Меню

Физические свойства каменного угля таблица



КА́МЕННЫЙ У́ГОЛЬ

КА́МЕННЫЙ У́ГОЛЬ, разновидность углей ископаемых, занимающая промежуточное положение по степени углефикации («метаморфизма») между бурым углем и антрацитом; твёрдое горючее полезное ископаемое. Представляет собой плотную породу чёрного, иногда cepo-чёрного цвета с блестящей или матовой поверхностью. Состоит из горючего органического вещества, влаги и минеральных примесей, образующих при сжигании золу (оксиды кремния, железа и алюминия, редкие и рассеянные элементы – германий, вольфрам, ванадий, титан, а также драгоценные металлы). B органическом веществе содержится (по массе) 75–92% углерода, 2,5–5,7% водорода, 2–10% кислорода, до 1,5% азота, 0,5–4% серы (входит также в состав минеральной части угля, так называемая неорганическая сера). Влажность 1–12%. Содержание минеральных примесей (каолинит, иллит, пирит, сидерит, анкерит, кальцит, кварц и др.) может достигать 40%, при большем их содержании породу называют углистым сланцем. Плотность К. y. зависит от петрографического состава, количественного содержания и характера минеральных примесей, а также степени метаморфизма. Наименьшей плотностью (1280–1300 кг/м 3 ) характеризуются компоненты витринита группы, наибольшей (1300–1500 кг/м 3 ) – группы инертинита (см. Микрокомпоненты углей). Важными технологическими характеристиками К. у. являются: выход летучих веществ 2–45% (смесь газов и паров, выделяющихся в результате разложения органической массы угля при нагревании её до температуры 840–860 °С без доступа воздуха), теплота сгорания в пересчёте на сухое беззольное состояние вещества 30–37 МДж/кг; спекаемость (способность переходить при быстром нагревании без доступа воздуха в связанное пластическое состояние) и коксуемость (способность при медленном нагревании без доступа воздуха давать твёрдый пористый остаток – кокс и побочные продукты – коксовый газ и коксовые масла).

По генетическому типу органического вещества большинство К. y. относится к гумолитам; сапропелиты и сапрогумолиты значительно меньше распространены и слагают в основной толще К. у. линзы или небольшие прослои.

По внешним признакам К. y. разделяются на блестящие, полублестящие, полуматовые, матовые. Как правило, блестящие разности угля малозольны вследствие незначительного содержания минеральных примесей. Различают макрокомпоненты углей (см. Литологические типы углей) – витрен, кларен, дюрен, фюзен (пласты могут быть сложены одним из указанных литотипов, но чаще их чередованием, так называемые полосчатые угли) и микрокомпоненты углей (мацералы) – витринит, семивитринит, инертинит, липтинит.

К. y. образуются из продуктов разложения органических остатков преимущественно высших растений в результате регионального метаморфизма вмещающих их отложений. B условиях повышения давления и температуры при погружении угленосной толщи на глубину происходит последовательная углефикация органической части К. y. – изменение химического состава, физических свойств и молекулярного строения. На конечной (высшей) стадии углефикации К. y. преобразуется в антрацит и графит (с отчётливо выраженной кристаллической структурой). Менее распространены преобразования органической части К. y. от воздействия тепла изверженных пород на вмещающие отложения (термальный метаморфизм), а также при их непосредственном контакте с угольными пластами (контактовый метаморфизм).

Возрастание степени углефикации в органическом веществе К. y. вызывает последовательное увеличение относительного содержания углерода и уменьшение содержания кислорода и водорода, снижение выхода летучих веществ. Меняются также и физические свойства угля (пористость, плотность, спекаемость, теплота сгорания, упругие свойства и прочие). B качестве оптического критерия степени «метаморфизма» (углефикации) углей используется показатель отражения витринита, который с увеличением степени углефикации последовательно возрастает от 0,5–0,65 до 2–2,5%.

За основу промышленной классификации К. y. в отдельных странах принимаются различные параметры свойств и состава углей. В России К. у. по комплексу параметров (показателю отражения витринита, сумме витринита и семивитринита – так называемых отощающих компонентов, выходу летучих веществ, степени спекаемости, коксуемости) подразделяются на марки, группы и подгруппы. По мере возрастания степени углефикации различают 6 марок углей (с последовательным увеличением содержания углерода от марки Д к марке T от 76 до 92%, уменьшением выхода летучих веществ c 42 до 7–12%): длиннопламенные (Д), газовые (Г), жирные (Ж), коксовые (К), отощённые спекающиеся (ОС), тощие (Т). В США, например, К. y. классифицируются по теплоте сгорания, содержанию связанного углерода и относительному содержанию летучих веществ, в Японии – по теплоте сгорания, так называемому топливному коэффициенту и крепости кокса или неспособности к коксованию.

Образование К. y. характерно почти для всех геологических периодов – от девона до неогена (включительно), наиболее широко распространены они в отложениях карбона, перми, юры. Залегают К. y. в форме пластов и линзовидных залежей различной мощности (от долей метра до нескольких десятков и сотен метров) на разных глубинах (от выходов на поверхность до 2500 м и глубже).

