Mining world russia 2020

Алан-э-Дейл       20.10.2022 г.

Происхождение залежей

Наиболее крупные бассейны и месторождения бурых углей характерны для мезозойско-кайнозойских отложений. Исключение составляют нижнекаменноугольные бурые угли Восточно-Европейской платформы (Подмосковный бассейн). В Европе залежи бурых углей связаны почти исключительно с отложениями неоген-палеогенового возраста, в Азии — преимущественно юрского, в меньшей степени мелового и палеоген-неогенового, на остальных континентах — мелового и палеоген-неогенового. В России основные запасы бурых углей приурочены к юрским отложениям.

Значительная часть бурых углей залегает на небольших глубинах в угольных пластах (залежах) мощностью 10-60 м, что позволяет отрабатывать их открытым способом. На отдельных месторождениях мощность залежей 100—200 м.

Материалом для образования бурого угля послужили различные пяльпы, хвойные и лиственные деревья и торфяные растения, постепенное разложение которых под водой, без доступа воздуха, под прикрытием и в смеси с глиной и песком, постепенно ведёт к обогащению истлевающих растительных остатков углеродом при постоянном выделении летучих веществ. Одной из первых стадий такого истлевания, после торфа, является бурый уголь, дальнейшее разложение которого завершается превращением в каменный уголь и антрацит и даже графит.

Такой переход растительных остатков от слабо истлевшего состояния торфа через лигнит, бурый, каменный уголь и антрацит, наконец в чистый углерод — графит совершается, конечно, крайне медленно и вполне понятно, что, чем разновидности ископаемых углей богаче углеродом, тем древнее и геологический их возраст. Графит и шунгит приурочены к азойской группе, антрацит и каменный уголь — к палеозойской, а бурый уголь к мезозойской и преимущественно кайнозойской. Впрочем, каменный уголь встречается также и в мезозойских отложениях и, ввиду существования постепенного перехода между бурым и каменным углем, многими принято ископаемые угли моложе меловой системы называть бурым углем, а более древние — каменным углем, хотя по своим признакам они и заслуживали бы скорее названия бурого угля.

Общие мировые ресурсы бурых углей оцениваются (до глубины 600 м) в 4,9 трлн т (1981), из них точно подсчитаны 1,3 трлн т, измеренные 0,3 трлн т. Основные запасы сосредоточены в России, Германии, Чехословакии, Польше и Австралии. Из них Германия является основным поставщиком бурых углей, Россия на втором месте.

Уголь: разновидности и характеристики

Угли в первую очередь различаются по происхождению. В качестве энергоносителя используют древесный уголь, который получают путем пережигания древесины, а также ископаемое топливо.

Ископаемые угли — топливо, созданное природой. Они состоят из остатков древних растений и битумных масс, которые подверглись целому ряду превращений в процессе опускания под землю на большие глубины. Преобразование исходных веществ в эффективное топливо протекало при высоких температурах и в условиях дефицита кислорода под толщей земли. К ископаемым видам топлива относится бурые и каменные угли, а также антрацит.

Бурые угли

Среди ископаемых углей наиболее молодые — бурые угли. Свое название топливо получило за бурый цвет. Данный вид топлива характеризуется большим количеством летучих примесей и высоким содержанием влаги — до 40%. При этом количество чистого углерода может достигать 70%.

Из-за повышенной влажности у бурого угля низкая температура горения и невысокая теплоотдача. Воспламеняется топливо при 250°С, а температура горения бурых углей достигает 1900 °С. Теплота сгорания составляет приблизительно 3600 ккал/кг.

Как энергоноситель бурый уголь в естественном виде уступает дровам, поэтому его редко применяют для печей и твердотопливных агрегатов в частных домах. Но устойчивым спросом пользуется брикетированное топливо.

Бурые угли

Бурый уголь в брикетах — это топливо, прошедшее специальную подготовку. За счет снижения влажности повышается его энергоэффективность. Теплоотдача брикетированного топлива достигает 5000 ккал/кг.

