Как используют бурый уголь. Характеристика бурых углей. Использование угля от древности до наших дней

БУРЫЙ УГОЛЬ, разновидность углей ископаемых низшей степени метаморфизма, представляющая собой переходную форму от торфа к каменному углю. По внешним признакам отличается от торфа большей уплотнённостью и меньшим содержанием различимых растительных остатков, от каменных углей - главным образом окраской бурых тонов. Диагностируется также по реакциям с едкой щёлочью и разбавленной азотной кислотой, окрашивая растворы соответственно в тёмно-бурый и ярко-жёлтый (до красно-бурого) цвета. На воздухе буреет и растрескивается. Для бурого угля характерны высокая гигроскопичность и влажность. Плотность 1200-1500 кг/м 3 . Различают землистые рыхлые бурые угли, плотные матовые и блестящие. По составу исходного вещества большинство бурых углей относится к гумитам, в которых сапропелевые и гумусово-сапропелевые разности встречаются в виде прослоев. Из микрокомпонентов углей в большинстве бурых углей (80- 98%) преобладают представители витринита группы, в некоторых разностях - фюзинит или липтинит.

Элементный состав горючей массы бурых углей: С 65-76%, Н 4-6,5%, иногда более, О + N 18-30%; теплота сгорания 23,9-32,0 МДж/кг; содержание гуминовых кислот 2-63%, летучих веществ 40-65%, первичной смолы 5-20% и более. По степени метаморфизма (углефикации) бурые угли разделяют на 3 класса (01, 02, 03); за основу такого разделения принят показатель отражения витринита (соответственно менее 0,30%, 0,30-39%, 0,40-0,49%). С повышением степени метаморфизма в бурых углях повышаются содержание углерода, удельная теплота сгорания, снижается содержание кислорода, гуминовых кислот и смол. Промышленные классификации бурых углей в разных странах приняты по различным технологическим параметрам. В России бурые угли по влажности делят на три технологические группы (1Б - свыше 40%, 2Б - 30-40% и ЗБ - менее 30%). По международной классификации, принятой Европейской экономической комиссией (1957), бурые угли разделяют на 6 классов по влажности и 5 групп по выходу смол полукоксования. Существуют и другие классификации. В ряде стран (Индия, Австралия и др.) бурые угли называют лигнитами.

Значительная часть бурых углей залегает в угольных пластах (залежах) мощностью 10-60 м (иногда 100-200 м) и на небольших глубинах, что позволяет добывать их в основном открытым способом. По запасам (млрд. т) бассейны бурых углей разделяют на уникальные (свыше 500), крупные (50- 500), средние (10-50) и мелкие (менее 10). Общие мировые ресурсы оцениваются в 4,9 триллион тонн, доказанные запасы 0,46 триллион тонн (в России 0,11 триллион тонн). Основные запасы сосредоточены в России (Канско-Ачинский, Иркутский, Ленский, Подмосковный угольные бассейны), Бразилии (Алта-Амазона), США (Форт-Юнион, Миссисипский и Техасский угольные бассейны), Австралии (Латроб-Валли), Германии (Нижнерейнский, Тюринго-Саксонский и Магдебургский угольные бассейны). Мировая добыча составила 0,884 миллиардов тонн (2002). Главные угледобывающие страны (добыча в миллиард тонн): Германия (0,169), Россия (0,084), Австралия (0,075), Польша (0,060), Чехия (0,048), США (0,047). Бурый уголь используется как энергетическое и коммунально-бытовое топливо, для производства угольных брикетов, газообразного и жидкого топлива, углещелочных реагентов гуминовых кислот, воска, металлургического кокса, извлечения редких и рассеянных элементов.

Лит.: Жемчужников Ю. А., Гинзбург А. И. Основы петрологии углей. М., 1960; Геология месторождений угля и горючих сланцев СССР. М., 1963-1978. Т. 1-12; Ерёмин И. В., Броновец Т. М. Марочный состав углей и их рациональное использование. М., 1994.

