Как образовался каменный уголь? Как добывают каменный уголь, его свойства. Уголь в России: основные месторождения, классификация угля и характеристика

Содержание

Полезные ископаемые: Каменный уголь

Каменный уголь – осадочная порода, которая образуется в земном пласте. Уголь – превосходное топливо. Считается, что это самый древний вид топлива, который использовали наши далекие предки.

Как образуется каменный уголь

Для образования угля необходимо огромное количество растительной массы. И лучше, если растения накапливаются в одном месте и не успевают разлагаться полностью. Идеальное место для этого – болота. Вода в них бедна кислородом, что препятствует жизнедеятельности бактерий.

В болотах накапливается растительная масса. Не успевая полностью сгнить, она спрессовывается следующими отложениями почвы. Так получается торф – исходный материал для угля. Следующие пласты почвы как бы запечатывают торф в земле. В результате он полностью лишается доступа кислорода и воды и превращается в угольный пласт. Процесс этот длительный. Так, большая часть современных запасов каменного угля образовались в эпоху палеозоя, т. е. более 300 млн. лет назад.

Характеристики и виды каменного угля

Химический состав угля зависит от его возраста.

Самый молодой вид – бурый уголь. Он залегает на глубине порядка 1 км. Воды в нем еще много – около 43%. Содержит большое количество летучих веществ. Хорошо воспламеняется и горит, но тепла дает мало.

Каменный уголь – этакий «середнячок» в этой классификации. Залегает он на глубинах до 3 км. Так как давление верхних пластов больше, то и содержание воды в каменном угле меньше – около 12%, летучих веществ – до 32%, зато углерода содержится от 75% до 95%. Он также легко воспламеняется, но горит лучше. А за счет малого количества влаги дает больше тепла.

Антрацит – более древняя порода. Залегает на глубинах порядка 5 км. В нем больше углерода и практически нет влаги. Антрацит – твердое топливо, плохо воспламеняется, зато удельная теплота сгорания самая высокая – до 7400 ккал/кг.

Впрочем, антрацит – это не конечная стадия преобразования органического вещества. Попадая в более жесткие условия, уголь трансформируется в шунтит. При более высоких температурах получается графит. А испытывая сверхвысокое давление, уголь превращается в алмаз. Все эти вещества – от растения до алмаза – состоят из углерода, только молекулярная структура разная.

Помимо основных «ингредиентов» в состав угля часто входят различные «породы». Это примеси, которые не сгорают, а образуют шлак. Содержится в угле и сера, причем ее содержание обуславливается местом образования угля. При сгорании она взаимодействует с кислородом и образует серную кислоту. Чем меньше примеси в составе угля, тем выше ценится его сорт.

Месторождение каменного угля

Место залегания каменного угля называют угольным бассейном. В мире известно свыше 3,6 тысяч угольных бассейнов. Их площадь занимает около 15% территории земной суши. Самый большой процент залежей мирового запаса угля в США – 23%.На втором месте – Россия, 13%. Замыкает тройку стран-лидеров Китай – 11%. Самые крупные залежи угля в мире находятся в США. Это Аппалачский каменноугольный бассейн, чьи запасы превышают отметку в 1600 млрд. тонн.

В России самый большой угольной бассейн – Кузнецкий, что в Кемеровской области. Запасы Кузбасса составляют 640 млрд. тонн.

Уголь в России: основные месторождения, классификация угля и характеристика

С древности каменный уголь является источником энергии для человечества, не единственным, но широко применяемым. Иногда его сравнивают с солнечной энергией, законсервированной в камне. Его сжигают, получая тепло для отопления, нагревая воду, на тепловых станциях преобразуют в электричество, используют для выплавки металлов.

С развитием новых технологий научились использовать каменный уголь не только для получения энергии путем сжигания. Химическая промышленность успешно освоила технологии производства из каменного угля жидкого топлива, редких металлов — галлия и германия. Извлекаются из него композиционные углеграфитовые материалы с высоким содержанием углерода, газообразное топливо высокой калорийности, отработаны методики производства пластмассы. Самый низкосортный уголь, его очень мелкую фракцию и угольную пыль перерабатывают и прессуют в каменноугольные брикеты, которые отлично подходят для отопления как производственных помещений так и частных домов. Всего с помощью химической переработки каменного угля производят более 400 наименований продукции, стоить которые могут в десятки раз больше, чем исходный продукт.

