Каменный уголь
| Каменный уголь | |
|---|---|
| Каменный уголь | |
 | |
| Основной состав | 75-92 % С |
| Агрегатное состояние | Твердый, но рыхлый |
| Цвет | Чёрный, иногда серо-чёрный |
| Цвет черты (пятна) | Чёрный |
| Блеск | Смоляной или металлический. |
| Плотность | 1,2 – 1,5 г/см3 г/см³ |
| Мировой запас | ок. 4 882 726 млн тонн |
| Удельная теплота сгорания | 22-31 МДж/кг МДж/кг |
| Плотность | 1,2 – 1,5 г/см3 г/см³ |
Ка́менный уголь — твёрдое горючее полезное ископаемое, которое играет важную роль в энергетической и промышленной отраслях. Это промежуточная форма угля, находящаяся между бурым углём и антрацитом, и характеризующаяся высоким содержанием углерода[1].
Исторически каменный уголь был одним из первых источников тепла и энергии, используемых человеком. Его применение датируется ещё древним миром, а первые упоминания о нём связывают с работами Аристотеля в IV веке до н.э. и его ученика Теофраста. С тех пор каменный уголь стал неотъемлемой частью промышленного развития, особенно во время промышленной революции, когда он использовался как основной источник энергии для работы фабрик и паровых двигателей[2].
Современное значение каменного угля не уменьшилось, несмотря на развитие альтернативных источников энергии. Он продолжает быть ключевым компонентом в производстве электроэнергии и является важным сырьём для химической промышленности, включая производство стали и других сплавов[3].
Образование угля
Процесс образования каменного угля включает в себя захоронение растительных остатков, которые под воздействием высоких температур и давления претерпевают химические и физические изменения. В результате торф постепенно теряет воду, углекислый газ и метан, в то время как процентное содержание углерода в нём увеличивается. Значительную роль в этом процессе играют микроорганизмы. Микробы могут способствовать превращению растительных остатков в уголь, а метан, который образуется в результате биогеохимических реакций, является важным показателем этих процессов[4].
Процесс углефикации проходит несколько этапов, начиная с образования бурого угля, который затем превращается в каменный уголь, и, при достижении определённых условий, в антрацит. На каждом этапе содержание углерода увеличивается, а содержание водорода и летучих веществ уменьшается, что делает уголь более концентрированным источником энергии. Наиболее активное образование угольных залежей происходило в различные геологические периоды. Угольные пласты могут иметь различную мощность и располагаться на разных глубинах, что определяет методы их добычи[4].
История
Первые упоминания
Первое известное упоминание о каменном угле принадлежит древнегреческому философу Аристотелю, который жил в IV веке до нашей эры. Его ученик Теофраст описал уголь в своём труде «Трактат о камне», упоминая его способность гореть подобно древесному углю[5].
В I веке до н. э. в китайской провинции Юньнань уголь нагревали без доступа воздуха, получая кокс. В провинции Юньнань использовали процесс нагревания угля идентичный тому, что все ещё используется сегодняшними металлургами. Сырьё поддавалось термической обработке в камерах без доступа воздуха[6].
Развитие угольной промышленности в России
Первые упоминания о добыче угля на территории России относятся к XVII веку. Основное развитие угольной промышленности началось в XVIII веке, особенно после указа Петра I о поиске и использовании угля для нужд металлургии[7].
В XIX веке с развитием паровозов и началом промышленной революции спрос на уголь резко возрос. Открытие крупных угольных бассейнов, таких как Донецкий и Кузнецкий, способствовало увеличению добычи[8].
Во время Советского Союза угольная промышленность получила мощный импульс к развитию. Были внедрены новые технологии и значительно расширена инфраструктура для добычи и транспортировки угля[9].
На 2020 год Россия является одним из крупнейших производителей и экспортёров угля в мире. В 2020 году объёмы угледобычи в стране достигли 402,1 млн тонн, а к 2022 году — 443,6 млн тонн. Большая часть угля добывается открытым способом, и основные угольные предприятия сосредоточены в Сибирском федеральном округе[10].
