Каменный уголь свойства: КАМЕННЫЙ УГОЛЬ • Большая российская энциклопедия

Содержание

КАМЕННЫЙ УГОЛЬ • Большая российская энциклопедия

КА́МЕННЫЙ У́ГОЛЬ, разновидность углей ископаемых, занимающая промежуточное положение по степени углефикации («метаморфизма») между бурым углем и антрацитом; твёрдое горючее полезное ископаемое. Представляет собой плотную породу чёрного, иногда cepo-чёрного цвета с блестящей или матовой поверхностью. Состоит из горючего органического вещества, влаги и минеральных примесей, образующих при сжигании золу (оксиды кремния, железа и алюминия, редкие и рассеянные элементы – германий, вольфрам, ванадий, титан, а также драгоценные металлы). B органическом веществе содержится (по массе) 75–92% углерода, 2,5–5,7% водорода, 2–10% кислорода, до 1,5% азота, 0,5–4% серы (входит также в состав минеральной части угля, так называемая неорганическая сера). Влажность 1–12%. Содержание минеральных примесей (каолинит, иллит, пирит, сидерит, анкерит, кальцит, кварц и др.) может достигать 40%, при большем их содержании породу называют углистым сланцем. Плотность К. y. зависит от петрографического состава, количественного содержания и характера минеральных примесей, а также степени метаморфизма. Наименьшей плотностью (1280–1300 кг/м3) характеризуются компоненты витринита группы, наибольшей (1300–1500 кг/м3) – группы инертинита (см. Микрокомпоненты углей). Важными технологическими характеристиками К. у. являются: выход летучих веществ 2–45% (смесь газов и паров, выделяющихся в результате разложения органической массы угля при нагревании её до температуры 840–860 °С без доступа воздуха), теплота сгорания в пересчёте на сухое беззольное состояние вещества 30–37 МДж/кг; спекаемость (способность переходить при быстром нагревании без доступа воздуха в связанное пластическое состояние) и коксуемость (способность при медленном нагревании без доступа воздуха давать твёрдый пористый остаток – кокс и побочные продукты – коксовый газ и коксовые масла).

По генетическому типу органического вещества большинство К. y. относится к гумолитам; сапропелиты и сапрогумолиты значительно меньше распространены и слагают в основной толще К. у. линзы или небольшие прослои.

По внешним признакам К. y. разделяются на блестящие, полублестящие, полуматовые, матовые. Как правило, блестящие разности угля малозольны вследствие незначительного содержания минеральных примесей. Различают макрокомпоненты углей (см. Литологические типы углей) – витрен, кларен, дюрен, фюзен (пласты могут быть сложены одним из указанных литотипов, но чаще их чередованием, так называемые полосчатые угли) и микрокомпоненты углей (мацералы) – витринит, семивитринит, инертинит, липтинит.

К. y. образуются из продуктов разложения органических остатков преимущественно высших растений в результате регионального метаморфизма вмещающих их отложений. B условиях повышения давления и температуры при погружении угленосной толщи на глубину происходит последовательная углефикация органической части К. y. – изменение химического состава, физических свойств и молекулярного строения. На конечной (высшей) стадии углефикации К. y. преобразуется в антрацит и графит (с отчётливо выраженной кристаллической структурой). Менее распространены преобразования органической части К. y. от воздействия тепла изверженных пород на вмещающие отложения (термальный метаморфизм), а также при их непосредственном контакте с угольными пластами (контактовый метаморфизм).

Возрастание степени углефикации в органическом веществе К. y. вызывает последовательное увеличение относительного содержания углерода и уменьшение содержания кислорода и водорода, снижение выхода летучих веществ. Меняются также и физические свойства угля (пористость, плотность, спекаемость, теплота сгорания, упругие свойства и прочие). B качестве оптического критерия степени «метаморфизма» (углефикации) углей используется показатель отражения витринита, который с увеличением степени углефикации последовательно возрастает от 0,5–0,65 до 2–2,5%.

За основу промышленной классификации К. y. в отдельных странах принимаются различные параметры свойств и состава углей. В России К. у. по комплексу параметров (показателю отражения витринита, сумме витринита и семивитринита – так называемых отощающих компонентов, выходу летучих веществ, степени спекаемости, коксуемости) подразделяются на марки, группы и подгруппы. По мере возрастания степени углефикации различают 6 марок углей (с последовательным увеличением содержания углерода от марки Д к марке T от 76 до 92%, уменьшением выхода летучих веществ c 42 до 7–12%): длиннопламенные (Д), газовые (Г), жирные (Ж), коксовые (К), отощённые спекающиеся (ОС), тощие (Т). В США, например, К. y. классифицируются по теплоте сгорания, содержанию связанного углерода и относительному содержанию летучих веществ, в Японии – по теплоте сгорания, так называемому топливному коэффициенту и крепости кокса или неспособности к коксованию.

Образование К. y. характерно почти для всех геологических периодов – от девона до неогена (включительно), наиболее широко распространены они в отложениях карбона, перми, юры. Залегают К. y. в форме пластов и линзовидных залежей различной мощности (от долей метра до нескольких десятков и сотен метров) на разных глубинах (от выходов на поверхность до 2500 м и глубже).

В России К. у., в том числе коксующиеся, содержатся в Кузнецком угольном бассейне, Печорском угольном бассейне, Южно-Якутском угольном бассейне, Иркутском угольном бассейне, Ленском угольном бассейне, Донецком угольном бассейне (в Ростовской области), Минусинском угольном бассейне, Тунгусском угольном бассейне, Зырянском угольном бассейне, а также в Улуг-Хемском, Буреинском, Таймырском, Партизанском, Раздольненском и Кизеловском угольных бассейнах и на ряде угольных месторождений Дальнего Востока.

Наиболее известные разрабатываемые бассейны К. у. зарубежных стран: Шаньси, Датун (Китай), Аппалачский каменноугольный бассейн, Иллинойсский угольный бассейн (США), Сиднейский угольный бассейн, Боуэн (Австралия), Йоркширский, Ноттингемширский, Нортамберленд-Даремский, Южно-Уэльский угольный бассейн (Великобритания), Дамодарский угольный бассейн (Индия), Нижнерейнско-Вестфальский угольный бассейн (Рурский, Германия), Альберта (Канада), Карагандинский угольный бассейнЭкибастузский угольный бассейн (Казахстан), Витбанк (ЮАР), Донецкий, Львовско-Волынский угольный бассейн (Украина), Верхнесилезский каменноугольный бассейн, Зонгулдакский (Турция), Люблинский (Польша), Остравско-Карвинский угольный бассейн (Чехия).

Мировые общие запасы каменных углей (87 стран, 2-я половина 2000-х гг.) составляют 3 трлн. т, подтверждённые – 600,1 млрд. т.

Таблица. Страны с крупными запасами каменных углей (2-я половина 2000-х гг.; в порядке убывания общих запасов, млрд. т)

 Страна  Общие запасы Подтверждённые запасы
 Китай 858,1 62,4
 США 568,3 111,3
 Австралия 271,2 38,6
 Великобритания 230,4 0,2
 Индия 196,0 90,1
 Германия 125,6 0,2
 Россия  125,4  91,5
 Канада  115,4  3,5
 Казахстан  113,0  28,2
 ЮАР 83,9 48,8
 Украина 53,6 42,6
 Польша 42,6 14,0
 Индонезия 38,9 0,7
 Чили 30,9 30,8
 Бразилия 27,5 11,9
 Колумбия 21,7 6,2
 Вьетнам 20,0 0,2
 Ботсвана 13,4 4,3
 КНДР  12,0  0,3
 Чехия  6,2  2,1
 Япония  4,2  0,4
 Венгрия 3,2 0,2
 Иран 3,0 2,0
 Пакистан 3,0 0,7
 Нигерия 2,8 0,02
 Свазиленд 2,5 0,03
 Зимбабве  2,4  0,5
 Венесуэла  2,1  0,5
 Мексика  1,8  0,9
 Монголия  1,5  0,7
 Турция  1,5  0,3
 Перу 1,4 1,0
 Нидерланды 1,4 0,5
 Бангладеш 1,3 0,5
 Румыния 1,3 0,02
 Танзания 1,2 0,2
 Бельгия 1,1 0,4
 Новая Зеландия 1,1 0,03
 Узбекистан  1,0  1,0
 Нигер  0,8  0,07
 Мозамбик  0,7  0,2
 Испания  0,6  0,2
 Малайзия  0,5  0,4
 Киргизия  0,4  0,2
 Аргентина  0,4  0,1

Главные угледобывающие страны (млрд. т; 2013, если не указан иной год): Китай (3,35), США (0,89), Индия (0,56), Австралия (0,54), Индонезия (0,44), Россия (0,28), ЮАР (0,26), Казахстан (0,11), Колумбия (0,1), Польша (0,077), Канада (0,059), Украина (0,045; 2014), Вьетнам (0,045), Великобритания (0,013), Германия (0,01; 2012). Главные экспортёры – Австралия, Индонезия, Россия, ЮАР, Китай, Колумбия, США, Вьетнам, Канада, Казахстан, Польша, Нидерланды; импортёры – Япония, Республика Корея, Тайвань, Великобритания, Индия, Германия, США, Россия, Италия, Испания, Канада, Нидерланды, Франция.

Мировые геологические ресурсы К. у. (начало 2010-х гг.) оцениваются в 9,4 трлн. т; в России свыше 3 трлн. т, из них (трлн. т) свыше 1,7 длиннопламенных, а также около 0,5 газовых, 0,2 жирных, 0,35 коксовых, 0,25 отощённых спекающихся, 0,7 тощих. В начале 2010-х гг.  запасы К. у. в России составили 132,34 млрд. т, экспорт 130,4 млн. т, импорт 31,2 млн. т.

К. y. используются как бытовое и энергетическое топливо, сырьё при производстве кокса и полукокса с получением большого количества химических продуктов (нафталин, фенолы, пек и др. ), на основе которых производят удобрения, пластмассы, синтетические волокна, лаки, краски и т. п. При переработке К. y. получают также активные угли, искусственные графиты и т. д.; в промышленных масштабах извлекается ванадий, германий и сера; разработаны методы получения галлия, молибдена, цинка, свинца. Перспективное направление использования К. y. – гидрирование углей для получения синтетического жидкого топлива, а также газификация углей.

Свойства угля — Терморобот

 

Свойства и характеристики угля

     Уголь — это горючая осадочная порода растительного происхождения, состоящая в основном из углерода и ряда других химических элементов.
     Состав угля зависит от возраста: самый молодой — бурый уголь (марка по свойствам ближе к древесине,  — к каменному углю), затем идет каменный уголь, старше всех антрацит. По мере старения происходило концентрирование углерода и уменьшение содержания летучих составляющих, в частности, влаги. Так, бурый уголь имеет влажность 30–40%, более 50% летучих компонентов, у антрацита оба показателя составляют 5–7%.

     Кроме основных компонентов, уголь содержит «породу»: различные негорючие золообразующие добавки. Наличие породы уменьшает удельную теплоту сгорания угля, увеличивает износ механизмов котла, затрудняет углеподготовку (дробление угля до нужной фракции). В зависимости от сорта и условий добычи зольность может различается очень сильно. Так, зольность кузбасского каменного угля 15-17%, бурого балахтинского (Красноярский край) менее 10%, но в России встречаются угли с зольностью до 30-35%.
     Зола является вредным отходом, загрязняющим окружающую среду, и подлежит утилизации на специальных полигонах. Для удобства вывоза зольник в Термороботе сделан съемным, транспортабельным.
     Есть также «зола уноса«, определяющая экологические показатели котла, ее количество учитывается при экологической экспертизе проекта котельной. Выброс пыли зависит от сорта угля, мощности и конструкции котла.
     Важным показателем угля является температура плавления золы, зависящая от химического состава породы в конкретном угле, она определяет спекаемость (шлакование) угля в топке котла.

     Есть еще один вредный компонент угля — сера. При сжигании серы образуются ее окислы, которые, взаимодействуя с водой, превращаются в серную кислоту. Она загрязняет окружающую среду и дает кислотный конденсат, разрушающий элементы котла. Содержание серы обычно находится в пределах 0,1-1%.