Каменные угли

Каменные угли старше бурых, их залежи располагаются на глубине до 3 км. В этом виде топлива содержание чистого углерода может достигать 95%, а летучих примесей — до 30%. Влаги этот энергоноситель содержит не более 12%, что положительно влияет на теплоэффективность полезного ископаемого.

Температура горения каменного угля в идеальных условиях достигает 2100°С, но в отопительной печи топливо сжигается максимум при 1000°С. Теплоотдача каменноугольного топлива составляет 7000 ккал/кг. Его сложнее разжечь — для воспламенения требуется нагрев до 400°С.

Каменноугольный энергоноситель чаще остальных применяется для обогрева жилых домов и зданий иного назначения.

Каменный уоль

Антрацит

Самое древнее твердое ископаемое топливо, которое практически не содержит влаги и летучих примесей. Содержание углерода в антраците превышает 95%.

Удельная теплоотдача топлива достигает 8500 ккал/кг — это высший показатель среди углей. В идеальных условиях антрацит сгорает при 2250°С. Воспламеняется он при температуре не менее 600°С — это показатель для самых низкокалорийных видов. Для розжига требуется использовать дрова, чтобы создать необходимый нагрев.

Характеристики антрацита

Антрацит в первую очередь промышленное топливо. Его использование в печи или котле нерационально и дорого. Помимо высокой теплоотдачи к преимуществам антрацита относится низкая зольность и малодымность.

Какой уголь используют для отопления

В России и странах СНГ действует система, принятая еще в 1988 году. Классифицируют уголь согласно ГОСТ 25543-88, который подразделяется на 7 категорий. Для отопления используют только некоторые:

Длиннопламенный уголь (Д). Свое название получил благодаря длительному процессу горения с выделением большого количества тепла (5600-5800 ккал/кг). Для его розжига и горения не требуется специального обдува, потому длиннопламенные угли часто используются в бытовых котлах на твердом топливе. В зависимости от размеров бывает:

  • ДПК — плитный крупный — размеры кусков 50-200 мм;
  • ДПКО — плитный кулак-орех — размеры кусков 25-100 мм;
  • ПО — орех — 26-50 мм;
  • ДМ — мелкий — размеры 13-25 мм;
  • ДС — семечка — 6-13 мм;
  • ДР — рядовой — нет стандартных размеров.

Длиннопламенный уголь — оптимальный для отопления: пламя длинное (похожее «выдают» дрова), выделяется много тепла, разжигается и горит легко — для нормального горения достаточно естественной тяги. Относительно невысокая его стоимость в сочетании с отличными характеристиками и обусловили популярность этой марки угля. Его закупают не только для отопления частных домов, но и для котельных образовательный и медицинских учреждений. Причем используется топливо любой фракции: от крупных «К» до мелких «М».

Уголь маркируют не только по маркам но и по размерам

Длиннопламенный газовый (ДГ). Отличается от марки Д большей теплотворной способностью. Используют для отопления частных домов все фракции: от «крупный» до «рядовой». Более требователен чем длиннопламенный к условиям хранения, т.к. более интенсивно выветривается.

Антрацит (А). Выделяет много тела, имеет малую зольность (зольный остаток 10%), горит долго и ровно, дым при горении — белый (все остальные марки «дают» черный дым). Несмотря на высокие показатели однозначно рекомендовать его для отопления частных домов нельзя: антрацит имеет высокую стоимость и его тяжело разжигать.

В некоторых случаях покупают тощие угли «Т», жирные «Ж» или слабоспекающиеся «СС». Остальные классы имеют преимущественно промышленное использование. Их используют в энергетике и металлургии, некоторые марки для коксования и обогащения

При выборе угля нужно обращать внимание не только на его характеристики, но и на стоимость доставки. Если в вашем регионе не продают длиннопламенный или антрацит, то скорее всего вам придется обходится тем, что представлен на рынке

Обращать внимание нужно и на рекомендации производителей вашего котла: в документах обычно указываются марки, под которые проектировалось оборудование. Их и нужно использовать.