Читать еще:  Мастер-класс: авторское колье "violet dreams"

Люди уже несколько веков активно используют уголь как топливо для получения и преобразования энергии, с развитием химической промышленности и потребностей редких и ценных материалов в других отраслях потребность в каменном угле возрастает. Поэтому интенсивно ведется разведка новых месторождений, строятся карьеры и шахты, предприятия по переработки сырья.

Месторождение каменного угля. Разработка открытым способом

Кратко о происхождении каменного угля

На нашей планете много миллионов лет тому назад во влажном климате бурно развивалась растительность. С тех пор минуло 210…280 миллионов лет. Тысячелетиями, миллионами лет миллиарды тонн растительности отмирали, скапливались на дне болот, покрывались слоями наносов. Медленное разложение в бескислородной атмосфере под мощным прессом воды, песка, других пород, иногда в условиях высоких температур из-за близкого расположения магмы, привело к окаменению слоев этой растительности, с постепенным перерождением в уголь разной степени углефикации.

Основные российские месторождения и добыча каменного угля

На планете насчитывают запасы каменного угля выше 15 триллионов тонн. Самые большие добычи полезных ископаемых приходятся на каменный уголь, примерно по 0,7 тонны на человека, это более 2,6 миллиарда тонн в год. В России каменный уголь имеется в разных регионах. Он имеет разные характеристики, особенности и глубину залегания. Вот наиболее крупные и успешно разрабатываемые бассейны каменного угля:

  • Эльгинское месторождение. Это юго-восток Якутии очень перспективное для открытого способа добычи, которая не требует больших затрат, что значительно снижает стоимость.
  • Тувинское месторождении. Запасы каменного угля составляют примерно 20 миллиардов тонн. Разработчиков привлекает тот факт, что 80% залежей находятся в одном пласте толщиной 6-7 м.
  • Минусинский бассейн в республике Хакасия включает несколько месторождений. Самые крупные Изыхское и Черногорское, по оценкам запасы бассейна не очень велики 2,7 миллиарда в тоннах. Ценность составляет характеристики угля: Изыхское месторождение дает каменный уголь, горение которого выделяет очень высокую температуру. Добыча осуществляется в шахтах и открытым методом, в зависимости от расположения месторождений.
  • Кузнецкий угольный бассейн в западной Сибири . Запасы угля тут оцениваются как «мирового масштаба». В основном здесь добывают уголь для коксования и использования в черной металлургии.
  • Кузнецкий Алатау. Наибольшая глубина шахт достигает 500 м. Работают 58 шахт, качество угля — одно из самых высоких. Добыча ведется разными способами: 30 месторождений находятся в открытых разрезах, остальные добываются из шахт. В разломах Кузнецкого бассейна 260 пластов на разной глубине, толщина пластов от 1.3 до 30 метров, качество угля — разное.

каменный уголь в россииМесторождений каменного угля в России расположены в различных регионах

Активное использование сибирских и дальневосточных месторождений ограничивает их удаленность от промышленных европейских регионов. В западной части России также добывается уголь с отличными показателями: в Печерском, Донецком угольных бассейнах. В Ростовской области активно разрабатывают локальные месторождения, наиболее перспективное из них — Гуковское. Переработка каменного угля с этих месторождений дает марки каменного угля высокого качества — антрациты (АС и АО).

Основные качественные характеристики каменного угля

Для разных отраслей промышленности требуется различные марки угля. Качественные показатели его изменяются в широких пределах даже у тех, которые имеют одинаковую маркировку и во многом зависят о месторождения. Поэтому предприятия, прежде чем закупать уголь, знакомятся с такими его физическими характеристиками:

  • Плотность 1,28-1,53 г/см 3 . Это важная характеристика: чем больше плотность, тем больше удельная теплота сгорания.
  • Содержание углерода (С) – 75% — 97%. Чем больше углерода содержится в топливе, тем меньше посторонних примесей, а значит, от сжигания единицы топлива получается больше количество энергии (или продукта при его химической переработке).
  • Механическая прочность – определяет, насколько хорошо топливо переносит транспортировку. Это параметр изменяется в пределах 40кг/см 2 (как правило это бурые угли) — 300кг/см 2 (антрациты).
  • Содержание серы 0,5-5,4%. Чем меньше серы содержится в топливе, тем более безопасно его применение.
  • Выход летучих составляющих от 2% до 45%.
  • Влажность изменяется в пределах от 4% до 15%. Чем меньше влаги в угле, тем более эффективно его сжигание. Влажные угли более подвержены выветриванию и быстрее крошатся.
  • Зольность. Характеризует количество негорючих примесей. Чем меньше зольность, тем больше удельная теплоемкость. Самая малая зольность у антрацитов. Самые лучшие из антрацитов могут давать всего 2% золы от общей массы. Приемлемым для применения (и отопления) считается зольность до 30%. Самый низкий показатель – 45%.
  • Удельная теплота сгорания (количество тепла, образующееся при сгорании одного кг топлива) — 6500-8600ккал/кг.

Каменный уголь для отопления — только небольшая часть используется для этих целей

По степени обогащения каменный уголь разделяют:

  • — Концентраты (сжигают для отопления в паровых котлах и получения электроэнергии);
  • — Промышленные продукты, используются в металлургической отрасли;
  • — Шлам, фактически это мелкая фракция (до 6мм) и пыль после дробления породы. Сжигать такое топливо проблематично, потому из него формуют брикеты, имеющиех хорошие эксплуатационные характеристики и используют в бытовых твердотопливных котлах.

По степени углефикации :

  • — Бурый уголь, это частично сформированный каменный уголь. Имеет невысокую теплоту сгорания, при перевозке и хранении крошится, имеет склонность к самовозгоранию;
  • — Каменный уголь. Имеет множество разных марок (сортов) с различными характеристиками. Имеет широкую область использования: металлургия, энергетика, ЖКХ, химическая промышленность и т.п.
  • — Антрациты — самая качественная форма каменного угля.

Если сравнивать торф и каменный уголь, теплота сгорания угля выше. Самая низкая теплота сгорания у бурого угля, самая высокая — у антрацитов. Однако, исходя из экономической целесообразности, большим спросом пользуется простой каменный уголь. У него оптимальное сочетание цены и удельной теплоты горения.

Разработка залежей каменного угля производится при помощи самых разных машин

Различных характеристик угля очень много, но далеко не все из них могут иметь значение при выборе угля для отопления. В этом случае важно знать всего несколько ключевых параметров: зольность, влажность и удельную теплоемкость. Может быть важно содержание серы. Остальные требуются при подборе сырья на переработку. Что важно знать при выборе угля, так это размеры: насколько крупные куски вам предлагают. Эти данные зашифрованы в названии марки.

Классификация по размерам:

  • «П» — плитный. Это большие практически не дробленые куски от 10см и больше.
  • «К» — крупный, еще называют эту фракцию «кулак». Фрагменты угля размером 5…10см. Используется при отоплении для интенсивного выделения тепла.
  • «О» — орех. Достаточно крупная фракция. Размеры 2,5…5см. При отоплении частных домов также используется для активного повышения температуры.
  • «М» — мелкий. Размеры кусков преобладают небольшие 1,3см-2,5см. В твердотопливные котлы засыпается, когда требуется режим тления (на ночь).
  • «С» — семечко – 0,6-1,3см. Более дешевая фракция, которая также хороша для длительного тления.
  • «Ш» — штыб – очень мелкая фракция с большой частью угольной пыли – до 0,6см. Использование в твердотопливных котлах нецелесообразно из-за того, что большая часть просыпается через колосники. Наиболее эффективное применение – брикетирование.
  • «Р» — рядовой. Эта марка не имеет стандарта. В партии может быть 85% крупного и среднего и лишь 15% мелочи и пыли, но вполне может быть наоборот.

Уголь маркируют и по размерам

Классификация по маркам и их краткая характеристика:

