Виды каменного угля
Общепринятого разделения угля на виды не существует. В разных странах используются свои системы.
В России уголь разделяют на 3 вида в соответствии с ГОСТ 32464-2013:
- Бурый
- Каменный
- Антрацит
Все три относятся к так называемым ископаемым углям. Они образовались из растительных останков. Миллионы лет назад на болотах разложившиеся растения превращались в торф. Из торфа образовался бурый уголь, затем каменный уголь и в конце концов – антрацит.
Процесс превращения торфа в уголь называется метаморфизмом, или углефикацией. Подробнее об этом вы можете прочитать в нашей статье Как образовался каменный уголь.
Кроме того, есть еще древесный уголь, кокс и полукокс. О них мы в этой статье говорить не будем, потому что эти разновидности получают искусственным путем после обработки древесины либо каменного угля. А ископаемый уголь – это осадочная горная порода.
Далее мы опишем все три вида ископаемых углей, расскажем об их особенностях, отличиях и назначении. Есть и более сложное разделение этого материала на марки, классы, типы и так далее. С разными классификациями материала вы можете ознакомиться на страницах Марки угля и Классы, категории, типы и подтипы угля.
Бурый уголь
Бурый уголь – это наиболее молодой вид полезного ископаемого. Он образовался приблизительно 50 миллионов лет назад, в конце Мезозойской и начале Кайнозойской эр. Лишь в некоторых бассейнах (например, Подмосковном) возраст пластов больше. Материал считается переходным от торфа к каменному углю. Исходными растениями для него стали хвойные и лиственные деревья, болотные кустарники и травы.
Залегает бурый уголь близко к поверхности земли (100-500 м). Поэтому его добывают в основном открытым способом. Первое место по добыче этой разновидности занимает Германия, второе – Россия. Самый крупный бассейн с бурым углем в нашей стране – Канско-Ачинский, расположенный на территории Красноярского края и частично в Иркутской и Кемеровской областях.
Цвет полезного ископаемого колеблется от светло-коричневого до практически черного; если провести углем по светлой поверхности, он оставит на ней бурую черту. Структура материала плотная, нередко заметны элементы растений или древесины. Блеск у него чаще всего матовый, прочность средняя либо низкая, излом раковистый (в форме мелких волн, напоминает морскую раковину), землистый (похож на комок земли).
По внешним признакам бурый уголь разделяют на:
- Обыкновенный плотный
Это разновидность с однородной структурой, имеет землистый излом и матовый блеск. - Землистый
Уголь с выраженным бурым оттенком, низкой плотностью, легко истирается в порошок. - Смолистый
Материал с высокой плотностью, темно-бурого, черного или синеватого цвета со смолянистым блеском. - Битумизированное дерево, или лигнит
В таком угле хорошо сохранена древесная структура. Иногда встречаются обуглившиеся пни или стволы. Их можно обрабатывать как обычное дерево. - Листоватый, бумажный, или дизодил
Он тонкослойный, легко разделяется на тоненькие пластинки (листки). По структуре напоминает истлевшие растения или бумагу. - Торфяной
Это войлочная рыхлая масса, напоминающая по своей структуре торф. В таком угле много различных примесей, пласты в некоторых местах переходят в квасцовый грунт.
Для более точного определения вида полезного ископаемого изучают его состав и свойства. После обработки гидроксидом натрия (каустической содой) бурый уголь дает темно-коричневую жидкость. При нагревании до высоких температур в среде без кислорода (сухой перегонке) образуется свободный или связанный с уксусной кислотой аммиак.
Влажность материала колеблется от 40% до 70%. Этот показатель используют, чтобы отличить бурый уголь от торфа. У последнего влажность в естественных условиях превышает 70%.
Бурый уголь – это продукт начальной стадии превращения торфа в твердое полезное ископаемое. Поэтому его плотность ниже, чем у других видов, всего 1200-1500 кг/м3. Материал еще недостаточно уплотнился под давлением осадочных пород и вследствие химических процессов.
Теплота сгорания бурого вида угля – до 24 МДж, или 4000-5500 ккал (у антрацита и каменного угля она 7000-9000 ккал). Показатель у материала низкий из-за высокой зольности и небольшого количества углерода в составе породы. При сжигании выделяется много летучих веществ, топливо дымит и оставляет большой объем золы.
Основные элементы бурого угля:
- Углерод (С) – 50-77% (усредненное значение 63%)
- Кислород (О2) – 26-37% (32%)
- Водород (Н) – 3-5%
- Азот (N) – 0-2%
Зольность материала достигает 25-40%.
Основные компоненты твердого минерального остатка:
- Диоксид кремния (SiO2) – 30-60%
- Оксид алюминия (Al2O3) – 10-20%
- Оксид кальция (Ca2O) – 7-17%
- Оксид железа (Fe2O3) – 8-15%
В буром угле встречаются такие редкие элементы как уран и германий. Существуют способы их получения из этой породы.
Макрокомпоненты бурого угля:
- Витринит – 80-98%
Витринит – основной органический компонент углей, продукт превращения целлюлозы и лигнина. В древних отложениях юрского периода на территории Средней Азии 45-82% составляет фюзинит (продукт распада растений в присутствии кислорода, имеет пористую структуру). - Гуминовые кислоты – от 2-3% до 64%
Эти вещества – продукты распада органики – характерны для торфа, но сохраняются в буром угле и свидетельствуют о его неполной углефикации. - Смолы – 5-25%
- Горный воск или парафин – 50-75%
- Бензольные соединения – 5-15%
- Летучие вещества – до 50%
Они представляют собой газообразные вещества, которые выделяются при нагревании.
Благодаря наличию некоторых макрокомпонентов, этот материал используют в качестве сырья для получения смол, воска, ароматических соединений (бензолов).