Мировые общие запасы каменных углей (87 стран, 2-я половина 2000-х гг.) составляют 3 трлн. т, подтверждённые – 600,1 млрд. т.

Таблица. Страны с крупными запасами каменных углей (2-я половина 2000-х гг.; в порядке убывания общих запасов, млрд. т)

Страна Общие запасы Подтверждённые запасы
Китай 858,1 62,4
США 568,3 111,3
Австралия 271,2 38,6
Великобритания 230,4 0,2
Индия 196,0 90,1
Германия 125,6 0,2
Россия 125,4 91,5
Канада 115,4 3,5
Казахстан 113,0 28,2
ЮАР 83,9 48,8
Украина 53,6 42,6
Польша 42,6 14,0
Индонезия 38,9 0,7
Чили 30,9 30,8
Бразилия 27,5 11,9
Колумбия 21,7 6,2
Вьетнам 20,0 0,2
Ботсвана 13,4 4,3
КНДР 12,0 0,3
Чехия 6,2 2,1
Япония 4,2 0,4
Венгрия 3,2 0,2
Иран 3,0 2,0
Пакистан 3,0 0,7
Нигерия 2,8 0,02
Свазиленд 2,5 0,03
Зимбабве 2,4 0,5
Венесуэла 2,1 0,5
Мексика 1,8 0,9
Монголия 1,5 0,7
Турция 1,5 0,3
Перу 1,4 1,0
Нидерланды 1,4 0,5
Бангладеш 1,3 0,5
Румыния 1,3 0,02
Танзания 1,2 0,2
Бельгия 1,1 0,4
Новая Зеландия 1,1 0,03
Узбекистан 1,0 1,0
Нигер 0,8 0,07
Мозамбик 0,7 0,2
Испания 0,6 0,2
Малайзия 0,5 0,4
Киргизия 0,4 0,2
Аргентина 0,4 0,1

Главные угледобывающие страны (млрд. т; 2013, если не указан иной год): Китай (3,35), США (0,89), Индия (0,56), Австралия (0,54), Индонезия (0,44), Россия (0,28), ЮАР (0,26), Казахстан (0,11), Колумбия (0,1), Польша (0,077), Канада (0,059), Украина (0,045; 2014), Вьетнам (0,045), Великобритания (0,013), Германия (0,01; 2012). Главные экспортёры – Австралия, Индонезия, Россия, ЮАР, Китай, Колумбия, США, Вьетнам, Канада, Казахстан, Польша, Нидерланды; импортёры – Япония, Республика Корея, Тайвань, Великобритания, Индия, Германия, США, Россия, Италия, Испания, Канада, Нидерланды, Франция.

Мировые геологические ресурсы К. у. (начало 2010-х гг.) оцениваются в 9,4 трлн. т; в России свыше 3 трлн. т, из них (трлн. т) свыше 1,7 длиннопламенных, а также около 0,5 газовых, 0,2 жирных, 0,35 коксовых, 0,25 отощённых спекающихся, 0,7 тощих. В начале 2010-х гг. запасы К. у. в России составили 132,34 млрд. т, экспорт 130,4 млн. т, импорт 31,2 млн. т.

К. y. используются как бытовое и энергетическое топливо, сырьё при производстве кокса и полукокса с получением большого количества химических продуктов (нафталин, фенолы, пек и др.), на основе которых производят удобрения, пластмассы, синтетические волокна, лаки, краски и т. п. При переработке К. y. получают также активные угли, искусственные графиты и т. д.; в промышленных масштабах извлекается ванадий, германий и сера; разработаны методы получения галлия, молибдена, цинка, свинца. Перспективное направление использования К. y. – гидрирование углей для получения синтетического жидкого топлива, а также газификация углей.

Источник

Уголь

Уголь

    1 Характеристика 2 Физические свойства

      2.1 Физико-механические свойства

    3 Химические свойства 4 Образование угля 5 Классификация углей

      5.1 Маркировка угля 5.2 Зарубежные классификации

    6 Доказанные запасы угля 7 Угольная промышленность

      7.1 Добыча угля 7.2 Потребление угля 7.3 Технологические процессы переработки угля

    8 Тематические сайты 9 Сноски

Введение

Общие сведения

Идентификация

Практическое значение

Уголь, Ископаемый уголь ( рус. уголь ископаемые, англ. fossil coal (mineral), нем. fossile Kohle f) — твердая осадочная порода, горючая ископаемое, образованное путем углефикации растительных остатков.

1. Характеристика

См.. также Показатели качества угля

Цвет — от бурого до черного. Плотность 0,92-1,7, твердость 1-3. Выделяют гумолиты ( уголь каменный, уголь бурый и антрациты), сапропелиты и сапрогумолиты. Ископаемый уголь — один из наиболее распространенных видов полезных ископаемых, они обнаружены на всех континентах земного шара. Известно около 3000 угольных месторождений и бассейнов. Существуют разные оценки общих мировых запасов ископаемого угля — от 3,7 до 16 и более трлн. т (на 1990 г.). Ископаемый уголь составляет около 87,5% ископаемого топлива Земли. Разведанные запасы угля Всемирным энергетическим конгрессом 1998 г. в млрд. т. у. п. были оценены так: миру — 799,8; Европа — 72,6; Украина — 34,0. В мировом топливно-энергетическом балансе ископаемый уголь составляет около 25%.

Ископаемый уголь — преимущественно черная, блестящая, тускло блестящая, матовая вещество характеризуется различными оттенками цвета и блеска, разной текстурой (землистым, слоистой, монолитной) и структурой (полосатой, штриховой, однородной и др.). И поверхностью излома (зернистой, гладкой, напивраковинною и др.)., различной трищиннистю с плиточное, угловато-комковатой и др.. различиями; редкими включениями вуглефикованих фрагментов различных частей растений; слоями осадочных пород и минеральных включений. В составе ископаемого угля выделяют фитералы (остатки растительного материала) и мацералы (вуглеутворюючи компоненты).

Основные компоненты угля: органическое вещество, минеральные примеси и влага. Масса органического вещества составляет 50-97% от общей массы сухого угля. Химический состав органической части угля включает C, H, O, S, N и др.. химические элементы. Преобладает углерод, на долю которого приходится 60-98% массы угольного вещества. Минеральные примеси рассеяны в органической массе в виде кристаллов, конкреций, тонких слоев и линз. Наиболее распространенные глинистые минералы, содержание их в среднем составляет 60-80% от общей массы неорганического материала. Подчиненное значение имеют карбонаты, сульфиды железа и кварц. В незначительных количествах содержатся сульфиды цветных и редких металлов, фосфаты, сульфаты, соли щелочных металлов. Относительное содержание минеральных примесей в сухом веществе угля колеблется в широких пределах (зольность 50-60%). Влага угля в основном сорбционная, капиллярная и порол, частично влага входит в состав органической массы или содержится в кристаллизационных решетках минералов (пирогенетический влага). Массовая доля суммарной влаги колеблется от 60% в мягких рыхлых до 16% в плотном буром угле, снижаясь до 6-10% в каменном угле и антрацитах. Минимальная влажность (до 4%) имеет середньометаморфизоване каменный уголь. Величина этого показателя — один из основных параметров классификации бурого угля. Высшая теплота сгорания сухого беззольного угля колеблется в пределах (МДж / кг): для бурых 25,5-32,6, для каменных 30,5-36,2 и для антрацитов 35,6 33,9. Низшая теплота сгорания в пересчете на рабочее топливо (МДж / кг): 6,1-18,8 для бурых углей, 22,0-22,5 для каменного угля и 20-26 для антрацитов.

2. Физические свойства

См.. Физические свойства угля

Под физическими свойствами твердых тел понимается их специфическое поведение при воздействии определенных сил и полей. Существует три основных способа воздействия на твердые тела, соответствующие трем основным видам энергии: механический, термический и электромагнитный. Соответственно выделяют три основных группы физических свойств.

Механические свойства связывают механические напряжения и деформации тела, согласно результатам широких исследований механических и реологических свойств твердых тел, выполненных школой академика , можно разделить на упругие, прочностные, реологические и технологические. Кроме того, при воздействии на твердые тела жидкостей или газов оказываются их гидравлические и газодинамические свойства.

В термических относят свойства, которые проявляются в угле под влиянием тепловых полей, а к электромагнитным — свойства, которые проявляются при воздействии на уголь электрических, магнитных полей и электромагнитных колебаний.

В электромагнитных свойств условно можно отнести радиационные, которые проявляются при воздействии на уголь потоков микрочастиц или электромагнитных волн значительной жесткости (рентгеновские, гамма-лучи).

Удельное электросопротивление повышается с переходом от бурого до каменного угля и достигает максимума на средней стадии углефикации (С daf = 87%), а затем уменьшается с ростом степени метаморфизма, составляя в антрацитовОм см.

Окисление угля приводит к значительному снижению его сопротивления при температурах до 100 С, коэффициент анизотропии каменного угля составляет 1,73-2,55, антрацита 2,00-2,55. Немногочисленные исследования показали, что сопротивление целика и порошка угля практически совпадают. Удельное электрическое сопротивление возрастает с увеличением зольности.

Физические свойства угля обусловлены их химическому составу, структуре и надмолекулярной организацией.

2.1. Физико-механические свойства

См.. Физико-механические свойства угля

Основные физико-механические свойства угля:

    а) упругость — способность восстанавливать свои первоначальные размеры после снятия нагрузки; б) пластичность — способность сохранять деформацию до предела текучести после снятия нагрузки; в) твердость — способность сопротивляться упругим и пластическим деформациям при местной силовом воздействии на поверхность тела; г) прочность — способность сопротивляться разрушению под действием напряжений; д) хрупкость — способность разрушаться без заметного поглощения энергии; е) дробимости — свойство, которое определяется совокупностью твердости, вязкости и трещиноватости; ж) прочность — условное понятие, которое символизирует совокупность механических свойств и проявляется в различных технологических процессах при добыче и переработке угля.

3. Химические свойства

См.. Химические свойства угля

Элементный состав (содержание углерода, водорода, кислорода и азота) является общепринятой характеристикой органической массы угля. По данным элементного состава можно с достаточной степенью точности определить теплоту сгорания, теоретическую температуру горения и состав продуктов горения, выход продуктов термического разложения и степень углефикации. Однако углерод, водород и кислород входят не только в состав органической массы угля, но и минеральных примесей, которые при химическом анализе частично разлагаются. В связи с этим элементный состав определяется не совсем точно и он полностью не отражает истинный состав органической массы, поэтому результаты элементного состава обычно перечисляют на беззольную массу.

Уголь, нагретый до высоких температур без доступа воздуха, разлагается с образованием жидких и газообразных продуктов (в основном углеводородов), называемых летучими веществами. Твердый продукт, возникающий в результате термического разложения угля, называется коксовым остатком или корольком. Содержание и состав летучих веществ зависят от термического воздействия (температуры и продолжительности нагрева). Выход летучих веществ зависит от стадии метаморфизма. Во многих классификациях выход летучих веществ используется как параметр, характеризующий стадию метаморфизма и промышленную марку угля.

4. Образование угля

Для образования угля необходимо обильное накопление растительной массы. В древних торфяных болотах накапливалась органическое вещество, из которого без доступа кислорода формировались залежи угля. Большинство промышленных месторождений ископаемого угля относятся к этому периоду, хотя существуют и младшие месторождения. Возраст древнейшего угля оценивается примерно в 350 миллионов лет.

Уголь образуется в условиях, когда гниющий растительный материал накапливается быстрее, чем происходит его бактериальное разложение. Идеальные условия для этого есть в болотах, где стоячая вода обеднена кислородом, препятствует жизнедеятельности бактерий и тем самым предохраняет растительную массу от полного разрушения. На определенной стадии процесса, кислоты, которые выделяются в его ходе, предотвращающие дальнейшей деятельности бактерий. Так возникает торф — исходный продукт для образования угля. Если затем происходит его захоронение под другими наносами, то торф под действием сжатия теряя воду и газы, преобразуется в уголь.

Под давлением толщи осадков мощностью 1 километр с 20-метрового слоя торфа получается пласт бурого угля толщиной 4 метра. Если глубина захоронения растительного материала достигает 3 километров, то такой же слой торфа превратится в пласт каменного угля толщиной 2 метра. На большей глубине, порядка 6 километров, и при высокой температуре 20-метровый слой торфа становится пластом антрацита толщиной в 1.5 метра.

В результате движения земной коры, угольные пласты испытывали поднятие и складкообразования. Со временем поднятые части разрушались за счет эрозии, а опущенные сохранялись в широких неглубоких бассейнах, где уголь находится на уровне не менее 900 метров от земной поверхности.

5. Классификация углей

Антрацит — это ископаемый уголь, что при своем возникновении прогревался глубже, уголь высшей меры углефикации. Характеризуется большой плотностью и блеском. Содержит 95% углерода. Применяется как твердое высококалорийное топливо (теплотворность ккал / кг). Имеет самую теплоту сгорания, но плохо загорается. Образуется из каменного угля при повышении давления и температуры на глубинах порядка 6 километров.

Каменный уголь — осадочная порода, которая является продуктом глубокого разложения остатков растений (древесных папоротников, хвощей и плаунов, а также первых голосеменных растений). Большинство залежей каменного угля было образовано в палеозое, главным образом в каменноугольный период, примерно 300-350 миллионов лет назад. По химическому составу каменный уголь является смесью высокомолекулярных полициклических ароматических соединений с высокой массовой долей углерода, а также воды и летучих веществ с небольшим количеством минеральных примесей, при сжигании угля образуют золу. Ископаемый уголь отличается соотношением своих компонентов, что определяет их теплоту сгорания. Ряд органических соединений, входящих в состав каменного угля, обладает канцерогенными свойствами.

Содержание углерода в каменном угле, в зависимости от сорта, составляет от 75% до 95%. Містить до 12 % вологи (3-4 % внутрішньої), тому має вищу теплоту згоряння порівняно з бурим вугіллям. Містить до 32 % летких речовин, завдяки чому непогано спалахує. Утворюється з бурого вугілля на глибинах бл. 3 кілометрів.

Буре вугілля — тверде викопне вугілля, що утворилося з торфу, містить 65-70 % вуглецю, бурого кольору, наймолодше з викопного вугілля. Використовується як місцеве паливо, а також як хімічна сировина. Містить багато води (43 %), і тому має низьку теплоту згоряння. Кріме того, містить більшу кількість летких речовин (до 50 %). Утворюється з відмерлих органічних решток під тиском навантаження і дією підвищеної температури на глибинах бл. 1 км.

За класифікацією, введеною у 1990 р. (ГОСТ ), передбачено таке віднесення вугілля:

    к бурого при середньому показнику відбиття вітриніту Rо менше 0,60 % і вищій теплоті згоряння в перерахунку на вологий беззольний стан (Q saf) менше 24 МДж/кг; к кам’яного вугілля — при середній величині Rо 0,40-2,59 %, Q saf 24 МДж/кг і більше і виході летких речовин в перерахунку на сухий беззольний стан (V daf) 8 % і більше; к антрацитів — при середній величині Rо від 2,20 % і більше і V daf менше за 8 %.

Передбачене визначення наступних генетичних параметрів вугілля:

    міри їх метаморфізму (встановлюється за Rо), особливості петрографічного складу — мінімальний сумарний вміст фюзенізованих опіснюючих компонентів — О К, %; максимальна вологоємність на беззольний стан W af max % — для бурого вугілля,
    вихід летких речовин V daf, % — для кам’яного вугілля,
    V vdaf, см/г — для антрацитів; вихід смол напівкоксування Т skdaf 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 W afmax від 20 до 70 %, 11 — кам’яного з V daf від 48 до 8 % і 4 — антрацитів з V vdaf від 200 до 100 см/г, 4 підтипи бурого вугілля з Т skdaf 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 R 0,%

Источник

Характеристики и свойства каменного угля

Каменный уголь – это природное ископаемое, которое образуется вследствие длительного метаморфизма растительных остатков. Свойства материала различны. Они зависят от стадии метаморфизма (степени углефикации), строения породы , особенностей месторождения и других факторов. Все они в свою очередь влияют на качество и способы применения полезного ископаемого.

На этой странице собраны все основные характеристики каменного угля. Перейдя по ссылкам, вы сможете прочитать подробно о каждом свойстве, методах их определения, практическом значении каждого параметра.

Каменный уголь

Итак, к свойствам каменного угля относят:

  • Зольность
  • Теплоту сгорания (удельную, низшую, высшую)
  • Влажность и влагоемкость
  • Спекаемость и коксовую способность
  • Выход летучих веществ
  • Теплоемкость (в том числе удельную)
  • Вспучиваемость
  • Показатель отражательной способности
  • Пористость
  • Плотность (действительную, кажущуюся, насыпную)
  • Электропроводность
  • Теплопроводность
  • Прочность
  • Трещиноватость
  • Дробимость
  • Хрупкость и вязкость
  • Твердость
  • Радиоактивность

Ниже мы коротко опишем каждое свойство.

Зольность

Зольность считается одной из самых важных характеристик каменного угля. Она показывает, какое количество золы (негорючих минеральных веществ) образуется после сгорания материала. Чем этих веществ больше , тем менее качественным считается уголь.

Это свойство важно для такой сферы использования полезного ископаемого как энергетика. Ведь каменный уголь чаще всего применяется как топливо в частых и промышленных котельных.

Подробнее вы можете прочитать в нашей статье Зольность каменного угля.

Теплота сгорания

Характеристика отображает количество энергии, выделяемое при полном сгорании массы угля. Теплота сгорания показывает, будет ли тот или иной вид угля эффективен в качестве топлива. Чем выше показатель, тем меньше нужно материала для отопления. Именно поэтому это свойство угля считается важнейшим для энергетической отрасли.

Выделяют показатель удельной, низшей и высшей теплоты сгорания.

Подробнее вы можете прочитать в нашей статье Теплота сгорания каменного угля.

Влажность и влагоемкость

Влажность показывает, какой процент воды содержится в каменном угле. Влага может располагаться на поверхности ископаемой породы, в микро- и макропорах, трещинах, капиллярах. При определении свойства учитывается вода, находящаяся в разных состояниях – свободном и связном. Последняя тесно переплетена с мине р альным веществом ископаемой породы.

Влагоемкость – это свойство, отображающее общее содержание воды в угле в условиях его полного насыщения влагой. Практическое значение имеет показатель максимальной влагоемкости. Как и влажность, он определяется лабораторным путем.

Подробнее вы можете прочитать в нашей статье Влажность и влагоемкость каменного угля.

Спекаемость и коксовая способность

Каменный уголь может переходить в пластичное состояние без доступа воздуха и под воздействием высоких температур. Это свойство называется спекаемостью, или коксуемостью. Оно важно для такой отрасли как металлургия.

Подробнее вы можете прочитать в нашей статье Спекаемость и коксуемость каменного угля.

Выход летучих веществ

Это свойство показывает количество паро- и газообразных веществ, которое выделяется из каменного угля при нагревании образца без доступа воздуха. Характеристика зависит от степени метаморфизма материала и его петрографического состава. После выхода летучих веществ остается нелетучий остаток – зола из минеральных веществ. Ее также называют спекшимся коксом.

Данная характеристика влияет на применение угля – определяет область его использования. Кроме того, от нее зависят некоторые др у гие свойства породы: спекаемость и теплота сгорания.

Подробнее вы можете прочитать в нашей статье Выход летучих веществ каменного угля.

Теплоемкость

При определении теплоемкости каменному углю сообщают определенное количество теплоты, повышающей его температуру на один градус. Нужное для этого количество теплоты и есть показатель теплоемкости.

Отдельно принято выделять показатель удельной теплоемкости каменного угля. Он показывает количество теплоты, сообщаемое 1 кг полезного ископаемого.

Подробнее вы можете прочитать в нашей статье Теплоемкость каменного угля.

Вспучиваемость

Под вспучиваемостью понимают способность угля изменяться в объеме при нагревании образца до высоких температур. Зависит свойство в первую очередь от степени влажности материала и летучих веществ. Определяют характеристику в основном для коксующихся марок.

Подробнее вы можете прочитать в нашей статье Вспучиваемость каменного угля.

Показатель отражательной способности

Отражательная способность каменного угля вычисляется по такому компоненту материала как витринит. Это цементирующее вещество в породе, относится к макрокомпонентам. Способность витринита отражать световые лучи определяет степень метаморфизма углей. Чем выше показатель отражательной способности , тем старше уголь.

Подробнее вы можете прочитать в нашей статье Отражательная способность каменного угля.

Пористость

Пористость относят к механическим свойствам ископаемого угля. Она показывает суммарный объем всех пустот в материале. К ним относятся все поры и трещины в угле (открытые и закрытые).

Подробнее вы можете прочитать в нашей статье Пористость каменного угля.

Плотность

Плотность каменного угля бывает насыпной, действительной и кажущейся.

Насыпная плотность угля – это отношение массы породы к ее объему. Характеристика прежде всего нужна для того, чтобы переводить вес каменного угля в объем и обратно.

Действительная плотность показывает соотношение массы угля к его объему без учета пор. Если вычисляется отношение веса к общему объему породы с порами и трещинами, то это показатель кажущейся плотности.

Подробнее вы можете прочитать в нашей статье Плотность каменного угля.

Электропроводность

Электропроводность – теплофизическая характеристика материала, отображающая возможность каменного угля проводить электрический ток. На показатель оказывают влияние такие свойства ископаемого угля как влажность и зольность , а также степень метаморфизма и петрографический состав.

Подробнее вы можете прочитать в нашей статье Электропроводность каменного угля.

Теплопроводность

Это еще одна теплофизическая характеристика каменного угля. Она фиксирует способность угля проводить тепло. Зависит теплопроводность от плотности породы, степени ее метаморфизма, влажности и содержания в угле минеральных примесей.

Подробнее вы можете прочитать в нашей статье Теплопроводность каменного угля.

Прочность

Это свойство отображает устойчивость угля к механическому воздействию – ударам и истиранию. Зависит характеристика от петрографического состава породы, ее органической части и минеральных примесей.

Подробнее вы можете прочитать в нашей статье Прочность каменного угля.

Трещиноватость

Трещины в каменном угле могут появиться на разных этапах: в процессе метаморфизма, в результате тектонических сдвигов, выветривания, механического повреждения породы во время разработки месторождений и добычи. Концентрация трещин на единицу объема материала называется т р ещиноватостью. Она оказывает влияние на прочность угля, его дробимость и хрупкость.

Подробнее вы можете прочитать в нашей статье Трещиноватость каменного угля.

Дробимость

Дробимость – это еще одно механическое свойство угля. Оно показывает, с какой легкостью ископаемая порода дробится на более мелкие части. Другое название характеристики – измельчаемость каменного угля. Чем больше мелких частиц образуется, тем выше дробимость материала.

Подробнее вы можете прочитать в нашей статье Дробимость каменного угля.

Хрупкость и вязкость

Способность угля разрушаться при механическом воздействии без применения специальных приборов называется хрупкостью. Показатель увеличивается от бурого угля к каменному, а затем вновь уменьшается по направлению к антрациту.

Вязкость – это обратное хрупкости свойство. Оно во многом зависит от петрографического состава.

Подробнее вы можете прочитать в нашей статье Хрупкость и вязкость каменного угля.

Твердость

Под твердостью понимают способность угля оказывать сопротивление при давлении, проникновении в его толщу более твердого тела. Зависит показатель от концентрации атомов в молекуле ископаемой породы, а также от степени метаморфизма, содержания макрокомпонентов и зольности угля.

Подробнее вы можете прочитать в нашей статье Твердость каменного угля.

Радиоактивность

Радиоактивность в той или иной степени присуща всем материалам. Каменный уголь также способен излучать радиацию. Но бояться этой характеристики не стоит. Ведь свойство как раз и показывает у ровень безопасности полезного ископаемого.

Радиоактивные элементы попадают в уголь на ранней стадии метаморфизма, поэтому они тесно связаны с его органической частью. Но с течением времени уровень радиации в материале сильно снижается, и уголь становится безопасным.

Подробнее вы можете прочитать в нашей статье Радиоактивность каменного угля.

О каждой характеристике каменного угля вы можете прочитать в наших вложенных статьях:

Источник

Физические свойства углей

Для углей определяются цвет, блеск, плотность, твердость, хрупкость, излом, а также отдельность и макроструктура. Видимую текстуру угля также можно рассматривать в качестве физических свойств.

Плотность — важный показатель, имеющий значение для решения многих теоретических и практических вопросов. Она зависит от петрографического состава углей, степени их обуглероживания (углефикации), количества и характера минеральных примесей, количества в них влаги и от природы углей; изменяется довольно заметно: в среднем, если взять угли одинаковой средней зольности, возрастает с повышением степени углефикации — у бурых углей она равна (в г/м3) 0,8—1,25, у каменных 1,26—1,35, у антрацитов от 1,36—1,5 до 1,65. Наименьшей плотностью характеризуются липтобиолиты.

Физические свойства углей

Цвет углей обычно от бурого и темно-серого до черного. Бурый цвет или оттенок зависит от низкой степени углефикации и является характерным для бурых углей и сапропелитов; каменные угли имеют черный или темно-серый цвет, антрациты — черный с желтоватым, а иногда сероватым оттенком, а некоторые антрациты темно- серый или серый. Различаются также угли и по цвету черты, оставляемой на фарфоровой неглазурованной пластинке, а именно: бурые угли дают бурую черту, каменные — коричневато-черную или темно- серую и черную, антрациты — черную и темно-серую, сапропелиты— от желтой до бурой.

Блеск (отражательная способность) углей — одно из характерных свойств. Различают оттенки блеска: смолистый (жирный), стеклянный, шелковистый. Смолистый блеск у кларена, стеклянный у витрена, шелковистый у фюзена, матовый у дюрена. Блеск усиливается по мере увеличения степени углефикации. Отражательная способность углей определяется обычно макроскопически, путем сравнения серии образцов, а также фотометрами с графическим изображением результатов измерения.

Твердость (мягкость) угля по шкале Мооса 1—3 и повышается со степенью углефикации.

Хрупкость углей определяется по степени их сопротивления раздавливанию, истиранию и удару. Наиболее хрупки фюзеновые угли, далее следуют витреновые и клареновые; наиболее стойкие — дюреновые.

Излом углей может быть раковистым, землистым, волокнистым, листоватым, занозистым, угловатым, глазковым, струйчатым, зернистым и неровным.

Электропроводность углей повышается с понижением выхода летучих веществ и возрастанием содержания углерода.

Структура углей, определяемая формой и величиной составных; частей, бывает листоватой (характерной для кутикуловых липтобиолитов), полосчатой, линзовидной, штриховатой (типичной для гумусовых клареновых углей), зернистой (для дюреновых углей и богхедов), лигнитовой (для слабометаморфизованных бурых гумусовых углей) и однородной (для сапроколлитов и витренов).

Из текстурных признаков важна слоистость, по которой угли подразделяются на слоистые и массивные неслоистые.

Отдельность углей может быть пластинчатой, призматической, кубической и глазковой, гребенчатой и пирамидальной. Различаются также отдельности конусовидные, чечевицеобразные, шаровые, цилиндрические, осколочные, или брекчиевидные. Многие ископаемые угли разбиты системами эндогенных и экзогенных трещин.

Источник

Все о каменном угле: описание, свойства и подробная классификация, добыча, применение

Для обогрева помещений, получения химических соединений, редких элементов, производства лаков, красок, пластмассы и прочих нужных продуктов используется каменный уголь. Он недорог, несложен в обработке и незаменим в промышленности.

Каменный уголь

Что такое каменный уголь

Каменный уголь – это полезное ископаемое, добыча которого необходима для жизнедеятельности человека. С его помощью осуществляются многие процессы, где требуется тепловое воздействие, добываются редкие химические элементы. Ранее им топили печи, но это уходит все дальше в прошлое.

Внешне это блестящий или матовый, неровный черный или темно-бурый экземпляр, напоминающий камень, но не являющийся таковым. В отличие от камня, он крошится в руках при нажиме и горит.

Классификация каменных углей

В основе классификации лежат химические и физические свойства ископаемого. Общее разделение:

  1. Бурый уголь – образовался позднее других видов. Отличается низкой температурой сгорания.
  2. Каменный – самый распространенный и используемый вид. Добывается открытым способом или в шахтах.
  3. Антрацит – наиболее древний и твердый представитель. Имеет самую большую температуру сгорания из всех видов.

Бурый уголь отличается от каменного:

  • цветом;
  • меньшим содержанием азота и углерода;
  • тем, что легче горит;
  • дает больше дыма;
  • выделяет меньше тепла.

Минерал разделяется по степени углефикации и размерам. На основе этих параметров была придумана и внедрена маркировка, отражающая характеристики конкретного сорта ископаемого. Это удобно для использования в промышленности.

Смотрите познавательный видеообзор про минерал:

По степени обогащения

Перед использованием добытую породу подвергают обработке – обогащению. Это увеличение содержания углерода за счет очищения от минеральных примесей, что повышает горючесть.

Часто применяется мокрый способ – ископаемое загружают в водную среду, в которой идет расслоение на примеси и камень. Это происходит из-за того, что минеральные добавки имеют меньшую плотность. Машины для такого обогащения называются отсадочными.

Промышленное разделение по степени обогащения минерала:

  1. Промпродукты. Используются в металлургии.
  2. Концентраты. Из них получают энергию для электростанций, отопления.
  3. Шламы – мелкая угольная пыль. Идет для нужд населения, для этого ее прессуют в брикеты.