Подбирая уголь для печи, ориентируйтесь не только на его характеристики

Стоит обратить внимание и на стоимость доставки и на рекомендации производителей котлов. Для повышения комфортности и в целях экономии многие предпочитают иметь несколько фракций: растапливать удобнее фракцией  «орех» или «крупный», а на длительное горение засыпать «семечко»

На самые холодные периоды запасают некоторое количество антрацита, который хоть и тяжело разжигается, но в разогретом котле горит долго и жарко

Для повышения комфортности и в целях экономии многие предпочитают иметь несколько фракций: растапливать удобнее фракцией  «орех» или «крупный», а на длительное горение засыпать «семечко». На самые холодные периоды запасают некоторое количество антрацита, который хоть и тяжело разжигается, но в разогретом котле горит долго и жарко.

Если послушать людей с опытом, то говорят, лучший эффект дает следующая последовательность засыпки топлива в котел: растопить длиннопламенным, затем засыпать антрацита фракции «орешек» — он долго горит вы дает много тепла, а на ночь печь добавить «семечки», которая будет гореть до утра.

Порядок растопки кирпичных печей рекомендуют другой: растапливают печь дровами, когда хорошо разгорится, засыпают «семечкой» или угольными брикетами (поддувало и заслонку открыть для лучшего поступления кислорода). Если в семечке много пыли, ее можно смочить водой — так она разгорается легче. Когда жара в печи достаточно, можно использовать «кулак».

Формулы горения

Температуры воспламенения разных видов топлива (нажмите для увеличения)

При загорании топлива (дрова, уголь) идет химическая реакция с выделением тепла.

Двуокись углерода вступает в реакцию с углеродом топлива в верхних слоях, образуя окись углерода.

На этом процесс горения не заканчивается, ведь поднимаясь вверх в топочном пространстве, окись углерода вступает в реакцию с кислородом из воздуха, приток которого происходит через поддувало или открытую дверцу топки.

Ее сгорание сопровождается синим пламенем и выделением тепла. Образующийся угарный газ (двуокись углерода) поступает в дымоход и улетает через трубу.

Полезно знать:

когда над топливом исчезают голубые язычки пламени, тогда можно закрыть заслонку дымохода, чтобы тепло не уходило через трубу на улицу.

Тление с минимальным притоком кислорода приведет к образованию неядовитой окиси углерода, давая равномерное тепло.

Месторождения каменного угля

Эльгинское месторождение в Сахе считается самым перспективным для открытой разработки. Площадь его составляет 246 км2. Месторождения угольные такого типа представляют собой пологую асимметричную складку. Угленосными будут отложения нижнего мела и верхней юры. Ключевые угольные пласты данного месторождения угля заложены в отложениях нерюнгринской и ундыктанской свиты. Угли там в основном полублестящие и с достаточно большим содержанием самого ценного компонента — витринита. Эльгинский каменный уголь при помощи специальной техники можно обогащать, что позволяет получить продукцию с более высоким качеством

Сильные пологие пласты такого каменного угля перекрываются отложениями маленькой мощности, что необычайно важно при добывании ископаемого открытым способом.
 Элегестское месторождение в Туве имеет запасы примерно на 20 миллиардов тонн. И это подтверждают интересные факты о каменном угле

