Физические свойства угля кратко

Обновлено: 03.07.2024

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.

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.

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.

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:

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.

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:

Бурый уголь – образовался позднее других видов. Отличается низкой температурой сгорания.
Каменный – самый распространенный и используемый вид. Добывается открытым способом или в шахтах.
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:

Промпродукты. Используются в металлургии.
Концентраты. Из них получают энергию для электростанций, отопления.
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.

Наивысшей степенью углефикации обладает антрацит, низкой – блестящие угли марок М и Д, остальные типы относятся к средней степени.

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:

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.
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.
Версия с морской водой. Упав в океан, растения подвергались длительному процессу углефикации, находясь под давлением и без кислорода. Теория подтверждается морскими находками – водорослями, песком.
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:

США – мировой лидер. Процент залежей составляет 23 – это более 1600 миллиардов тонн.
Россия. Залежи оцениваются в 13 %.
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.

Месторождения каменного угля обозначают на карте в виде определенного символа – черного квадрата, а бурого – заштрихованного.

В республике Хакассия основное месторождение находится в Минусинской котловине. Разработки ведутся с 1904 г. Хакасский каменный уголь добывают в Изыхском и Черногорском бассейнах.

В Африке добывают минерал на территориях:

Страны-экспортеры каменного угля по рейтингу, объем указан в миллионах тонн в год:

Австралия – 193;
Китай – 91;
ЮАР – 69,3;
Индонезия – 66,4;
США – 44,1;
Россия – 41;
Колумбия – 37,1;
Канада – 30,6;
Казахстан – 28;
Польша – 23.

Смотрите передачу о добыче камня в России:

Физико-химические свойства камня

Основной элемент камня – углерод, потому он хорошо и долго горит. Помимо этого, в нем содержится вода. Соотношение элементов зависит от возраста минерала:

Название угля	% воды	% углерода	% летучих веществ	Как воспламеняется	Как горит	Теплоотдача
Бурый	До 43	До 45	До 50	Хорошо	Хорошо	Низкая
Каменный	До 12	75–95	До 32	Отлично	Хорошо	Средняя
Антрацит	1–3	85–95	Менее 9	С трудом	Слабо, без дыма из-за малого объема летучих примесей	Высокая

удельный вес – 1,5–1,7 г/см2;
температура горения в печи – 700–1100 °С;
блеск – выраженный, с металлическим оттенком, реже – золотистый;
удельная теплоемкость – 1300 Дж/(кг × К);
удельная теплота сгорания – 5700 ккал/кг;
излом – неровный, раковистый;
твердость угольной золы по шкале Мооса – 2;
срок хранения каменного угля – 6–18 месяцев.

К просмотру передача, где ученый в занимательной форме рассказывает про свойства минерала:

Применение каменного угля в промышленности

В отношении каменного угля, используемого в промышленности, применяется ГОСТ 32464-2013 – постановление, в котором описаны технические требования, методы определения химического состава, классификация по разным параметрам.

В основе использования ископаемого лежит реакция пиролиза каменного угля – нагревание без каких-либо реагентов. В современной промышленности все чаще используются различные химические добавки, ускоряющие реакцию. Этапы пиролиза:

конденсация;
полимеризация;
ароматизация;
алкилирование.

Низкотемпературный пиролиз, протекающий при 500–600 °С. Это полукоксование.
Высокотемпературный процесс, или коксование. Идет при 900–1100 °С.

Все продукты коксования делятся на 3 группы:

Твердые – кокс. Используется в черной и цветной металлургии.
Жидкие – каменноугольная смола. Из нее получают более 250 химических соединений. Основные – технические масла, синтетическое топливо, нафталин, бензол, аммиак. Из толуола делают красители, тротил и сахарин.
Газообразные – пиролизный газ. Альтернативный источник энергии и тепла.

При переработке ископаемого можно получить следующие продукты, используемые в промышленности:

ванадий, серу, цинк, свинец;
ксилол и бензол – используются в лакокрасочной промышленности;
твердое топливо, идущее на обогрев домов и обеспечивающее работу предприятий;
жидкое топливо – получается при сжижении твердого;
светильный газ, применяемый для освещения;
золу – применяется в строительстве.

Ископаемое относится к 4-му классу опасности, как легковоспламеняющееся вещество, способное к нагреву.

Для личного использования ископаемые применяют с целью получения тепла. Там, где мало древесины или сложно заготовить дрова, можно топить баню углем. Во многих домах до сих пор стоят печи. Помещения, отапливаемые с помощью каменного угля, хорошо прогреваются и приемлемы даже для суровых зим.

Разжечь каменный уголь непросто – нужны охапка дров, древесная щепа или лучины, солома, бумага. Сначала укладывают несколько дров, на них – щепу (лучины), сверху – солому. Поджигают бумагу, с ее помощью – солому. Далее постепенно загорается древесина. Остальные дрова подкладывают по мере освобождения места. В самый жар кладут каменный уголь. Процесс подготовки окупается длительным временем сгорания и хорошей теплоотдачей.

