Какие вещества содержатся в каменном угле
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]
| 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 | 0 | 48750 | 5,4 |
| Украина | 16274 | 17879 | 34153 | 3,8 |
| Казахстан | 28151 | 3128 | 31279 | 3,4 |
| Польша | 14000 | 0 | 14000 | 1,5 |
| Бразилия | 0 | 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 | 0 | 3050 | 3050 | 0,3 |
| Болгария | 4 | 2183 | 2187 | 0,2 |
| Таиланд | 0 | 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 | 0 | 502 | 0,1 |
| Румыния | 22 | 472 | 494 | 0,1 |
| Венесуэла | 479 | 0 | 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):
- Австралия 39 % (47)
- Индонезия 16 % (18,9)
- Россия 13 % (16,1)
- США 8,7 % (10,6)
- Колумбия 6,3 % (7,63)
- ЮАР 5,1 % (6,23)
- Канада 4,6 % (5,66)
- Основные импортеры
- Япония 16 % (19,5)
- Индия 16 % (19,4)
- Китай 15 % (17,8)
- 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
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.
Источник