     Основной показатель топлива — удельная теплота сгорания. В сертификатах указывают «высшую» и «низшую» теплоту сгорания. При выборе угля и при оценке КПД котла следует обращать внимание на низшую теплоту, обозначаемую в сертификатах Qir . У бурого угля ее значение составляет 3000-5000, у рядового каменного угля 5000-5500 ккал/кг. В справочниках можно встретить значение 7000 ккал/кг, это относятся к угольному концентрату («условное топливо»), на обычных угольных складах таким углем не торгуют.

     Плотность угля — от 1 до 1,7 т/м3 в зависимости от содержания минеральных веществ, но в практических расчетах следует пользоваться «насыпной плотностью«. Для рекомендованного нами балахтинского угля 3Б она составляет 0,8 т/м3 (бункер котельной Терморобот-300 объемом 5 м3 вмещает 4 тонны угля). Насыплая плотность сортового каменного угля около 0,85 т/м3.

 

Как горит уголь

     Уголь содержит 2 горючих компонента: летучие вещества и твердый коксовый остаток. Конструкция котла должна обеспечить полное сжигание обоих компонентов топлива. Механический или химический недожог очень сильно снижает КПД котла и его экологические показатели.


     На первом этапе горения происходит газификация угля: из него выделяются летучие вещества; при достатке кислорода они быстро сгорают, давая длинное пламя. Затем выгорает коксовый остаток; интенсивность и температура его горения зависит от вида угля (бурый, каменный, антрацит): чем выше степень углефикации (самая высокая она у антрацита), тем выше температура воспламенения и теплота сгорания, но ниже интенсивность горения.



Уголь марок Б, Д, Г
     Из-за высокого содержания летучих веществ такой уголь быстро разгорается и быстро сгорает. Уголь этих марок доступен и пригоден почти для всех видов котлов, но для полного сгорания этот уголь должен подаваться маленькими порциями, чтобы выделяющиеся летучие вещества успевали полностью соединяться с кислородом воздуха (так, в котлах Терморобот ТР-200, ТР-300 уголь подается почти непрерывно). Полное сгорание угля характеризуется желтым пламенем и прозрачными дымовыми газами; неполное сгорание летучих веществ дает багровое пламя и чёрный дым.

 

Уголь марок СС, Т, А
     Разжечь такой уголь труднее; он горит долго и выделяет много тепла; его можно загружать большими партиями, так как в нем горит в основном коксовый остаток, нет массового выделения летучих веществ. Очень важен режим поддува: при недостатке воздуха горение происходит медленно, возможно угасание, либо, напротив, чрезмерное повышение температуры, приводящее к прогоранию котла. В Термороботе при использовании углей СС и Т резко (на 30-50%) снижается мощность котла, это следует учитывать при выборе мощности котла. Использование в Термороботе угля А (антрацита) не допускается.

Виды угля: какое топливо эффективней?

Уголь – это органическое вещество, которое образовалось из растительных остатков. Под воздействием давления и температур залежи торфа на протяжении целых веков превращались в породу. Сначала — в бурый уголь, затем — в каменный уголь, который трансформировался в антрацит.

На каждой стадии уголь меняет свои характерные свойства, которые напрямую влияют на его качество. В чём принципиальные отличия каждого вида?

Бурый уголь

Бурый уголь — самая молодая твёрдая горная порода, которая образовалась около 50 млн лет назад из торфа или лигнита. По своей сути, это «недозревший» каменный уголь.

Это полезное ископаемое получило своё название из-за цвета – оттенки варьируются от буро-рыжего до чёрного. Бурый уголь считается топливом низкой степени углефикации (метаморфизма). Он содержит в себе от 50% углерода, но также много летучих веществ, минеральных примесей и влаги, поэтому гораздо легче горит и даёт больше дыма и запаха гари.

В зависимости от влажности, бурый уголь делят на марки 1Б (влажность более 40%), 2Б (30-40%) и 3Б (до 30%). Выход летучих веществ у бурых углей составляет до 50%.

Фото: miningwiki.ru

При продолжительном контакте с воздухом бурый уголь имеет свойство терять структуру и растрескиваться. Среди всех видов угля он считается самым некачественным топливом, так как выделяет куда меньше тепла: теплота сгорания составляет всего 4000 — 5500 ккал\кг.

Бурый уголь залегает на небольших глубинах (до 1 км), поэтому его гораздо легче и дешевле добывать. Однако в России как топливо он применяется намного реже, чем каменный уголь. Из-за низкой стоимости бурому углю всё же отдают предпочтение некоторые мелкие и частные котельные и ТЭЦ.

В России крупнейшие месторождения бурого угля располагаются в Канско-Ачинском бассейне (Красноярский край). В целом участок обладает запасами почти в 640 млрд т (около 140 млрд т пригодны для разработки открытыми способом).

Богато запасами бурого угля и единственное угольное месторождение в Алтае – Солтонское. Его прогнозируемые запасы составляют 250 млн т.

Около 2 трлн т бурого угля таит в себе Ленский угольный бассейн, расположенный на территории Якутии и Красноярского края. Кроме того, этот вид полезного ископаемого нередко залегает вместе с каменным углём – так, его также получают на месторождениях Минусинского и Кузнецкого угольных бассейнов.

Каменный уголь

Куда большую популярность в топливной энергетике имеет каменный уголь. Он намного старше бурого угля – возраст каменных отложений составляет порядка 350 млн лет. Каменный уголь куда более крепкое, твёрдое и тяжёлое полезное ископаемое, которое обычно залегает на глубинах от 2 км.

В этой горной породе чёрного цвета с матовым блеском содержится 75-95% углерода и при этом всего 5-6% влаги. За счёт высокой теплоты сгорания — около 5500-7500 ккал\кг — каменный уголь горит гораздо лучше, чем бурый.

По степени углефикации каменный уголь разделяют на множество разновидностей. Среди марок угля сегодня выделяют длиннопламенный (Д), газовый (Г), жирный (Ж), коксовый жирный (КЖ), коксовый (К), отощённый спекающийся (ОС), тощий (Т) и антрацит (А).

Все подвиды каменного угля отличаются степенью выхода летучих веществ, элементарным составом, теплотой сгорания, объёмным весом и выходом летучих веществ. Например, у каменных углей марок Г и Д выход летучих веществ составляет 30-50%, марок Т – 13%, А – 2-9%.

В тощих углях много углеродов, но мало летучих веществ и битумов. К газовым и жирным относятся угли с большим содержанием летучих веществ. А коксовые угли имеют наибольшую теплоту сгорания – свыше 8 тысяч ккал/кг.

Территория России изобилует количеством каменноугольных
бассейнов, рассредоточенных в самых разных регионах. Главные «угольные» точки
находятся в Минусинском, Кузнецком, Ленском, Тунгусском, Таймырском, Печорском,
Южно-Якутском и Буреинском бассейнах.

Так, на территории Минусинского бассейна залегает около 2,7 млрд т каменного угля. А в Кузнецком угольном бассейне хранится порядка 61,6 млрд т разведанных запасов углей.

Также к крупнейшим месторождениям каменного угля причисляют Эльгинское месторождение в Якутии: его запасы составляют порядка 2,2 млрд т. Ещё одно месторождение – Элегестское (Тува) – обладает запасами в около 20 млрд т.

Антрацит

Наивысшей степенью углефикации обладает антрацит – конечная стадия сформирования угля. Все процессы гниения торфяных отложений завершены, каждый слой горной породы полностью спрессован, поэтому и вещества максимально сконцентрированы.

Антрацит легко отличить от других видов угля благодаря ярко
выраженному чёрному цвету с металлическим блеском. Он обладает хорошей
электропроводностью, имеет большую вязкость и практически не спекается.

Этот вид угля практически лишён влаги (не более 1-3%) и минеральных примесей, зато содержит много углерода (около 94%). Такие свойства обеспечивают очень высокую удельную теплоту сгорания — 8100-8350 ккал/кг. Выход летучих веществ колеблется от 3 до 4 %.

Чтобы поджечь антрацит, нужно постараться: он загорается только при температурах 600-700˚С, но в случае успеха не даёт дыма и горит почти без пламени (в отдельных случаях вообще без него). Кроме того, продукты сгорания данного топлива не имеют запаха.

В основном антрацит залегает на глубинах 6 км. Это довольно редкое полезное ископаемое: его доля среди мирового запаса угля составляет около 3%.

Россия занимает первое место по запасам антрацитов. Он залегает в следующих угольных бассейнах: Кузнецком, Таймырском, Грушевском, Тунгусском. Также эти полезные ископаемые обнаружены на Урале и в Магаданской области.

Как определить зольность?

Самой важной характеристикой угля является зольность – процентное содержание негорючего остатка (золы), образуемого из минеральных примесей топлива после его полного сгорания. С учётом зольности разработаны методы оценки эффективности обогащения угля, а также формируются цены на топливо.

Зольность измеряется в процентах от общей массы угля. Чем она
выше, тем ниже теплота сгорания и, соответственно, качество угля. Поэтому именно зольность угля определяет его пригодность к использованию в качестве топлива. Так, уголь с 25-процентной зольностью относят к высокосортному, низкосортным считается уголь с показателем от 40%.

Определение зольности угля осуществляется одним стандартным методом: топливо полностью сжигают, потом проводят прокаливание зольного остатка до постоянной массы и непосредственно определяют её долю относительно изначальной массы топлива.

При сгорании углей проходит несколько этапов процесса превращения минеральных компонентов в золу. Все реакции проходят с разной скоростью и в разных температурных условиях. Масса и состав полученной золы разнятся в каждом отдельном озолении, поэтому точно определить зольность каждого вида угля в отдельности невозможно.

То же самое можно сказать и об остальных свойствах
каменного, бурого угля или антрацита: они определяются целым рядом факторов,
поэтому за основу берутся лишь усреднённые параметры.

Каменный уголь. Инф. статья.

«Таят в себе недра Земли: синий лазурит, зелёный малахит, розовый родонит, сиреневый чароит… В пёстрой гамме этих и многих других минералов ископаемый уголь выглядит, конечно, скромно».
Так пишет Эдвард Мартин в своем труде «История кусочка каменного угля», и с ним нельзя не согласиться. Но учитывая пользу, которую уголь приносит людям с незапамятных времен, на это высказывание смотришь совсем другим взглядом.

Содержание:

Каменный уголь – полезное ископаемое, которое люди используют в качестве топлива. Он представляет собой плотную каменистую породу черного (иногда серо-черного) цвета с блестящей, полуматовой или матовой поверхностью.
Существует две основные точки зрения на происхождение угля. Первая утверждает, что каменный уголь создавался вследствие гниения растений в течение многих миллионов лет. Но этот процесс не всегда приводил к залежам угля. Дело в том, что доступ кислорода должен быть ограничен, чтобы гниющие растения не смогли отдать углерод в атмосферу. Подходящая среда для этого процесса – болото. Стоячая вода с минимальным содержанием кислорода не дает бактериям полностью разрушать растения. А в определенный момент выделяются кислоты, которые полностью останавливают работу бактерий. Таким образом формируется торф, который трансформируется сначала в бурый уголь, потом в каменный и, наконец, в антрацит. Но образование угля обусловлено еще одним важным моментом – вследствие движения земной коры слой торфа должен быть накрыт другими слоями грунта. Таким образом, испытывая давление, повышенные температуры, оставаясь без воды и газов, образуется каменный уголь.

Есть и вторая версия. Она предполагает, что каменный уголь – результат перехода углерода из газообразного состояния в кристаллическое. Основывается она на том, что в недрах Земли может содержаться большое количество углерода в газообразном состоянии. В процессе охлаждения он осаждается в виде каменного угля.

В России находится 5,5 % мирового запаса угля, на данном этапе он составляет 6421 млрд. тонн, из которых 2/3 – запасы каменного угля. Залежи по территории страны распределены неравномерно: 95 % располагаются в восточных регионах, а из них более 60 % принадлежит Сибири. Основные угольные бассейны: Кузнецкий, Канско-Ачинский, Печорский, Донецкий. По добыче угля Россия занимает 5 место в мире.

Простейшая добыча ископаемого каменного угля известна с древних времен и зафиксирована в Китае и Греции. В России же впервые увидел уголь Петр I в 1696 году в районе нынешнего г. Шахты. А с 1722 г. начали снаряжаться экспедиции с целью разведки залежей угля по территории России. В это время уголь начинают использовать при солеварении, в кузнечном деле и для отопления домов.
Существует два основных способа добычи каменного угля: открытый и закрытый. Способ добычи зависит от глубины залегания породы. Если залежи находятся на глубине до 100 метров, то способ добычи открытый (снимается верхний слой почвы над месторождением, то есть образуется карьер или разрез). Если глубина залегания больше, то создаются шахты, а в них специальные подземные ходы. К слову, каменный уголь обычно образуется на глубине 3 и более километров. Но в результате подвижек земных слоев происходит поднятие пластов ближе к поверхности или их опущение на более нижний уровень. Залегает каменный уголь в форме пластов и линзовидных залежей. Структура слоистая или зернистая. А средняя толщина пласта угля равна примерно 2 метрам.