Огромная часть запасов располагается в одном пласте толщиной 6,4 м. Освоение данного месторождения на сегодня продолжается.
Минусинский угольный бассейн расположен в Республике Хакасия. Добывать каменный уголь там начали ещё в 1904 году. К самым крупным месторождениям относят Черногорское и Изыхское. Если верить оценкам геологов, то запасы угля на той территории составляют 2,7 миллиарда тонн. В бассейне преобладают каменные длиннопламенные угли с высокой теплотой сгорания. Уголь такого типа относят к среднезольному. Максимальная зольность является характерной для углей Изыхского месторождения, а минимальная – для углей Бейского месторождения. Добывать ископаемые там помогают как разрезы, так и шахты.
Кузнецкий угольный бассейн – это одно из самых крупных месторождений угля в мире. Кузбасс расположен в южной части Западной Сибири в неглубокой котловине между горами Алатау, Горной Шорией и Салаирским кряжем. Данная территория отнесена к Кемеровской области. Сокращение «Кузбасс» – это второе название области. Там добывают каменный уголь разными методами. На территории этого бассейна расположено 58 шахт и больше 30 разрезов. По качеству топливо «Кузбасса» разнообразное и отнесено к числу лучших углей. Мощность пластов угля, которая преобладает там, от 1,3 до 4,0 метров, но есть и более мощные пласты в 9-15 и даже в 20 метров, а в некоторых местах и до 30 метров. Максимальная глубина таких угольных шахт не превышает 500 метров. Средняя мощность разрабатываемых угольных пластов составляет 2,1 м, но до 25 % шахтной добычи угля приходится на пласты более 6,5 м. 
Третье место по добыче угля занимает Китай. Крупными месторождениями этого государства считаются те, что расположены в угольном бассейне Шаньсина, в Великой Китайской равнине, в Датун и в Янцзы.
Большое количество каменного угля добывают и в Австралии – в штатах Новый Южный Уэльс и Квинсленд.
Крупный добытчик такого полезного ископаемого – Индия, и месторождения там расположены в северо-восточной части страны.
В месторождениях Саксонии и Саара, Рейн-Вестфалии и Бранденбурга в Германии добывают бурый и каменный уголь на протяжении 150 лет.
В Украине тоже есть 3 угольных бассейна: Донецкий, Днепровский и Львовско-Волынский. Там добывают антрациты, коксующийся и газовый уголь.
Достаточно масштабными месторождениями угля считают те, что находятся на территории Канады, Узбекистана, Колумбии, Турции, Северной Кореи, Таиланда, Казахстана, Польши, Чехии и ЮАР.

Образование

Каменный уголь образуется из продуктов разложения органических остатков растений, подвергшихся изменениям (метаморфизму) в условиях высокого давления окружающих пород земной коры и сравнительно высокой температуры.

При погружении угленосной толщи на глубину в условиях повышения давления и температуры происходит последовательное превращение органической массы, изменение её химического состава, физических свойств и молекулярного строения. Все эти преобразования обозначаются термином «региональный метаморфизм угля». На конечной (высшей) стадии метаморфизма каменный уголь превращается в антрацит с ярко выраженной кристаллической структурой графита. Кроме регионального метаморфизма, иногда (реже) имеют место преобразования под воздействием тепла изверженных пород, расположенных рядом с угленосными толщами (перекрывающих или подстилающих их) — термальный метаморфизм, а также непосредственно в угольных пластах — контактовый метаморфизм. Рост степени метаморфизма в органическом веществе каменного угля прослеживается последовательным увеличением относительного содержания углерода и уменьшением содержания кислорода и водорода. Последовательно снижается выход летучих веществ (от 50 до 8 % в пересчёте на сухое беззольное состояние), изменяются также теплота сгорания, способность спекаться и физические свойства угля. В частности, линейно меняются блеск, отражательная способность, насыпная масса угля и другие свойства. Другие важные физические свойства (пористость, плотность, спекаемость, теплота сгорания, упругие свойства и другое) изменяются по ярко выраженным параболическим законам или смешанным.

Как оптический критерий стадии метаморфизма угля используется показатель отражательной способности; он применяется также и в нефтяной геологии для установления стадии катагенных преобразований осадочной толщи. Отражательная способность в масляной иммерсии (R0) последовательно возрастает от 0,5–0,65 % для угля марки Д до 2–2,5 % для угля марки Т.

Плотность и пористость каменного угля зависят от петрографического состава, количества и характера минеральных примесей и степени метаморфизма. Наибольшей плотностью (1300–1500 кг/м³) характеризуются компоненты группы фюзинита, наименьшей (1280–1300 кг/м³) — группы витринита. Изменение плотности с повышением степени метаморфизма происходит параболическим законом с инверсией в зоне перехода к группе жирных; в малозольных проявлениях она снижается от угля марки Д к марке Ж в среднем от 1370 до 1280 кг/м³ и затем последовательно возрастает для угля марки Т до 1340 кг/м³.