Бурый уголь плохо хранится. На открытом воздухе он окисляется и теряет влагу. Поэтому через несколько месяцев он становится менее прочным, рассыпается на мелкие куски или пыль.
Используют бурый уголь в основном для отопления. На нем работают некоторые ТЭЦ. Качество его ниже, чем у каменного угля или антрацита, но потребителей привлекает цена. Применяется бурый уголь и в химической промышленности для получения жидкого топлива, некоторых органических веществ.
Каменный уголь
Самым популярным видом угля считается каменный. По степени метаморфизма он занимает среднее положение между бурым и антрацитом. Образовался вид 300-350 миллионов лет назад, в Протерозойскую и Палеозойскую эры. Самые молодые залежи относят к юрскому и меловому периодам. Расположены они на глубине от 500 м до 3 км, хотя встречаются пласты и на поверхности. Добывают уголь в основном закрытым способом и реже – открытым.
Каменный уголь – это черная матовая или блестящая порода с раковистым изломом. По характеру блеска материал разделяют на:
- Блестящий
- Полублестящий
- Полуматовый
- Матовый
Если провести каменным углем по светлой поверхности, он оставит на ней черный след. Структура у материала однородная, слоистая. Иногда внутри встречаются обуглившиеся останки растений. Под микроскопом в породе можно заметить споры, кутикулу.
Данный вид полезного ископаемого подразделяется на 15 марок с разной степенью метаморфизма, составом и свойствами. Подробнее об этом читайте на нашей странице Марки угля.
В каменном угле меньше парафинов (восков) и смол, чем в буром. Большинство органических соединений материала имеют циклическую структуру.
Элементарный состав этой разновидности:
- Углерод – 75-92%
- Кислород – 1,5-15%
- Водород – 2,5-5,7%
- Азот – 1-25%
- Сера – 0,5-4%
Основные характеристики материала:
- Зольность – от 2% до 40%
- Количество летучих веществ колеблется от 8% до 48%
- Влажность низкая, от 1% до 12%
- Показатель высшей теплоты сгорания – 30-37 МДж, или 7000-8800 ккал
- Реакция нейтральная, уголь не реагирует со слабыми растворами щелочей
Главные области применения каменной разновидности – энергетика и металлургия. Его закупают как топливо для ТЭЦ, частных домов и котельных. Незначительная часть применяется в химической промышленности, фармацевтике, для изготовления фильтров.
Антрацит
Антрацит – самый древний среди всех видов угля и считается конечным продуктом метаморфизма. Цикл превращения растительных остатков в антрацит занимает более 400 миллионов лет. Иногда материал рассматривают как переходный между углем и шунгитом. Шунгит (осадочная горная порода черного цвета) в свою очередь занимает промежуточное положение между антрацитом и графитом.
Залегает антрацит на большой глубине – от 1000 м до 3000-4000 м. Поэтому добывается он закрытым способом. Лишь в отдельных месторождениях его пласты находятся близко к поверхности.
На долю антрацита приходится лишь 3% среди всех мировых запасов угля. Больше всего их в Китае. Россия занимает второе место. Антрацит есть в Кузнецком, Таймырском, Тунгусском бассейнах.
На вид это порода черного или черно-серого цвета с ярким металлическим блеском. У антрацита высокие плотность (1500-1700 кг/м3) и вязкость, низкая спекаемость (способность переходить в пластическое состояние при нагревании без доступа кислорода). Он проводит электрический ток и притягивается магнитом.
Больше всего антрацит ценится за энергетические свойства. Его высшая теплота сгорания 35-40 МДж (8000-9000 ккал). При сжигании материал не дымит, практически не дает пламени и неприятного запаха. Выход летучих веществ у него не превышает 8% (чаще 3-4%), влажность всего 1-3%.
Элементарный состав антрацита:
- Углерод – 94-97%
- Кислород – 1-1,5%
- Водород – 1-3%
- Азот – 1-1,5%
- Сера – 0,6-1%
- Фосфор – 0,01-0,02%
В зависимости от содержания углерода, антрацит разделяют на 3 сорта:
- Стандартный (SG)
- Высокого качества (HG)
- Сверхвысокого качества (UHG)
Основная сфера применения антрацита – энергетика (топливо для ТЭЦ). Материалом сверхвысокого качества заменяют кокс в доменных печах. Из антрацита делают фильтры, электроды, порошок в угольных микрофонах.
Ископаемый уголь – это очень неоднородный по своей структуре и свойствам материал. Поэтому у него очень много разных классификаций. В этой статье мы рассказали лишь об одной – виды угля по происхождению.
Если вы хотите узнать, какие еще классификации материала существуют, рекомендуем вам ознакомиться с другими статьями из этого раздела:
- Как выбрать уголь
- Классы, категории, типы и подтипы угля
-
Марки угля
- Уголь марки А (антрацит)
- Уголь марки Б (бурый)
- Уголь марки Г (газовый)
- Уголь марки ГЖ (газовый жирный)
- Уголь марки ГЖО (газовый жирный отощённый)
- Уголь марки Д (длиннопламенный)
- Уголь марки ДГ (длиннопламенный газовый)
- Уголь марки Ж (жирный)
- Уголь марки К (коксовый)
- Уголь марки КЖ (коксовый жирный)
- Уголь марки КО (коксовый отощённый)
- Уголь марки КС (коксовый слабоспекающийся)
- Уголь марки КСН (коксовый слабоспекающийся низкометаморфизованный)
- Уголь марки ОС (отощённый спекающийся)
- Уголь марки СС (слабоспекающийся)
- Уголь марки Т (тощий)
- Уголь марки ТС (тощий спекающийся)
- Фракции угля
- Генетическая классификация угля (петрографический состав)