Вугілля
| Вугілля | |
|---|---|
 |
|
| Загальні відомості | |
| Генезис | |
| Мінеральний склад | |
| Кислотність | |
| Ідентифікація | |
| Колір | |
| Структура (петрографія) | |
| Текстура (петрографія) | |
| Форма залягання | |
| Окремість | |
| Різновиди | |
| Питома вага | 0,92—1,7 г/см³ |
| Практичне значення | |
Вугі́лля, Викопне вугілля (рос. уголь ископаемый, англ. fossil coal (mineral), нім. fossile Kohle f) — тверда осадова порода, горюча копалина, утворена шляхом вуглефікації рослинних залишків.
Зміст |
Характеристика
Колір — від бурого до чорного. Густина 0,92—1,7, твердість 1—3. Виділяють гумоліти (вугілля кам'яне, вугілля буре та антрацити), сапропеліти й сапрогумоліти. Викопне вугілля — один з найбільш поширених видів корисних копалин, вони виявлені на всіх континентах земної кулі. Відомо близько 3000 вугільних родовищ і басейнів. Існують різні оцінки загальних світових запасів викопного вугілля — від 3,7 до 16 і більше трлн. т (станом на 1990 р.). Викопне вугілля складає близько 87,5 % викопного палива Землі. Розвідані запаси вугілля Світовим енергетичним конгресом 1998 р. в млрд. т. у. п. були оцінені так: світові — 799,8; Європа — 72,6; Україна — 34,0. У світовому паливно-енергетичному балансі викопне вугілля складає близько 25 %.
Викопне вугілля — переважно чорна, блискуча, тьмяно-блискуча, матова речовина, що характеризується різними відтінками кольору і блиску, різною текстурою (землистою, шаруватою, монолітною) та структурою (смугастою, штриховою, однорідною та ін.) та поверхнею зламу (зернистою, гладенькою, напівраковинною та ін.), різною тріщинністю з плитчастою, кутасто-грудкуватою та ін. відмінами; поодинокими включеннями вуглефікованих фрагментів різних частин рослин; прошарками осадових порід та мінеральних включень. У складі викопного вугілля виділяють фітерали (залишки рослинного матеріалу) та мацерали (вуглеутворюючі компоненти).
Основні компоненти вугілля: органічна речовина, мінеральні домішки і волога. Маса органічної речовини становить 50-97 % від загальної маси сухого вугілля. Хімічний склад органічної частини вугілля включає C, H, O, S, N та ін. хімічні елементи. Переважає вуглець, на частку якого припадає 60-98 % маси вугільної речовини. Мінеральні домішки розсіяні в органічній масі у вигляді кристалів, конкрецій, тонких прошарків і лінз. Найбільш поширені глинисті мінерали; вміст їх в середньому становить 60-80 % від загальної маси неорганічного матеріалу. Підлегле значення мають карбонати, сульфіди заліза і кварц. У незначних кількостях містяться сульфіди кольорових і рідкісних металів, фосфати, сульфати, солі лужних металів. Відносний вміст мінеральних домішок в сухій речовині вугілля коливається в широких межах (зольність 50-60 %). Волога вугілля в основному сорбційна, капілярна та порова, частково волога входить до складу органічної маси або міститься в кристалізаційних ґратках мінералів (пірогенетична волога). Масова частка сумарної вологи коливається від 60 % в м'яких пухких до 16 % в щільному бурому вугіллі, знижуючись до 6-10 % в кам'яному вугіллі і антрацитах. Мінімальну вологість (до 4 %) має середньометаморфізоване кам'яне вугілля. Величина цього показника — один з основних параметрів класифікації бурого вугілля. Вища теплота згоряння сухого беззольного вугілля коливається в межах (МДж/кг): для бурих 25,5-32,6, для кам'яних 30,5-36,2 і для антрацитів 35,6 33,9. Нижча теплота згоряння в перерахунку на робоче паливо (МДж/кг): 6,1-18,8 для бурого вугілля, 22,0-22,5 для кам'яного вугілля і 20-26 для антрацитів.
Фізичні властивості
Див. Фізичні властивості вугілля
Під фізичними властивостями твердих тіл розуміється їх специфічна поведінка при впливі певних сил і полів. Існує три основних способи впливу на тверді тіла, відповідні трьом основним видам енергії: механічний, термічний і електромагнітний. Відповідно виділяють три основних групи фізичних властивостей.
Механічні властивості зв'язують механічні напруження і деформації тіла, які відповідно до результатів широких досліджень механічних і реологічних властивостей твердих тіл, виконаних школою академіка П.О. Ребіндера, можна поділити на пружні, міцнісні, реологічні і технологічні. Крім того при впливі на тверді тіла рідин або газів виявляються їх гідравлічні і газодинамічні властивості.
