.

Каннельский уголь широко использовался в качестве источника каменноугольного масла в 19 веке. Угольное масло производится путем нагревания каннельского угля с контролируемым количеством кислорода, этот процесс называется пиролизом. Угольное масло использовалось в основном в качестве топлива для уличных фонарей и другого освещения. Широкое использование керосина сократило использование каменноугольного топлива в 20 веке.

Коксующийся уголь используется в крупномасштабных промышленных процессах. Уголь коксуется, процесс нагревания породы в отсутствие кислорода. Это снижает содержание влаги и делает продукт более стабильным. Сталелитейная промышленность зависит от коксующегося угля.

Битуминозный уголь составляет почти половину всего угля, используемого для производства энергии в Соединенных Штатах. В основном его добывают в Кентукки, Пенсильвании и Западной Вирджинии. За пределами США такие страны, как Россия и Колумбия, используют битуминозный уголь для производства энергии и промышленного топлива.

Антрацит
Антрацит — уголь высшего сорта. Он имеет наибольшее количество углерода, до 97%, и поэтому содержит больше всего энергии. Он тверже, плотнее и блестяще, чем другие виды угля. Почти вся вода и двуокись углерода были вытеснены, и он не содержит мягких или волокнистых участков, присутствующих в битуминозном угле или лигните.

Поскольку антрацит — высококачественный уголь, он горит чисто, с очень небольшим количеством сажи. Он дороже других углей и редко используется на электростанциях. Вместо этого антрацит в основном используется в печах и печах.

Антрацит также используется в системах фильтрации воды. У него более мелкие поры, чем у песка, поэтому задерживается больше вредных частиц. Это делает воду более безопасной для питья, санитарии и промышленности.

Антрацит обычно можно найти в географических районах, которые подверглись особенно напряженной геологической деятельности. Например, запасы угля на плато Аллегейни в Кентукки и Западной Вирджинии простираются до подножия Аппалачей. Здесь процесс орогенеза, или горообразования, способствовал достаточно высоким температурам и давлению для создания антрацита.

Китай доминирует в добыче антрацита, на его долю приходится почти три четверти производства антрацитового угля. Другие страны-производители антрацита включают Россию, Украину, Вьетнам и США (в основном Пенсильванию).

Графит
Графит является аллотропом углерода, то есть представляет собой вещество, состоящее только из атомов углерода. (Алмаз — еще один аллотроп углерода.) Графит — заключительная стадия процесса карбонизации.

Графит хорошо проводит электричество и обычно используется в литий-ионных батареях. Графит также может выдерживать температуры до 3000 ° по Цельсию (5400 ° по Фаренгейту). Его можно использовать в таких продуктах, как огнестойкие двери и детали ракет, такие как носовые обтекатели. Однако наиболее известное использование графита, вероятно, — это карандашные «грифели».

Китай, Индия и Бразилия являются ведущими мировыми производителями графита.

Добыча угля

Уголь можно добывать из недр открытым или подземным способом. После извлечения угля его можно использовать непосредственно (для отопления и промышленных процессов) или в качестве топлива для электростанций.

Открытая добыча
Если уголь находится на глубине менее 61 метра (200 футов), его можно добывать открытым способом.

При добыче открытым способом рабочие просто удаляют любые вышележащие отложения, растительность и камни, называемые вскрышными породами. С экономической точки зрения открытая добыча является более дешевым вариантом добычи угля, чем подземная. На одного рабочего в час можно добыть примерно в два с половиной раза больше угля, чем при подземной добыче.

Воздействие открытых горных работ на окружающую среду огромно. Ландшафт буквально разрывается, уничтожая места обитания и целые экосистемы. Открытая добыча полезных ископаемых также может вызывать оползни и проседания (когда земля начинает проседать или проваливаться). Токсичные вещества, попадающие в воздух, водоносные горизонты и грунтовые воды, могут представлять опасность для здоровья местных жителей.

В Соединенных Штатах Закон о контроле за открытыми разработками и рекультивации от 1977 года регулирует процесс добычи угля и направлен на ограничение вредного воздействия на окружающую среду. Закон предоставляет средства для решения этих проблем и очистки заброшенных участков добычи полезных ископаемых.

Существует три основных типа открытой добычи угля: открытая добыча, добыча открытым способом и добыча на вершинах гор (MTR).