В качестве удобрения золу каменного угля не применяют – в ней мало питательных веществ, могут быть примеси тяжелых металлов. Единственное приемлемое решение – использование на высоко щелочных почвах для нормализации кислотности – зола закисляет грунт.

Некоторые люди предлагают жарить шашлык на нем, но делать этого не стоит.

Предлагаем посмотреть зарубежную передачу о том, какая ситуация сложилась с полезным ископаемым в Европе:

Стоимость ископаемого

Каменный уголь – недорогое ископаемое. Антрацит стоит от 8000 до 11000 рублей за тонну, длиннопламенный уголь мелкой фракции можно купить за 4000–6000 рублей.

Каменный уголь – универсальное и удивительное по функциональности для человека творение природы. Он помогает производить много используемых повседневно вещей, а также топить дома и бани.

Вам доводилось использовать каменный уголь? Поделитесь статьей с друзьями и знакомыми.

Каменный уголь считается одним из важных ископаемых видов топлива. Несколько веков назад его широкое использование послужило толчком к началу промышленной революции. В современном мире он стал наиболее быстрорастущим энергетическим ресурсом, опережая газ, нефть, атомную и гидроэнергетику, а также любые возобновляемые источники.

Образование и свойства

Уголь — горючее полезное ископаемое, представляющее собой изменённые остатки доисторической растительности, которые изначально накапливались в болотах и торфяниках. Древняя флора консолидировалась между другими слоями осадочных пород и преобразовывалась под воздействием давления и тепла на протяжении миллионов лет.

Таким образом под действием физических сил образовывались пласты и формировался состав каменного угля, включающий углерод (90%), водород (5%) и другие незначительные примеси. Поскольку углерод всё же преобладает, то химическая формула вещества обозначается С — первой буквой латинского слова Carbo.

Происхождение каменного угля подтверждается не только с помощью геологических исследований и методов химического анализа, но и многочисленными находками. В залегающих глубоко под землёй пластах очень часто встречаются отпечатки листьев доисторических папоротников и живых организмов. Активированный уголь является древесным и к ископаемому топливу отношения не имеет.

Плотность угля изменяется, в зависимости от его ранга и содержания минеральных примесей, снижающих теплотворную способность. Этот показатель имеет важное значение для определения методов обогащения (очистки от примесей).

Относительная плотность измеряется как удельный вес, представляющий собой отношение массы объекта к массе равного объёма воды при t 4 °C. Этот показатель для воды соответствует единице, а значит материалы с удельным весом менее 1 не тонут. Поскольку величина варьируется, в зависимости от ранга, её можно определить для разных марок угля:

антрацит — 1,47;
битумный — 1,32;
суббитуминозный — 1,3;
бурый — 1,29.

Эти цифры имеют непосредственное отношение к процессу обогащения потому, что примеси значительно изменяют стандартные характеристики. Например, удельный вес пирита (золото дураков), представляющего собой обычную примесь и основной источник серы в угле, составляет от 4,9 до 5,2. Поскольку пирит гораздо плотнее угля, для его удаления используются методы разделения по плотности.

Роль в истории

О свойствах каменного угля люди знали ещё в далёком прошлом. Историки считают, что впервые в коммерческих целях его начали использовать в Китае. Есть свидетельства, что древняя шахта на северо-востоке страны предоставляла это топливо для выплавки меди и литья монет около I тысячелетия до нашей эры. Одна из самых ранних записей на территории Европы была сделана греческим учёным и философом Аристотелем, который упоминал уголь как камень.

Специфические шлаки, найденные среди римских руин в Англии, указывают на активное использование энергии угля до 400 г. до н. э. Хроники Средневековья предоставляют первые упоминания не только о разработке ископаемого карьерным способом, но и его транспортировке морским путём.

Однако широкая добыча началась во время промышленной революции XVIII—XIX вв. , когда спрос на уголь значительно вырос. Этому во многом способствовал усовершенствованный паровой двигатель Джеймса Уатта, запатентованный в 1769 году. Кроме того, в этот период многократно увеличилось изготовление чугуна и стали, требовавшихся для строительства железных дорог, станков и механизмов.

В 1960-х годах нефть обогнала уголь в качестве крупнейшего источника первичной энергии с огромным ростом в транспортном секторе. Несмотря на конкуренцию, он продолжает занимать важное положение в мировой структуре производства электроэнергии, обеспечивая более трети глобальной потребности. Большие объёмы коксующихся углей применяются в металлургической промышленности.

Запасы и основные месторождения

Запасы угля обнаруживаются в результате геологоразведочных работ. Процесс включает создание геологической карты местности, проведение геохимических и геофизических исследований с последующим разведочным бурением. Территория становится шахтой и горные работы начинаются только в том случае, если месторождение располагает довольно большими и качественными пластами, а их разработка станет рентабельной.