  • Антрациты и полуантрацита – А и ПА — наиболее качественный, но и самый дорогой уголь. Выделяет много тепла, но тяжело разгорается. В обычных отопительных колах можно засыпать только после того, как котел разгорелся. Горит долго с выделением большого количества тепла.
  • Длиннопламенные и газовые длиннопламенные – Д и ДГ. Оптимальный выбор для отопления: длительное горение, легко разжечь, приемлемая цена.
  • Жирные и газовые жирные — Ж и ГЖ. Применяются для отопления в ограниченном количестве. Более широко используются в металлургии из-за особенностей горения: образуют плотные спекающиеся шлаки.
  • Тощие и отощенные спекающиеся – Т и ОС – отличаются большой зольностью и достаточно низкой теплотворностью. Используются в отоплении, но не очень эффективны: часто необходимо чистить котел от золы. Спекающиеся угли требуют частого «ворошения» при горении, иначе шлак образует непроницаемый для кислорода корж и печь тухнет. Потому чаще используют в теплоэнергетике, где для них создаются особые условия горения. Эти марки больше используются для коксования угля.
  • Слабоспекающиеся – СС. Характеристики зависят от месторождения. Тяжело разгораются, но горят долго и выделяют большое количество тепла. Нет особых требований по объему топки или количеству загружаемого топлива, но необходим постоянный доступ воздуха достаточном, но не избыточном количестве. При его недостатке печь гаснет, а при слишком большом количестве кислорода (пламя становится белого цвета) горения становится чересчур интенсивным, что приводит к перегреву печи.
  • Кокосующиеся и коксующиеся жирные – К и КЖ. Имеют очень высокую температуру сгорания. Для бытовых котлов применять не желательно: они не рассчитаны на такие температуры, могут лопнуть или оплавиться (плавятся колосники и т.п.).

Каменный уголь используется для производства жидкого топлива, металлов, в медицине, в химической промышелнности

В зависимости от характеристик каменного угля, его марки, типа и фракции хранится он разное время. (В статье «Как выбрать уголь для отопления, его характеристики и виды» есть таблица, где указаны сроки хранения угля в зависимости от месторождения и марки).

Особое внимание нужно уделять защите угля при длительном его хранении (более 6 месяцев). В этом случае требуется специальный угольный сарай или бункер, где топливо будет защищено от осадков и прямого солнечного света.

Большие кучи угля при длительном хранении требуют контроля температуры, так как при наличии мелких фракций в сочетании с влагой и высокой температурой имеют склонность к самовозгоранию. Желательно приобрести электронный термометр и термопару с длинным шнуром, которую закопать в центре угольной кучи. Проверять температуру нужно один-два раза в неделю, потому что некоторые марки угля самовозгораются при совсем невысоких температурах: бурые – при 40-60 о C, остальные – 60-70 о C. Редко случаются случаи самовозгорания антрацитов и полуантрацитов (в России такие случаи не зарегистрированы).

Каменный уголь — общая характеристика

На сегодняшний день каменный уголь является одним из самых необходимых полезных ископаемых.

Данный ресурс образуется естественным путем, имеет огромные запасы и массу полезных свойств.

Что такое каменный уголь и как он выглядит

Строительство шахты является очень дорогостоящим вложением, однако по истечении времени все затраты полностью окупаются. При добыче угля на поверхность попадают и другие ресурсы.

Есть вероятность добычи драгоценных металлов и редко встречающихся земных элементов, которые впоследствии возможно продать и получить дополнительную прибыль.

Нефть является практически самым драгоценным ресурсом и основным источником топлива на сегодняшний день. Однако, ни одна фирма или страна, добывающая каменный уголь, не пренебрежет его добычей во имя нефти, ибо твёрдое топливо также имеет большое значение и высокую ценность.

Образование каменного угля

Уголь в природе образовывается путем изменения поверхностного рельефа. Ветки деревьев, растения, листья и другие природные остатки, не успевшие перегнить, насыщаются влагой от болот, из-за чего преобразовываются в торф.

Далее на сушу попадает морская вода, когда она уходит, она также оставляет слой отложений. После реки вносят свои коррективы, земля заболачивается, опять образуется или покрывает почву. Поэтому состав каменного угля сильно зависит от возраста.

Каменный уголь — средний по возрасту между бурым, самым молодым, и антрацитом, самым старшим.

Виды каменного угля, их состав и свойства

Существует несколько разновидностей каменного угля:

  • длиннопламенные;
  • газовые;
  • жирные;
  • коксовые;
  • слабоспекающиеся;
  • тощие.

Также распространены виды, состоящие из нескольких, так называемые смешанные, обладающие свойствами двух групп.

Каменный уголь отличается черной окраской, твердой, слоистой, легко разрушаемой структурой, обладает блестящими вкраплениями. Горючие свойства довольно высоки, так как материал используется, как топливо.

Рассмотрим физические характеристики:

  1. Плотность (или удельный вес) сильно варьируется (максимальная может достигать 1500 кг/м³).
  2. Удельная теплоемкость составляет 1300 Дж/кг*К.
  3. Температура горения — 2100°С (при переработке 1000°С).

