Уголь свойства применение способы добычи бережное отношение

Уголь: состав, применение, способы добычи

Эта горная порода, которая образовывается в толще земной коры, весьма разнообразна. На сегодняшний день выделяют такие ее разновидности, как, к примеру, бурый уголь, антрацит, каменный уголь. Состав угля — это влага и минеральные примеси. Однако что касается влаги, то она существенно снижает теплоту горения.

Состав породы. Химические вещества

Кроме того, что в угле содержится влага, в его состав также входит и такое вещество, как сера. Эта примесь также считается вредной, а содержится она не совсем в чистом виде, а в составе примесей, таких как пирит, кальций, сульфат железа. При применении угля, а точнее, его сжигании с такими примесями в составе, будет образовываться вредное испарение — диоксид серы, или сернистый газ. Он достаточно негативно сказывается на здоровье человека, если им дышать. Он способен вызывать быструю коррозию металла, а также отравлять атмосферу своими испарениями. Стоит отметить, что достаточно малое содержание серы в составе угля, который добывается в Донецком бассейне. Показатель этого вещества — всего 1-2%. Если сравнивать с бассейнами центральных и северных областей, то в них содержание этой вредной примеси только начинается от 3,5%. Полный химический состав сырья выглядит следующим образом:

• наибольшее процентное содержание углерода — от 50 до 96%;
• после углерода следует кислород, содержание которого — от 25 до 37%;
• третьим в этом списке идет водород, его процент составляет от 3 до 6%;
• последнее химическое вещество — это азот, его содержание может быть от 0 до 2,7%.

На сегодняшний день также применяется торф, который является остатками горной породы. Используется он достаточно широко, несмотря на то что считается, по сути, отходом. Здесь стоит отметить, что состав угля этой разновидности отличается тем, что количественное содержание всех вредных примесей, включая серу, значительно меньше. Процентное содержание химического элемента углерода также снизилось до 50-60%.

Уголь бурой породы

Сам по себе бурый уголь — это землистая масса с достаточно большой плотностью, которая образуется из торфа, но при этом отлично сохраняет свою древесную структуру. Применение угля такого типа распространено намного меньше, чем каменного, к примеру. Это обусловлено тем, что при горении он создает коптящее пламя, которое к тому же создает достаточно неприятный запах. Чаще всего применяется он при сухой перегонке. С его помощью удается получить такие вещества, как, к примеру, аммиак с уксусной кислотой. Данная порода считается наиболее молодой из всех остальных разновидностей. Состав угля этого типа следующий:

• как и в предыдущем типе, здесь преобладает углерод — 50-77%;
• содержание кислорода практические то же — 26-37%;
• процент водорода составляет 3-5, а азота 0-2.

Стоит добавить, что сильное развитие технологий привело к тому, что технологи научились получать из этого сырья синтетический газ, который можно использовать, как альтернативу для мазута.

Каменный уголь

Данный ископаемый материал представляет собой переходной материал от бурого угля к антрациту. Отличается он тем, что является отличным топливом, в отличие от бурого вещества. Именно эта порода является наиболее добываемой в наше время. Он получил наибольшее распространение в качестве топлива для теплоэлектростанций, к примеру. Отлично подходит для отопления частных домов, для работы фабрик и т. д. Теплота сгорания, которую имеет этот вид сырья, намного выше, чем у бурого. В качестве вредных примесей в угле этого типа содержится влага в количестве от 3 до 12%. Кроме того, в его состав входит и 32% летучих горящих веществ.

Химический состав отличается от предыдущих видов. Количество углерода намного выше — от 75 до 93%. Содержание кислорода значительно снизилось — 3-19%, содержание водорода осталось приблизительно на том же уровне — 4-6%. Показатель азота все такой же низкий — до 2,7%.

Если задать вопрос, какой уголь лучше, то ответ на него, скорее всего, будет следующий: антрацит. Он отличается тем, что его структура максимально плотная, поверхность немного блестит, а теплота сгорания имеет наилучший показатель. Единственный его недостаток — это то, что загорается он достаточно плохо. Чаще всего он используется для изготовления таких вещей, как угольные электроды, электродная масса. Очень распространено его применение в качестве топливного сырья в отрасли металлургии. Глубина залегания этой породы достаточно велика — 6 км. Из химических веществ содержит углерод в количестве 95-97%, а также водород — от 1 до 3%.

Способ добычи ископаемых

Стоит отметить, что способ добычи очень сильно зависит от расположения месторождения угля, а точнее, от глубины его залегания. В зависимости от этого фактора различают открытый (карьерный) метод и шахтный, закрытый метод. Каждый способ отличается своей технологией, а также преимуществами и недостатками.