Промышленная классификация бурых углей предусматривает разделение их на группы по влажности и зольности и на сорта по крупности кусков. По содержанию влаги в рабочем топливе (W р) бурые угли делятся на три группы: Б1, Б2 и Б3 при W р >40, W р =30…40 и W р <30 % соответственно. По зольности сухой массы (А с) бурые угли в зависимости от бассейна делятся на ряд групп (от трех до пяти). По размерам кусков бурые угли разделяются на сорта: БК (бурые крупные – с размерами кусков от 50 до 100 мм); БО (бурый орех – куски от 25 до 50 мм); БМ (бурые мелкие – куски от 13 до 25 мм); БР (бурый рядовой – куски до 200 мм для шахт и до 300 мм для карьеров).

Месторождение бурых углей в нашей стране имеются повсеместно, и запасы их весьма велики. Только в Канско-Ачинском бассейне геологические запасы бурых углей оцениваются в 600 млрд т, из которых 140 млрд т можно добывать открытым способом.

Еще более крупные запасы углей сосредоточены в Тунгусском бассейне (несколько триллионов тонн). Крупные залежи бурых углей имеются в Казахстане, Украине, в центральной зоне Российской Федерации, в Средней Азии и на Дальнем Востоке.

Из-за высокого содержания балласта и малой механической прочности бурые угли нетранспортабельны на большие расстояния и относятся, как и торф, к категории местных топлив. Однако разработанные различные технологии их подготовки позволяют превращать бурые угли в транспортабельное топливо, что в сочетании с новыми способами сжигания (например в кипящем слое) существенно расширит возможности их перевозки и сделает более эффективным их сжигание на электростанциях.

Перспективно энерготехнологическое или энергохимическое использование бурых углей, при котором на их основе можно получать синтетическое жидкое топливо, химическое сырье, различную товарную продукцию.

Каменные угли. Изменение органического вещества горючих ископаемых на каменноугольной стадии протекает под действием ряда геологических факторов в зонах повышенной тектонической активности. Главным фактором, по-видимому, является температура (предполагают, что формирование каменных углей происходило при температурах 250-350 °С). Установлено, что некоторые горные породы и минеральные включения в угольной массе (например оксиды железа, алюминия и др.) могут играть роль катализаторов ряда реакций в веществе угля. В результате этого происходит дальнейшее обогащение органического материала углеродом с потерей им кислород- и водородсодержащих соединений, образующих оксид и диоксид углерода, воду, метан. Содержавшиеся в буром угле гуминовые кислоты на каменноугольной стадии превращаются в нерастворимые нейтральные гумины.

Каменные угли весьма разнообразны по химической зрелости, в связи с чем их классифицируют по ряду признаков: выходу летучих веществ, отнесенному к горючей массе топлива, V г, спекаемости твердого остатка, определяемой при нагреве топлива без доступа воздуха до температуры 850 °С в стандартных условиях, и теплоте сгорания по бомбе на горючую массу . В принятой классификации каменные угли подразделяются на следующие марки (с обозначением марок): длиннопламенный (Д), газовый (Г), газовый жирный (ГЖ), жирный (Ж), коксовый (К), коксовый жирный (КЖ), коксовый второй (К2), отощенный спекающийся (ОС), слабоспекающийся (СС), тощий (Т). Число марок углей и их характеристика определяются ГОСТ для каждого бассейна.

Запасы каменных углей в РФ также весьма велики, при этом большая их часть подобно бурым углям сосредоточена в Сибири. Среди крупнейших каменноуголных бассейнов страны сегодня разрабытваются Кузнецкий, Печорский, Южно-Якутский, Кизеловский.

Каменные угли обладают относительно меньшим содержанием золы и влаги, чем бурые угли: А р = (5…15) %; W р =(5…10) %. Вследствие этого их теплота сгорания оказывается большей:

Q н р = (23…27,3) МДж/кг (5500…6500 ккал/кг).

Антрацит. Антрацит является конечным итогом преобразования углей. Это разновидность угля характеризуется весьма высокой степенью углефикации (содержание углерода в горючей массе достигает 94 – 96 %), высокой твердостью и плотностью, низкой влажностью и четко выраженной мелкокристаллической структурой природного графита. Из-за повышенной хрупкости добыча антрацита сопровождается образованием большего количества мелочи (с размерами кусков менее 6 мм) – так называемого штыба. Антрацитовый штыб (АШ) является относительно низкосортным энергетическим топливом, сжигание которого было впервые в мире в широких масштабах организовано на электростанциях СССР еще в довоенный период.