Открытая разработка: Открытая разработка
Открытая разработка используется там, где угольные пласты расположены очень близко к поверхности и могут быть удалены массивными слоями или полосами. Вскрышу обычно удаляют с помощью взрывчатки и отбуксируют с помощью некоторых из самых больших транспортных средств, когда-либо созданных. Самосвалы, используемые на карьерах, часто весят более 300 тонн и имеют мощность более 3000 лошадиных сил.

Добыча открытым способом может использоваться как на равнинных, так и на холмистых ландшафтах. Открытая разработка в горной местности называется контурной разработкой. Контурная добыча следует по гребням или контурам вокруг холма.

Открытая разработка: открытая разработка
Открытая разработка используется, когда уголь залегает глубже под землей. Яма, иногда называемая займом, выкапывается на участке. Эта яма становится карьером, иногда называемым карьером. Карьеры могут расширяться до огромных размеров, пока не будет выработано угольное месторождение или стоимость транспортировки вскрышных пород не превысит инвестиции в шахту.

Добыча открытым способом обычно ограничивается плоскогорьем. После того, как шахта истощена, яму иногда превращают в свалку.

Открытые горные работы: MTR
Во время горных работ (MTR) вся вершина горы очищается от вскрышных пород: камней, деревьев и верхнего слоя почвы.

Вскрышу часто вывозят в близлежащие долины, за что этот процесс получил прозвище «засыпка долины». После того, как вершина очищена от растительности, для обнажения угольного пласта используется взрывчатка.

После того, как уголь извлечен, вершина вылеплена из вскрышных пород со следующей горной вершины, которую предстоит добывать. По закону ценный верхний слой почвы должен быть сохранен и заменен после завершения добычи. Бесплодную землю можно засадить деревьями и другой растительностью.

Удаление горных вершин началось в 1970-х годах как дешевая альтернатива подземной добыче полезных ископаемых. В настоящее время он используется для добычи угля в основном в Аппалачах в США, в штатах, включая Вирджинию, Западную Вирджинию, Теннесси и Кентукки.

MTR, пожалуй, самый противоречивый метод добычи угля. Последствия для окружающей среды радикальны и серьезны. Водные пути перекрыты или загрязнены засыпкой долины. Места обитания разрушены. Токсичные побочные продукты добычи полезных ископаемых и взрывных работ могут попадать в местные водоемы и загрязнять воздух.

Подземная добыча
Большая часть мировых запасов угля находится глубоко под землей. Подземная добыча, иногда называемая глубокой добычей, представляет собой процесс, при котором уголь добывается глубоко под поверхностью Земли, иногда на глубине до 300 метров (1000 футов). Шахтеры спускаются на лифте по стволу шахты, чтобы добраться до глубины шахты, и управляют тяжелой техникой, которая извлекает уголь и перемещает его над землей.

Непосредственное воздействие подземных горных работ на окружающую среду кажется менее значительным, чем наземные. Вскрышных пород мало, но при подземных горных работах остаются значительные хвосты. Хвосты представляют собой часто токсичные остатки, оставшиеся после процесса отделения угля от пустой породы или экономически неважных полезных ископаемых. Токсичные угольные хвосты могут загрязнять местные источники воды.

Для шахтеров подземная добыча опасна. Подземные взрывы, удушье от нехватки кислорода или воздействие ядовитых газов — вполне реальная угроза.

Чтобы предотвратить накопление газов, метан должен постоянно удаляться из подземных шахт, чтобы обеспечить безопасность горняков. В 2009 г. около 10% выбросов метана в США приходилось на вентиляцию подземных шахт; 2% приходится на добычу открытым способом.

Существует три основных типа подземной добычи угля: разработка длинными забоями, камерно-столбовая разработка и отходная разработка.

Подземная добыча: разработка длинными забоями
При разработке длинными забоями шахтеры срезают огромные пласты угля толщиной около 1 метра (3 фута), длиной 3-4 километра (2-2,5 мили) и 250-400 метров ( 800-1300 футов) в ширину. Панели перемещаются конвейерной лентой обратно на поверхность.

Крыша шахты поддерживается гидравлическими опорами, известными как колодки. По мере продвижения мины продвигаются и клинья. Область за клиньями обрушивается.

Разработка длинными забоями является одним из старейших методов добычи угля. До широкого использования конвейерных лент пони спускались по глубоким узким каналам и вытаскивали уголь обратно на поверхность.

Сегодня почти треть американских угольных шахт используют разработку длинными забоями. За пределами США этот показатель еще выше. В Китае, крупнейшем в мире производителе угля, более 85% угля добывается лавовым способом.

