Каменный уголь какое свойство является для него существенным

Битуминозный каменный уголь

Химическая структура угля

Ка́менный у́голь — твёрдое горючее полезное ископаемое, промежуточная по содержанию углерода форма угля между бурым углём и антрацитом.

История[править | править код]

Каменный уголь был известен ещё в древнем мире. Первое упоминание о нём связывают с Аристотелем (IV век до н. э.)[1]. Несколькими десятилетиями позже, его ученик Теофраст Эресский в «Трактате о камне» писал:

«… Носят эти ископаемые вещества название антрацита (или угля) … они вспыхивают и горят подобно древесному углю…»[2]

Древние римляне добывали каменный уголь для отопления на территории нынешней Великобритании. В I веке до н. э. в китайской провинции Юньнань уголь нагревали без доступа воздуха и получали кокс[3].

Характеристика[править | править код]

Плотная порода чёрного, иногда серо-чёрного 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 пересчёте на сухое беззольное состояние 30,5—36,8 МДж/кг. Каменный уголь относится к гумолитам; сапропелиты и гумитосапропелиты присутствуют в виде линз и небольших слоёв.

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

Каменный уголь характеризуется нейтральным составом органической массы. Он не реагирует со слабыми щелочами ни в обычных условиях, ни под давлением. Битумы каменного угля, в отличие от угля бурого, представлены преимущественно соединениями ароматической структуры. В каменном угле не обнаружены жирные кислоты и эфиры, мало соединений со структурой парафинов. Угольное вещество является неферромагнитным (диамагнитным), минеральные примеси характеризуются парамагнитными свойствами. Магнитная восприимчивость угля возрастает с увеличением их стадии метаморфизма. По своим тепловым свойствам каменный уголь приближается к теплоизоляторам.

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

Образование[править | править код]

Каменный уголь образуется из продуктов разложения органических остатков растений, подвергшихся изменениям (метаморфизму) 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 её химического состава, физических свойств и молекулярного строения. Все эти преобразования обозначаются термином «региональный метаморфизм угля». На конечной (высшей) стадии метаморфизма каменный уголь превращается в антрацит с ярко выраженной кристаллической структурой графита. Кроме регионального метаморфизма, иногда (реже) имеют место преобразования под воздействием тепла изверженных пород, расположенных рядом с угленосными толщами (перекрывающих или подстилающих их) — термальный метаморфизм, а также непосредственно в угольных пластах — контактовый 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 пересчёте на сухое беззольное состояние), изменяются также теплота сгорания, способность спекаться и физические свойства угля. В частности, линейно меняются блеск, отражательная способность, насыпная масса угля и другие свойства. Другие важные физические свойства (пористость, плотность, спекаемость, теплота сгорания, упругие свойства и другое) изменяются по ярко выраженным параболическим законам или смешанным.

Как оптический критерий стадии метаморфизма угля используется показатель отражательной способности; он применяется также и в нефтяной геологии для установления стадии катагенных преобразований осадочной толщи. Отражательная способность 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 пористость каменного угля зависят от петрографического состава, количества и характера минеральных примесей и степени метаморфизма. Наибольшей плотностью (1300—1500 кг/м³) характеризуются компоненты группы фюзинита, наименьшей (1280—1300 кг/м³) — 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 к марке Ж в среднем от 1370 до 1280 кг/м³ и затем последовательно возрастает для угля марки Т до 1340 кг/м³.

Общая пористость угля изменяется также по экстремальным законам; для донецкого угля марки Д она составляет 14—22 %, угля марки К 4—8 % и увеличивается (видимо, вследствие разрыхления) до 10—15 % для угля марки Т. Поры в угле разделяют на макропоры (средний диаметр 500×10−10 м) и микропоры (5-15×10−10 м). Промежуток занимают мезопоры. Пористость уменьшается с увеличением стадии метаморфизма. Эндогенная (развитая в процессе образования угля) трещиноватость, которая оценивается количеством трещин на каждые 5 см блестящего угля, зависит от стадии метаморфизма угля: она возрастает до 12 трещин при переходе бурого угля в длиннопламенный уголь и имеет максимум в 35-60 для коксующегося угля и последовательно уменьшается до 12-15 трещин при переходе к антрацитам. Подчинённые такой же закономерности изменения упругих свойств угля — модуль Юнга, коэффициент Пуассона, модуль сдвига (среза), скорость ультразвука. Механическая прочность каменного угля характеризуется его дробимостью, хрупкостью и твёрдостью, а также временным сопротивлением сжатию.