Открытый метод добычи

Основное преимущество добычи угля открытым способом — это относительная безопасность. Все дело в том, что он используется только в том случае, если глубина залегания породы не более 100 метров. Другими словами, не создается шахта, которая может обрушиться во время аварии. Сам процесс добычи осуществляется по следующей процедуре.

Для начала необходимо снять верхний слой почвы, которым укрыта порода. Данный слой называется вскрыша, а метод его удаления — вскрышеванием. Данная процедура, в зависимости от типа почвы, проводится при помощи бульдозеров, драглайнов, роторными экскаваторами или скриперами. После того как слой грунта будет убран, можно переходить к дроблению самой породы. Для этого используются дробилки, водяные пушки, бульдозеры и другую технику. Если порода в месторождении угля слишком плотная, то в редких случаях используется буровзрывная отбойка угля. Данный метод добычи обычно охватывает достаточно большую площадь.

Что касается недостатков метода, то они следующие:

• Во-первых, нанесение ощутимого вреда окружающей среде в месте добычи.
• Во-вторых, вся порода, которая добывается таким способом, содержит большое количество вредных примесей в своем составе.

Основные преимущества добычи угля открытым способом, помимо безопасности, — это высокая скорость, а также экономичность.

Второй метод

Закрытый, или же шахтный метод, как можно догадаться, используется в том случае, если порода залегает достаточно глубоко под землей. На равнинной местности до самого пласта с углем формируются вертикальные или же горизонтальные каналы, после чего создается шахта. Если пласт угля находится в горной местности, то местом, вскрывающим выработку, является штольня.

Добыча угля подземным способом может осуществляться при помощи лав или же камерно-столбовым методом. Лавы представляют собой длинные забои. В одной шахте может быть один или несколько таких забоев. В таких забоях уголь рубится на части при помощи выемочного комбайна. Для того чтобы доставить сырье на поверхность, используется этот же комбайн. Он грузит породу на конвейер. Если использовать данный метод, то удается получить практически весь уголь, который содержится в пласте. Если залегание угля не слишком глубокое, то используется камерно-столбовой метод. В таком случае используются столбы и горизонтальные проходы, которые образуются между ними.

В настоящее время в угольной промышленности происходят изменения. Внедряется технология комплексной автоматизированной системы добычи с применением механизированных крепей. Активно разрабатывается метод, который позволит дистанционно управлять, всеми добывающими механизмами.

К преимуществам метода можно отнести следующее:

• полученный уголь будет отличаться очень высоким качеством;
• такой вид добычи гораздо меньше вредит окружающей среде;

Из недостатков стоит выделить то, что этот метод является наиболее опасным способом добычи, а также потребуются значительные финансовые затраты на его исполнение.

Донецкий угольный бассейн

Данный бассейн располагается на территории таких областей, как Донецкая, Луганская, Днепропетровская со стороны Украины. Кроме того, он также находится на территории Ростовской области Российской Федерации. Общая площадь данного бассейна составляет примерно 60 тыс. км 2 , 50 тыс. из которых расположены именно на территории Украины. Если говорить о его протяженности, то она составляет около 650 км в субширотном направлении. При этом его максимальная ширина достигает лишь 200 км. Что касается качества и свойств добываемого угля, то они очень сильно отличаются. Все дело в том, что в Донецком угольном бассейне имеется весь метаморфический ряд этого ископаемого. Другими словами, здесь можно добывать любой уголь — от бурого до антрацита.

Качественный уголь для растопки

Достаточно часто возникает вопрос о том, как определить качество угля, подходящего для растопки твердотопливного котла. Знать всего его свойства необязательно. Нужно обратить внимание на следующее:

• Калорийность, или же теплота сгорания. Данная характеристика описывает, сколько тепла может выдать при сгорании твердое топливо.
• Зольность является основной характеристикой качества сырья. Чем меньше численный показатель данной характеристики, тем качественнее будет уголь, а значит, и тепла при сгорании он выдаст больше. У качественных пород показатель составляет менее 25%.
• Важно следить за влажностью. Она может быть внешней или же внутренней. Внешнюю можно удалить, если просто просушить уголь, а вот внутреннюю — только при сгорании.

Активированный уголь

Структура этого угля пористая, а получают его из других разных углесодержащих материалов, отличающихся органическим происхождением. Углерода в таком сырье будет от 87 до 97%; водород, азот и кислород также присутствуют. По своему химическому составу этот тип угля больше схож с графитом. Кроме того, этот вид сырья можно разделить на несколько классов в зависимости от типа сырья для получения, по способу активации, методу активации и по назначению.