Подземная добыча: камерно-столбовая
При камерно-столбовой добыче горняки вырезают «комнату» из угля. Колонны (столбы) из угля поддерживают перекрытие и вскрышные породы. Комнаты имеют ширину около 9 метров (30 футов), а опорные столбы могут быть шириной 30 метров (100 футов).

Существует два типа камерно-столбовой разработки: традиционная и непрерывная. В обычной добыче полезных ископаемых используются взрывчатые вещества и режущие инструменты. При непрерывной добыче уголь извлекается сложной машиной, называемой комбайном непрерывного действия.

В США в большинстве камерно-столбовых горных работ используется комбайн непрерывного действия. В развивающихся странах камерно-столбовые угольные шахты используют традиционный метод.

Подземная добыча: отступная добыча
Отступная добыча — это разновидность камерно-столбовой разработки. Когда весь доступный уголь извлечен из комнаты, горняки покидают комнату, осторожно разрушают столбы и позволяют обрушиться потолку. Остатки гигантских столбов дают еще больше угля.

Отступная добыча может быть самым опасным методом добычи. На оставшиеся столбы оказывается большая нагрузка, и если их не вытащить в точном порядке, они могут рухнуть и запереть горняков под землей.

Как мы используем уголь

Люди во всем мире используют уголь для обогрева своих домов и приготовления пищи на протяжении тысячелетий. Уголь использовался в Римской империи для обогрева общественных бань. В Империи ацтеков блестящий камень использовался не только в качестве топлива, но и для украшений.

Промышленная революция питалась углем. Это была более дешевая альтернатива древесному топливу, и при сжигании производилось больше энергии. Уголь обеспечивал пар и энергию, необходимые для массового производства предметов, выработки электроэнергии и топлива для пароходов и поездов, которые были необходимы для перевозки предметов для торговли. Большинство шахт или угольных шахт времен промышленной революции находились в северной Англии, где в начале 18 века добывалось более 80% угля.

Сегодня уголь по-прежнему используется напрямую (отопление) и косвенно (производство электроэнергии). Уголь также необходим для сталелитейной промышленности.

Топливо
Во всем мире уголь в основном используется для производства тепла. Это основной источник энергии для большинства развивающихся стран, и мировое потребление увеличилось более чем на 30% в 2011 году.

Уголь может сжигаться в отдельных домохозяйствах или в огромных промышленных печах. Он производит тепло для комфорта и стабильности, а также нагревает воду для санитарии и здоровья.

Электроэнергия
Электростанции, работающие на угле, являются одним из самых популярных способов производства и распределения электроэнергии. На угольных электростанциях уголь сжигается и нагревает воду в огромных котлах. Кипящая вода создает пар, который вращает турбину и активирует генератор для производства электроэнергии.

Почти вся электроэнергия в Южной Африке (около 93%) вырабатывается за счет угля. Польша, Китай, Австралия и Казахстан — другие страны, использующие уголь для производства электроэнергии. В Соединенных Штатах около 45% электроэнергии в стране вырабатывается за счет угля.

Кокс
Уголь играет жизненно важную роль в сталелитейной промышленности. Чтобы произвести сталь, железную руду необходимо нагреть, чтобы отделить железо от других минералов в породе. В прошлом для нагревания и разделения руды использовался сам уголь. Однако при нагревании уголь выделяет примеси, такие как сера, что может сделать полученный металл слабым.

Еще в 9 веке химики и инженеры открыли способ удаления этих примесей из угля перед его сжиганием. Уголь запекается в печи в течение примерно 12–36 часов при температуре примерно 1000–1100 °C (1800–2000 °F). Это отгоняет примеси, такие как угольный газ, окись углерода, метан, смолы и нефть. Полученный материал — уголь с небольшим количеством примесей и высоким содержанием углерода — представляет собой кокс. Метод называется коксованием.

Кокс сжигается в доменной печи с железной рудой и воздухом при температуре около 1200 °C (2200 °F). Горячий воздух воспламеняет кокс, а кокс плавит железо и отделяет примеси. В результате получается сталь. Кокс обеспечивает тепловые и химические свойства, которые придают стали прочность и гибкость, необходимые для строительства мостов, небоскребов, аэропортов и автомобилей.

Многие крупнейшие производители угля в мире (США, Китай, Россия, Индия) также входят в число крупнейших производителей стали. Япония, еще один лидер сталелитейной промышленности, не имеет значительных запасов угля. Это один из крупнейших импортеров угля в мире.