Месторождения каменного угля в России

На российской территории находится около трети мировых запасов.

Месторождения угля и горючих сланцев в России (для увеличения нажмите)

Самым крупным месторождением угля на территории России является Эльгинское. Оно располагается в районе Якутии.

Запасы по примерным расчетам составляют более 2 млрд. тонн.

Рельеф, приближенный к Кузнецкому угольному бассейну (Кузбассу), был сильно поврежден из-за масштабных ресурсодобывающих работ.

Крупнейшие месторождения каменного угля в мире

Первой страной в рейтинге по количеству добываемого ежегодно каменного угля являются США, на втором месте находится Россия.

Карта месторождений угля в мире (для увеличения нажмите)

В США самым известным угольным бассейном считается Иллинойский. Общий запас залежей в данном месторождении насчитывает 365 млрд. тонн.

Дальше следует Рурский бассейн, находящийся на территории современной Германии. Все месторождения и места разработки бассейнов находятся под строгой охраной.

Добыча каменного угля

Каменный уголь в наше время добывается тремя основополагающими способами. Такими как:

  • карьерный метод;
  • добыча через штольни;
  • метод добычи в шахтах.

Способ добычи через карьеры используется, когда пласты угля залегают на поверхности, примерно на ста метрах в глубину и выше.

Карьеры подразумевают простое разрытие земли или песочной ямы, из которой и ведётся добыча, обычно в таких случаях угольный пласт имеет достаточно большую толщину, что делает его добычу проще.

Штольни подразумевают под собой скважины, с большим углом наклона. По нему все добытые ископаемые доставляются наверх, при этом нет необходимости задействовать серьезную технику или вырывать котловину.

Обычно залежи в таких местах имеют небольшую толщину и зарыты не особенно глубоко. Поэтому метод добычи через штольни позволяет быстро производить добычу без особых затрат.

Добыча через шахты — самый распространённый метод добычи ископаемых, вместе с тем самый продуктивный, но в то же время и опасный. Шахты пробуриваются на большую глубину, достигающую нескольких сотен метров. Однако на это требуется разрешение, подтверждающее обоснования для таких масштабных работ, доказательства наличия залежей.

Порой шахты могут достигать километра, а то и больше в глубину, и протягиваться на несколько километров в длину, образуя связанные между собой паутины коридоров под землёй. В 20 веке вокруг шахт со временем образовывались даже поселения и небольшие города, в которых жили шахтеры с семьями.

Именно из-за условий добычи, работа в шахтах считается очень трудной и опасной, ведь огромное количество раз шахты обрушивались, погребая под собой десятки, а то и сотни людей, работающих там.

Применение каменного угля

Каменный уголь применяется в самых различных сферах. Он широко используется как твердое топливо (основное предназначение), в металлургии и в химической промышленности, плюс из него производятся многие иные составляющие.

Именно из каменного угля производят некоторые ароматические вещества, металлы, химические вещества, получается больше 360 других продуктов переработки.

В свою очередь производимые из него вещества имеют рыночную стоимость в десятки раз выше, самым дорогим считается метод переработки угля в жидкое топливо.

Для изготовления 1 тонны жидкого топлива потребуется переработать 2-3 тонны угля. Все промышленные отходы, получаемые при переработке, нередко направляются на производство стройматериалов.

Заключение

На земле существует множество месторождений угля, активно разрабатываемых по сей день. На уроках биологии в 5 классе и ещё раньше, на уроках природоведения во втором классе, дети знакомятся с этим понятием. В данной работе мы повторили кратко основные факты о каменном угле — происхождение, формула, марки, химический состав и использование, добыча и многое другое.

Уголь является одним из важнейших ресурсов, широко используемых в промышленности. Однако все же стоит быть осторожными при нарушении естественного хода веществ, ведь разработка нарушает рельеф и постепенно истощает природные запасы.

Источники:

http://xn—-8sbiecm6bhdx8i.xn--p1ai/%D0%BA%D0%B0%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B9%20%D1%83%D0%B3%D0%BE%D0%BB%D1%8C.html
http://teplowood.ru/ugol-v-rossii-osnovnye-mestorozhdeniya-klassifikaciya-uglya-i-xarakteristika.html
http://1001student.ru/himiya/kamennyj-ugol.html

Ссылка на основную публикацию
Статьи на тему:

Adblock
detector