Классификация, виды[править | править код]

Каменный уголь разделяют на блестящий, полублестящий, полуматовый, матовый. Как правило, блестящие виды угля малозольны вследствие незначительного содержания минеральных примесей.

Среди структур органического вещества угля выделено 4 типа (телинитовый, посттелинитовый, преколинитовый и колинитовый), которые являются последовательными стадиями единого процесса разложения лигнинов — целлюлозных тканей. К генетическим группам каменного угля, кроме этих четырёх типов, дополнительно включён лейптинитовый уголь. Каждая из пяти генетических групп по типу вещества микрокомпонентов угля разделена на соответствующие классы.

Существует много видов классификаций каменного угля: по вещественному составу, петрографическому составу, 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 угля в пластах используются для характеристики угольных месторождений.

Промышленная классификация угля[править | править код]

За основу промышленной классификации каменного угля в отдельных странах принимаются различные параметры свойств и состава угля: в США каменный уголь классифицируют по теплоте сгорания, содержанием связанного углерода и относительным содержанием летучих веществ, в Японии — по теплоте сгорания, так называемым топливным коэффициентам и прочностью коксов либо неспособностью к коксованию. В СССР в 1954 году как основная промышленная классификация действовала разработанная в 1930 году В. С. Крымом так называемая Донецкая классификация. Она называется иногда «марочной», одновременно является и генетической, поскольку положенные в её основу изменения свойств угля отражают их связь с генетическим развитием органического вещества угля.

Залежи[править | править код]

Доказанные запасы угля на 2006 год, в млн тонн[4]

Страна	Каменный уголь	Бурый уголь	Всего	%
США	111338	135305	246643	27,1
Россия	49088	107922	157010	17,3
Китай	62200	52300	114500	12,6
Индия	90085	2360	92445	10,2
Австралия	38600	39900	78500	8,6
Южная Африка	48750		48750	5,4
Украина	16274	17879	34153	3,8
Казахстан	28151	3128	31279	3,4
Польша	14000		14000	1,5
Бразилия		10113	10113	1,1
Германия	183	6556	6739	0,7
Колумбия	6230	381	6611	0,7
Канада	3471	3107	6578	0,7
Чехия	2094	3458	5552	0,6
Индонезия	740	4228	4968	0,5
Турция	278	3908	4186	0,5
Мадагаскар	198	3159	3357	0,4
Пакистан		3050	3050	0,3
Болгария	4	2183	2187	0,2
Таиланд		1354	1354	0,1
Северная Корея	300	300	600	0,1
Новая Зеландия	33	538	571	0,1
Испания	200	330	530	0,1
Зимбабве	502		502	0,1
Румыния	22	472	494	0,1
Венесуэла	479		479	0,1
Всего	478771	430293	909064	100,0

Каменный уголь сосредоточен в Донецком каменноугольном бассейне и в Львовско-Волынском угольном бассейне (Украина); Карагандинском (Казахстан); Южно-Якутском, Минусинском, Буреинском, Тунгусском, Ленском, Таймырском (Россия); Аппалачском, Пенсильванском (Северная Америка), Нижнерейнско-Вестфальском (Рурском — Германия); Верхнесилезском, Остравско-Карвинском (Чехия и Польша); бассейне Шаньси (Китай), Южно-Валлийском бассейнах (Великобритания).

Среди крупнейших каменноугольных бассейнов, промышленная разработка которых началась в XVIII—XIX вв., выделяют Центральную Англию, Южный Уэльс, Шотландию и Ньюкасл (Великобритания); Вестфальский (Рур) и Саарбрюккенский бассейны (Германия); месторождения Бельгии и Северной Франции; бассейны Сент-Этьенна (Франция); Силезии (Польша); Донецкий бассейн (Украина).

Международный рынок[править | править код]

В 2017 году[5] уголь занял 16-е место среди наиболее торгуемых товаров на мировом внешнем рынке. Оборот оценивался в 122 млрд долл. США.