У этих углей малый выход летучих (V г = 2…9 %).

Теплота сгорания таких углей достаточно высокая: Q н р = 34,5 МДж/кг (8300 ккал/кг). Угли, по своим характеристикам находящиеся между каменными углями и антрацитами, называют полуантрацитами . Выход летучих у таких углей составляет V г = (5…10) %, а теплота сгорания несколько больше, чем антрацитов (Q н р = 35 МДж/кг). Полуантрациты и антрациты разделяются по объемному выходу летучих веществ в условной горючей массе V г об: полуантрациты – (220…300) см 3 /г, антрациты – менее 220 см 3 /г. Теплота сгорания летучих веществ для антрацитов – 43,1 МДж/кг, полуантрацитов – 48,2 МДж/кг.

Горючие сланцы. Горючие сланцы относятся к классу сапропелитов, сильно забалластированных осадочными породами (песком, глиной), содержание которых достигает 70 %. При содержании балласта свыше 70 % сжигание сапропелита в обычных топочных устройствах (слоевых или камерных) становится невозможным, однако в топках с кипящим слоем можно сжигать горючие сланцы, содержащие менее 30 % горючего органического вещества.

Будучи типичным низкосортным топливом, сланцы вместе с тем являются ценным сырьем для производства синтетического жидкого топлива и горючего газа, в частности при их комплексном использовании. Определенную ценность представляет также сланцевая зола как строительный материал и продукт для раскисления почв в сельском хозяйстве.

Наша страна располагает большими запасами сланцев. Месторождения сланцевого топлива имеются в областях Куйбышевской, Саратовской, Ульяновской, Ленинградской и др.

Зольность сланцев очень большая и доходит до А р =(50…60) %. Вследствие большого балласта их теплота сгорания низкая Q н р = (5,87…10) МДж/кг (1400…2000 ккал/кг). В горючей массе содержание водорода оказывается высоким Н р = (7,5…9,5) %, что обусловливает большой выход летучих, достигающий (80…90) %, и их легкую воспламеняемость.

Древесное топливо и городской мусор. К этой категории топлива кроме собственно дров относят также различного рода растительные отходы, образующиеся как при рубке леса, так и при его дальнейшей переработке (пни, сучья, ветви, вершинные части деревьев, обрезки, щепа, стружка, опилки, так называемые отпады: хвоя, листва, валежник, корье), отходы растениеводства: солома, костра, лузга, стебли некоторых растений и т. п.

Органическая часть древесины и других растительных образований состоит в основном из углеводов и в меньшей мере из белков, жиров, восков и смол, входящих в состав растительных клеток или заполняющих межклеточное пространство растительной ткани. Основными компонентами углеводов является целлюлоза (С 6 Н 24 О 5) х, из которой построены стенки клеток, гемицеллюлоза, представляющая собой гидролизирующуюся часть целлюлозы, и особое инкрустирующее вещество, заполняющее межклеточные промежутки – лигнин (С 9 Н 24 О 10). Содержание целлюлозы в органической части многоклеточных растений достигает 60 %, содержание лигнина колеблется в пределах 20…30 %, в зависимости от породы и возраста древесины. Содержание минеральных солей в основной древесине составляет 0,21 %, в березовой − 0,29…0,38 %, в дубовой − 0,37 %, в еловой − 0,22…0,37 %. Однако в коре, листьях, а также в стеблях однолетних растений содержание минеральных солей значительно больше и составляет: в еловой коре − 5,77 %, в буковой − 8,84 %, в соломе – от 3,3 до 7,2 %, в лузге − 2,31 %, камыше − 7,4 %. Элементный состав и характеристика древесного топлива различных видов приведены в табл. 6.

Угольная промышленность занимается добычей и первичной переработкой (обогащением) каменного и бурого угля и является самой крупной отраслью по численности рабочих и стоимости производственных основных фондов.