Синтетические продукты
Газы, выделяющиеся в процессе коксования, могут использоваться в качестве источника энергии. Угольный газ можно использовать для обогрева и освещения. Уголь также можно использовать для производства синтез-газа, комбинации водорода и монооксида углерода. Сингаз можно использовать в качестве транспортного топлива, аналогичного нефти или дизельному топливу.

Кроме того, уголь и побочные продукты кокса могут использоваться для производства синтетических материалов, таких как смола, удобрения и пластмассы.

Уголь и выбросы углерода

При сжигании угля выделяются газы и твердые частицы, вредные для окружающей среды. Углекислый газ является основным выбросом.

Углекислый газ является неотъемлемой частью атмосферы нашей планеты. Его называют парниковым газом, потому что он поглощает и сохраняет тепло в атмосфере и поддерживает на нашей планете температуру, пригодную для жизни. В естественном углеродном цикле углерод и углекислый газ постоянно циркулируют между землей, океаном, атмосферой и всеми живыми и разлагающимися организмами. Углерод также изолируется или хранится под землей. Это удерживает углеродный цикл в равновесии.

Однако при добыче и сжигании угля и других видов ископаемого топлива в атмосферу высвобождается секвестрированный углерод, что приводит к накоплению парниковых газов и отрицательно влияет на климат и экосистемы.

В 2011 году около 43% электроэнергии в США производилось за счет сжигания угля. Однако на добычу угля приходилось 79% выбросов углерода в стране.

Другие токсичные выбросы
Двуокись серы и оксиды азота также выделяются при сжигании угля. Они способствуют кислотным дождям, смогу и респираторным заболеваниям.

Ртуть выделяется при сжигании угля. В атмосфере ртуть обычно не представляет опасности. Однако в воде ртуть превращается в метилртуть, которая токсична и может накапливаться в рыбе и организмах, потребляющих рыбу, включая людей.

Летучая зола (которая уносится вместе с другими газами при сжигании угля) и зольный остаток (который не улетучивается) также выделяются при сжигании угля. В зависимости от состава угля эти частицы могут содержать токсичные элементы и раздражители, такие как кадмий, диоксид кремния, мышьяк и оксид кальция.

В США летучая зола должна улавливаться промышленными «скрубберами», чтобы предотвратить ее загрязнение атмосферы. К сожалению, летучая зола часто хранится на свалках или электростанциях и может стекать в грунтовые воды. В ответ на эту опасность для окружающей среды летучая зола используется в качестве компонента бетона, тем самым изолируя его от окружающей среды.

Многие страны не регулируют угольную промышленность так строго, как США, а выбросы загрязняют воздух и воду.

Угольные пожары
При соответствующих условиях тепла, давления и вентиляции угольные пласты могут самовозгораться и гореть под землей. Молнии и лесные пожары также могут воспламенить открытый участок угольного пласта, и тлеющий огонь может распространиться вдоль пласта.

Угольные пожары выбрасывают в атмосферу тонны парниковых газов. Даже если поверхностный пожар потушен, уголь может тлеть годами, прежде чем вспыхнуть и снова вызвать лесной пожар.

Возгорание угля также может начаться в шахтах в результате взрыва. Угольные пожары в Китае, многие из которых возникли в результате взрывов, используемых в процессе добычи, могут составлять 1% мировых выбросов углерода. В США заброшенные шахты чаще загораются, если мусор сжигают на близлежащих свалках.

Когда уголь загорается и начинает тлеть, его очень трудно потушить. В Австралии угольный пожар на «Пылающей горе» горит уже 5500 лет!

Преимущества и недостатки

Преимущества
Уголь является важной частью мирового энергетического бюджета. Найти и извлечь его относительно недорого, и его можно найти по всему миру. В отличие от многих возобновляемых ресурсов (таких как солнечная энергия или ветер), добыча угля не зависит от погоды. Это базовое топливо, то есть его можно производить 24 часа в сутки, 7 дней в неделю, 365 дней в году.

Мы используем и зависим от многих вещей, которые дает уголь, таких как тепло и электричество для питания наших домов, школ, больниц и промышленных предприятий. Сталь, необходимая для строительства мостов и других зданий, практически полностью зависит от производства кокса.

Побочные продукты угля, такие как синтетический газ, могут использоваться для производства топлива для транспорта.

Добыча угля также обеспечивает экономическую стабильность для миллионов людей во всем мире. Угольная промышленность опирается на людей с широким спектром знаний, навыков и способностей. Работа, связанная с углем, включает геологов, горняков, инженеров, химиков, географов и руководителей. Угольная промышленность является критически важной отраслью как для развитых, так и для развивающихся стран.

