Бурый уголь

Эта статья входит в число готовых статей
Эта статья прошла проверку экспертом
Материал из «Знание.Вики»
Бурый уголь
Бурый уголь
Lignite in Pavilion of Aichi Prefecture Shinrin Park.jpg
Основной состав 65–78 % С
Агрегатное состояние Твердый, иногда аморфный
Цвет Бурый
Цвет черты (пятна) Чёрный
Блеск Полуметаллический, стеклянный
Мировой запас ок. 1,3 трлн т
Удельная теплота сгорания 22-31 МДж/кг

Бу́рый у́голь (чёрный лигнит) — твёрдый ископаемый уголь, образовавшийся из торфа, содержит 65—78 % углерода, имеет бурый цвет, наиболее молодой из ископаемых углей. Является важным источником энергии, особенно для электростанций. Он образуется из отмерших органических остатков под давлением и под действием повышенной температуры на глубинах порядка 1 километра. Это делает его менее калорийным по сравнению с другими видами угля, такими как каменный уголь, но он всё ещё широко используется в качестве топлива благодаря своей доступности и относительной дешевизне[1].

В энергетике бурый уголь применяется преимущественно на тепловых электростанциях для производства электроэнергии и тепла. Он также используется как химическое сырьё и для производства удобрений. Исторически, бурый уголь играл ключевую роль в развитии промышленности, особенно во время промышленной революции XIX века, когда он стал одним из основных источников энергии. В XI веке началось его промышленное использование, и к концу XVII века добыча угля стала важной частью горнодобывающей промышленности во многих странах. В России залежи угля были открыты в XV веке, и уже к концу XVII и началу XVIII веков началась эксплуатация крупных угольных месторождений в Сибири. Это положило начало эре широкого использования бурого угля[2].

Состав и строение

Для бурого угля типичен бурый цвет. Изредка встречаются смоляно-чёрные разновидности бурых углей. Бурый уголь состоит из смеси высокомолекулярных ароматических соединений (главным образом углерода — до 78 %). Бурый уголь имеет повышенное содержание кислорода (примерно 26 — 30 %). Среднее содержание минерального остатка (золы) бурых углей составляет 20—45 % от массы сухого вещества. Также бурый уголь содержит 3 — 5 % водорода, он влияет на количество тепла, которое будет выделено при сгорании угля. Ещё одним компонентом является азот (около 2 %), оксиды которого влияют на окружающую среду и могут способствовать образованию кислотных дождей и приводит к загрязнению воздуха[3].

Классификация

Твёрдость 1,0-1,5 по шкале Мооса. Твёрдость зависит от концентрации атомов в молекуле ископаемой породы, а также от степени метаморфизма, содержания макрокомпонентов и зольности угля[3].

Бурый уголь классифицируется по различным параметрам, включая его химический состав, физические свойства и степень углефикации. В зависимости от этих характеристик, бурый уголь может быть разделён на несколько типов:

  • Мягкие: Эти угли легко крошатся и имеют высокое содержание влаги.
  • Землистые: Они имеют меньшую плотность и могут легко истираться в порошок.
  • Матовые: Угли этого типа обладают матовым блеском и однородной структурой.
  • Лигнитовые: Это молодые угли с высоким содержанием летучих веществ.
  • Плотные: Отличаются высокой плотностью и меньшим содержанием влаги по сравнению с другими типами[4].

Также бурый уголь делится на классы, категории, типы, подтипы, марки, группы и подгруппы[5].

Классы

Угли в зависимости от генетических особенностей делят на классы по среднему показателю отражения витринита Ror. Показатель отражения витринита является ключевым методом определения максимальной температурной истории отложений в осадочных бассейнах. С ростом данного показателя в углях увеличивается содержание углерода, снижается выход летучих веществ, а также атомное отношение водорода к углероду и кислорода к углероду. Наименьшим показателем отражения витринита обладает образец бурого угля Итатского месторождения (Ro, r = 0,388 %), а наибольшим характеризуется бурый уголь Кангаласского месторождения (Ro, r = 0,490 %)[5].