Каменный уголь – не просто полезное ископаемое, а представляет собой собрание высокомолекулярных соединений с большим содержанием углерода, а также воды и летучих веществ с небольшим количеством минеральных примесей.







Химический состав каменного угля включает в себя:
Углерод % 75..97
Водород % 1,5..5,7
Кислород % 1,5..15
Азот % до 1,5
Сера % 0,5..4





Вещественный состав:
Летучие вещества % 2..45
Влага % 4. .15
Зола % 2..45

Удельная теплота сгорания (калорийность) — 6500 — 8600 ккал/кг.

Цифры приведены в процентном соотношении, точный же состав зависит от местоположения залежей и климатических условий. Чтобы понять качество угля определяют несколько важных моментов. Во-первых, степень его рабочей влажности (меньше влаги — лучше энергетические свойства). Содержание ее в каменном угле 4-14%, что дает теплоту сгорания 10-30 МДж/кг. Во-вторых, это зольность угля. Зола образуется за счет присутствия в угле минеральных примесей и определяется по выходу остатка после сжигания при температуре 800°С. Каменный уголь считается пригодным к использованию, если после сгорания зола составляет 30 % и меньше.
В отличие от бурого угля каменный не содержит гуминовых кислот, в нем они преобразованы в карбоиды (уплотненные соединения углерода). Соответственно плотность и содержание углерода у него больше чем у бурого угля.






Физический состав и свойства каменного угля:
Плотность (удельный вес) г/см3 1,2..1,5
Механическая прочность кг/см2 40..300
Удельная теплоемкость ккал/г*град 0,26..0,32
Коэффициент преломления света 1,82..2,04

Говоря о свойствах, различают следующие разновидности каменного угля: блестящий (витрен), полублестящий (кларен), матовый (дгорен) и волнистый (фюзен).

По степени обогащения каменные угли делятся на концентраты, промпродукты и шламы. Концентраты используются в котельной и для получения электроэнергии. Промпродукты идут на нужды металлургии. Шламы подходят для изготовления брикетов и продажи в розницу для населения.

Существует также и классификация угля по размеру кусков:










Классификация угля Обозначение Размер
Плитный П более 100 мм
Крупный К 50. .100 мм
Орех О 25..50 мм
Мелкий М 13..25 мм
Горошек Г 5..25 мм
Семечко С 6..13 мм
Штыб Ш менее 6 мм
Рядовой Р не ограничен размерами

Главные технологические свойства каменного угля – спекаемость и коксуемость. Спекаемость – это способность угля формировать при нагревании (без поступления воздуха) сплавленный остаток. Это свойство уголь приобретает на стадиях своего формирования. Коксуемость – это способность угля при определенных условиях и высокой температуре образовывать кусковый пористый материал – кокс. Это свойство придает углю дополнительную ценность.
При формировании каменного угля происходят изменения, касающиеся содержания в нем углерода и уменьшение количества кислорода, водорода и летучих веществ, а также изменяется теплота сгорания. Из этого исходит классификация каменного угля по маркам:

* — Антрациты иногда их выделяют в отдельную группу

Применение.

Длиннопламенные и Газовые обычно применяются в котельной, так как они могут гореть без поддува. Газовые Жирные и Жирные эксплуатируются в черной металлургии для производства стали и чугуна. Отощенные Спекающиеся, Тощие и Слабоспекающиеся используют для получения электроэнергии, так как обладают большой теплотой сгорания. В то же время их сжигание связано с технологическими трудностями.

Область применение каменного угля очень обширна, тогда как на первых порах добычи в России его применяли в основном для отопления домов и в кузнечном деле. На данный момент существует много направлений, использующих каменных уголь. Например, металлургическая промышленность. Здесь для плавки металла нужна большая температура, а, следовательно, такой вид каменного угля, как кокс. Химическая промышленность использует каменный уголь для коксования и дальнейшего получения коксового газа, из которого получают углеводороды. В процессе переработки углеводородов получает толуол, бензол и др. вещества, благодаря которым производят линолеум, лаки, краски и пр.

Каменный уголь также используется как источник тепла. Как для населения, так и для получения энергии на тепловых станциях. Также из каменного угля в процессе нагревания образуется некоторое количество сажи (качественная сажа получается из Газовых и Жирных углей), из которой производят резину, краски для типографии, тушь, пластмассу и пр. Таким образом, возвращаясь к высказыванию Эдварда Мартина, можно смело утверждать, что скромный вид каменного угля нисколько не умаляет его свойств и полезных качеств.

Бурый уголь

Содержание:

Бурый уголь представляет собой горючую осадочную породу, своеобразное звено между переходом торфа в состояние каменного угля. Бурый уголь по-другому еще называют суббитуминозным углем или черным лигнитом. Само определение лигнит (от лат. «дерево», «древесина») говорит о том, что это самый «молодой» вид угля, и его структура похожа на волокнистую структуру древесины. Окрашен он от светло-бурого цвета до почти черного, но если провести куском угля по фарфоровой плитке, то полоса будет всегда бурой.

Происхождение

Согласно «растительной» версии происхождения, источник для формирования бурого угля – хвойные, лиственные деревья и растения. Оказавшись под значительным слоем воды, практически полностью лишенные доступа кислорода, прикрытые глиной, песком и другими слоями грунта эти растительные остатки тлели. Причем с течением времени количество углерода в них только накапливалось. И, после образования из этих останков торфа, наступила следующая стадия, когда сформировался бурый уголь (в дальнейшем он превращается в каменный уголь и антрацит). Обнаружен был бурый уголь впервые в России в 1720х годах в районе Подмосковья.

Запасы

На долю бурого угля по одним данным приходится примерно 35 % суммарного запаса угля в России, а это примерно 1616 млрд. т. (в эту цифру входят разведанные запасы и предполагаемые). Доказанные же запасы бурого угля на 2009 год составляют 107922 млн.т. Причем, 95 % разведанных и неразведанных запасов находится в Азиатской части России. Бассейны, богатые залежами бурого угля: Ленский, Канско-Ачинский, Тунгусский, Кузнецкий, Тургайский, Таймырский, Подмосковный и др. Стратегические бассейны с большим содержанием бурого угля – Канско-Ачинский и Кузбасский.
Большая часть бурого угля залегает на небольшой глубине до 500 метров пластами. Средняя толщина пластов 10-60 метров, но встречаются и залежи в 100-200 метров толщиной. В связи с этим считается, что добывать его безопасно и эффективно, а, следовательно, не так затратно, как, например, каменный уголь. То есть добыча бурого угля ведется практически всегда открытым способом, с помощью карьеров и разрезов. К слову, по добыче бурого угля, Россия занимает второе место в мире. Так, например, на 2010 г. добыча бурого угля составила 76 млн. т. В «Энергетической стратегии России на период до 2020 года» отмечена несомненная важность бурого угля для энергетического будущего страны. Также нужно сказать о том, что часто залежи бурого соседствуют с залежами каменного.

Учитывая процесс образования бурого угля, можно назвать его основные свойства и состав:






Химический состав бурого угля включает в себя:
Углерод % 50..70 (в среднем 63)
Водород % 3..5
Кислород % 26..37 (в среднем 32)
Азот % 0..2




Вещественный состав:
Летучие вещества % до 50
Влага % 20..30 (иногда 40)

Удельная теплота сгорания (калорийность) — 22-31 МДж/кг (в среднем 26 МДж/кг) или 5400-7400 Ккал/кг.

Содержание углерода в буром угле ниже, чем в каменном, поэтому его и относят к низкой степени углефикации. При большом содержании влаги обладает свойством на воздухе быстро ее терять, растрескиваться и превращаться в порошок. Плотность бурого угля равна 0,5-1,5 г/см3. Обычно структура его достаточно плотна, но бывает и рыхлой. Из-за присутствия в большом количестве летучих веществ, воды и низкого содержания углерода, бурый уголь легко горит, но при этом выделяет дым и своеобразный запах гари.
Состоит бурый уголь из гуминовых кислот (чего абсолютно нет в каменном угле) с примесью углеводородов и карбоидов. Содержание гуминовых кислот колеблется от 64% до 2-3% в зависимости от местоположения залежи. Также от этого фактора зависит и наличие смол (от 25% до 5%). В некоторых месторождениях в составе бурого угля обнаруживается бензольный экстракт (5-15%), воск (50-70%), а также содержание урана и германия.

Классификация

В России принято несколько классификаций бурого угля (еще со времен СССР).
Официальная классификация подразделяет его на марки и технологические группы. Деление осуществляется за счет того, как уголь действует во время термической обработки. В России все бурые угли относятся к марке Б. При делении на технологические группы учитываются спекающие способности угля. Идентифицируются группы следующим образом: к марке прибавляют цифру, которая указывает на самый маленький размер пласта угля, например, Г6, Г17 и пр.

В России принято несколько классификаций бурого угля (еще со времен СССР).
Также по ГОСТу 1976 г. бурый уголь делят по степени углефикации на три стадии: О1, О2 и О3. Стадии зависят от отражательной способности угля в масляной иммерсии: О1 – менее 0,30%, О2 – 0,30-0,39%, О3 – 0,40-0,49%.
По влажности бурый уголь подразделяется на шесть групп: до 20%, 20-30%, 30-40%, 40-50%, 50-60% и 70% влажности.
По выходу первичной смолы полукоксования бурые угли делятся на четыре группы: свыше 25%, 20-25%, 15-20%, 15% и менее.

Также различают следующие виды бурых углей:

  • Плотный бурый уголь – бурого цвета с матовым блеском и землистым изломом.
  • Землистый бурый уголь – легко стирающийся в порошок.
  • Смолистый бурый уголь – плотный, темно-бурого, даже черного цвета, в изломе с блеском как у смолы.
  • Бумажный бурый уголь (дизодил) – истлевшая растительная масса, которую легко можно расслоить на тонкие листы.
  • Торфяной бурый уголь – очень похож на торф.

Применение

К такому виду полезного ископаемого как бурый уголь с каждым годом растет интерес. Дело в том, что низкая себестоимость и большой запас разведанного и неразведанного угля дают о себе знать, и сфера применения бурого угля становится более обширной. Как топливо этот вид угля менее популярный, чем каменный. Но, опять же, в силу низкой стоимости используется в мелких котельных и ТЭЦ, а также для отопления индивидуальных домов и коттеджей.

Путем перегонки из бурого угля получают жидкое углеводородное топливо. Остаток же используют для того, чтобы получить сажу. Из него также выделяются при переработке горючий газ и горный воск, который используют в бумажной, текстильной, деревообрабатывающей промышленности и дорожном строительстве.

Также бурый уголь служит сырьем для получения газа. Процесс этот называется газификацией угля. Заключается он в том, что бурый уголь в специальных газогенераторах при больших температурах (до 1000 °С) нагревают. В результате этого процесса образуется газ, состоящий из метана, водорода и окиси углерода. Этот газ впоследствии перерабатывают в синтетический – аналог природного газа. В свою очередь специалисты изобрели новый способ получения газа – подземная газификация, где весь процесс проходит под землей без непосредственного извлечения угля. Для этого роют вертикальные каналы, подходящие к залежам бурого угля и подпускают по ним высокие температуры. По другим каналам выходит результат воздействия температур – газ.

Еще один процесс переработки бурого угля – гидрогенизация. Проходит он так: бурый уголь смешивают с тяжелым маслом и под воздействием катализатора соединяют с водородом при температуре 450 °С. Вследствие этого получается синтетические газовые продукты и жидкие фракции топлива. Полученное еще раз подвергают процессу гидрогенизации и получают бензин очень хорошего качества.

Также бурый уголь является сырьем и в процессе полукоксования. Здесь при температуре 500-600 °C и исключая доступ воздуха путем нагрева бурого угля получается полукокс, первичная смола, вода и полукоксовый газ. Полукокс (или кокс средней температуры) применяется в металлургии при получении ферросплавов, фосфатов, карбида кальция и как технологическое топливо.

Не стоит забывать и о том, что бурый уголь содержит гуминовые кислоты, которые повышают плодородность почвы и улучшают урожаи.

Состав каменного угля – подробное описание характеристик и свойств

Главная > Часто задаваемые вопросы > Состав каменного угля

Каменный уголь – это продукт сложного метаморфизма растительных остатков торфяных болот. Под давлением горных пород, при высокой температуре и без доступа кислорода они превращаются в бурый уголь. Затем они еще больше разлагаются, теряют воду и твердеют. Конечными продуктами метаморфизма являются антрацит, графит и тальк.

Состав полезного ископаемого частично определяется еще на стадии формирования торфяника. Он зависит от видов растений, особенностей воды и грунта. Качество и соотношение компонентов меняется в процессе метаморфизма.

Компоненты каменного угля условно можно разделить на 3 группы:

  • Простые химические элементы
  • Сложные органические соединения (петрографический состав)
  • Минеральные примеси

Описание каждой группы вы найдете в продолжении статьи.

Простые химические элементы

Практически все химические элементы в угле находятся в связанном виде. Они входят в состав органических и неорганических соединений.

Наибольшее практическое значение имеют:

  • Углерод (С): 75-92%
    Углерод является основным элементом органических соединений. От его количества зависит теплота сгорания угля. Он входит в состав органической части материала. Содержание элемента повышается в процессе метаморфизма. Больше всего углерода в антраците (до 97%), меньше – в буром угле (60-70%).
  • Водород (H): 2,5-5,7%
    Теплота сгорания водорода в 4 раза выше, чем у углерода. Но в чистом виде этот элемент становится взрывоопасным. Количество вещества снижается в зависимости от степени метаморфизма. У бурого и каменного углей оно выше, чем у антрацита. Много водорода в сапропелитах – разновидностях угля, образованного из низших видов растений.
  • Кислород (O): 1,5-15%
    Количество кислорода снижается в процессе метаморфизма. В торфе этот элемент составляет около 40%, в буром угле 10-30%, в антраците – 1-2%. При высоком содержании кислорода ускоряются процессы окисления и сгорания материала.
  • Азот (N): 1-3%
    Элемент имеет органическое происхождение. Его процентное содержание снижается в процессе генезиса угля.
  • Сера (S): 0-4%
    Сера может попадать в каменный уголь как в процессе разложения растительных остатков, так и из окружающей пласты породы. При сгорании топлива она окисляется и превращается в сернистый газ SO2. При растворении газа в воде образуется серная кислота. Она повреждает стенки котлов. Поэтому количество серы в топливном угле строго регламентируется. Самое вредное соединение серы – сульфид (S2O). Около 70-80% соли переходит в газообразное состояние при нагревании. Выделяются сернистый газ и сероводород, загрязняющие атмосферу.
  • Фосфор (P): до 0,03%
    Фосфор – один из элементов, входящий в состав органических веществ. Его содержание должно регулироваться в коксе. Если фосфор попадает в сталь, качество сплава резко снижается.
  • Хлор (Cl): 0,015-0,15%
    Содержание хлора в углях колеблется от 0,015 до 0,15%. В так называемых «соленых углях» показатель может достигать 1%. Если показатель выше 0,3%, затрудняется сжигание топлива. При окислении и растворении в воде хлор образует соляную кислоту. Она вызывает коррозию металла, повреждение стенок котлов.
  • Мышьяк (As)
    Мышьяк попадает в уголь из грунтовых вод, и лишь незначительная часть имеет органическое происхождение. Этот элемент в высоких концентрациях встречается «пятнами» в некоторых месторождениях. При сжигании топлива он может попадать в золу и воздух. При высоком содержании мышьяк вредит экологии, провоцирует онкологические заболевания.

ГОСТ 32464-2013 регулирует содержание ряда элементов в угле:

  • Сера – до 2,8% (обогащенный), 3% (необогащенный), 4,6% (рядовой)
  • Хлор – до 0,6%
  • Мышьяк – до 0,02%

Петрографический состав угля

Каменный уголь залегает пластами со слоистой структурой. Отдельные слои состоят из твердой органической породы разного строения и происхождения. Принято различать макро- и микрокомпоненты пластов. Они различаются между собой не только составом, но и внешним видом, микроскопической структурой.

Макрокомпоненты каменного угля

Эти компоненты угля залегают пластами, линзами или призмами в толще ископаемой породы. Они образовались из различных видов растений в процессе метаморфизма торфа. Чаще всего изменения проходили в анаэробных условиях (без доступа кислорода).

Макроэлементы не имеют определенной химической структуры. В свое время целлюлоза, лигнин и другие ткани растений прошли процесс гелификации – превращения в желеподобную субстанцию. Затем она затвердела и стала похожей на камень. Под микроскопом в ряде случаев можно заметить окаменевшие споры, клеточные стенки, растительные волокна.

Окаменелые растения или их отпечатки в каменном угле можно обнаружить и без микроскопа. Это не редкость. В некоторых шахтах есть даже свои собственные музеи таких артефактов, а в интернете вовсю торгуют углем с окаменелостями. Например, в 1998 году в угольном пласте штата Иллинойс в Америке был обнаружен целый лес, сохранивший свою изначальную структуру. Площадь его достигает 10 км2, а возраст – 307 миллионов лет. В этом лесу выявлены огромные папоротники, хвощи, остатки рептилий и членистоногих.

Основные макроэлементы угля:

  • Витрен
    Блестящий материал черного цвета, хрупкий, трещиноватый, с раковистым изломом, плотной однородной структуры. Образуется витрен из лигнина и целлюлозы в условиях разложения с ограниченным доступом кислорода. Он проходит процесс гелификации. В молодых углях под микроскопом обнаруживают клеточную структуру, а в более зрелых витрен представляет собой однородную массу. Компонент обладает хорошей спекаемостью, повышает коксирующие свойства угля.
  • Кларен
    Блеск материала слабее, чем у витрена. Состоит кларен из полупрозрачной гелифицированной массы с неоднородной структурой. Он мягкий, с единичными трещинами. Содержание золы в нем 1,2% с незначительным преобладанием оксида алюминия (Al2O3). Образуется кларен из кутикулы и спор. Он залегает мощными пластами, относится к спекающимся материалам. Компонент выполняет роль клея, скрепляет между собой разные части угольной породы.
  • Дюрен
    Это твердый уголь черного цвета с матовым блеском. Структура у него плотная, однородная, текстура и излом зернистые. В состав дюрена входят форменные элементы желтого цвета – пыльца, споры, смоляные тельца. Черный оттенок имеют остатки тела растений. Рассмотреть элементы можно под микроскопом или лупой. Дюрен обладает высокой зольностью, не спекается, с трудом обогащается.
  • Фюзен
    Структура породы волокнистая, рыхлая, напоминает древесный уголь. Под лупой или микроскопом четко просматриваются клетки и растительные волокна, иногда годовые кольца. Внутренняя часть волокон бывает заполнена минералами – кальцитом или пиритом. Фюзен образуется из остатков древесины, которые разлагались в присутствии кислорода. В пластах он залегает в форме линз или призм. Материал не спекается, обладает высокой зольностью, незначительным выходом летучих веществ при сжигании.

Соотношение макроэлементов в каменном угле влияет на его качество и способы применения. Для топлива и производства кокса лучше подойдет порода, содержащая витрен и кларен. Дюрен и фюзен чаще используют для получения смолистых веществ, дегтя, генерации газа.

Микрокомпоненты каменного угля

Микрокомпоненты углей, или мацералы – это мельчайшие органические частички, которые можно разглядеть только под микроскопом. Как и макрокомпоненты, они не имеют определенной химической структуры. В состав входят циклические ароматические углероды в разных соотношениях. Классификация основывается на генезисе веществ из растительных остатков, их твердости, блеске, отражении света и других физических свойствах.

По количеству и соотношению микрокомпонентов угля определяют его марку, особенности метаморфизма пластов. Это влияет на способы применения ископаемого и его характеристики.

Различают несколько групп мацералов:

  • Витриниты
  • Семивитриниты
  • Липтиниты
  • Инертиниты

Каждая группа включает еще несколько разновидностей микрокомпонентов. Детальнее о них мы расскажем дальше.

Витриниты

Это группа химических веществ, образовавшаяся из лигнина и целлюлозы. Они твердые, с гладкой блестящей поверхностью, содержат ароматические соединения с циклической структурой. Цвет колеблется от черного и темно-серого до почти прозрачного, в зависимости от степени метаморфизма.

Витриниты потеряли во время генезиса значительную часть водорода и кислорода, в их составе значительно преобладает углерод. При нагревании они плавятся, выделяют среднее или низкое количество летучих веществ.

Группа включает:

  • Телинит
    Материал состоит из стенок древесных клеток, которые четко визуализируются под микроскопом. Его много в битумизированном угле; в зрелых ископаемых количество снижается.
  • Коллинит
    Основное цементирующее вещество витрена.
  • Витродентринит
    Образуется из обломков телинита и коллинита с диаметром около 10 мкм.

Витриниты являются одними из самых распространенных и важнейших органических составляющих каменного угля. Цвет и рельеф этих мацералов используют как эталон для определения других групп. Они наименее зольные, а также хрупкие и плотные (1300-1400 кг/м3). Уголь с высоким содержанием витринитов – ценное топливо и материал для производства кокса.

Семивитриниты

Эта группа микрокомпонентов образуется из целлюлозы и лигнина, с примесью древесных остатков (фюзена). Поверхность семивитринитов гладкая, цвет серый (всегда светлее, чем у витринитов). При нагревании вещества размягчаются, но не становятся пластичными.

В группу семивитринитов входят:

  • Семителинит
  • Семиколлинит

По физическим характеристикам семивитринит занимает промежуточное положение между витринитом и инертинитом. Его присутствие говорит о низком или среднем метаморфизме угля. В таком ископаемом обычно меньше углерода, больше кислорода и водорода. При высоком содержании веществ снижается теплота сгорания, повышается способность к окислению. Но обычно в каменном угле количество семивитринитов не превышает 1-3%, что не влияет на качество материала.

Липтиниты

Группа липтинитов, или экзинитов образовалась из липидов растений. Цвет зависит от происхождения и степени углефикации, бывает темно-коричневым, черным и серым. Структура липтинитов практически не изменяется во время превращения торфа в бурый и каменный угли. Они не поддаются гумификации и гелификации. Поэтому под микроскопом хорошо видны частички растений – споры, пыльца, кутикула, воск.

В группу входят 6 органических веществ:

  • Споринит
    В структуре преобладают споры растений. Это прочный материал, который связывает между собой элементы дюрена.
  • Кутинит
    Образуется из окаменевшей кутикулы растений. Он прочный, содержит большое количество водорода. При сжигании выделяется много летучих веществ.
  • Резинит
    Он образовался из древесной смолы и воска, рассеян в толще породы или залегает слоями. Резинит содержит много водорода. Он может растворяться в спирте, бензоле. Из него можно получать смолу и битум.
  • Суберинит
    Это компонент желтого цвета, образовавшийся из корковой ткани. Встречается он в виде корок, обволакивающих основной пласт породы.
  • Альгинит
    Происходит альгинит от низших растений, водорослей, простейших и бактерий, богатых липидами. Он входит в состав только особого типа углей – сапропелитов. Они образовались на дне пресных и соленых водоемов. Вещество очень твердое, богато водородом, имеет черный цвет.
  • Липтодетринит
    Образовался из мелких разрушенных частиц (детрита) растений. Является смесью всех описанных выше компонентов.

Плотность липтинитов относительно низкая, 1200-1300 кг/м3. При сжигании они выделяют много летучих веществ. Из этой группы мацералов получается качественный кокс.

Инертиниты

Образуются из растительных остатков (чаще древесины), которые разлагались в присутствии кислорода. Инертиниты залегают мощными пластами на местах старых высушенных болот. Они обладают матовым блеском, в структуре просматриваются целлюлозные волокна, сохраняется рисунок древесины. Цвет веществ светлый, от желтого до белого.

Содержание углерода в инертинитах высокое, а водорода – сниженное. При сгорании они выделяют очень мало летучих веществ, не спекаются. В их состав входит большое количество ароматических углеводов. Плотность у этого вида мацералов высокая, 1400-1500 кг/м3.