Недостатки
Уголь является невозобновляемым источником энергии. На его формирование ушли миллионы лет, и на нашей планете его существует конечное количество. Хотя на данный момент это стабильный и надежный источник энергии, он не будет доступен вечно.

Горнодобывающая промышленность — одна из самых опасных профессий в мире. Опасности для здоровья подземных горняков включают респираторные заболевания, такие как «черное легкое», при котором угольная пыль накапливается в легких. Помимо болезней, тысячи горняков ежегодно гибнут в результате взрывов шахт, обвалов и других несчастных случаев.

Сжигание угля для получения энергии приводит к выбросу токсинов и парниковых газов, таких как двуокись углерода. Они оказывают непосредственное влияние на местное качество воздуха и способствуют глобальному потеплению, текущему периоду изменения климата.

Добыча полезных ископаемых навсегда изменяет ландшафт. При сносе горных вершин стирается сам ландшафт и разрушаются экосистемы. Это увеличивает эрозию в этом районе. Наводнения и другие стихийные бедствия подвергают эти районы большой опасности.

Добыча угля может повлиять на местное водоснабжение несколькими способами. Потоки могут быть заблокированы, что увеличивает вероятность флуда. Токсины часто попадают в грунтовые воды, ручьи и водоносные горизонты.

Уголь — один из самых противоречивых источников энергии в мире. Преимущества добычи угля экономически и социально значимы. Однако добыча полезных ископаемых опустошает окружающую среду: воздух, землю и воду.

Fast Fact

Углеродное волокно
Углеродное волокно, используемое во всем, от легких велосипедов до пуленепробиваемых кевларовых жилетов, представляет собой разновидность графита, высший сорт угля.

Fast Fact

Чистый уголь
«Чистый уголь» — это термин, используемый для обозначения любой технологии, снижающей выбросы углерода при сжигании угля. Чистый уголь обычно относится к процессу улавливания углерода, при котором выбросы улавливаются и хранятся под землей.

Быстрый факт

Угольные ископаемые
Уголь превращает «ископаемое» в «ископаемое топливо». Палеонтологи обнаружили в угольных пластах прекрасно сохранившиеся окаменелости одних из старейших в мире влажных тропических лесов.

Fast Fact

Крупнейшие производители угля
1. Китай
2. США
3. Индия
4. Европейский Союз (ведущий производитель: Германия)
5. Австралия

Fast Fact

9003 900
Комплекс North Antelope Rochelle в американском штате Вайоминг является крупнейшей в мире угольной шахтой. С момента открытия в 19-м году разрез отгрузил более 1,4 млрд тонн угля.83.

Статьи и профили

SF Gate: Положительные и отрицательные стороны угольных источников энергииУправление энергетической информацией: Energy Kids—угольная промышленность Австралии, страдающая от изменения климата, вводит налог на выбросы углерода Журнал National Geographic: Высокая стоимость дешевого угля: Угольный парадоксU .С. Министерство энергетики: Уголь

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
битуминозный уголь
полубитуминозный уголь
антрацит
бурый уголь

Просмотреть весь соответствующий контент →

Резюме

Прочтите краткий обзор этой темы

уголь , одно из наиболее важных первичных ископаемых видов топлива, твердый богатый углеродом материал, обычно коричневого или черного цвета, чаще всего встречающийся в слоистых осадочных отложениях.

Уголь определяется как содержащий более 50 процентов по весу (или 70 процентов по объему) углеродистого вещества, образующегося в результате уплотнения и затвердевания измененных растительных остатков, а именно торфяных отложений. Различные разновидности углей возникают из-за различий в видах растительного материала (тип угля), степени углефикации (марка угля) и диапазоне примесей (марка угля). Хотя большая часть углей залегает в слоистых осадочных отложениях, позднее эти отложения могут подвергаться воздействию повышенных температур и давлений, вызванных магматическими интрузиями или деформациями во время горообразования (т. е. процессов горообразования), что приводит к развитию антрацита и даже графита. Хотя концентрация углерода в земной коре не превышает 0,1 процента по массе, он необходим для жизни и является основным источником энергии человечества.

В этой статье рассматриваются геологическое происхождение, структура и свойства угля, его использование на протяжении всей истории человечества и современное распространение в мире. Для обсуждения процесса добычи угля см. статью Добыча угля. Для более полного рассмотрения процессов сжигания угля см. статью Утилизация угля.

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).