Категории

Бурые угли делятся на категории в зависимости от суммы фюзинизированных компонентов £ ОК, %. Этот параметр является показателем количества остатков растений в буром угле. Минимальный показатель для бурого угля менее 10 %, а наибольший — 69 и более[6].

Типы

Бурый уголь делится на типы в зависимости от максимальной влагоёмкости. Это довольно важный параметр. Он является показателем общего содержания влаги в угле в состоянии полного насыщения водой при относительной атмосферной влажности 96 % и температуре воздуха 30 °С. Максимальная влагоёмкость важна для точного определения теплоты сгорания угля. Минимальная влагоёмкость бурого угля — это около 15 %, а максимальна — 70 %. Определяется же данный показатель в лабораториях на специальном оборудовании[5].

Подтипы

Также бурый уголь может подразделятся на подтипы, в зависимости от выхода смолы полукоксования (Масса жидких органических продуктов разложения единицы массы топлива при его нагревании в установленных стандартом условиях полукоксования). Из-за наличия в данных смолах фенола смолы полукоксования являются сырьём для получения фенолов при переработке твёрдых горючих ископаемых гумусовового происхождения[5].

Полукоксование — процесс термической переработки бурого угля (или же других видов углей, таких как каменный уголь и антрацит) без доступа воздуха при температуре около 500—600 градусов Цельсия. Выход первичной смолы и полукокса зависит от качества исходного сырья, конструкции и режима печи. Полукокс — это твёрдый остаток составляющий до 90 % от массы угля[7].

Марки, группы и подгруппы бурого угля

Марка Группа Подгруппа Класс Категория Тип Подтип Примечание
Бурый Б Первый бурый 1Б — 02, 03 Все категории 50 и выше
— — — — 05, 10, 15, 20 — — —
Второй бурый 2Б Второй бурый витринитовый 2БВ 02, 03, 04 0, 1, 2, 3 30, 40 05, 10, 15, 20
Второй бурый фюзинитовый 2БФ — 02, 03, 04 4 и выше 30, 40 05, 10, 15 —
Третий бурый ЗБ Третий бурый витринитовый ЗБВ 03, 04, 05 0, 1, 2, 3 10, 20 05, 10, 15, 20
Третий бурый фюзинитовый ЗБФ — 04, 05 4 и выше 10, 20 05, 10[8][9] —

Происхождение

Бурый уголь, известный также как чёрный лигнит, является одним из самых молодых видов угля, который образовался из органических остатков растений в болотистых условиях. Эти условия препятствовали доступу кислорода, что замедляло процесс разложения и приводило к накоплению торфа. Под воздействием геологического давления и температуры торф подвергается дополнительным преобразованиям, превращаясь в более концентрированные углеродные формы, такие как лигнит, брунит и, в конечном итоге, уголь. Этот процесс углеобразования занимает миллионы лет[3].

Этот процесс углефикации происходил на протяжении миллионов лет, в результате чего бурый уголь постепенно накапливался на глубинах около одного километра. Бурый уголь отличается высоким содержанием влаги и летучих веществ, что делает его менее энергоёмким по сравнению с каменным углём. Тем не менее, он широко используется в качестве топлива для тепловых электростанций и в химической промышленности, благодаря своей доступности и относительной дешевизне[10].

С геологической точки зрения, бурый уголь является промежуточным этапом между торфом и каменным углём. Если процесс углефикации продолжается, бурый уголь может превратиться в более плотные и углеродистые формы угля, такие как каменный уголь и антрацит, что происходит при более высоких температурах и давлении на больших глубинах. Это превращение способствует формированию различных типов угольных месторождений, которые имеют важное значение для энергетической отрасли многих стран[10].

История добычи

История добычи бурого угля начинается ещё в древние времена, когда люди впервые начали использовать уголь как источник тепла и энергии. Промышленная добыча бурого угля в мире была начата в XI веке, и уже к концу XVII века она стала важной составляющей горнодобывающей отрасли в разных странах. В России же добыча бурого угля началась в XV веке[11].

В XVIII веке, во времена Петра I, в России было уделено большое внимание развитию промышленности, в том числе и угольной. Были созданы специальные экспедиции для разведки месторождений, что привело к открытию значительных залежей угля, в том числе в бассейне Северского Донца и на территории современного Кемерово[11].