По степени углефикации

Углефикация – процесс превращения торфа в бурый уголь или каменного – в антрацит. Это степень насыщения углеродом конкретного куска ископаемого, определяющая его свойства – горючесть, спекаемость, теплоту сгорания. Зависит от возраста – чем он меньше, тем ниже степень углефикации.

По размерам

Добываемые ископаемые отличаются по длине и ширине (это называется фракция), потому существует классификация, где куски определенного размера имеют свое название, сокращенно обозначаемое одной буквой.

Иногда такое разделение называется сортом. Хотя используется буквенное обозначение, к маркам это не имеет отношения.

Классификация по размерам (фракциям):

Название Размер, мм
Плитный (П) Более 100
Крупный (К) 51–99
Орех (О) 25–50
Мелкий (М) 13–24
Семечко (С) 6–12
Штыб (Ш) Менее 6
Рядовой (Р) Несортированный, имеющий в составе куски разного размера

Марки каменного угля

Минерал подразделяют на марки, деление основано на составе и способности к горению:

  • длиннопламенные (Д);
  • газовые (Г);
  • газовые жирные (ГЖ);
  • жирные (Ж);
  • коксовые жирные (КЖ);
  • коксовые (К);
  • отощенные спекающиеся (ОС);
  • тощие (Т);
  • слабоспекающиеся (СС);
  • полуантрациты (ПА);
  • антрациты (А).

Каменный уголь марки Д чаще других используется в ЖКХ и энергетике благодаря следующим свойствам:

  • много летучих веществ (от 39 %);
  • мало серы (менее 0,5 %);
  • мало золы;
  • теплота сгорания 4700–5400 ккал/кг – это хороший показатель;
  • содержание воды – 15–16 %;
  • высокая теплоотдача.

Камень отличается ярким блеском, добывается на территориях Красноярского края и Хакасии.

Происхождение каменного угля

Минерал начал образовываться задолго до появления человека. Примерный возраст – 400–200 миллионов лет. До сих пор у ученых нет однозначного мнения касательного того, растения какой группы образовали залежи каменного угля. Большинство считают, что это папоротниковидные.

Существуют 4 основные теории, пытающиеся объяснить, как образовался каменный уголь:

  1. Самая распространенная – образование торфа, а затем угля произошло из-за распада папоротников, плаунов, хвощей. Однако эта теория не может объяснить пласты ископаемых толщиной в 400–700 метров. Ведь для образования 500 метров ископаемых требуется 2000 метров торфа, т. е. растения одних видов должны были произрастать на территории миллионы лет без изменений погодных условий.
  2. Термическая теория – медленное тление растительных остатков в условиях среды с малым содержанием кислорода с постепенным превращением в обычный уголь, а затем – в каменный. Однако при этом внутри ископаемых не сохранились бы части растений.
  3. Версия с морской водой. Упав в океан, растения подвергались длительному процессу углефикации, находясь под давлением и без кислорода. Теория подтверждается морскими находками – водорослями, песком.
  4. Абиогенная – уголь появлялся путем нагревания метана в присутствии водорода и углекислого газа. По этой теории, находки в пластах являются не остатками растений, а пиролитическим графитом, потому нельзя достоверно определить возраст добываемых ископаемых.

При добыче и обработке в пластах ископаемого иногда встречаются удивительные находки:

  • вертикально стоящие стволы деревьев;
  • огромные каменные глыбы весом до 73 кг, имеющие метаморфическое или вулканическое происхождение;
  • изделия из золота и металла, что указывает на продолжающийся процесс углеобразования;
  • моллюски, раковины, кольчатые черви;
  • округлые предметы, напоминающие яйца динозавров.

За происхождение каменный уголь называют консервами солнечной энергии – растения способны накапливать ее в листьях, побегах.

Месторождения и добыча породы

Ископаемое широко распространено – его запасы составляют 15 % от всей суши. Тройка стран-лидеров по добыче каменного угля:

  1. США – мировой лидер. Процент залежей составляет 23 – это более 1600 миллиардов тонн.
  2. Россия. Залежи оцениваются в 13 %.
  3. Китай. Показатель стремится к 11 %.

В России каменный уголь добывают в Кемеровской области, в Кузнецком месторождении, где находится 640 миллиардов тонн ископаемых. Открытие произошло в 1721 году М. Волковым. В 1842 году П. Чихачев оценил запасы бассейна. Во 2-й половине XIX века в Кузбассе начали добывать каменный угль.

В Якутии находится Эльгинское месторождение, его запасы составляют около 2 миллиардов тонн, в Тыве перспективны для разработки Элеготсткие залежи. Другие бассейны – Ленский, Тунгусский, Иркутский, Южно-Якутский, Печерский.

В США самые большие залежи расположены в штате Иллинойс (запас более 360 миллионов тонн).

В Казахстане находится 162 миллиарда тонн ископаемого. Одно из самых крупных месторождений – Экибастузское, другие бассейны:

  • Шубарколь и Кызылтал – по 2 миллиарда тонн;
  • Шоптыколь, Мамыт и Эгинсай – по 1 миллиарду тонн;
  • Каражыра – 890 миллионов тонн.

Источник

Читайте также:  Либре офис как убрать границы таблицы
Adblock
detector