Уголь России

Россия располагает разнообразными типами углей — бурыми, каменными, антрацитами — и по запасам занимает одно из ведущих мест в мире . Общие геологические запасы угля составлют 6421 млрд. т, из них кондиционные — 5334 млрд. т. Свыше 2/3 общих запасов приходится на каменные угли. Технологическое топливо — коксующиеся угли — составляют 1/10 от общего количества каменных углей.

Распределение углей по территории страны крайне неравномерно . 95% запасов приходится на восточные регионы , из них более 60% — на Сибирь. Основная часть общегеологических запасов угля сосредоточена в Тунгусском и Ленском бассейнах. По промышленным запасам угля выделяются Канско-Ачинский и Кузнецкий бассейны.

Добыча угля в России

По объемам добычи угля Россия занимает пятое место в мире (после Китая, США, Индии и Австралии), 3/4 добываемого угля используется для производства энергии и тепла, 1/4 — в металлургии и химической промышленности. На экспорт идет небольшая часть, в основном в Японию и Республику Корея.

Открытая добыча угля в России составляет 2/3 общего объема . Этот способ добычи считается наиболее производительным и дешевым. Однако при этом не учитываются связанные с ним сильные нарушения природы — создание глубоких карьеров и обширных отвалов вскрышных пород. Шахтная добыча дороже и отличается высокой аварийностью, что во многом определяется изношенностью горного оборудования (40% его устарело и требует срочной модернизации).

Угольные бассейны России

Роль того или иного угольного бассейна в территориальном разделении труда зависит от качества углей, размера запасов, технико-экономических показателей добычи, степени подготовленности запасов для промышленной эксплуатации, размеров добычи, особенностей транспортно-географического положения. По совокупности этих условий резко выделяются межрайонные угольные базы — Кузнецкий и Канско-Ачинский бассейны, на которые суммарно приходится 70% добычи угля в России, а также Печорский, Донецкий, Иркутско-Черемховский и Южно-Якутский бассейны.

Кузнецкий бассейн , расположенный на юге Западной Сибири в Кемеровской области, является главной угольной базой страны и обеспечивает половину общероссийской добычи угля. Здесь залегает каменный уголь высокого качества, в том числе коксующийся. Почти 12% добычи осуществляется открытым способом. Главными центрами являются Новокузнецк, Кемерово, Прокопьевск, Анжеро-Судженск, Белово, Ленинск-Кузнецкий.

Канско-Ачинский бассейн расположен на юге Восточной Сибири в Красноярском крае вдоль Транссибирской магистрали и дает 12% добычи угля в России. Бурый уголь этого бассейна является самым дешевым в стране, поскольку добыча осуществляется открытым способом. Из-за низкого качества уголь малотранспортабелен и поэтому на базе крупнейших разрезов (Ирша-Бородинского, Назаровского, Березовского) действуют мощные тепловые электростанции.

Печорский бассейн является крупнейшим в европейской части и дает 4% добычи угля в стране. Он удален от важнейших промышленных центров и находится в Заполярье, добыча ведется только шахтным способом. В северной части бассейна (Воркутинское, Воргашорское месторождения) добывают коксующиеся угли, в южной (Интинское месторождение) — преимущественно энергетические. Основными потребителями печорского угля являются Череповецкий металлургический завод, предприятия Северо-Запада, Центра и Центрального Черноземья.

Донецкий бассейн в Ростовской области является восточной частью каменноугольного бассейна, расположенного на Украине. Это один из старейших районов добычи угля. Шахтный способ добычи обусловил высокую себестоимость угля. Добыча угля с каждым годом сокращается и в 2007 г. бассейн дал лишь 2,4% общероссийской добычи.

Иркутско-Черемховский бассейн в Иркутской области обеспечивает низкую себестоимость угля, так как добыча осуществляется открытым способом и дает 3,4% угля в стране. Из-за большой удаленности от крупных потребителей используется на местных электростанциях.

Южно-Якутский бассейн (3,9% общероссийской добычи) находится на Дальнем Востоке. Располагает значительными запасами энергетического и технологического топлива, причем вся добыча ведется открытым способом.

К перспективным угольным бассейнам относятся Ленский, Тунгусский и Таймырский, расположенные за Енисеем к северу от 60-й параллели. Они занимают обширные пространства в слабоосвоенных и малообжитых районах Восточной Сибири и Дальнего Востока.

Параллельно с созданием угольных баз межрайонного значения шло широкое освоение местных угольных бассейнов, что дало возможность приблизить добычу угля к районам его потребления. При этом в западных регионах России добыча угля сокращается (Подмосковный бассейн), а в восточных — резко возрастает (месторождения Новосибирской области, Забайкальского края, Приморья.

Каменный уголь

Каменный уголь -- осадочная порода, представляющая собой продукт глубокого разложения остатков растений (древовидных папоротников, хвощей и плаунов, а также первых голосеменных растений). По химическому составу каменный уголь представляет смесь высокомолекулярных полициклических ароматических соединений с высокой массовой долей углерода, а также воды и летучих веществ с небольшими количествами минеральных примесей, при сжигании угля образующих золу. Ископаемые угли отличаются друг от друга соотношением слагающих их компонентов, что определяет их теплоту сгорания. Ряд органических соединений, входящих в состав каменного угля, обладает канцерогеннымисвойствами.

Бурый уголь

Суббитоминомзный умголь , или бумрый умголь (чемрный лигнимт ) -- горючее полезное ископаемое, ископаемый уголь 2-ой стадииметаморфизма (переходное звено между лигнитом и каменным углем), получается из лигнита или напрямую из торфа.

Классификация ископаемых углей довольно запутана, так в Евросоюзе и Англии пользуются термином лигнит (которой считается синонимом бурого угля), а в Америке лигнит и бурый уголь выделяются отдельно, причем очень четко. В России понятие лигнит чаще всего является синонимом бурого угля (последний термин более распространен) либо понятием недействующим, реже понятие бурый уголь охватывает лигнит высокой степени углефикации (ВСУ) и не захватывает суббитуминозный уголь ВСУ, последний относят к каменному.

Содержит 50-77 % углерода, 20-30 % (иногда до 40 %) влаги и большое кол-во летучих веществ (до 50 %). Имеет черно-бурый или черный цвет, реже бурый (черта на фарфоровой плитке всегда бурая). Образуются из отмерших органических остатков под давлением нагрузки и под действием повышенной температуры на глубинах порядка 1 километра. Используется как топливо в мелких и частных котельных, а также как химическое сырьё. Имеют низкую теплоту сгорания, около 26 МДж/кг.

На воздухе бурый уголь быстро теряет влагу, растрескивается и превращается в порошок.

Состав и строение

Суббитуминозный (бурый) уголь является плотной, камнеподобной углистой массой от почти черного до светло-бурого цвета, всегда с бурой чертой. В нём нередко заметна растительная древесная структура; излом раковистый, землистый или деревянный. Легко горит коптящим пламенем, выделяя неприятный своеобразный запах гари.

При обработке гидроксидом калия дает темно-бурую жидкость. При сухой перегонке образует аммиак, свободный или связанный с уксусной кислотой. Удельный вес 0,5--1,5. Средний химический состав, за вычетом золы и серы: 50--77 % (в среднем 63 %) углерода, 26--37 % (в среднем 32 %) кислорода, 3--5 % водорода и 0--2 % азота. Основные примеси вбуром угле те же, что и в любом другом ископаемом угле.

Подавляющее большинство бурых углей по вещественному составу относятся к гумитам. Сапропелиты и переходные гумусово-сапропелевые разности имеют подчинённое значение и встречаются в виде прослоев в пластах, сложенных гумитами. Большинство бурых углей слагается микрокомпонентами витринита группы (80-98%) и только в юрских бурых углях Средней Азии преобладают микрокомпоненты группы фюзинита (45-82%); для нижнекарбоновых бурых уголь характерно высокое содержание лейптинита.

Бурые угли характеризуются повышенным содержанием фенольных, карбоксильных и гидроксильных групп, наличием свободных гуминовых кислот, содержание которых снижается с повышением степени метаморфизма от 64 до 2-3% и смол от 25 до 5%. На некоторых месторождениях мягкие бурые угли дают высокий выход бензольного экстракта (5-15%), содержащего 50-75% восков, и имеют повышенное содержание урана и германия.

Классификация

Угли подразделяются на марки и технологические группы; в основу такого подразделения положены параметры, характеризующие поведение углей в процессе термического воздействия на них. Российская классификация отличается от западной.

В России все бурые угли относят к марке Б:

Угли подразделяются на технологические группы по спекающей способности; для указания технологической группы к буквенному обозначению марки прибавляется цифра, указывающая низшее значение толщины пластического слоя в данных углях, например Г6, Г17, КЖ14 и т.п.

По ГОСТ от 1976 г бурый уголь подразделяются по степени метаморфизма (углефикации) на три стадии: О 1 , О 2 , и О 3 и классы 01, 02, 03. Основой такого подразделения принята отражательная способность витринита в масле R°, нормируемая величина её для стадии О 1 -- менее 0,30; О 2 -- 0,30-0,39; О 3 -- 0,40-0,49. По международной классификации, принятой Европейской экономической комиссией (1957), бурые угли подразделяются на шесть классов по влажности (до 20, 20-30, 30-40, 40-50, 50-60 и 70 %) и пять групп по выходу смол полукоксования .

Среди разновидностей неофициально различают мягкие, землистые, матовые, лигнитовые и плотные (блестящие). Выделяют также:

• § Плотный бурый уголь - бурого цвета с матовым блеском, землистым изломом;
• § Землистый бурый уголь - бурый, легко истирающийся в порошок;
• § Смолистый бурый уголь - очень плотный, темно-бурый и даже черный, в изломе блестящий наподобие смолы;
• § Бумажный бурый уголь, или дизодил, представляет тонкослоистую истлевшую растительную массу, легко делящуюся на тонкие листики;
• § Торфяной уголь, как бы войлочный, похожий на торф, часто содержит много посторонних примесей и иногда переходит в квасцовую землю.

Другая классификация - немецкая, основана на процентном содержании элементов:

Отличия от каменного угля

От каменного угля бурый уголь внешне отличается цветом черты на фарфоровой пластинке - она всегда бурая. Самое важное отличие от каменного угля заключается в меньшем содержании углерода и значительно большем содержании битуминозных летучих веществ и воды. Этим и объясняется, почему бурый уголь легче горит, даёт больше дыма, запах, а также и вышеупомянутую реакцию с едким калием и выделяет мало тепла. Из-за высокого содержания воды для сжигания его используют в порошке, в который он неминуемо превращается при сушке. Содержание азота значительно уступает каменным углям, но повышенно содержание серы.

Использование

Как топливо бурый уголь в России и многих других странах употребляется значительно меньше, чем каменный уголь, однако из-за низкой стоимости в мелких и частных котельных он более популярен и занимает иногда до 80 %. Используется для пылевидного сжигания (при хранении бурый уголь высыхает и рассыпается), а иногда и целиком. На небольших провинциальных ТЭЦ он также нередко сжигается для получения тепла.

Однако в Греции и особенно в Германии бурый уголь используется в паровых электростанциях, вырабатывая до 50 % электроэнергии в Греции и 24,6 % в Германии.

С большой скоростью распространяется получение жидких углеводородных топлив из бурого угля перегонкой. После перегонки остаток годится для получения сажи. Из него извлекают горючий газ, получают углещелочные реагенты и монтан-воск (горный воск).

В мизерных количествах он применяется и для поделок.

Добыча бурого угля, в миллионах тонн :

В 60-ые годы 20 столетия Украина добывала порядка 1 млн. тонн бурого угля из Александрийского месторождения - Днепровского бассейна, которые по залежам бурого угля занимает 10 место в мире. В 2008 году добыча и реализация практически прекратилась. Ожидается, что добыча бурого угля на Украине возобновится в 2012 году на Мокрокалыгорском месторождении, запасы которого оцениваются в 7,76 млрд.т.

Бурый уголь -- твердый ископаемый уголь, образовавшийся из торфа, содержит 65--70 % углерода, имеет бурый цвет, наиболее молодой из ископаемых углей. Используется как местное топливо, а также как химическое сырье. Содержат много воды (43 %), и поэтому имеют низкую теплоту сгорания. Кроме того, содержат большое кол-во летучих веществ (до 50 %). Образуются из отмерших органических остатков под давлением нагрузки и под действием повышенной температуры на глубинах порядка 1 километра.

В результате длительного воздействия повышенных температур и давления бурые угли преобразуются в каменные угли, а последние – в антрациты.

Необратимый процесс постепенного изменения химического состава, физических и технологических свойств органического вещества на стадии превращения от бурых углей до антрацитов носит название метаморфизма углей. Структурно-молекулярная перестройка органического вещества при метаморфизме сопровождается последовательным повышением в угле относительного содержания углерода, снижением содержания кислорода, выхода летучих веществ; изменяются содержание водорода, теплота сгорания, твердость, плотность, хрупкость, оптичность, электричность и др. физические свойства. Каменные угли на средних стадиях метаморфизма приобретают спекающие свойства – способность гелифицированных и липоидных компонентов органического вещества переходить при нагревании в определенных условиях в пластическое состояние и образовывать пористый монолит – кокс.

В зонах аэрации и активного действия подземных вод вблизи поверхности Земли угли подвергаются окислению. По своему воздействию на химический состав и физические свойства окисление имеет обратную направленность по сравнению с метаморфизмом: уголь утрачивает прочностные свойства и спекаемость; в нем возрастает относительное содержание кислорода, снижается количество углерода, увеличивается влажность и зольность, резко снижается теплота сгорания. Глубина окисления ископаемых углей в зависимости от современного и древнего рельефа, положения зеркала грунтовых вод, характера климатических условий, вещественного состава и метаморфизма колеблется от 0 до 100 метров по вертикали.

Наибольшую теплоотдачу получают от антрацитов, меньшую от бурого угля. Каменные угли - выигрывают по соотношению цена - качество. Уголь марок Д, Г и антрациты чаще всего применяются в котельных, т.к. они могут гореть без поддува. Уголь марок СС, ОС, Т применяется для получения электрической энергии, т.к. он имеет большую теплоотдачи при сгорании, но сжигание данного вида углей связано с технологическими трудностями, которые оправданы лишь в случае необходимости большого количества угля. В черной металлургии используются обычно марки Г, Ж, для производства сталей и чугуна. Фракция данной марки угля определяется исходя из меньшего значения самой мелкой фракции и большего значения самой крупной фракции, указанных в названии марки угля. Так, например, фракция марки ДКОМ (К – 50-100, О – 25-50, М – 13-25) составляет 13-100 мм.

Бурый уголь

Бурый уголь является в виде плотной, землистой, деревянистой или волокнистой углистой массы с бурой чертой, со значительным содержанием летучих битуминозных веществ. В нем часто хорошо сохранилась растительная древесная структура; излом раковистый, землистый или деревянный; цвет бурый или смоляно-черный; легко горит коптящим пламенем, выделяя неприятный своеобразный запах гари; при обработке едким калием дает темно-бурую жидкость. При сухой перегонке образует аммиак, свободный или связанный с уксусной кислотой. Удельный вес 0,5-1,5. Средний химический состав, за вычетом золы: 50-77% (в среднем 63%) углерода, 26-37% (в среднем 32%) кислорода, 3-5% водорода и 0-2% азота.

На фото ниже - бурый уголь.

От каменного угля бурый уголь, как показываетназвание, отличается цветом (то более светлым, то более темным); есть, правда, и черные разновидности, но они в порошке в таком случае все-таки являются бурыми, между тем как антрацит и каменный уголь всегда дают черную черту на фарфоровой пластинке. Существенное отличие от каменного угля заключается в менее высоком содержании углерода и значительно большем содержании битуминозных летучих веществ. Этим и объясняется, почему бурый уголь легче горит, дает больше дыма, запах, а также и вышеупомянутую реакцию с едким калием. Содержание азота также значительно уступает каменным углям.

Каменный уголь

Уголь каменный, является сырьем для получения нафталина. Уголь и кокс применяется, как восстановитель в металлургии при выплавке железа. В зависимости от сорта, каменный уголь на 75% - 97% состоит из углерода, воды и летучих соединений. Уголь каменный является основой почти всех углеводородов. По строению уголь каменный, является мелко измельченным графитом.