Источник

Уголь каменный: свойства. Каменный уголь: происхождение, добыча, цена

С древних времен каменный уголь человечество использует в качестве одного из источников энергии. И в наши дни это полезное ископаемое применяется достаточно широко. Иногда его называют солнечной энергией, которая законсервирована в камне.

Применение

Уголь сжигают, получая тепло, которое идет для горячей воды и обогрева домов. Полезное ископаемое применяют в технологических процессах выплавки металлов. На тепловых станциях уголь путем сжигания преобразуется в электричество.

Научные достижения позволили использовать это ценное вещество иначе. Так, в химической промышленности успешно освоена технология, позволяющая получить из каменного угля жидкое топливо, а также такие редкие металлы, как германий и галлий. Из ценного ископаемого в настоящее время извлекаются углеграфитовые композиционные материалы с выскокой концентрацией углерода. Также отработаны методы получения пластмассы и газообразного топлива высокой калорийности из угля.

Очень низкую фракцию низкосортного угля и его пыль после переработки прессуют в брикеты. Этот материал отлично подходит для отопления частных домов и производственных помещений. В целом выпускают более четырехсот наименований различной продукции после химической переработки, которой подвергается уголь. Цена на все эти продукты в десятки раз превышает стоимость исходного сырья.

На протяжении нескольких последних столетий человечество активно использует каменный уголь в качестве топлива, необходимого для получения, а также преобразования энергии. Причем потребность в этом ценном ископаемом в последнее время возрастает. Этому способствует развитие химической промышленности, а также необходимость в получаемых из него ценных и редких элементов. В связи с этим в России на сегодняшний день ведется интенсивная разведка новых месторождений, создаются шахты и карьеры, строятся предприятия для переработки этого ценного сырья.

Происхождение ископаемого

В давние времена на Земле был теплый и влажный климат, в котором бурно развивалась разнообразная растительность. Из нее в дальнейшем и образовался каменный уголь. Происхождение этого ископаемого кроется в скоплении миллиардов тонн отмершей растительности на дне болот, где они покрывались наносами. С той поры прошло около 300 млн. лет. Под мощным прессом песка, воды и различных пород растительность медленно разлагалась в бескислородной среде. Под воздействием высоких температур, которые давала близко расположенная магма, происходило затвердевание этой массы, которая постепенно превращалась в каменный уголь. Происхождение всех существующих месторождений имеет только такое объяснение.

Запасы полезного ископаемого и его добыча

На нашей планете имеются большие залежи каменного угля. Всего, по подсчетам специалистов, земные недра хранят в себе пятнадцать триллионов тонн этого полезного ископаемого. Причем добыча каменного угля по своему объему стоит на первом месте. В год она составляет 2,6 миллиарда тонн, или 0,7 тонны на одного жителя нашей планеты.

Месторождения каменного угля в России находятся в различных регионах. Причем в каждом из них полезное ископаемое обладает различными характеристиками и имеет свою глубину залегания. Ниже приведен перечень, в который входят самые крупные месторождения каменного угля в России:

1. Эльгинское месторождение. Оно располагается в юго-восточной части Якутии. Глубина залегания угля в этих местах позволяет осуществлять открытую добычу ископаемого. Это не требует особых затрат, что сказывается на снижении стоимости конечного продукта.
2. Тувинское месторождение. По оценкам экспертов, на его территории находится около 20 млрд. тонн полезного ископаемого. Месторождение весьма привлекательно для разработки. Дело в том, что восемьдесят процентов его залежей располагается в одном пласте, имеющем толщину в 6-7 метров.
3. Минусинские месторождения. Они располагаются в республике Хакассия. Это несколько месторождений, самыми крупными из которых являются Черногорское и Изыхское. Запасы бассейна невелики. По оценкам специалистов, они составляют от 2 до 7 млрд тонн. Здесь добывают очень ценный по своим характеристикам уголь каменный. Свойства полезного ископаемого таковы, что при его сгорании фиксируется очень высокая температура.
4. Кузнецкий угольный бассейн. Это месторождение, расположенное на западе Сибири, дает продукт, используемый в черной металлургии. Уголь, который добывают в этих местах, идет для коксования. Объем залежей здесь просто огромен.
5. Кузнецкий Алатау. Это месторождение дает продукт самого высокого качества. Наибольшая глубина залегания пластов полезного ископаемого достигает пятисот метров. Добыча ведется как в открытых разрезах, так и в шахтах.

Каменный уголь в России добывают в Печорском угольном бассейне. Активно разрабатываются месторождения и в Ростовской области.

Выбор угля для производственного процесса

В различных отраслях промышленности существует потребность в разных марках полезного ископаемого. Какие же отличия имеет уголь каменный? Свойства и качественные характеристики этого продукта колеблются в широких пределах.