Ведущие экспортеры (объём экспорта и импорта в скобках в млрд долларов):
1. Австралия 39 % (47)
2. Индонезия 16 % (18,9)
3. Россия 13 % (16,1)
4. США 8,7 % (10,6)
5. Колумбия 6,3 % (7,63)
6. ЮАР 5,1 % (6,23)
7. Канада 4,6 % (5,66)
Основные импортеры
1. Япония 16 % (19,5)
2. Индия 16 % (19,4)
3. Китай 15 % (17,8)
4. Южная Корея 11 % (13,3)

Использование[править | править код]

Каменный уголь используется как технологическое, энерго-технологическое и энергетическое сырьё, при производстве кокса и полукокса в связи с получением из них большого количества химических продуктов (нафталин, фенол, пек и так далее), на основе которых получают удобрения, пластмассы, синтетические волокна, лаки, краски и так далее.

Одно из самых перспективных направлений использования каменного угля — сжижение (гидрогенизация угля) с получением жидкого топлива. 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.

См. также[править | править код]

Угольная промышленность
Каменноугольный кокс

Примечания[править | править код]

Литература[править | править код]

Смирнов В. А., Сергеев П. В., Белецкий В. С. Технология обогащения угля. Учебное пособие. — Донецк: Восточный издательский дом, 2011. — 476 с.
Белецкий В. С. Уголь в современном мире и Украине // Донец. Рос. Науч. т-во им. Шевченко. Т. 3: Химия, технические науки, науки о земле, медицина и психология. — Донецк, 2003. — С. 58-66.
Каменный уголь // Техническая энциклопедия. Том 9. — М.: Советская энциклопедия, 1929. — Стб. 606—633

Источник

Сергей Извесный

Мастер

(2266)

8 лет назад

Каменный уголь состоит из смеси высокомолекулярных ароматических соединений (преимущественно углерода) , а также воды и летучих веществ с небольшим количеством примесей. В зависимости от состава угля меняется и количество теплоты, выделяющееся при его сгорании, а также количество образующейся золы. От этого соотношения зависит ценность угля и его месторождений.

Liudmila Sharukhia

Высший разум

(181812)

8 лет назад

Каменным углём называют осадочную породу, образующуюся при разложении остатков растений (древовидных папоротников, хвощей и плаунов, а также первых голосеменных растений) . Основные запасы каменного угля, добывающегося в настоящее время, образовались в период палеозоя, около 300-350 миллионов лет назад. Каменный уголь добывается уже несколько столетий и является одним из наиболее важных полезных ископаемых. Используется в качестве твёрдого топлива.
Каменный уголь состоит из смеси высокомолекулярных ароматических соединений (преимущественно углерода) , а также воды и летучих веществ с небольшим количеством примесей. В зависимости от состава угля меняется и количество теплоты, выделяющееся при его сгорании, а также количество образующейся золы. От этого соотношения зависит ценность угля и его месторождений.
Для образования полезного ископаемого также необходимо было соблюдение следующего условия: гниющий растительный материал должен был накапливаться быстрее, чем происходило его разложение. Именно поэтому каменный уголь образовывался в основном на древних торфяных болотах, где накапливались углеродные соединения, а доступ кислорода практически отсутствовал. Исходным материалом для возникновения угля является, собственно, сам торф, который также некоторое время использовался в качестве топлива. Уголь же образовался в том случае, если пласты торфа оказывались под другими наносами. Торф при этом спрессовывался, терял газы и воду, в результате чего образовывался уголь.
Каменный уголь возникает при залегании пластов торфа на значительной глубине обычно более 3 км. На более значительной глубине образуется антрацит – высший сорт каменного угля. Однако это не означает, что все угольные месторождения расположены на большой глубине. Со временем под действием тектонических процессов различной направленности некоторые пласты испытывали поднятие, в результате чего оказывались ближе к поверхности.

ТаисияКоновалова

Высший разум

(273049)

8 лет назад

Каменный уголь — полезное ископаемое осадочного происхождения, относится к группе исчерпаемых невозобновимых. Обладает следующими свойствами :
пористость, плотность, спекаемость, имеет теплоту сгорания.

Асият Азаматова

Ученик

(126)

4 года назад

Siatkoq Karomel

Ученик

(245)

4 года назад

тая медведкова

Ученик

(105)

3 года назад

Каменный уголь – первое природное ископаемое, которое люди стали использовать как топливо. Это осадочная порода, которая образовалась вследствие разложения древних растений.