Характеристики угля каменного различны и зависят от места добычи. Для выбора подходящей марки и вида угля необходимо ознакомиться с характеристиками.

Основными характеристиками, которые определяют качество угля каменного, являются: влажность, теплота сгорания, содержание серы, зольность и выход летучих веществ.

Сорт угля определяется размером куска и марки. Известно более 14 технологических марок угля.

Каменный уголь - осадочная порода, представляющая собой продукт глубокого разложения остатков растений (древовидных папоротников, хвощей и плаунов, а также первых голосеменных растений). Большинство залежей каменного угля было образовано в палеозое, преимущественно в каменноугольном периоде, примерно 300-350 миллионов лет тому назад. По химическому составу каменный уголь представляет смесь высокомолекулярных полициклических ароматических соединений с высокой массовой долей углерода, а также воды и летучих веществ с небольшими количествами минеральных примесей, при сжигании угля образующих золу. Ископаемые угли отличаются друг от друга соотношением слагающих их компонентов, что определяет их теплоту сгорания. Ряд органических соединений, входящие в состав каменного угля, обладает канцерогенными свойствами.

Применение каменного угля многообразно. Он используется как бытовое, энергетическое топливо, сырье для металлургической и химической промышленности, а также для извлечения из него редких и рассеянных элементов. Очень перспективным является сжижение (гидрогенизация) каменного угля с образованием жидкого топлива. Для производства 1т нефти расходуется 2-3т каменного угля, в период эмбарго ЮАР практически полностью обеспечивала себя топливом за счёт этой технологии. Из каменных углей получают искусственный графит.

Каменный уголь исторически использовался человеком, для получения энергии и тепла, при его сгорании. Принцип превращения растительных останков в каменных уголь основан на том, что за за многие миллионы лет, в условиях повышенного давления и отсутствия кислорода, торф не перегнивал и а соответственно и не возвращал в атмосферу полученный ранее углерод. В результате этого длительного процесса и образовывался каменный уголь, в состав которого, помимо углерода (75-97%) так же входит водород (1,5-5,7%), кислород (5-15%), сера (0,5-4%), азот (<1,5%) и незначительная часть летучих веществ. Нагревая каменный уголь до пиковых температур, из него получают так называемый кокс, используемый для производства чугуна, а сгораемые при сухой перегонке летучие вещества, образуют каменноугольные смолы, составляющие основу некоторых типов промышленных масел.

Антрацит

Отличается от каменного повышенным содержанием углерода. Если в буром угле содержится 65-70 % углерода, то в антраците его содержание составляет 92 – 98%. Уголь антрацит является хорошим топливом и обладает повышенной теплоотдачей. Антрацит сложно разжигается, однако в процессе горения выделяет большое количество энергии (7-8,5 кКал/ед) и практически не спекается . В доменных печах и для котельных используют именно уголь антрацит .

Если в промышленных масштабах используется уголь антрацит, то в частных домах, для обогрева помещения применяют печной уголь, как правило, марок ДПК, ДКО и их аналогов . Сгорает в печи, такой уголь быстрее, однако, по сравнению с антрацитом у него есть основное преимущество – этот уголь намного проще разжечь, да и стоит такой уголь дешевле. Цена печного угля почти вдвое ниже, чем цена антрацита. Уголь ДПК длиннопламенный «кулак» (где К – обозначение размера или фракции угля) по весу легче антрацита и внешне отличается своим матовым черным цветом, т.е. в отличие от антрацита, печной уголь не имеет стеклянного блеска .

Антрацит - это уголь черного цвета, от древесного угля внешне отличается стеклянным блеском и повышенной твёрдость. Являясь прекрасным топливом, антрацит используется в котельных, где сгорая в специальных печах, выделяет энергию, используемую для обогрева. Антрацит – уголь природного происхождения, добываемый шахтенным методом из тектонических угольных пластов. В процессе образования уголь антрацит проходит несколько стадий. Сначала древесина отмирая, попадает в почву, которая превращается в торф, затем торф под воздействием природных сил постепенно спрессовывается и, затвердевая, становится бурым углём. Из бурого, уголь превращается в каменный и уже затем становится антрацитом. Подобный цикл превращения древесины в антрацит занимает около 40 млн. лет.