Характеристика
Физические свойства
- Цвет: Обычно чёрный, иногда серо-чёрный.
- Блеск: Смоляной или металлический.
- Плотность: Каменный уголь является плотной породой.
- Магнитные свойства: Неферромагнитный (диамагнитный), но минеральные примеси могут быть парамагнитными.
- Тепловые свойства: Приближается к теплоизоляторам, что важно для его использования в энергетике[11].
Химические свойства
- Содержание углерода: От 75 до 92 %.
- Содержание водорода: От 2,5 до 5,7 %.
- Содержание кислорода: От 1,5 до 15 %.
- Летучие вещества: От 2 до 48 %.
- Влажность: От 1 до 12 %.
- Теплота сгорания: Высшая теплота сгорания в пересчёте на сухое беззольное состояние составляет от 30,5 до 36,8 МДж/кг[12].
Технологические свойства
- Спекаемость: Определяется индексом Рога (RI) и толщиной пластического слоя в аппарате Л. М. Сапожникова.
- Коксовая способность: Важное свойство для металлургии, определяющее возможность использования угля для получения кокса[11].
Марки
- Длиннопламенные (Д): Имеют длинное пламя при горении и высокое содержание летучих веществ.
- Газовые (Г): Содержат больше газов, чем другие виды, и используются в газогенераторах.
- Жирные (Ж): Обладают хорошей спекаемостью, используются для получения кокса.
- Коксующиеся (К): Подходят для производства кокса, необходимого в металлургии.
- Отощенно-спекающиеся (ОС): Имеют ограниченную спекаемость.
- Слабоспекающиеся (СС): Плохо спекаются, используются в энергетике.
- Тощие (Т): Содержат минимальное количество летучих веществ, применяются в основном для тепловой энергии[13].
Размеры фракций
- Крупные (К): Используются в крупных промышленных котлах.
- Орех (О): Подходят для бытовых котлов.
- Мелкие (М) и семечко (С): Применяются в мелких котельных и для технических нужд.
- Штыб (Ш): Мелкие фракции, используются для производства брикетов и пеллет[12].
Методы добычи
Существуют различные методы добычи, каждый из которых имеет свои особенности и применяется в зависимости от конкретных условий[4].
Открытый способ добычи является наиболее распространённым и экономически выгодным, когда угольные пласты расположены неглубоко. Этот метод включает использование крупной карьерной техники, такой как экскаваторы и самосвалы, и позволяет быстро извлекать большие объёмы угля[14].
Подземная добыча используется для извлечения угля из глубоких пластов. Это более сложный и дорогостоящий процесс, требующий строительства шахт и подземных выработок, а также использования специализированного горного оборудования[14].
Гидроразрыв пласта — это метод, при котором в угольные пласты под высоким давлением вводят воду или другие жидкости для разрушения угля, что позволяет извлекать его из труднодоступных мест[15].
Химическая добыча предполагает использование химических реагентов для выщелачивания угля, но этот метод пока не нашёл широкого применения и находится в стадии разработки[15].
Мировые запасы и добыча угля
| Страна | Запасы всего угля
(млн. т.) |
Запасы
каменного угля (млн. т.) | |
|---|---|---|---|
| 1 | США | 237295 | 108501 |
| 2 | Россия | 157010 | 49088 |
| 3 | Китай | 114500 | 62200 |
| 4 | Австралия | 76400 | 37100 |
| 5 | Индия | 60600 | 56100 |
| 6 | Германия | 40548 | 35900 |
| 7 | ЮАР | 30156 | 30156 |
| 8 | Индонезия | 40000 | 39900 |
| 9 | Казахстан | 33600 | 21500 |
| 10 | Украина | 33873 | 15351[16] |
Применение
Каменный уголь играет важную роль в современной промышленности и энергетике, обладая широким спектром применений:
- Энергетика: Основное использование каменного угля — в качестве топлива для тепловых электростанций, которые вырабатывают большую часть электроэнергии и тепла[17].