С течением времени, особенно в период промышленной революции, спрос на уголь возрос, что стимулировало разработку более эффективных методов его добычи и транспортировки. В XIX веке началось интенсивное использование механизации в шахтах, что значительно увеличило объёмы добычи[11].

Методы добычи

Методы добычи бурого угля развивались вместе с технологическим прогрессом и варьируются в зависимости от глубины залегания угольных пластов.

Мировые запасы бурого угля

Страна Запасы бурого угля (млн тонн) Общее количество угля (млн тонн)
1 США 248 941 320 469
2 Россия 162 166 249 537
3 Австралия 76 508 149 079
4 Китай 8 128 141 595
5 Индия 5 073 105 931
6 Индонезия 11 728 39 891
7 Германия 35 900 36 100
8 Украина 2 336 34 375
9 Польша 5 865 26 932
10 Казахстан 25 605 25 605
11 Турция 10 975 11 525
12 Бразилия 5 049 6 596
13 Канада 2 236 6 582
14 Греция 2 876 2 876

Использование бурых углей в промышленности

Использование бурых углей в промышленности имеет множество аспектов. Это:

  1. Энергетика: Бурый уголь служит важным источником для генерации электричества. На тепловых электростанциях угли сгорают, вырабатывая пар, который вращает турбины и производит электроэнергию[14]. И хоть каменный уголь является более удобными для использования на ТЭС, так как каменный уголь содержит меньше влаги и почти не оставляет отложений в котле, бурый уголь также довольно часто используют для производства электроэнергии из-за меньшей стоимости и меньшей зольности, что влияет на загрязнение атмосферы.
  2. Металлургия: Бурые угли используются для получения железа и стали. Углерод, содержащийся в этом угле, помогает извлечению кислорода из металлических руд, необходимого для получения чистого металла. Также бурый уголь используется при производстве кокса, необходимого для производства дальнейшей стали[15].
  3. Химическая промышленность: Бурый уголь служит сырьём для создания химических веществ, включая пластмассы, резину и искусственные волокна. Чёрные лигниты также находят применение в изготовлении удобрений и фармацевтических препаратов[16].
  4. Строительная промышленность: Бурые угли используются для производства строительных материалов, таких как цемент, кирпичи, асфальт и битум. Они являются основным компонентом при строительстве дорог и других инфраструктурных объектов[16].
  5. Фильтрация и очистка: Бурый уголь эффективен в очистке воды и воздуха, так как он способен абсорбировать загрязнители. Бурые угли удаляют тяжёлые металлы, органические соединения и другие вредные элементы. Также бурые угли используются в системах очистки сточных вод и дымовых газов[16].

Влияние добычи бурого угля на окружающую среду

Влияние добычи бурого угля на окружающую среду:

  1. Ландшафт и почвы: Открытая добыча бурого угля разрушает ландшафт, уничтожает растительность и нарушает естественный профиль почвы. Подземные шахты могут вызывать обвалы и оползни, представляя угрозу для экосистем и человеческих поселений[17].
  2. Атмосфера: Сжигание бурого угля приводит к выбросу углекислого газа, способствующего глобальному потеплению. Содержащийся в угле сульфаты (соли серной кислоты) превращаются в сернистый газ, вызывающий кислотные дожди и ухудшающий качество воздуха. Выбросы метана при добыче угля также способствуют парниковому эффекту[18].
  3. Загрязнение воды: Добыча и переработка бурого угля загрязняют водные ресурсы тяжёлыми металлами и химическими отходами. Это может уничтожить экосистемы и нанести вред живым организмам[18].
  4. Отходы и пылевое загрязнение: Отходы от добычи и сжигания бурого угля, включая золу и шлак, могут загрязнять окружающую среду. Зола может содержать тяжёлые металлы и радиоактивные элементы, представляя угрозу для здоровья. Пылевое загрязнение от открытых разрезов и транспортировки угля также влияет на качество воздуха и здоровье людей[19].
  5. Влияние на здоровье: Частицы, выделяемые при сжигании угля, могут проникать в лёгкие, вызывая респираторные заболевания, сердечно-сосудистые проблемы и даже рак[19].