Каменный уголь: свойства и применение
Каменный уголь – твердое полезное ископаемое черного, иногда серо-черного цвета; хрупкий горючий материал. Что влияет на каменный уголь, его свойства и применение его в промышленности? Энергетические свойства каменного угля зависят от многих факторов, в том числе, места добычи и условий хранения. Поэтому мы приведем усредненные данные о его свойствах:

процентное содержание летучих материалов: 39-41%;
процентное содержание золы: 14-16%;
процентное содержание серы: 0,5%;
калорийность: 5400-7000 ккал/кг;
влажность: 13-15%.
В зависимости от свойств каменный уголь применяется как бытовое, энергетическое топливо, а также как сырье для химической и металлургической промышленности. Также из него извлекают редкие рассеянные элементы. Вещества, извлеченные из угля, используют в производстве:

лаков;
красок;
пластмассы;
духов;
лекарств и др.
В результате химической переработки этого полезного ископаемого производится более 300 наименований различных продуктов промышленности.

Каменный уголь состав
Состав каменного угля зависит от его возраста. Каменный уголь занимает второе место по возрасту между молодым бурым углем и самым старым – антрацитом. По мере старения угля происходит уменьшение содержания в нем влаги, летучих составляющих, и, наоборот, концентрирование углерода. В каменном угле содержится:

кислорода — 1,5-15%;
водорода — 2,5-5,7%;
углерода -75-95%.
Благодаря высокому содержанию углерода и относительно небольшой влажности, теплотворная способность каменного угля достигает 7 000 ккал/кг. Температура горения каменного угля – 470°С.

Lunnaya

Мастер

(1571)

1 месяц назад

«Сей минерал, если не нам, то потомкам нашим зело полезен будет»,-сказал Петр |, впервые познакомившись с углем в 1696г, возвращаясь из первого Азовского похода в районе нынешнего г. Шахты.
Почти 200 лет назад гениальный русский ученый М. В. Ломоносов совершенно правильно объяснил образование ископаемого угля из растительных остатков подобно тому как образуется торф. Нужно очень много времени чтобы торф превратился в каменный уголь.
Посмотрев на кусок угля через увеличительное стекло, можно увидеть в нем частички окаменелой древесины, и даже листьев. Значит, уголь образовался из растений. Когда-то на земле, особенно заболоченных местах, в изобилии рос папоротник. Растения умирали и погружались в стоячие воды. Здесь они не гнили, а покрывались илом и тиной, другими упавшими деревьями-и в конце концов оказывались глубоко под землей. За миллионы лет под колоссальным давлением они спрессовались в одну сплошную массу-черный блестящий каменный уголь. Большинство залежей каменного угля было образовано примерно 300-350 миллионов лет тому назад. Под давлением толщи осадков мощностью в 1 км из 20-метрового слоя торфа получается пласт бурого угля толщиной 4 метра.
Физические свойства: Наиболее важные физические св-ва угля-цвет, блеск, способность отражать свет, плотность, твердость, хрупкость.
Самые большие угольные бассейны в России по объему добычи месторождения каменного угля-это Тунгусский, Кузнецкий, Печорский бассейны. Способ добычи угля зависит от глубины его залегания. Разработка ведется открытым способом, если глубина залегания угольного пласта не превышает 100 метров. Нередки и такие случаи, когда при все большем углублении угольного карьера далее выгодно вести разработку угольного месторождения подземным способом. Для извлечения угля с больших глубин используются шахты. Самые глубокие шахты на территории РФ добывают уголь с уровня чуть более 1200 метров.
Применения: Трудно найти отрасль народного хозяйства, где бы не использовались уголь или продукты его переработки.
1.Основные потребители-энергетика и промышленность. 2/3 угля сжигается на электростанциях и в котельных.
2.Получаемый из каменного угля кокс, необходим в больших количествах металлургической промышленности.
3.Каменный уголь-сырье для получения нафталина.
4.Из каменных углей получают искусственный графит.
5.Зола от сжигания углей, отходы добычи и переработки используются в производстве стройматериалов, керамики, огнеупорного сырья, глинозема, абразивов.
6.Каменный уголь дает ценное сырье химической промышленности. Из угля получают краски для окраса тканей. Лаки, лекарства, сахарин, взрывчатые вещества, духи.
7.Каменный уголь содержит в большом количестве кислоты, необходимые для повышения плодородия почв. Удобрения, полученные из каменного угля творят чудеса: урожайность овощей и зерновых культур они повышают в несколько раз.
8.В настоящее время широко используется и такой продукт переработки угля, как сажа. В наше время эта профессия стала редкой, а сажа из вредного осадка в трубах превратилась в весьма ценный продукт. Без нее нельзя изготовить резину, типографские краски, тушь и т. д.

Источник