- Металлургия: В металлургической отрасли уголь необходим для производства кокса — важного компонента при выплавке чугуна и стали[12].
- Химическая промышленность: Каменный уголь служит сырьём для получения множества химических продуктов, включая искусственный графит, серу, цинк, редкие металлы, лаки, краски и пластмассу[18].
- Бытовое использование: Уголь используется для отопления жилых домов, а также в производстве сажи для шин, горючего газа, жидких удобрений и горного воска для текстильной промышленности[18].
- Транспорт: Уголь применяется для получения топлива и смазочных материалов, используемых в транспортной отрасли[17].
- Сельское хозяйство: Продукты переработки угля находят применение в производстве удобрений и других агрохимикатов[17].
Примечания
- ↑ Каменный уголь. Подробное описание экспоната, аудиогид, интересные факты.. Artefact. Дата обращения: 24 марта 2024.
- ↑ Уголь это горная порода. Физические свойства, описание, месторождения и фото. Камень Уголь.. Каталог Минералов. Дата обращения: 24 марта 2024.
- ↑ Угольная промышленность России: добыча и экспорт угля, проблемы отрасли, крупнейшие игроки. Фабрикаторс.ру. Дата обращения: 24 марта 2024.
- ↑ 4,0 4,1 4,2 Голицын М. В. Каменный уголь. Большая российская энциклопедия. Дата обращения: 5 апреля 2024.
- ↑ Каменный уголь – что такое, где добывают, свойства, описание и интересные факты для сообщения кратко. Образовака.ру. Дата обращения: 24 марта 2024.
- ↑ Кокс в металлургии и для чего нужен литейный кокс. Портал о ломе, отходах и экологии. Дата обращения: 24 марта 2024.
- ↑ Угольная отрасль России в 2023 году. Аудиторско-консалтинговая группа «Деловой профиль» (27 ноября 2023). Дата обращения: 24 марта 2024.
- ↑ Петров И. М. Угольная промышленность России до революции 1917 года. Журнал Горная промышленность (17 мая 2019). Дата обращения: 5 апреля 2024.
- ↑ История развития горного дела в мире. Портал администрации Беловского городского округа (1 июля 2011). Дата обращения: 24 марта 2024.
- ↑ О новой редакции программы развития угольной промышленности России на период до 2035 г.. Журнал Горная промышленность. Дата обращения: 5 апреля 2024.
- ↑ 11,0 11,1 Каменный уголь ℹ️ состав, химические и физические свойства, виды и классификация. Nauka.Club (5 августа 2019). Дата обращения: 24 марта 2024.
- ↑ 12,0 12,1 12,2 Свойства угля - физические, химические, основные - состав каменного угля и применение. Терморобот. Дата обращения: 24 марта 2024.
- ↑ Виды каменного и бурого природного угля - классификация по маркам, размеру кусков, по крупности. Терморобот. Дата обращения: 24 марта 2024.
- ↑ 14,0 14,1 Добыча угля: способы, переработка и применение. Заводы России — промышленные предприятия и производства (13 ноября 2020). Дата обращения: 24 марта 2024.
- ↑ 15,0 15,1 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. Журнал Горная промышленность (20 октября 2022). Дата обращения: 5 апреля 2024.
- ↑ Юлия Абдулбарова. Уголь в мире: добыча, экспорт, импорт, запасы, применение, перспективы. linDEAL.. Дата обращения: 6 апреля 2024.
- ↑ 17,0 17,1 17,2 Каменный уголь – свойства, применение и образование каменного угля. Образовака.ру. Дата обращения: 24 марта 2024.
- ↑ 18,0 18,1 Как используют уголь? «Нестандартные» отрасли применения. Добывающая промышленность (15 декабря 2020). Дата обращения: 5 апреля 2024.
Данная статья имеет статус «готовой». Это не говорит о качестве статьи, однако в ней уже в достаточной степени раскрыта основная тема. Если вы хотите улучшить статью — правьте смело! | Данная статья имеет статус «проверенной». Это говорит о том, что статья была проверена экспертом |