Примечания

  1. ↑ Уголь и кокс. Объединённая сырьевая компания. Дата обращения: 28 марта 2024.
  2. ↑ Захаров А. Почему уголь — безальтернативное топливо для алтайской энергетики. MK. Барнаул (4 мая 2018). Дата обращения: 28 марта 2024.
  3. ↑ Перейти обратно: 3,0 3,1 3,2 Голицын М. В. Бурый уголь. Большая российская энциклопедия. Дата обращения: 2 апреля 2024.
  4. ↑ Бурый уголь, купить бурый уголь. Русский уголь. Дата обращения: 28 марта 2024.
  5. ↑ Перейти обратно: 5,0 5,1 5,2 5,3 Стандартинформ. Угли бурые, каменные и антрациты. — Москва, 2014. — С. 6—7. — 21 с.
  6. ↑ Шестакова О. Е. Петрографический состав, строение и генезис ископаемых углей // Вестник КузГТУ : сборник. — 2010. — С. 3.
  7. ↑ Филоненко Ю. Я. Полукоксование. Большая российская энциклопедия. Дата обращения: 2 апреля 2024.
  8. ↑ Угли бурые, каменные и антрациты. Классификация по генетическим и технологическим параметрам. — Москва, 2022. — С. 11—17. — 20 с.
  9. ↑ Национальный стандарт Российской Федерации. Угли бурые, каменные и антрациты. Классификация по генетическим и технологическим параметрам. Дата обращения: 28 марта 2024.
  10. ↑ Перейти обратно: 10,0 10,1 Миллионы лет без кислорода. Как на Земле появился уголь и как его добывают. БКС Экспресс (1 мая 2023). Дата обращения: 28 марта 2024.
  11. ↑ Перейти обратно: 11,0 11,1 11,2 Демиденко П. Амурский уголь: вековая история добычи угля на Дальнем Востоке. Амуруголь (12 декабря 2023). Дата обращения: 3 апреля 2024.
  12. ↑ Добыча угля: способы, переработка и применение. Заводы.рф (13 ноября 2020). Дата обращения: 2 апреля 2024.
  13. ↑ Клишин В. И., Тайлаков О. В., Опрук Г. Ю., Уткаев Е. А., Клишин С. В. Методы гидроразрыва труднообрушающейся кровли и угольного пласта для исключения динамических явлений в угольных шахтах. Горная промышленность (20 октября 2020). Дата обращения: 2 апреля 2024.
  14. ↑ Захаров А. Почему уголь — безальтернативное топливо для алтайской энергетики. МК Барнаул (4 мая 2018). Дата обращения: 2 апреля 2024.
  15. ↑ Виды ископаемых углей, их применение в народном хозяйстве. Промышленная Компания РосУголь. Дата обращения: 2 апреля 2024.
  16. ↑ Перейти обратно: 16,0 16,1 16,2 Копп Д. Д., Портнова А. В., Фарберова Е. А. Разработка методов переработки бурого угля // ВЕСТНИК ПНИПУ. — 2019. — № 4. — С. 133—146.
  17. ↑ Добыча угля без последствий для экологии. ТЭК России (13 декабря 2022). Дата обращения: 2 апреля 2024.
  18. ↑ Перейти обратно: 18,0 18,1 Юницкий А. Э., Василевич В. В., Арнаут С. А., Францкевич А. В. Снижение экологической нагрузки на окружающую среду при использовании бурого угля за счёт его глубокой переработки // Сборник материалов IV международной научно-технической конференции «Безракетная индустриализация ближнего космоса: проблемы, идеи, проекты». — 2021.
  19. ↑ Перейти обратно: 19,0 19,1 Эколог Наталья Чубыкина – о том, как бурый уголь влияет на экологическую безопасность Новосибирска. Партия ЯБЛОКО (16 апреля 2018). Дата обращения: 2 апреля 2024.
Источник — https://znanierussia.ru/articles/index.php?title=Бурый_уголь&oldid=1246155