4.3.2. Уголь: общие сведения, происхождение,

ПРИМЕНЕНИЕ

Общие сведения

Уголь  вид ископаемого топлива, образовавшийся из частей древних растений под землей без доступа кислорода. Уголь был первым из используемых человеком видов ископаемого топлива. Он позволил совершить промышленную революцию, которая, в свою очередь, способствовала развитию угольной промышленности, обеспечив ее более современной технологией.

Уголь, подобно нефти и газу, представляет собой органическое вещество, подвергшееся медленному разложению под действием биологических и геологических процессов. Основа образования угля  растительные остатки. В зависимости от степени преобразования и удельного количества углерода в угле различают четыре его типа: бурые угли (лигниты), каменные угли, антрациты и графиты.

Бурый уголь  твердый ископаемый уголь, образовавшийся из торфа, содержит 65-70 % углерода, имеет бурый цвет, наиболее молодой из ископаемых углей. Используется как местное топливо, а также как химическое сырье. Содержит много воды (43 %), и поэтому имеют низкую теплоту сгорания. Кроме того, имеет большое количество летучих веществ (до 50 %). Бурые угли образуются из отмерших органических остатков под давлением нагрузки и под действием повышенной температуры на глубине залегания  от выхода на поверхность до 600 м и глубже.

Каменный уголь  осадочная порода, представляющая собой продукт глубокого разложения остатков растений (древовидных папоротников, хвощей и плаунов). Большинство залежей каменного угля было образовано в палеозое примерно 300-350 миллионов лет тому назад. Содержание углерода в каменном угле, в зависимости от его сорта, составляет от 75 до 95 %. Содержат до 12 % влаги (3-4 % внутренней), поэтому имеют более высокую теплоту сгорания по сравнению с бурыми углями. Содержат до 32 % летучих веществ, за счет чего неплохо воспламеняются. Глубина залегания углей различна  от выхода на поверхность до 2000-2500 м и глубже.

Антрацит  самый древний из ископаемых углей. Характеризуется большой плотностью и блеском. Содержит 95 % углерода. Применяется как твердое высококалорийное топливо (теплотворность 6800-8350 ккал/кг). Имеет наибольшую теплоту сгорания, но плохо воспламеняется. Общие запасы антрацита сравнительно невелики и составляют около 3 % мировых запасов углей. Наибольшее количество антрацита находится в Кузбассе (РФ), Донбассе (Украина) и др. Значительные запасы антрацита имеются в Китае, США. Антрацит используют как высококачественное энергетическое топливо, а также для изготовления электродов и полупроводников. Специальные сорта антрацита, не подвергающиеся при горении растрескиванию, применяют в литейном и доменном процессах. Глубина залегания антрацита различна  от 500 м до 2000-2500 м и глубже.

Графит (от греч.  пишу)  минерал из класса самородных элементов, одна из аллотропных модификаций углерода. Структура слоистая. Крупные залежи образуются в результате пиролиза каменного угля под воздействием траппов^* на каменноугольные отложения (Тунгусский бассейн). Хорошо проводит электрический ток. В отличие от алмаза обладает низкой твердостью (1-2 по шкале Мооса). Плотность 2,08-2,23 г/см³. Цвет темно-серый, блеск металлический. Неплавкий, устойчив при нагревании в отсутствие воздуха. В кислотах не растворяется. Жирный (скользкий) на ощупь. Природный графит содержит 10-12 % примесей глин и окислов железа. При трении расслаивается на отдельные чешуйки (это свойство используется в карандашах).

Происхождение

Для образования угля необходимо обильное накопление растительной массы. В древних торфяных болотах, начиная с девонского периода (примерно 416 млн лет назад), накапливалось органическое вещество, из которого без доступа кислорода формировались ископаемые угли. Возраст самых древних углей оценивается примерно в 300-400 миллионов лет.

Уголь образуется в условиях, когда гниющий растительный материал накапливается быстрее, чем происходит его бактериальное разложение. Идеальная обстановка для этого создается в болотах, где стоячая вода, обедненная кислородом, препятствует жизнедеятельности бактерий и тем самым предохраняет растительную массу от полного разрушения. На определенной стадии процесса выделяемые в ходе него кислоты предотвращают дальнейшую деятельность бактерий. Так возникает торф  исходный продукт для образования угля. Если затем происходит его захоронение под другими наносами, то торф испытывает сжатие и, теряя воду и газы, преобразуется в уголь.

Под давлением наслоений осадков толщиной в один километр из 20-метрового слоя торфа получается пласт бурого угля толщиной 4 метра. Если глубина погребения растительного материала достигает трех километров, то такой же слой торфа превратится в пласт каменного угля толщиной два метра. На большей глубине, порядка 6 км, и при более высокой температуре 20-метровый слой торфа становится пластом антрацита толщиной в 1,5 метра.

В ходе движения земной коры угольные пласты испытывали поднятие и складкообразование. С течением времени приподнятые части разрушались за счет эрозии или самовозгорания, а опущенные сохранялись в широких неглубоких бассейнах, где уголь находится на уровне не менее 900 метров от земной поверхности. Образование наиболее мощных угольных пластов связано с областями земной коры, которые на протяжении значительного времени  в течение миллионов лет  подвергались постепенному тектоническому опусканию со скоростью накопления торфа на поверхности. В отдельных случаях, как, например, в Хат-Крик (Канада), мощность одного угольного пласта может достигать 500 и более метров.

Применение

Применение каменного угля многообразно. Он используется как бытовое, энергетическое топливо, сырье для металлургической и химической промышленности, а также для извлечения из него редких и рассеянных элементов. Очень перспективным является сжижение (гидрогенизация) угля с образованием жидкого топлива. Для производства одной тонны нефти расходуется 2-3 т каменного угля, в период эмбарго ЮАР практически полностью обеспечивала себя топливом за счет этой технологии. Из каменных углей получают искусственный графит.