До термічних відносять властивості, які виявляються у вугіллі під впливом теплових полів, а до електромагнітних – властивості, які виявляються при впливі на вугілля електричних, магнітних полів і електромагнітних коливань.
До електромагнітних властивостей умовно можна віднести радіаційні, котрі проявляються при впливі на вугілля потоків мікрочастинок або електромагнітних хвиль значної жорсткості (рентгенівські, гамма-промені).
Питомий електроопір підвищується з переходом від бурого до кам'яного вугілля і досягає максимуму на середній стадії вуглефікації (Сdaf =87%), а потім меншає із зростанням ступеня метаморфізму, складаючи у антрацитів 102-103 Ом·см.
Окиснення вугілля приводить до значного зниження його опору при температурах до 100°С, коефіцієнт анізотропії кам'яного вугілля становить 1,73-2,55, антрациту 2,00-2,55. Нечисленні досліди показали, що опір цілика і порошку вугілля практично співпадають. Питомий електричний опір зростає із збільшенням зольності.
Фізичні властивості вугілля зумовлені їх хімічним складом, структурою і надмолекулярною організацією.
Фізико-механічні властивості
Див. Фізико-механічні властивості вугілля
Основні фізико-механічні властивості вугілля:
- а) пружність – здатність відновлювати свої первинні розміри після зняття навантаження;
- б) пластичність – здатність зберігати деформацію аж до межі текучості після зняття навантаження;
- в) твердість – здатність чинити опір пружним і пластичним деформаціям при місцевій силовій дії на поверхню тіла;
- г) міцність – здатність чинити опір руйнуванню під дією напружень;
- д) крихкість – здатність руйнуватися без помітного поглинання енергії;
- е) дробимість – властивість, що визначається сукупністю твердості, в’язкості і тріщинуватості;
- ж) тривкість – умовне поняття, яке символізує сукупність механічних властивостей і виявляється в різних технологічних процесах при видобутку і переробці вугілля.
Утворення вугілля
-
Докладніше у статті: Вуглеутворення
Для утворення вугілля необхідне рясне накопичення рослинної маси. У стародавніх торфяних болотах накопичувалася органічна речовина, з якої без доступу кисню формувалися поклади вугілля. Більшість промислових родовищ викопного вугілля відносяться до цього періоду, хоча існують і молодші родовища. Вік найдавнішого вугілля оцінюється приблизно в 350 мільйонів років.
Вугілля утворюється в умовах, коли гниючий рослинний матеріал накопичується швидше, ніж відбувається його бактерійне розкладання. Ідеальні умови для цього є в болотах, де стояча вода збіднена киснем, перешкоджає життєдіяльності бактерій і тим самим оберігає рослинну масу від повного руйнування. На певній стадії процесу, кислоти, які виділяються в його ході, запобігають подальшій діяльності бактерій. Так виникає торф — початковий продукт для утворення вугілля. Якщо потім відбувається його поховання під іншими наносами, то торф під дією стиснення втрачаючи воду і гази, перетвориться у вугілля.
-
Докладніше у статті: Вуглефікація
Під тиском товщі осадів потужністю 1 кілометр з 20-метрового шару торфу виходить пласт бурого вугілля завтовшки 4 метри. Якщо глибина поховання рослинного матеріалу досягає 3 кілометри, то такий же шар торфу перетвориться на пласт кам'яного вугілля завтовшки 2 метри. На більшій глибині, близько 6 кілометрів, і при вищій температурі 20-метровий шар торфу стає пластом антрациту завтовшки в 1.5 метра.
В результаті руху земної кори, вугільні пласти зазнавали підняття і складкоутворення. З часом підняті частини руйнувалися за рахунок ерозії, а опущені зберігалися в широких неглибоких басейнах, де вугілля знаходиться на рівні не менше 900 метрів від земної поверхні.
Класифікація вугілля
За класифікацією, введеною у 1990 р. (ГОСТ 25543-88), передбачено таке віднесення вугілля:
- до бурого при середньому показнику відбиття вітриніту Rо менше 0,60 % і вищій теплоті згоряння в перерахунку на вологий беззольний стан (Qsaf) менше 24 МДж/кг;
- до кам'яного вугілля — при середній величині Rо 0,40-2,59 %, Qsaf 24 МДж/кг і більше і виході летких речовин в перерахунку на сухий беззольний стан (Vdaf) 8 % і більше;
- до антрацитів — при середній величині Rо від 2,20 % і більше і Vdaf менше за 8 %.
Передбачене визначення наступних генетичних параметрів вугілля:
- міри їх метаморфізму (встановлюється за Rо),
- особливості петрографічного складу — мінімальний сумарний вміст фюзенізованих опіснюючих компонентів — ОК, %;
- максимальна вологоємність на беззольний стан Wafmax % — для бурого вугілля,
вихід летких речовин Vdaf, % — для кам'яного вугілля,
Vvdaf, см³/г — для антрацитів; - вихід смол напівкоксування Тskdaf для бурого вугілля,
спікливість за товщиною пластичного шару «Y», мм, і індексу Рога RI для кам'яного вугілля,
анізотропія відбиття витриніту АR,% для антрацитів.
За перерахованими показниками виділено 50 класів вугілля з Rо від 0,20 до 5,0 % і більше, 8 категорій з ОК від 10 до 69 %, 6 типів бурого вугілля з Wafmax від 20 до 70 %, 11 — кам'яного з Vdaf від 48 до 8 % і 4 — антрацитів з Vvdaf від 200 до 100 см³/г, 4 підтипи бурого вугілля з Тskdaf від 20 до 10 % , 23 — кам'яного за показниками спікливості і 6 — антрацитів за показниками анізотропії відбиття витриніту.
Таблиця – Види викопного вугілля
| Вид вугілля | Середній показник відбиття вітриніту R0,% | Теплота згоряння на вологий беззольний стан Qsds, МДж/кг | Вихід летких речовин на сухий беззольний стан Vdaf, % |
| Буре вугілля | Менше 0,60 | Менше 24 | - |
| Кам'яне вугілля | Від 0,40 до 2,59 | 24 і більше | 9 і більше |
| Антрацит | 2,40 і більше | - | менше 9 |
Таблиця – Класифікація вугілля України (ДСТУ 3472-96)
| Марка вугілля | Позначення марки |
Класифікаційні показники | ||||
| Середній показник відбитгя вітриніту, R0, % | Вихід летких речовин Vdaf, % |
Товщина пластичного шару Y, мм |
Індекс Рога RІ, відн. од | Теплота згоряння Qsdaf, МДж/кг* |
||
| Буре | Б | <0,4 | Від 50 до 70 | - | - | <24* |
| Довгополуменеве | Д | Від 0,4 до 0,6 (включно) |
35-50 | <6 | - | - |
| Довгополуменеве газове |
ДГ | 0,50-0,80 | 35-48 | Від 6 до 9 (включно) |
- | - |
| Газове | Г | 0,50-1,0 | 33-46 | 10-16** | - | - |
| Жирне | Ж | 0,85-1,20 | 28-36 | 17-38 | - | - |
| Коксівне | К | 1,21-1,60 | 18-28 | 13-28 | - | - |
| Піснувато-спікливе | ПС | 1,30-1,90 | 14-22 | 6-12 | Від 13 до 50 (включно) | - |
| Пісне | П | 1,60-2,59 | 8-18*** | <6 | >13 | Від 35,2 до 36,5 (включно) |
| Антрацит | А | 2,60-5,60 | <8 | - | - | <35,2 |
Див. Петрогенетична класифікація викопного вугілля
Маркування вугілля
-
Докладніше у статті: Маркування вугілля
Промислові класифікації викопного вугілля відображають практику їх використання, що склалася. В Україні основа традиційної промислової класифікації викопного вугілля — їх марочна приналежність. Марка вугілля — умовна назва різновидів вугілля, близьких за генетичними ознаками і основними енергетичними і технологічними властивостями.
Все буре вугілля належить до однієї марки Б, а антрацити — до марки А. Всередині марок виділяють технологічні групи викопного вугілля. Буре вугілля за вмістом робочої вологи поділяється на 3 технологічні групи: 1Б (W понад 40 %), 2Б (31-40 %), 3Б (W менше 30 %), вугілля Дніпровського басейну технологічної групи 1Б додатково поділяють на 4 групи за виходом смол і кожна з них на 4 підгрупи за величиною вищої теплоти згоряння (по бомбі).
За сукупністю генетичних параметрів вугілля кодується семизначним кодовим числом. Відповідно до генетичних параметрів визначаються технологічна марка, група і підгрупа вугілля.
Всього виділено 17 марок, з них по одній для бурого (Б) вугілля і антрацитів (А) і 15 для кам'яного вугілля: довгополуменеве (Д), довгополуменеве газове (ДГ), газове (Г), газове жирне опіснене (ГЖО), газове жирне (ГЖ), жирне (Ж), коксове жирне (КЖ), коксівне (К), коксове опіснене (КО), коксове слабкоспікливе низькометаморфізоване (КСН), коксове слабкоспікливе (КС), опіснене спікливе (ОС), пісне спікливе (ПС), слабкоспікливе (СС) і пісне (П). Інші варіанти цієї класифікації виділяють 16-18 марок вугілля кам'яного. В подальшому така класифікація була вдосконалена.
За Стандартом України «Вугілля буре, кам'яне та антрацит» (ДСТУ 3472-96) в залежності від значень середнього показника відбивання вітриніту Rо, виходу летких речовин Vdaf, теплоти згоряння на сухий беззольний Qsdaf або вологий беззольний Qsaf стан та спікливості, яка оцінюється товщиною пластичного шару «Y» і індексом Рога RI вугілля України поділяється на марки.
Зарубіжні класифікації
У зарубіжних класифікаціях вугілля прийнятий підрозділ їх на бурі, кам'яні і антрацити з додатковим виділенням лігнітів або ототожненням останніх з бурим вугіллям. Більш дрібні підрозділи в цих класифікаціях основані на ступені їх вуглефікації і зумовлених нею таких найважливіших показниках промислових властивостей, як питома теплота згоряння і спікливість.
У класифікації Грюнера, поширеній в зарубіжних європейських країнах, прийняті такі основні параметри:
- елементний склад,
- вихід і властивості нелеткого залишку.
У США викопне вугілля поділене на 4 класи:
- лігніти,
- суббітумінозне вугілля,
- бітумінозне вугілля,
- антрацити.
У кожному класі виділені групи для лігнітів і неспікливого (суббітумінозного) вугілля за величиною вищої питомої теплоти згоряння беззольного вугілля, а для вугілля, що спікається (бітумінозного) і антрацитів, — за вмістом зв'язаного вуглецю і виходом летких речовин.
Доведені запаси вугілля
| Країна | Кам'яне вугілля | Буре вугілля | Всего | % |
|---|---|---|---|---|
| США | 111338 | 135305 | 246643 | 27,1 |
| Росія | 49088 | 107922 | 157010 | 17,3 |
| Китай | 62200 | 52300 | 114500 | 12,6 |
| Індія | 90085 | 2360 | 92445 | 10,2 |
| Австралійський Союз | 38600 | 39900 | 78500 | 8,6 |
| Південна Африка | 48750 | 0 | 48750 | 5,4 |
| Україна | 16274 | 17879 | 34153 | 3,8 |
| Казахстан | 28151 | 3128 | 31279 | 3,4 |
| Польща | 14000 | 0 | 14000 | 1,5 |
| Бразилія | 0 | 10113 | 10113 | 1,1 |
| Німеччина | 183 | 6556 | 6739 | 0,7 |
| Колумбія | 6230 | 381 | 6611 | 0,7 |
| Канада | 3471 | 3107 | 6578 | 0,7 |
| Чехія | 2094 | 3458 | 5552 | 0,6 |
| Індонезія | 740 | 4228 | 4968 | 0,5 |
| Туреччина | 278 | 3908 | 4186 | 0,5 |
| Мадагаскар | 198 | 3159 | 3357 | 0,4 |
| Пакистан | 0 | 3050 | 3050 | 0,3 |
| Болгарія | 4 | 2183 | 2187 | 0,2 |
| Таїланд | 0 | 1354 | 1354 | 0,1 |
| Північна Корея | 300 | 300 | 600 | 0,1 |
| Нова Зеландія | 33 | 538 | 571 | 0,1 |
| Іспанія | 200 | 330 | 530 | 0,1 |
| Зімбабве | 502 | 0 | 502 | 0,1 |
| Румунія | 22 | 472 | 494 | 0,1 |
| Венесуела | 479 | 0 | 479 | 0,1 |
| Всього | 478771 | 430293 | 909064 | 100,0 |
Вугільна промисловість
-
Докладніше у статті: Вугільна промисловість
Видобуток вугілля
| Видобуток вугілля в Україні, млн. т[2] | ||
|---|---|---|
| Рік | 1976 | 2000 |
| На-гора | 218 | 81.3 |
- Відкритий видобуток
Спосіб видобутку вугілля залежить від глибини його залягання. Розробка ведеться відкритим способом, якщо глибина залягання вугільного пласта не перевищує 100 метрів. Не рідкісні і такі випадки, коли при все більшому поглибленні вугільного кар'єру, далі вигідно вести розробку вугільного родовища підземним способом.
- Підземний видобуток
Для добування вугілля з великих глибин використовуються шахти.
- Супутні копалини
У вугленосних відкладеннях, разом з вугіллям, містяться багато видів георесурсів, які мають споживчу значущість. До них відносяться породи як сировина для будіндустрії, підземні води, метан вугільних пластів, рідкісні і розсіяні елементи, зокрема дорогоцінні метали і їх сполуки. Наприклад, деяке вугілля збагачене германієм.
Споживання вугілля
.jpg.htm) |
| Паливо |
| Фізичні основи |
|
Сонце · Сонячна радіація |
| Викопне паливо |
|
Вугілля · Горючі сланці · Кристалогідрати · Нафта · Природний газ · Торф |
| Природне невикопне паливо |
|
Водорості · Деревина · Рослинні і тваринні жири та олії · Трава |
| Штучне паливо |
|
Біопаливо · ВВВС · Генераторні гази · Кокс · Моторні палива |
| Концепції |
|
Енергетична біосировина |
Вугілля було першим з видів викопного палива, які використовувались людиною. Воно дозволило зробити промислову революцію, яка, у свою чергу, сприяла розвитку вугільної промисловості, забезпечивши її сучаснішою технологією. У 1960 вугілля давало близько половини світового виробництва енергії, до 1970 року його частка впала до третини.
Основні напрями сучасного використання викопного вугілля, крім енергетики — одержання металургійного коксу, хімічної сировини (більше 300 найменувань речовин), газифікація і інш. Перспективні напрями переробки вугілля — гідрогенізація і піроліз вугілля з метою отримання рідкого і газоподібного палива, а також продуктів для органічного синтезу, нових видів пластмас, вилучення сірки.
Найбільші загальні ресурси вугілля знаходяться в США, КНР, РФ, Австралії, Канаді, ФРН, ПАР, Великобританії, Польщі, Індії.
В Україні поклади вугілля викопного зосереджені в Донецькому, Львівсько-Волинському та Дніпровському басейнах. За геологічними запасами викопного вугілля Україна посідає перше місце в Європі. Розвідані запаси вугілля в Україні складають 34,0 млрд. т. у. п. або близько 50 млрд. т (станом на 1998 р.). Прогнозні запаси — близько 120 млрд. т. В структурі балансових запасів представлені всі марки від вугілля бурого до високометаморфізованих антрацитів.
Питома вага марок вугілля складає (%):
- буре (Б) — 6,6;
- довгополуменеве (Д) — 22,4;
- газове (Г) — 36,1;
- газово-жирне (ГЖ) — 4,1 %;
- жирне (Ж) — 4,7 %;
- коксівне (К) — 3,1 %;
- опіснене спікливе (ОС) — 3,3 %;
- пісне (П) — 8,4;
- антрацити (А) — 11,3 %.
За прогнозними оцінками світова потреба вугілля у 2010 р. складе 4293 млн. т., при цьому на країни ЄС припаде 2057 млн. т., Західну Європу 406, Східну Європу 610, Північну Америку 1040.
Видобуток вугілля відповідно досягне 4300, 2013, 122, 607, 1285, імпорт 630, 352, 290, 36, 19, експорт 637, 308, 5, 33, 270 млн. т відповідно. Імпорт в Західну Європу виросте з 150 до 290 млн. т. На виробництво енергії в країнах ЄС витрачається 60 % вугілля, у світі — 45 %. Найбільшими вугледобувними країнами в цей період будуть: Австралія, Індія, Китай, Польща, ПАР, Росія, США, Україна. Вони будуть давати близько 85 % кам'яного вугілля. Частка ЄС зменшиться з 52 % (1990) до 46 % (2010).
| Споживання вугілля, млн. т | |||
|---|---|---|---|
| Регіон | 2001 | 2005 | Зміна |
| США | 1060 | 1567 | +47,8 % |
| Західна Європа | 574 | 463 | −19,3 % |
| Японія | 166 | 202 | +21,7 % |
| Країни колишнього СРСР | 446 | 436 | −2,2 % |
| Китай | 1383 | 2757 | +99,3 % |
| Індія | 360 | 611 | +69,7 % |
| Решта світу | 1274 | 3518 | +20,7 % |
| Загалом | 5263 | 7574 | +43,9 % |
Див. також
Тематичні сайти
Виноски
- ↑ BP Statistical review of world energy June 2007. Процитовано 02.04.2008.
- ↑ * Закон України «Про затвердження Загальнодержавної програми розвитку мінерально-сировинної бази України на період до 2010 року».
Література
Мала гірнича енциклопедія: В 3-х т. / За ред. В. С. Білецького. — Донецьк: «Донбас», 2004. ISBN 966-7804-14-3
stock | retire | vm
Why are we here?
All text is available under the terms of the GNU Free Documentation License
This page is cache of Wikipedia. History