Согласно данным BP Statistical Review, мировое потребление угля в 2018 г. составило 3,732 млн тонн в нефтяном эквиваленте и последние 10 лет растёт на 0,8% ежегодно. К крупнейшим потребителям относятся:

Китай — около 51% мировой добычи.
Индия — 11%.
США — 8,8%.
ЕС — 6,3%.
Япония — 3,2%.
Россия — 2,5%.
Южная Корея — 2,3%.

При этом более 80% объёма мировых доказанных запасов угля находятся на территории всего 10 государств. Расположены они преимущественно в северном полушарии. Список возглавляют США, имея 25% разведанных залежей. Россия находится на втором месте, а Китай — на третьем. Четвёртым рекордсменом считается Австралия, за которой следуют Индия, Германия, Украина и т. д.

Угольные месторождения называются бассейнами и являются важным национальным ресурсом, обеспечивающим государственную экономику во многих отраслях. Наиболее крупные из них (запасы в миллиардах тонн):

Аппалачский (284) — расположен в США.
Донецкий (141) — находится на территории Украины, ДНР, ЛНР и России.
Тунгусский (2,299) — самый крупный в России и мире.
Таймырский (217) — на севере Российской Федерации.
Ленский (1,647) — Россия.
Печорский (265) — Россия.
Кузбасский (635) — Россия.
Рурский (287) — находится на западе Германии.
Иллинойский (365) — США.
Канско-Ачинский (638) — расположен на территории РФ.

По приблизительным оценкам ископаемого топлива хватит примерно на 190 лет, однако эта цифра в будущем может измениться. Более совершенные и точные технологии геологоразведки помогают обнаружить новые залежи. Кроме того, не исключено появление методов добычи, позволяющих достигать недоступных ранее пластов.

Способы извлечения из недр

Выбор способа добычи зависит от геологических и природных условий, наличия инфраструктуры, экономических и социальных предпосылок. Основное внимание обращается на следующие факторы:

количество, качество, толщину и угол наклона пластов, глубину их залегания;
характер и толщину межпластовых осадочных пород;
особенности поверхностного рельефа;
доступность транспортных, энергетических сетей и предприятий переработки;
экологические последствия;
форма собственности на земельный участок и его текущее использование.

Все эти данные служат для определения рентабельности будущего предприятия, а также помогают сделать выбор между поверхностной и подземной добычей. Анализ мирового производства показывает, что по количественным показателям оба метода примерно равны, но зависят от сорта угля:

антрациты составляют около 10% от мировой добычи и разрабатывается подземным способом;
буроугольные пласты (25%) чаще всего извлекаются из карьеров;
битумные угли (65%) добываются обоими методами примерно в равных пропорциях.

Открытый способ считается более дешёвым и менее опасным, но весьма вредным для окружающей среды. Его применяют в тех случаях, когда ископаемое залегает на глубине не более 100 м. Уголь извлекают из карьеров с помощью специальной техники: грейдеров, бульдозеров, экскаваторов и большегрузных самосвалов. Высота некоторых машин может сравниться с многоэтажным зданием.

Закрытым способом разрабатывают наиболее ценные марки угля и это оправдывает экономические издержки, связанные со строительством и эксплуатацией шахт. Например, самый ценный антрацит поднимают с глубины более 1,5 км. Эта технология заключается в бурении вертикального ствола, от которого отводятся горизонтальные и наклонные выработки, ведущие к продуктивным пластам. Шахтёрский труд всегда был очень опасным из-за обвалов, выбросов метана и тяжёлых условий, но в нынешнее время он всё больше автоматизируется и место людей занимают угледобывающие комбайны и другая техника.

Воздействие на окружающую среду

Хотя уголь вносит важный вклад в экономическое и социальное развитие во всём мире, его добыча и потребление наносит ощутимый вред окружающей среде. Например, карьерные разработки затрагивают большие площади земли, вызывают эрозию почв, распространение пыли, загрязнение воды, плохо сказываются на местном биоразнообразии.

Подземная добыча предполагает организацию отвалов, внутри которых долгие годы происходят вредные термические процессы и повышается радиационный фон. Шахты опасны возможными провалами грунта и изменением водного баланса местности.

Рекультивация разработок занимает много времени и требует финансовых затрат. Основная её цель состоит в восстановлении нарушенной продуктивной способности земель. Различные программы включают утилизацию отвалов, воспроизводство лесов, сельскохозяйственных угодий и рекреационных зон.

Серьёзную опасность представляют продукты сгорания угля. К ним относятся токсичные оксиды азота (NO и NO2), вызывающий кислотные дожди диоксид серы (SO2), а также углекислый газ (СО2), считающийся основным виновником парникового эффекта в атмосфере планеты. Кроме того, в воздух попадают золы и другие твёрдые частицы.

Несмотря на всеобщую озабоченность по поводу загрязнения воздуха в результате выбросов, в ближайшем будущем использование угля будет продолжаться. Поэтому правительства и учёные разных стран не перестают прилагать большие усилия для поиска более эффективных технологий использования этого ценного сырья.

Читайте также: