Кам \ 'уголь

Каменный уголь
Общие сведения
Генезис	метаморфическая порода
Минеральный состав	75-92% C, 2,5-5,7% H, 1,5-15% O
Кислотность	нейтральная
Идентификация
Цвет	черный, сероватый
Структура (петрография)	слоистая
Текстура (петрография)
Форма залегания	пласты, линзы
Отдельность	пластовая
Разновидности	см.. Маркировка угля
Удельный вес	1,3-1,5 г / см
Практическое значение
топливо, сырье для химической промышленности

Химическая структура угля

Каменный уголь ( рус. уголь каменный , англ. black, bitoumi-nous, mineral coal ; нем. Stein-kohle ) - Твердое горючее полезное ископаемое, один из видов угля ископаемого, промежуточный между бурым углем и антрацитом (См. статью: Классификация углей).

1. Характеристика

Плотная порода черного, иногда серо-черного цвета. Блеск смоляной или металлический. В органическом веществе каменного угля содержится 75-92% углерода, 2,5-5,7% водорода, 1,5-15% кислорода. Содержит 2-48% летучих веществ. Влажность 1-12%. Высшая теплота сгорания в пересчете на сухой беззольное состояние 30,5-36,8 МДж / кг. Каменный уголь относится к гумолиты; сапропелиты и гумитосапропелиты присутствуют в виде линз и небольших слоев.

Образование каменного угля характерно почти для всех геологических систем - от девона до неогена (включительно), оно активно образовалось в карбоне, перми, юре. Залегает уголь в форме пластов и линзовидных залежей различной мощности (от десятков см до нескольких десятков и сотен м) на разных глубинах (от выходов на поверхность до 2500 м и глубже).

Каменный уголь характеризуется нейтральным составом органической массы. Оно не реагирует с слабыми щелочами ни в обычных условиях, ни под давлением. Битумы каменного угля, в отличие от угля бурого, представлены преимущественно соединениями ароматического структуры. В каменном угле не обнаружены жирные кислоты и эфиры, мало соединений со структурой парафинов.

Угольная вещество является неферромагнитных (диамагнитным), минеральные примеси характеризуются парамагнитными свойствами. Магнитная восприимчивость угля возрастает с увеличением их стадии метаморфизма. По своим тепловым свойствам уголь приближается к теплоизоляторов.

Главные технологические свойства каменного угля, которые определяют его ценность: спекаемость и коксовая способность. Стандартный показатель спекания - индекс Рога (RI) и толщина пластического слоя в аппарате Л. М. Сапожникова.

2. Образование

Каменный уголь образовался из продуктов разложения органических остатков растений, подвергшихся изменению ( метаморфизм) в условиях высокого давления окружающих пород земной коры и сравнительно высокой температуры.

При погружении угленосной толщи на глубину в условиях повышения давления и температуры происходит последовательное превращение органической массы, изменение ее химического состава, физических свойств и молекулярного строения. Все эти преобразования обозначаются термином "Региональный метаморфизм угля ". На конечной (высшей) стадии метаморфизма уголь превращается в антрацит с ярко выраженной кристаллической структурой графита. Кроме регионального метаморфизма, иногда (реже) имеют место преобразования от воздействия тепла изверженных пород, находящихся рядом с угленосными толщами (перекрывают или подстилающих их) - термальный метаморфизм, а также непосредственно в угольных пластах - контактов метаморфизм. Рост степени метаморфизма в органическом веществе каменного угля прослеживается последовательным увеличением относительного содержания углерода и уменьшением содержания кислорода и водорода. Последовательно снижается выход летучих веществ (от 50 до 8% в пересчете на сухой беззольное состояние) изменяются также теплота сгорания, способность спекаться и физические свойства угля. В частности линейно меняются блеск, отражательную способность витринита, насыпная масса угля и другие свойства. Другие важные физические свойства (пористость, плотность, плотность, спекаемость, теплота сгорания, упругие свойства и др.). Изменяются или выразительнее ярко выраженным параболическим законом или смешанным.

Как оптический критерий стадии метаморфизма углей используется показатель отражательной способности витринита, он применяется также и в нефтяной геологии для установления стадии катагенных преобразования осадочной толщи, вмещающей органическое вещество. Отражательная способность витринита в масляной иммерсии (R0) последовательно возрастает от 0,5-0,65% для угля марки Д до 2-2,5% для угля марки Т.

Плотность и плотность каменного угля зависят от петрографического состава, количества и характера минеральных примесей и степени метаморфизма. Наибольшей плотностью (1300-1500 кг / м ³⁾ характеризуются компоненты группы фюзиниту, наименьшей (1280-1300 кг / м ³⁾ - группы витринита. Изменение плотности с повышением степени метаморфизма происходит параболическим законом с инверсией в зоне перехода к группе жирных; в малозольных проявлениях она снижается от угля марки Д в марки Ж в среднем от 1370 до 1280 кг / м ³ и затем последовательно возрастает для угля марки Т в 1340 кг / м ^3.

Общая пористость угля изменяется также по экстремальным законом, для донецкого угля марки Д она составляет 22-14%, угля марки К 4-8% и увеличивается (видимо, вследствие разрыхления) до 10-15% для угля марки Т. Поры в угле разделяют на макропоры (ср. диаметр 500х10-10 м и микропоры (5-15) х10-10 г. Промежуток занимают мезопор. макропористые уменьшается с увеличением стадии метаморфизма, а микропор - наоборот. Эндогенная (развитая в процессе образования угля) трищиннисть, оцениваемый количеством трещин на каждые 5 см блестящего угля, контролируется стадией метаморфизма углей: она возрастает до 12 трещин при переходе бурого угля в длиннопламенные, имеет максимум в 35-60 для коксующегося угля и последовательно уменьшается до 12-15 трещин при переходе к антрацитов. Такой же закономерности подчиненные изменения упругих свойств угля - модуля Юнга, коэффициента Пуассона, Модуля сдвига (среза), скорости ультразвука. Механическая прочность каменного угля характеризуется их дробимости, хрупкостью и твердостью, временным сопротивлением сжатию.

3. Классификация, разновидности

Каменный уголь разделяют на блестящее, напивблискуче, полуматовое, матовое. В зависимости от преобладания тех или иных петрографических компонентов выделяют витренове, кларенове, Дюрен -кларенове, кларено-дюренове, дюренове и фюзенове каменный уголь. Пласты угля могут быть сложены одним из указанных литотипов, чаще их чередованием. Как правило, блестящие отмены угля малозольные вследствие незначительного содержания минеральных примесей.

Среди структур органического вещества угля выделено 4 типа (телинитова, посттелинитова, преколинитова и колинитова), которые являются последовательными стадиями единого процесса разложения лигнино - целлюлозных тканей. В генетических групп каменного угля, кроме этих 4 типов, дополнительно включены лейптинитове угля. Каждая из 5 генетических групп по типу вещества микрокомпонентов угля разделена на соответствующие классы.

Существует много видов классификации каменного угля: по вещественным составом, петрографических составом, генетические, химико-технологические, промышленные и смешанные. Генетические классификации характеризуют условия накопления угля, вещественные и петрографические - его вещественный и петрографический состав, химико-технологические - химический состав угля, процессы формирования и промышленной переработки, промышленные - технологическое группировки видов угля в зависимости от требований промышленности. Классификации углей в пластах используются для характеристики угольных месторождений.

3.1. Промышленная классификация угля

За основу промышленной классификации каменного угля в отдельных странах принимаются различные параметры свойств и состава угля: в США уголь классифицируют по теплотой сгорания, содержанием связанного углерода и относительным содержанием летучих веществ, в Японии - за теплотой сгорания, так называемым топливным коэффициентом и прочностью кокса или неспособностью к коксования. В СССР в 1954 г. как основная промышленная классификация действовала разработана в 1930 г. С. Крымом так называемая Донецкая классификация. Она называется иногда "марочной", одновременно является и генетической, поскольку положенные в ее основу изменения свойств угля отражают их связь с генетическим развитием органического вещества угля.

В Украине использовалась стандартизованная классификация угля. По среднему выходом летучих веществ (V ^daf) и характеристикой нелетучего остатка с учетом спекания и величины теплоты сгорания уголь делили на 10 основных марок: длиннопламенные (Д), газовые (Г), газовожирне (ГЖ), жирные (Ж), коксовые жирные (КЖ), коксующийся (К), коксовые вторые (К2), слабкоспикливе (СС), описнене спекающиеся (ОС) и постное (П). От марки Д до марки П содержание углерода последовательно увеличивается от 76 до 92%, а выход летучих веществ уменьшается с 42 до 7-12%. В каждой из марок, кроме Д и Г, по технологическим свойствам выделяют несколько технологических групп. Для Донбасса выделяют следующие марки углей: Д, Г, ГЖ, Ж, К, ОС, П, для Львовско-Волынского бассейна : Д, Г, ГЖ, Ж.

Классификация углей все время совершенствуется. Одним из перспективных считается геолого-промышленная классификация, концепция которой предложена в последние годы ХХ ст. украинскими учеными (С. Д. Пожидаев и др.).. Последний вариант классификации углей нормирован настоящего стандарта Украины "Уголь бурый, каменный и антрацит" ( ГОСТ 3472-96) - см. ископаемый уголь.

4. Залежи

Крупнейшие разведанные запасы каменного угля в Украине сосредоточены в Донецком каменноугольном бассейне и в Львовско-Волынском угольном бассейне.

За рубежом - в Карагандинском, Юго-Якутска, Минусинском, Буреинському, Тунгусскому, Ленскому, Таймырском, Аппалачскому, Пенсильванском, Нижнерейнскими-Вестфальском ( Рурском) Верхнесилезькому, Остравско-Карвинский, Шаньси, Юго-Уэльскому бассейнах.

5. Использование

Каменный уголь используется как технологическая, энерго-технологическая и энергетическая сырье, при производстве кокса и полукокса с получением большого количества химических продуктов ( нафталин, фенолы, пек и др.), на основе которых получают удобрения, пластмассы, синтетические волокна, лаки, краски и т.д.

Один из наиболее перспективных направлений использования каменного угля - сжижение (сжижения) - гидрогенизация угля с получением жидкого топлива.

При переработке каменного угля получают также:

• активный уголь, искусственный графит и т. д.;
• в промышленных масштабах извлекается ванадий, германий и сера;
• разработаны методы получения галлия, молибдена, цинка, свинца.

Существуют различные схемы неэнергетического использования каменного угля на основе термохимической, химической и другой переработки с целью их полного комплексного использования и обеспечения охраны окружающей среды. Для удовлетворения потребностей экономики Украины ежегодно использует около 100 млн. т угля, из которых почти 80 млн. т добываемого отечественными предприятиями.

См.. также

• Угольная промышленность
  • Угольная промышленность Украины
• Обогащение угля
  • Флотация угля

6. Сноски

Литература

Малая горная энциклопедия. В 3-х т. / Под ред. С. Белецкого. - М.: "Донбасс", 2004. - ISBN 966-7804-14-3.