Группа инертинита включает 6 веществ:

  • Фюзинит
    Он характеризуется сохраненной клеточной структурой, ячеистым строением. Внутренние полости клеток могут заполняться органическими и минеральными веществами. Фюзинит занимает первое место по содержанию углерода среди всех компонентов угля.
  • Микринит
    Он образовался из смолянистых деревьев, в больших объемах встречается в угле палеозойской эры, длиннопламенных разновидностях. Микринит рассеян в пластах в виде микроскопических зерен, может заполнять пустоты между стенками растительных клеток. Со временем он превращается в вещество, мало отличимое от витринита.
  • Макринит
    В угле встречается редко. Он представляет собой аморфную массу, которая склеивает другие компоненты.
  • Склеротинит
    Он образовался из остатков грибов. Склеротинит имеет форму овальных тельцев с четкими очертаниями и пористой структурой. Размеры включений – от 10 мкм до 80 мкм. Встречается склеротинит в каменном угле пермского периода.
  • Семифюзинит
    Он состоит из остатков древесины с частично сохраненной клеточной структурой и по своим характеристикам занимает промежуточное положение между витринитами и инертинитами.
  • Инертодетринит
    Это смесь обломков всех мацералов группы инертинита с размерами до 20 мкм.

Микрокомпоненты составляют основную массу каменного угля. В процессе метаморфизма они постепенно разлагаются, теряют свою структуру и превращаются в чистый кристаллический углерод. Другие элементы переходят в минеральную часть угольного пласта. О ней мы и поговорим дальше.

Минеральные примеси

Минеральная часть каменного угля представлена оксидами, солями и другими неорганическими соединениями. При сжигании из нее образуется зола. Количество примесей влияет на энергетическую ценность топлива. При высоком содержании некоторых элементов стенки котлов могут быстрее поддаваться эрозии, а золоулавливающие устройства – быстро загрязняться.

Минеральный состав угля различается в разных месторождениях и даже в пластах. Неорганические соединения попадают в породу разными путями – непосредственно при разложении растений, из болотных и грунтовых вод, окружающей породы.

В связи с этим минералы разделяют по происхождению:

  • Терригенные
    В эту группу входят обломки породы, которые привносятся в сформировавшиеся пласты угля грунтовыми водами (глина, песок, валуны, галька, полевой штат, биотит, мусковит, апатит, хлорит, магнетит, рутил и другие). Элементы в основном проникают через трещины, реже впитываются порами угля. Терригенные элементы могут попадать в каменный уголь при тектонических сдвигах, после взрывов при разработке месторождений.
  • Аутогенные
    Эти минеральные элементы попадают в породу на стадии ее формирования. К ним относятся неорганические вещества, образовавшиеся вследствие глубокого распада растений еще в торфяниках. Соли и оксиды выпадают из болотных и грунтовых вод, впитываются торфом и бурым углем. В процессе метаморфизма в угольные пласты могут попадать соли из геотермальных растворов. Часть породы проходит более существенные преобразования, превращается в тальк и графит.

Аутогенные минеральные вещества представлены каолинитом, иллитом, кварцем, кальцитом, гипсом, карбонатами, сульфидами. Среди них часто встречаются соли элементов, входящих в состав растительных ферментов (кобальта, марганца, магния, молибдена, алюминия, железа).

Терригенные микроэлементы не связаны прочно с породой. Они отделяются во время обогащения угля. Аутогенные отделить невозможно, поэтому на их количество и состав обращают особое внимание.

Около 70-80% всех неорганических веществ каменного угля составляют глинистые минералы. Главными элементами являются кварц, кальций, алюминий, железо, магний, натрий и калий. При сжигании глинистые минералы теряют воду, превращаются в силикаты и оксиды.

Кальцит и доломит при нагревании реагируют между собой и образуют гипс. Нежелательная примесь в угле – пирит. Он распадается на оксиды железа и серы. Затем сернистый газ растворяется в воде, превращаясь в серную кислоту, разъедающую стенки котлов.

В угле иногда присутствуют редкие металлы (золото, германий, уран, молибден, бериллий). При высоком их содержании материал подвергают дополнительной обработке, чтобы извлечь из него ценное сырье. Попадаются в угле и вредные элементы, которые могут повреждать стенки котлов, сделать породу непригодной для производства кокса. К ним относятся сера, фосфор, хлор, фтор, мышьяк, ртуть. Некоторые токсичные элементы наносят вред экологии.

От состава каменного угля во многом зависят свойства и возможности применения материала. Он положен в основу классификации и разделения угля на марки. Данные о некоторых элементах (сере, хлоре, мышьяке) должны быть прописаны в сертификатах. При покупке материала обязательно обратите на это внимание.

Урок «Полезное ископаемое. Каменный уголь»

Тема урока: Полезные ископаемые. Каменный уголь.

Цель: познакомить учащихся с видами каменного угля, свойствами и значением каменного угля, способам добычи.

Задачи:

расширить знания учащихся о полезном ископаемом каменном угле, его свойствах и применении;

вызвать интерес к изучению новой темы;

развивать логическое мышление на основе упражнения в установлении сходства и отличия;

воспитывать уважительное отношение к природным богатствам нашей страны и уважение к профессии шахтёра.

Ход урока

1. Организационный момент.

Звенит заливистый звонок,

Тебя ждёт интересный и полезный  урок

Чудесным пусть будет у тебя настроенье,

Легко и радостно даётся ученье.  

2.Критерии оценок.

«5» — активно работать на уроке, давать правильные полные ответы, правильно и самостоятельно выполнять работы в тетради.

«4» — активно работать на уроке, давать правильные полные ответы, самостоятельную работу в тетради выполнить с помощью учителя.

«3» — активно работать на уроке, при ответах на вопросы и самостоятельной работе требуется помощь учителя.

Перед тобой лежит лист самооценки, в нём ты будешь оценивать свою работу.

Игра «Почта»

Таб.№1

Таб.№2

Игра «Соедини картинку и слово»

Игра «Хорошо — плохо»

Полные ответы на вопросы

Актив-ность

Итого

               

 

3. Сообщение темы и цели урока.

А хотите узнать, о чем мы сегодня будем говорить?

Тогда выполни следующие задания.

Игра «Собери слова»

    еыпзноел киесыоапем (полезные ископаемые)

    Мы продолжаем изучение горючих полезных ископаемых.

    Подумай и отгадай, с каким полезным ископаемым мы познакомимся.

      Он несёт в дома тепло, от него в домах светло, помогает плавить стали, делать краски и эмали. ( Каменный уголь)

      Прочитай тему нашего урока.

      Тема: «Полезные ископаемые. Каменный уголь»

      Как ты думаешь, чем сегодня будем заниматься на уроке.

      Цель: познакомимся с видами….., свойствами и значением ….., способами добычи ………..

      В течение урока ответим на вопросы, которые нас интересуют.

      1. Месторождение каменного угля?

      2. Свойства каменного угля?

      3. Виды каменного угля?

      4.Как и кто добывают каменный уголь?

      5. Где используют каменный уголь?

      ( Итог…)

      4.Актуализация опорных знаний.

      Что означает слово «ископаемые»? (От слова «копать», находятся в недрах земли)

      Почему они полезные? (Приносят пользу людям)

      Кто находит месторождение полезных ископаемых? (Геологи)

      Игра « Почта»

      Помоги геологу разложить полезные ископаемые в посылки, чтобы отправить в лабораторию.

      1 группа — горючие п.и. (Нефть, природный газ, каменный уголь, торф)

      2 группа – рудные п.и. (Железная руда, медная руда, золото, серебро)

      3 группа – нерудные (строительные) п. и. (Песок, глина, гранит, известняк)

      Ученик оценивает себя самостоятельно.

      (Итог)

      5. Работа над новой темой.

      1)Вступительное слово.

      . Героем нашего урока сегодня будет вот этот кусок горной породы.

      Как называется это полезное ископаемое? (каменный уголь)

      Ты проведёшь небольшое исследование и узнаешь о каменном угле много нового.

      Для исследования нам с тобой необходимо отправиться в путешествие по станицам книги. А задания будешь выполнять в тетради.

      2) 1 страница – историческая

      История появления угля в России.

      До нас дошло предание, что 250 лет назад русские войска шли в поход на Азов под руководством Петра Первого. Армия шла в поход на конях, орудия тянули на быках – войска шли знойными степями. Чтобы избежать пожара в степи и не оставить животных без пищи (травы), солдатам был отдан жестокий приказ – на привалах обкладывать костры камнями. На одном из привалов солдаты обложили костёр чёрными камнями, найденными в овраге, когда костёр разгорелся – загорелись и камни. Пётр Первый, когда ему показали эти странные камни, сказал: «Сей минерал, ежели не нам, то нашим потомкам полезен будет». Слова его оказались пророческими. И уже при его жизни в России начались разведочные работы на уголь.

      3) 2 страница — географическая

      Месторождения каменного угля.

      Что такое месторождение? (Место, где залегают полезные ископаемые) Месторождения каменного угля на карте обозначаются чёрным квадратом.

      ( Работа с физической картой России)

      Место залегания каменного угля называют угольным бассейном. В мире известно свыше 3,6 тысяч угольных бассейнов. Их площадь занимает около 15% территории земной суши. Самый большой процент залежей мирового запаса угля в США – 23%.На втором месте – Россия, 13%. Замыкает тройку стран-лидеров Китай – 11%. 

      Запасы угля в России размещены крайне неравномерно. Более 90% приходится на ещё недостаточно освоенные районы Сибири и Дальнего Востока.

      Самые крупные из них: Печорский угольный бассейн – около города Воркута на Севере – восточнее реки Печора. Интересна история открытия Печорского месторождения. Его нашёл охотник Попов Виктор Яковлевич во время охоты (с сыном). Он набрал угля в рюкзак, а, добравшись до дома, отправил посылку в Москву. Посланная экспедиция геологов обнаружила богатейшее месторождение, здесь вырос город шахтёров Воркута. В.Я.Попов был награждён орденом Ленина. Это месторождение находится на далёком Севере, здесь безлесная суровая тундра, долгая и суровая зима. Кузбасс – Кузнецкий угольный бассейн. Наиболее крупные местонахождения каменного угля находятся в Сибири, в Кемеровской области.

      — Назови крупные месторождения каменного угля?

      Итог…….

      4) 3 страница – исследовательская.

      Практическая работа: «Свойства каменного угля»

      1.Возьми кусок каменного угля. Какого он цвета? (чёрный)

      2.Есть ли у него блеск, прозрачность? (блеск).

      3.Попробуй разломать его руками. Какой он? (твёрдый)

      4. Ударь уголь молотком. Что произошло с углём? (он расколется на несколько кусочков)

      Какой можно сделать вывод? (хрупкий)

      5. Определи, легче оно или тяжелее воды? Чтобы определить это, опусти кусочек исследуемого полезного ископаемого в воду. Если полезное ископаемое тонет, оно тяжелее воды. Если плавает на поверхности – легче. Что произойдёт с углём? (он утонет)

      Какой можно сделать вывод? (каменный уголь тяжелее воды)

      6. Сделай вывод. Запиши.

      Вывод: Каменный уголь – твёрдый, хрупкий, чёрного цвета, блестит, в воде тонет, хорошо горит и выделяет тепло.

      (Заполняет таб.1 в тетради)

      Ученик оценивает себя самостоятельно.

      Итог…..

      Физкультминутка.

      По дорожке геологи шли.

      Много камешков разных нашли.

      Присели, собрали.

      Присели, собрали

      И дальше вприпрыжку пошли.

      По дорожке, по дорожке

      Прыгали на левой ножке.

      И по этой же дорожке

      Прыгали на правой ножке.

      «Стоп! Немного отдохнём

      И камни изучать пойдём!»

      5) 4 страница – геологическая.

      Виды угля.

      Каменный уголь в зависимости от месторождения бывает разным.

      В природе встречается три вида каменного угля — бурый, обыкновенный каменный уголь и антрацит. ( Рассматривание коллекции)

      Виды каменного угля

      Бурый уголь

      Антрацит

      Обыкновенный каменный уголь

      БУРЫЙ  УГОЛЬ. Бурые угли, рыхлые и более тусклые, их геологи называют незрелыми. Они не блестят, хуже горят.

      АНТРАЦИТ. Его геологи считают самым зрелым. Это самый лучший каменный уголь, самый крепкий и плотный, чёрного цвета, блестящий, почти не пачкает рук. При горении выделяется много тепла.

      ОБЫКНОВЕННЫЙ КАМЕННЫЙ УГОЛЬ. Сероватого цвета, матовый (меньше блестит) и больше пачкает руки. Горит он хуже, чем антрацит, и меньше выделяет тепла.

      (Заполнение таб. 2 в тетради)

      Ученик оценивает себя самостоятельно.

      Итог…..

      6) 5 страница – биологическая.

      Образование каменного угля.

      А почему его называют каменным?

      Каменный уголь очень твёрдый. Как камень. Долгое время считалось, что он родственник камню. Потому его так и назвали, но ведь камень не горит.

      Откуда же взялся каменный уголь?

      Великий русский учёный М. В. Ломоносов разгадал эту загадку. Он открыл, что уголь образовался из древних растений и деревьев, которые в далёкие доисторические времена росли на земле.

      Работа с учебником. Стр. 111

      ( чтение рассказа в учебнике)

      — Как образовался каменный уголь?

      Итог……..

      7) 6 страница – технологическая

      Добыча каменного угля.

      Каменный уголь добывают в разных местах. Пласты угля находятся не только на большой глубине. Некоторые из них выходят к поверхности земли.

      Добыча угля из пластов, которые выходят на поверхность земли, проводится открытым способом. Котлованы – карьеры. Открытый или карьерный способ применяют, если пласты угля залегают неглубоко — не глубже 100 м. Верхний слой — почву, глину, песок – отодвигают в сторону и сбрасывают в отвал, начинают добычу экскаваторами, вывозят самосвалами или строят специальную железную дорогу.

      Если уголь залегает глубоко, добычу его ведут закрытым способом Для добычи угля из глубины земли делают каменноугольные шахты, в которых ведут подземную добычу. Самые глубокие шахты России ведут добычу угля до глубины 1200 м.

      Шахта-это глубокий вертикальный колодец с горизонтальными туннелями, который доходит до пластов каменного угля. В шахте движутся специальные кабины. В них шахтёры спускаются под землю добывать уголь и поднимаются на поверхность после работы. От шахты во все стороны тянутся длинные подземные коридоры, в них уложены рельсы или конвейеры.

      Работает в шахте — шахтёр. Это трудная профессия. Шахтёра отличает внутренняя собранность, повышенная дисциплина, внимательность, ответственность. Шахтёру необходим хороший слух и зрение, а также должен быть физически развит.

      Как ты думаешь, какой способ добычи опаснее? Почему? (В шахте, может произойти обвал, взрыв.)

      — Люди, какой профессии выполняют эту трудную и опасную работу? (Шахтёры.)

      Игра «Соедини картинку и слово»

      Карьер

      Шахта

      Скважина

      (задание выполняет в тетради)

      Ученик оценивает себя самостоятельно.

      Итог……

      8) 7 страница – хозяйственная

      3начение каменного угля.

      Какое значение имеет уголь сейчас? (ответы учащегося)

      Область использования каменного угля просто огромна.

      Рассмотри картинку и расскажи, где человек использует каменный уголь.

      Посмотри, что в нашей комнате сделано из каменного угля?

      Итог……..

      9) 8 страница — экологическая

      Экологические проблемы.

      И вот сейчас настало время соотнести уголь с экологией.

      Уголь был главным видом топлива в первой половине XX века, в настоящее время он уступил лидерство нефти и газу. Доля его в топливном балансе страны в 50-е годы составляла 59 %, а сейчас 18%.

      Мы уже говорили о том, что роль угля в топливном балансе страны снижается. А есть ли у угля будущее? Используя данные учёных о запасах и добыче нефти, угля и газа определили, на сколько лет хватит этих ресурсов. При современном уровне добычи нефти хватит на 42 года, газа на 73, угля на 651, в будущем уголь может стать главным топливом.

      Какие экологические проблемы ты заметил? (ответы учащегося)

      Давай поиграем в игру «Хорошо — плохо».

      — Чем хорош уголь?

      топливо

      электричество

      лекарства

      краски

      искусственные ткани

      бензин

      — Чем плох уголь?

      разрушается почва

      копоть

      сажа

      загрязняет атмосферу

      Ученик оценивает выполнение работы.

      Итог……

      6. Закрепление. Работа с учебником.

      -Смогли мы с тобой найти ответы на наши вопросы? Давай проверим.

      А как ты думаешь, могут ли иссякнуть полезные ископаемые на Земле? Что же тогда будут делать люди? (Предположения учащегося. )

      А как же сберечь это природное богатство – каменный уголь? (Экономить)

      Прочти вывод в тетради.

      Каменный уголь – чёрного цвета, твёрдый, непрозрачный, плотный, но хрупкий. Образовался из остатков растений, существовавших миллионы лет назад. Горюч. Применяется как топливо. Из каменноугольной смолы делают лекарства.

      Итог……

      7. Подведение итогов.

      -Как называется тема нашего урока?

      -Знания, полученные на сегодняшнем уроке, где тебе могут пригодиться?

      Итог….

      На следующем уроке мы продолжим знакомиться с полезными ископаемыми, а именно с железной рудой.

      8. Домашнее задание.

      Выполнить задание в тетради. (Тест)

      Выставление оценок.

        Ученик оценивает свою работу на уроке. Подводит итог в таблице. Учитель оценивает работу учащегося на уроке.

        Урок окончен. Спасибо за работу.

         

         

         

         

         

         

         

         

         

         

         

         

         

         

         

        ПРИЛОЖЕНИЕ

        Тест « Полезные ископаемые»

        Тест 8 вопросов 3 варианта ответов.

        1.Горные породы и минералы, которые человек использует в своей хозяйственной деятельности, называют

        а) камни

        б) полезные ископаемые

        в) вода

        2. Что из перечисленного относится к полезным ископаемым?

        а) ножницы, ложки, вилки

        б) кирпич, бензин, известняк

        в) нефть, глина, торф

        3.Люди, какой профессии отыскивают месторождения полезных ископаемых в природе?

        а) психологи

        б) строители

        в) геологи

        4.Какие из полезных ископаемых служат топливом?

        а) оловянная и медная руда

        б) глина, известняк

        в) каменный уголь, природный газ

        5.В каких из перечисленных пород, минералов или полезных ископаемых основную часть составляют остатки деревьев и растений?

        а) глина

        б) каменный уголь

        в) гранит

        6.Жидкое горючее полезное ископаемое

        а) природный газ

        б) нефть

        в) известняк

        7. Где добывают каменный уголь?

        а) в болотах

        б) в подземных шахтах

        в) со дна озёр

        8.Из какого полезного ископаемого получают лекарства и пластмассы?

        а) из угля

        б) из гранита

        в) из руды

        Таблица №1

        СВОЙСТВА КАМЕННОГО УГЛЯ

        Правильный ответ отметь знаком «+».

        серый

        белый

        черный

        матовый

        блестит

        прозрачный

        твердый

        жидкий

        газообразный

        прочный

        хрупкий

        мягкий

        тяжелее воды

        легче воды

         

        хорошо горит

        плохо горит

        не горит

        даёт тепло

        нет тепла

         

         

        Сделай вывод устно: Каменный уголь – полезное ископаемое …. цвета, …., ….., ……, …… ……, ……, …….

         

         

         

         

         

         

         

         

        Таблица №2

        Виды каменного угля

        Вставь пропущенные слова.

        Рыхлый, более тусклый, не блестит, плохо горит, даёт меньше тепла – это ________________________________________________.

         

        Это самый лучший каменный уголь, самый крепкий и плотный, чёрного цвета, блестящий, почти не пачкает рук, при горении выделяется много тепла _____________________________________.

        Сероватого цвета, матовый (меньше блестит),горит он хуже, чем антрацит, и меньше выделяет тепла, чем антрацит _________________________________________________________________.

         

         

         

         

         

         

         

         

         

         

        Игра «Соедини картинку и слово»

        Карьер

        Шахта

        Скважина

         

         

         

         

         

         

         

         

         

        ВЫВОД

        Каменный уголь чёрного цвета, твёрдый, непрозрачный, плотный, но хрупкий. Образовался из остатков растений, существовавших миллионы лет назад. Горюч. Применяется как топливо. Из каменноугольной смолы делают лекарства, краску, лаки. К использованию каменного угля нужно относиться экономно.

         

         

         

         

         

         

         

         

         

         

         

         

         

         

         

        ЗАПОМНИ!

        Шахтёр

        Шахта

        Каменный уголь

        Карьер

        Антрацит

        Обыкновенный каменный уголь

        Матовый (без блеска)

        антрацит | Определение, описание и факты

        Антрацит , также называемый каменный уголь , наиболее сильно метаморфизованная форма угля. Он содержит больше связанного углерода (86 процентов или больше в пересчете на сухую беззольную основу), чем любая другая форма угля, и наименьшее количество летучих веществ (14 процентов или меньше в пересчете на сухую, беззольную основу), а также имеет теплотворная способность около 35 мегаджоулей на килограмм (приблизительно 15 000 британских тепловых единиц на фунт), что мало отличается от теплотворной способности большинства битуминозных углей.Антрацит — наименее распространенная форма угля. В Соединенных Штатах он находится в основном на северо-востоке Пенсильвании и составляет менее 2 процентов всех запасов угля в стране. Меньшие количества антрацита встречаются в Южной Африке, Австралии, восточной Украине, западной Канаде, Китае и других странах.

        антрацит

        Антрацит.

        Институт минеральной информации.

        Антрациты имеют цвет от черного до стального серого и имеют блестящий, почти металлический блеск. Их можно полировать и использовать в декоративных целях. Твердые и хрупкие антрациты с раковинным изломом разбиваются на острые осколки. В отличие от многих битумных углей, они чистые на ощупь. Хотя антрациты трудно воспламенить, они горят бледно-голубым пламенем и не требуют особого внимания для поддержания горения. В прошлом они использовались для отопления жилых помещений, потому что при обращении с ними образуется мало пыли, они медленно горят и выделяют относительно мало дыма. Сегодня антрацит для этой цели используется редко из-за его ограниченного количества, относительно высокой стоимости и доступности других источников энергии (например,г., природный газ и электричество) для отопления.

        Хотя антрациты обычно встречаются в геологически деформированных областях, например, в сильно складчатых осадочных породах антрацитового региона Пенсильвании, их происхождение связано с более высоким, чем обычно, нагревом, вызванным присутствием поблизости вулканических интрузий или высоких геотермических градиентов. Оба эти явления вызывают температуры, намного превышающие те, которые достигаются на глубине в большинстве осадочных бассейнов. Например, в Антарктиде большие вулканические пороги вторглись в угольные толщи и преобразовали часть существующего битуминозного угля в антрацит.Считается, что для образования антрацита необходимы температуры от 170 до 250 ° C (примерно от 340 до 480 ° F).

        Характеристики угля антрацита и его применение

        Антрацитовый уголь, добываемый в старейших геологических образованиях планеты, дольше всех находится под землей. Уголь подвергался наибольшему давлению и высокой температуре, что сделало его самым сжатым и самым твердым из доступных углей. Каменный уголь обладает большим потенциалом для производства тепловой энергии, чем более мягкий, геологически «новый» уголь.

        Обычное использование

        Антрацит также является самым хрупким среди углей. При сгорании образует очень горячее голубое пламя. Блестящий черный камень антрацит используется в основном для отопления жилых и коммерческих зданий в северо-восточном регионе Пенсильвании, где его большая часть добывается. Музей наследия антрацита Пенсильвании в Скрэнтоне подчеркивает значительное экономическое влияние угля на регион.

        Антрацит считается самым чистым из доступных углей.Он производит больше тепла и меньше дыма, чем другие угли, и широко используется в печах с ручной топкой. В некоторых печных системах отопления жилых домов до сих пор используется антрацит, который горит дольше дров. Антрацит получил прозвище «каменный уголь», особенно инженеры-локомотивы, которые использовали его для заправки поездов.

        Характеристики

        Антрацит содержит большое количество связанного углерода — от 80 до 95 процентов — и очень низкое содержание серы и азота — менее 1 процента каждый. Летучие вещества имеют низкий уровень примерно 5 процентов, возможна зольность от 10 до 20 процентов.Содержание влаги составляет примерно от 5 до 15 процентов. Уголь медленно горит и трудно воспламеняется из-за его высокой плотности, поэтому его сжигают лишь немногие пылевидные угольные электростанции.

        Теплотворная способность

        Антрацит горит самым горячим из всех видов угля (примерно 900 градусов и выше) и обычно дает примерно от 13 000 до 15 000 британских тепловых единиц на фунт. Отходы угля, выброшенные во время добычи антрацита, называемые стеблем, содержат приблизительно от 2500 до 5000 БТЕ на фунт.

        Наличие

        Редко.Крошечный процент всех оставшихся запасов угля составляет антрацит. Антрацит в Пенсильвании активно добывался в конце 1800-х — начале 1900-х годов, и доступ к оставшимся запасам стал труднее из-за их глубокого расположения. Самое большое количество антрацита, когда-либо производившееся в Пенсильвании, было произведено в 1917 году.

        Расположение

        Исторически антрацит добывался на площади 480 квадратных миль в северо-восточном регионе Пенсильвании, в основном в округах Лакаванна, Люцерн и Шуйлкилл.Меньшие ресурсы находятся в Род-Айленде и Вирджинии.

        Как уникальные качества влияют на его использование

        Антрацит считается «негорючим» и негорючим, потому что при воспламенении он не «закоксовывается», не расширяется и не плавится. Чаще всего его сжигают в котлах со стоком с недопитанием или в котлах со стационарными решетками с одной ретортой и боковой разгрузкой. Печи с сухим подом используются из-за высокой температуры плавления антрацита. Меньшая нагрузка котла, как правило, снижает тепло, что, в свою очередь, снижает выбросы оксидов азота.

        Твердые частицы или мелкая сажа от сжигания антрацита могут быть уменьшены с помощью правильной конфигурации топки и соответствующей нагрузки на котел, практики подачи воздуха на дожиг и обратной закачки летучей золы. Тканевые фильтры, электрофильтры (ESP) и скрубберы могут использоваться для уменьшения загрязнения твердыми частицами котлов, работающих на антраците. Антрацит, который измельчается перед сжиганием, создает больше твердых частиц.

        Низкокачественный уголь, выброшенный из антрацитовых шахт, называется шлаком.Это менее половины теплоты сгорания добытого антрацита и более высокое содержание золы и влаги. Чаще всего используется в котлах с псевдоожиженным слоем (FBC).

        Рейтинг

        Антрацит занимает первое место по содержанию тепла и углерода по сравнению с другими типами угля в соответствии со Стандартной классификацией углей ASTM D388-05.

        Антрацит, битуминозный, кокс, изображения, формация, использование

        Битуминозный уголь: Битуминозный уголь обычно представляет собой полосчатую осадочную породу.На этой фотографии вы можете видеть яркие и тусклые полосы угольного материала, ориентированные горизонтально поперек образца. Яркие полосы представляют собой хорошо сохранившийся древесный материал, например ветки или стебли. Тусклые полосы могут содержать минеральный материал, смытый потоками в болото, древесный уголь, образовавшийся в результате пожаров на болоте, или деградировавший растительный материал. Этот образец имеет диаметр примерно три дюйма (7,5 сантиметра). Фотография сделана Геолого-экономической службой Западной Вирджинии.

        Что такое уголь?

        Уголь — это органическая осадочная порода, которая образуется в результате накопления и сохранения растительного материала, обычно в болотистой среде. Уголь — горючая порода, и наряду с нефтью и природным газом он входит в тройку наиболее важных ископаемых видов топлива. Уголь имеет широкий спектр применения; наиболее важное использование — для производства электроэнергии.

        Угледобывающая среда: Обобщенная диаграмма болота, показывающая, как глубина воды, условия сохранения, типы растений и продуктивность растений могут различаться в разных частях болота. Эти вариации дадут разные типы угля. Иллюстрация Геолого-экономической службы Западной Вирджинии.

        Торф: Масса недавно накопившихся частично обугленных растительных остатков. Этот материал постепенно превращается в уголь, но его растительный мусор все еще легко узнаваем.

        Наборы камней и минералов: Получите набор камней, минералов или окаменелостей, чтобы узнать больше о материалах Земли. Лучший способ узнать о камнях — это иметь образцы для тестирования и изучения.

        Как образуется уголь?

        Уголь образуется в результате скопления растительных остатков, обычно на болотах. Когда растение умирает и падает в болото, стоячая вода болота защищает его от гниения. В болотных водах обычно не хватает кислорода, который вступает в реакцию с растительными остатками и вызывает их разложение. Этот недостаток кислорода позволяет растительным остаткам сохраняться. Кроме того, насекомые и другие организмы, которые могут потреблять растительные остатки на суше, плохо выживают под водой в условиях дефицита кислорода.

        Для образования толстого слоя растительных остатков, необходимого для образования угольного пласта, скорость накопления растительных остатков должна быть больше, чем скорость разложения.После образования толстого слоя растительных остатков его необходимо засыпать отложениями, такими как ил или песок. Обычно они смываются в болото при разливе реки. Вес этих материалов уплотняет растительный мусор и способствует его превращению в уголь. Около десяти футов растительных остатков превратятся в один фут угля.

        Растительный мусор накапливается очень медленно. Итак, накопление десяти футов растительных остатков займет много времени. Пятидесяти футов растительного мусора, необходимого для образования угольного пласта толщиной пять футов, потребуются тысячи лет, чтобы накопиться.В течение этого времени уровень воды в болоте должен оставаться стабильным. Если вода станет слишком глубокой, растения на болоте утонут, а если не поддерживать водный покров, растительные остатки разложатся. Для формирования угольного пласта идеальные условия идеальной глубины воды должны поддерживаться в течение очень долгого времени.

        Если вы проницательный читатель, вы, вероятно, задаетесь вопросом: «Как могут пятьдесят футов растительных остатков накапливаться в воде глубиной всего несколько футов?» Ответ на этот вопрос является основной причиной того, что образование угольного пласта является крайне необычным явлением.Это может происходить только при одном из двух условий: 1) повышение уровня воды, которое идеально соответствует скорости накопления растительных остатков; или 2) оседающий ландшафт, который идеально соответствует скорости накопления растительных остатков. Считается, что большинство угольных пластов образовались в условиях № 2 в дельте. В дельте большое количество речных отложений откладывается на небольшом участке земной коры, и вес этих отложений вызывает проседание.

        Для формирования угольного пласта необходимы идеальные условия для накопления растительных остатков и идеальные условия оседания на ландшафте, который поддерживает этот идеальный баланс в течение очень долгого времени.Легко понять, почему условия для образования угля возникали лишь небольшое количество раз на протяжении всей истории Земли. Формирование угля требует совпадения маловероятных событий.

        Рейтинг
        (От самого низкого
        до самого высокого)

        Недвижимость

        Торф

        Масса недавно накопившихся частично обугленных растительных остатков. Торф — это органический осадок. Захоронение, уплотнение и углефикация превратят его в каменный уголь. Он имеет содержание углерода менее 60% в пересчете на сухую беззольную основу.

        Бурый уголь

        Бурый уголь — низший сорт угля. Это торф, превращенный в скалу, и эта порода представляет собой коричнево-черный уголь. Лигнит иногда содержит узнаваемые структуры растений. По определению, его теплотворная способность составляет менее 8300 британских тепловых единиц на фунт без содержания минеральных веществ.Он имеет содержание углерода от 60 до 70% в пересчете на сухую беззольную основу. В Европе, Австралии и Великобритании некоторые лигниты с низким уровнем активности называют «бурым углем».

        Полубитуминозный

        Полубитуминозный уголь — это лигнит, который подвергся повышенному уровню органического метаморфизма. Этот метаморфизм вытеснил часть кислорода и водорода из угля. В результате этих потерь образуется уголь с более высоким содержанием углерода (от 71 до 77% в пересчете на сухую беззольную основу).Полубитуминозный уголь имеет теплотворную способность от 8300 до 13000 британских тепловых единиц на фунт без содержания минеральных веществ. По теплотворной способности он подразделяется на полубитуминозный A, полубитуминозный B и суббитумный C.

        Битум

        Битуминозный — самый распространенный вид угля. На его долю приходится около 50% угля, добываемого в США. Битуминозный уголь образуется, когда полубитуминозный уголь подвергается повышенному уровню органического метаморфизма.Он имеет содержание углерода от 77 до 87% в пересчете на сухую беззольную основу и теплотворную способность, которая намного выше, чем у бурого угля или полубитуминозного угля. По содержанию летучих углей битуминозные угли подразделяются на битуминозные низколетучие, битуминозные средне-летучие и битуминозные с высокой летучестью. Битуминозный уголь часто называют «мягким углем»; однако это обозначение — термин непрофессионала и имеет мало общего с твердостью породы.

        Антрацит

        Антрацит — высший сорт угля.В отличие от других видов угля, он обычно считается метаморфической породой. Он имеет содержание углерода более 87% на сухой беззольной основе. Антрацитовый уголь обычно имеет самую высокую теплотворную способность на тонну без содержания минеральных веществ. По содержанию углерода его часто подразделяют на полуантрацит, антрацит и метаантрацит. Антрацит часто называют «каменным углем»; однако это термин непрофессионала и не имеет ничего общего с твердостью породы.

        Антрацитовый уголь: Антрацит — высший сорт угля.Он имеет яркий блеск и изломан полуконхоидальным изломом.

        Что такое «ранг» угля?

        Растительный мусор — хрупкий материал по сравнению с минеральными материалами, из которых состоят другие породы. Поскольку растительные остатки подвергаются воздействию тепла и давления при захоронении, они меняют свой состав и свойства. «Класс» угля — это показатель того, сколько изменений произошло. Иногда для обозначения этого изменения используется термин «органический метаморфизм».

        На основании состава и свойств угли относятся к рангу, соответствующему их уровню органического метаморфизма.Базовый прогресс в рангах представлен в таблице.

        Бурый уголь: Самый низкий сорт угля — «бурый уголь». Это торф, который был сжат, обезвожен и литифицирован в горную породу. Часто содержит узнаваемые растительные конструкции.

        Какое использование угля?

        Производство электроэнергии — это основное использование угля в Соединенных Штатах. Большая часть угля, добываемого в Соединенных Штатах, транспортируется на электростанцию, измельчается до очень мелких частиц и сжигается.Тепло от горящего угля используется для производства пара, который превращает генератор в электричество. Большая часть электроэнергии, потребляемой в Соединенных Штатах, производится путем сжигания угля.

        Угольная электростанция: Фотография электростанции, на которой уголь сжигается для производства электроэнергии. Три больших дымовых трубы представляют собой градирни, в которых вода, используемая в процессе производства электроэнергии, охлаждается перед повторным использованием или выбросом в окружающую среду. Выбросы, вытекающие из самой правой трубы, представляют собой водяной пар.Продукты сгорания угля выбрасываются в высокую тонкую штабель справа. Внутри этой трубы находятся различные химические сорбенты для поглощения загрязняющих газов, образующихся в процессе сгорания. Правообладатель иллюстрации iStockphoto / Майкл Ютех.

        Уголь имеет много других применений. Он используется как источник тепла для производственных процессов. Например, кирпичи и цемент производятся в печах, нагретых за счет сжигания струи угольной пыли. Уголь также используется в качестве источника энергии для заводов. Там он используется для нагрева пара, а пар используется для привода механических устройств. Несколько десятилетий назад большая часть угля использовалась для отопления помещений. Некоторое количество угля все еще используется таким образом, но вместо него теперь используются другие виды топлива и электричество, произведенное из угля.

        Производство кокса остается важным видом использования угля. Кокс получают путем нагревания угля в контролируемых условиях при отсутствии воздуха. Это вытесняет некоторые летучие материалы и концентрирует содержание углерода. Затем кокс используется в качестве высокоуглеродистого топлива для обработки металлов и других применений, где требуется особенно горячее пламя.

        Уголь также используется в производстве. Если уголь нагревается, образующиеся газы, смолы и остатки могут использоваться в ряде производственных процессов. Пластмассы, кровля, линолеум, синтетический каучук, инсектициды, лакокрасочные материалы, лекарства, растворители и синтетические волокна — все это включает некоторые соединения, полученные из угля. Уголь также можно перерабатывать в жидкое и газообразное топливо; однако эти виды использования угля в основном экспериментальные и осуществляются в небольших масштабах.

        Уголь объяснил — У.S. Управление энергетической информации (EIA)

        Уголь образуется за миллионы лет

        Уголь — это горючая осадочная порода черного или коричневато-черного цвета с высоким содержанием углерода и углеводородов.
        Уголь классифицируется как невозобновляемый источник энергии, потому что на его образование уходят миллионы лет. Уголь содержит энергию, запасенную растениями, которые сотни миллионов лет назад жили в заболоченных лесах.

        Слои земли и камня покрывали растения миллионы лет.В результате давление и тепло превратили растения в вещество, которое мы называем углем.

        Виды угля

        Уголь подразделяется на четыре основных типа или классов: антрацитовый, битуминозный, полубитуминозный и лигнит. Рейтинг зависит от типов и количества углерода, содержащегося в угле, и от количества тепловой энергии, которую уголь может производить. Класс угольных месторождений определяется количеством давления и тепла, которые воздействовали на растения с течением времени.

        Антрацит содержит 86–97% углерода и, как правило, имеет самую высокую теплотворную способность из всех марок угля. На антрацит приходилось менее 1% угля, добытого в США в 2019 году. Все антрацитовые шахты в Соединенных Штатах находятся на северо-востоке Пенсильвании. В Соединенных Штатах антрацит в основном используется в металлургической промышленности.

        Битуминозный уголь содержит 45–86% углерода. Возраст битуминозного угля в Соединенных Штатах составляет от 100 до 300 миллионов лет.Битумный уголь является наиболее распространенным видом угля в Соединенных Штатах, и на него приходилось около 48% от общего объема добычи угля в США в 2019 году. Битумный уголь используется для выработки электроэнергии и является важным топливом и сырьем для производства коксующегося угля или использование в черной металлургии. В 2019 году битуминозный уголь добывался как минимум в 19 штатах, но на долю пяти штатов приходилось около 75% общего производства битумов: Западная Вирджиния (27,5%), Пенсильвания (14,0%), Иллинойс (13,5%), Кентукки (10.6%) и Индиана (9,3%).

        Суббитуминозный уголь обычно содержит 35–45% углерода и имеет более низкую теплотворную способность, чем битуминозный уголь. Возраст большинства полубитуминозных углей в Соединенных Штатах не менее 100 миллионов лет. Около 44% от общего объема добычи угля в США в 2019 году было суббитуминозным, около 88% было добыто в Вайоминге и 9% в Монтане. Остальное было произведено на Аляске, Колорадо и Нью-Мексико.

        Бурый уголь содержит 25–35% углерода и имеет самое низкое энергосодержание среди всех марок углей.Месторождения бурого угля, как правило, относительно молодые и не подвергались воздействию высоких температур или давления. Бурый уголь рассыпчатый и имеет высокое содержание влаги, что способствует его низкой теплотворной способности. В 2019 году на бурый уголь приходилось 8% от общего объема добычи угля в США. Около 51% было добыто в Северной Дакоте и около 41% — в Техасе. Остальные 9% были произведены в Луизиане, Миссисипи и Монтане. Бурый уголь в основном используется для выработки электроэнергии. Завод в Северной Дакоте также перерабатывает бурый уголь в синтетический природный газ, который отправляется по трубопроводам природного газа потребителям на востоке США.

        Последнее обновление: 8 октября 2020 г.

        Сравнение различных видов или марок угля

        Класс угля основан на степени превращения исходного растительного материала в углерод и может рассматриваться как приблизительный показатель возраста угля: чем старше уголь, тем выше содержание углерода (как правило). Классы угля (от наибольшего до наименьшего содержания углерода) следующие: антрацит, битуминозный уголь, полубитуминозный уголь и лигнит.
        Уголь с самым высоким содержанием углерода — лучший и самый чистый вид угля для использования. По мере того, как вы перемещаетесь вниз по шкале угля, выделяемое тепло уменьшается, а загрязнение топлива и содержание влаги увеличивается.

        Бурый уголь

        Используемый почти исключительно для выработки электроэнергии, бурый уголь — молодой вид угля. Лигнит имеет коричневато-черный цвет, имеет высокое содержание влаги (до 45%) и высокое содержание серы. Бурый уголь больше похож на почву, чем на камень, и имеет тенденцию разрушаться под воздействием погоды.Бурый уголь еще называют бурым углем.
        Бурый уголь имеет теплотворную способность примерно менее 5 кВт / кг.

        Полубитуминозный уголь

        Полубитуминозный уголь также называют черным лигнитом. Полубитуминозный уголь черный и содержит 20-30% влаги. Полубитуминозный уголь используется для выработки электроэнергии и отопления помещений.
        Полубитуминозный уголь имеет теплотворную способность приблизительно от 5 до 6,8 кВт / кг.

        Битуминозный уголь

        Битуминозный уголь — это мягкий, плотный черный уголь. Битуминозный уголь часто имеет полосы светлого и тусклого материала. Битуминозный уголь является наиболее распространенным углем и имеет влажность менее 20%. Битумный уголь используется для производства электроэнергии, кокса и отопления помещений.
        Каменный уголь имеет теплотворную способность от 6,8 до 9 кВт / кг приблизительно.

        Антрацит уголь

        Антрацит, который часто называют каменным углем, твердый, черный и блестящий. Антрацит отличается низким содержанием серы и высоким содержанием углерода.Это высший сорт угля. Содержание влаги обычно менее 15%.
        Антрацит имеет теплотворную способность около 9 кВт / кг или выше.

        id = «related»>

        Типы угля | Alberta.ca

        Уголь

        Уголь органический. Это минерал, образованный из останков наземных растений, похороненных сотни миллионов лет назад и подвергшихся сильнейшему воздействию тепла и давления.

        Уголь

        Углекислота имеет важное значение для физических и химических свойств угля и называется «сортом» угля. Как правило, чем дольше органический материал подвергается воздействию тепла и давления, тем выше его ранг и тем больше углерода будет содержаться на единицу веса. Ранжирование определяется степенью преобразования исходного растительного материала в углерод. Ряды углей, от углей с наименьшим содержанием углерода до углей с наибольшим содержанием углерода, включают лигнит, полубитуминозный, битуминозный и антрацитовый угли.

        Виды угля

        Бурый уголь и полубитуминозный уголь (бурый уголь) относятся к низкосортным углям

        Каменный уголь и антрацит (каменные угли) — высокосортные угли

        Рисунок 1: Чем один вид угля отличается от другого?

        Иллюстрация рейтинга угля

        Уголь

        Типичное использование

        Низкие —

        Бурый уголь и полубитуминозный уголь (бурый уголь)

        Производство электроэнергии

        Высшее —

        Каменный уголь и антрацит (каменные угли)

        тепловых целей

        Битуминозный высший сорт
        (металлургический, коксующийся или сталеплавильный уголь)

        Уголь используется для производства кокса, который является ключевым ингредиентом в производстве чугуна и стали.

        Антрацит, уголь высшего сорта (бездымный)

        для металлургических целей или иногда для домашнего приготовления пищи и топлива для отопления

        Уголь классифицируется по:

        • энергетическая ценность — сколько энергии выделяется при сжигании угля
        • степень превращения в углерод
        • влагосодержание — угли с высоким содержанием углерода и низким содержанием влаги считаются наивысшими
        • Состав

        • — уголь преимущественно состоит из углерода, но может также содержать различные количества водорода, кислорода, азота и серы

        Добыча угля в Альберте

        Это был основной источник энергии до конца 1960-х годов, когда его вытеснила нефть.В настоящее время производство электроэнергии на угле обеспечивает более 37% всей электроэнергии в мире.
        Источник: Natural Resources Canada
        Добыча угля в Альберте началась в конце 1800-х годов, в Альберте ежегодно добывается от 25 до 30 миллионов тонн угля на своих девяти шахтах. Угленосные образования подстилают около 300 000 квадратных километров, почти половину Альберты.
        В 2014 году на девяти шахтах было добыто около 30,8 млн тонн товарного угля. Полубитуминозный уголь составляет 78% от общего объема, битуминозный металлургический уголь — остальные 22%.Шесть открытых шахт добывают полубитуминозный уголь.
        Добыча в Альберте регулируется Регулятором энергетики Альберты. Горнодобывающая деятельность и рекультивация подлежат рассмотрению и одобрению через Alberta Environment and Parks. Рабочие несут ответственность за безопасность в шахте.
        Экологический менеджмент — важная часть разработки, эксплуатации и закрытия шахты. Горнодобывающие компании разрабатывают и реализуют планы по минимизации воздействия на воздух, землю, воду и дикую природу. Компании используют различные методы для рекультивации и восстановления заминированных земель.

        Контакт

        Связаться с отделом разработки угля и полезных ископаемых:

        Часы работы: с 8:15 до полудня и с 13 до 16 (открыт с понедельника по пятницу, закрытые государственные праздники)
        Телефон: 780-427-7707
        Бесплатный звонок: 310-0000 перед номером телефона (в Альберте)
        Электронная почта : [адрес электронной почты]

        Эдмонтон

        Адрес:
        Alberta Energy
        Отдел разработки угля и полезных ископаемых
        North Petroleum Plaza
        9945108 Street *
        Эдмонтон, Альберта T5K 2G6

        * Курьеры, явитесь на 2 этаж.

        Калгари (только пункт высадки)

        Адрес:
        Alberta Energy
        300, 801 6 Avenue SW
        Calgary, Alberta T2P 3W2

        различных видов угля | Введение

        Различные виды угля

        Важно знать, что «уголь» может покрыть
        разнообразие готовой продукции разной ценности и требующей разных
        лечение. Основное подразделение состоит из «коксующегося» угля и «энергетического или парового» угля. Коксующиеся угли, используемые для производства кокса для
        использование в доменных печах, обладает особыми свойствами, которые позволяют ему образовывать хорошие
        кокс в процессе коксования, который включает нагревание в атмосфере
        дефицит кислорода.Есть ряд важных свойств угля.
        в этом контексте, включая «летучие компоненты», «слеживаемость»,
        твердость и прочность образовавшегося кокса, индекс свободного набухания (сколько
        материал разбухает в процессе) и т. д. Эти свойства не влияют на
        способом добычи угля, но они влияют на стоимость продукта, и есть
        коксующийся уголь различных марок, от «каменных» коксующихся углей (лучший сорт),
        от «средних» до «мягких» коксующихся углей и даже «полутвердых» и «полумягких». Стоимость отдельных объектов недвижимости для каждой классификации больше похожа на маркетинговую.
        упражнение, чем точное определение.

        Энергетический или дымящийся уголь не подходит для кокса
        делает и, как следует из названия, используется для отопления, подавляющее большинство
        станции, производящие электроэнергию, с меньшим количеством используемого в цементе
        производство, малые котлы и другие специализированные рынки. Коксующийся уголь может быть
        используется для этих целей, но это было бы расточительно.

        Возможность смешивания различных видов угля позволяет
        некоторые угли, которые плохо коксуются, для использования с углями более высокого качества для образования
        приемлемая смесь.Разработки доменной техники (угольная пыль
        закачки в частности) также позволили использовать угли более низкого качества в
        выплавка стали вместо порции кокса.

        Стоимость и обработка угля также зависят от
        другая недвижимость:

        • Зольность — весь уголь содержит
          материал, который не горит и который образует золу, оставшуюся после горения,
          отходы, представляющие проблему утилизации; при прочих равных условиях
          чем выше зольность, тем ниже ценность угля
        • Влагосодержание — весь уголь содержит
          некоторое количество влаги естественно, и процесс добычи может удалить часть, но обычно
          добавляет еще. Погода также повлияет на влажность во время транспортировки.
          и хранение. В большинстве договоров купли-продажи указано максимальное содержание влаги с
          штрафы, если это превышено (клиенты не хотят платить цены на уголь за
          вода)
        • Угли могут содержать примесей (например,
          как сера или фосфор), которые, хотя могут быть в очень небольших количествах
          становятся значительными, потому что они могут привести к загрязнению атмосферы при сжигании
          или может повлиять на свойства производимой стали.

        Уголь часто обрабатывается или «промывается» , в большинстве случаев для удаления части золы
        чтобы сделать его доступным для продажи или повысить его стоимость. Есть несколько примеров, когда уголь
        необработан, в основном там, где он используется на электростанции или цементном заводе
        рядом с рудником или рядом с ним. В большинстве других случаев некоторая степень
        проводится лечение.

        Есть особые угли:

        • Бурый уголь , частично промежуточный между торфом
          и черный уголь, в основном уголь низкого качества, обычно с очень высокой
          содержание влаги, но которое может быть экономически важным при добыче больших
          количества и подается в котельные, расположенные рядом с участком рудника (т.

        Добавить комментарий

        Ваш адрес email не будет опубликован.