Это происходит даже в том случае, если уголь имеет одинаковую маркировку. Дело в том, что характеристики ископаемого зависят от места его добычи. Именно поэтому каждое предприятие, выбирая уголь для своего производства, должно ознакомиться с его физическими характеристиками.

Свойства

Уголь различается по следующим свойствам:

Плотность. Это одна из самых важных характеристик, которая колеблется в районе от 1,28 до 1,53 грамм на кубический сантиметр. При повышении значений плотности увеличивается удельная теплота сгорания каменного угля.

Степень обогащения

В зависимости от цели использования может быть приобретен различный уголь каменный. Свойства топлива при этом становятся понятны, исходя из степени его обогащения. Выделяют:

1. Концентраты. Такое топливо находит применение при получении электро- и теплоэнергии.

2. Промышленные продукты. Их используют в металлургии.

3. Шлам. Это мелкая фракция угля (до шести миллиметров), а также пыль, образующаяся в результате дробления породы. Из шлама формируют брикеты, имеющие хорошие эксплуатационные свойства для бытовых твердотопливных котлов.

Степень углефикации

По данному показателю различают:

1. Бурый уголь. Это тот же каменный уголь, только частично сформированный. Свойства его несколько хуже, чем у более качественного топлива. Бурый уголь выдает низкую теплоту при сгорании и крошится при транспортировке. Кроме того, у него есть склонность к самовозгоранию.

2. Каменный уголь. Этот вид топлива имеет большое количество сортов (марок), свойства которых различны. Его широко применяют в энергетике и металлургии, ЖКХ и химической промышленности.

3. Антрациты. Это наиболее качественный вид каменного угля.

Свойства всех этих форм полезного ископаемого значительно отличаются друг от друга. Так, самой низкой теплотой сгорания характерен бурый уголь, а самой высокой – антрациты. Какой же лучше всего приобрести уголь? Цена должна быть экономически целесообразной. Исходя из этого, стоимость и удельная теплота в оптимальном соотношении находятся у простого каменного угля (в пределах 220 долларов за тонну).

Классификация по размерам

При выборе угля важно знать его размеры. Этот показатель зашифрован в марке полезного ископаемого. Итак, уголь бывает:

— «П» – плитный, который представляет собой большие куски свыше 10 см.

— «К» – крупный, размеры которого составляют от 5 до 10 см.

— «О» – орех, он также достаточно крупный, с размерами фрагментов от 2,5 до 5 см.

— «М» – мелкий, с небольшими кусками в 1,3-2,5 см.

— «С» – семечко – дешевая фракция для длительного тления с размерами в 0,6-1,3 см.

— «Ш» – штыб, представляющий собой по большей части угольную пыль, предназначенный для брикетирования.

— «Р» – рядовой, или бесстандартный, в котором могут быть фракции различных размеров.

Свойства бурого угля

Это наименее качественный каменный уголь. Цена у него самая низкая (около ста долларов за тонну). Бурый уголь образовывался в древних болотах путем прессования торфа на глубине около 0,9 км. Это наиболее дешевое топливо, содержащее большое количество воды (около 40%).

Кроме того, бурый уголь имеет довольно низкую теплоту горения. В нем находится большое количество (до 50%) летучих газов. Если использовать бурый уголь для топки печи, то он по своим качественным характеристикам напомнит сырые дрова. Продукт тяжело разгорается, сильно дымит и оставляет после себя большое количество золы. Часто из этого сырья готовят брикеты. Они обладают неплохими эксплуатационными характеристиками. Их цена находится в пределах от восьми до десяти тысяч рублей за тонну.

Свойства каменного угля

Данное топливо более качественное. Каменный уголь – это горная порода, имеющая черный цвет и матовую, полуматовую или блестящую поверхность.

В этом виде топлива содержится всего пять-шесть процентов влаги, из-за чего оно обладает высокой теплотой сгорания. По сравнению с дубовыми, ольховыми и березовыми дровами каменный уголь дает тепла в 3,5 раза больше. Минусом такого вида топлива является его большая зольность. Цена на каменный уголь летом и осенью находится в пределах от 3900 до 4600 рублей за тонну. Зимой стоимость данного топлива увеличивается на двадцать-тридцать процентов.

Хранение угля

Если топливо предполагается использовать на протяжении длительного срока, то его необходимо разместить в специальном сарае или бункере. Там оно должно быть защищено от прямых солнечных лучей и от осадков.

Если кучи угля большие, то при хранении нужно постоянно контролировать их состояние. Мелкие фракции в сочетании с высокой температурой и влагой могут самовозгораться.

Источник