Общая пористость угля изменяется также по экстремальным законам; для донецкого угля марки Д она составляет 14–22 %, угля марки К 4–8 % и увеличивается (видимо, вследствие разрыхления) до 10–15 % для угля марки Т. Поры в угле разделяют на макропоры (средний диаметр 500×10–10 м) и микропоры (5–15×10-10 м). Промежуток занимают мезопоры. Пористость уменьшается с увеличением стадии метаморфизма. Эндогенная (развитая в процессе образования угля) трещиноватость, которая оценивается количеством трещин на каждые 5 см блестящего угля, зависит от стадии метаморфизма угля: она возрастает до 12 трещин при переходе бурого угля в длиннопламенный уголь и имеет максимум в 35–60 для коксующегося угля и последовательно уменьшается до 12–15 трещин при переходе к антрацитам. Подчинённые такой же закономерности изменения упругих свойств угля — модуль Юнга, коэффициент Пуассона, модуль сдвига (среза), скорость ультразвука. Механическая прочность каменного угля характеризуется его дробимостью, хрупкостью и твёрдостью, а также временным сопротивлением сжатию.

Процесс горения

В зависимости от вида и сорта топливо делится на короткопламенное и длиннопламенное. К короткопламенным относится антрацит и кокс, древесный уголь.

При сжигании антрацит выделяет много тепла, но для его розжига требуется обеспечить высокую температуру более легко воспламеняемым топливом, например, дровами. Антрацит не выделяет дыма, горит без запаха, пламя у него низкое.

Длиннопламенные виды топлива сгорают за два этапа. Сначала выделяются летучие газы, которые сгорают над слоем угля в пространстве топки.

После выгорания газов начинает сгорать оставшееся топливо, превратившееся тем временем в кокс. Кокс горит на колосниках коротким пламенем. После выгорания углерода остается зола и шлаки.

Классификация углей. Виды, классы, категории, типы, подтипы и пр. ископаемых углей:

В основе классификации ископаемых углей лежит следующий комплекс параметров:

– среднее значение произвольного показателя отражения витринита, в %,

– высшая теплота сгорания на влажное беззольное состояние, в МДж/кг,

– выход летучих веществ на сухое беззольное состояние, в %,

– сумма фюзенизированных компонентов на чистый уголь, в %,

– максимальная влагоемкость на беззольное состояние, в %,

– выход смолы полукоксования на сухое беззольное состояние, в %,

– толщина пластического слоя, в мм,

– показатель свободного вспучивания, в ед.,

– объемный выход летучих веществ на сухое беззольное состояние, в см/г,

– показатель анизотропии отражения витринита, в %.

Данные параметры определены ГОСТом 25543-2013 «Угли бурые, каменные и антрациты. Классификация по генетическим и технологическим параметрам».

В зависимости от величины среднего показателя отражения витринита, высшей теплоты сгорания на влажное беззольное состояние и выхода летучих веществ на сухое беззольное состояние (т.е. в зависимости от первых трех параметров) различают три вида ископаемого угля: бурый уголь, каменный уголь и антрацит. См. таблицу ниже.

Таблица 1. Разделение ископаемых углей на виды.

Вид угля Средний показатель отражения витринита, % Высшая теплота сгорания на влажное беззольное состояние, МДж/кг Выход летучих веществ на сухое беззольное состояние, %
Бурый уголь Менее 0,60 Менее 24
Каменный уголь От 0,40 до 2,59 включительно 24 и более 8 и более
Антрацит От 2,20 и более Менее 8

Бурый уголь – это уголь низкой стадии метаморфизма с показателем отражения витринита менее 0,60% при условии, что высшая теплота сгорания (на влажное беззольное состояние угля) составляет менее 24 МДж/кг.

Каменный уголь – это уголь средней стадии метаморфизма с показателем отражения витринита от 0,40% до 2,59% при условии, что высшая теплота сгорания (на влажное беззольное состояние угля) равна или выше 24 МДж/кг, а выход летучих веществ (на сухое беззольное состояние угля) равен 8% и более.

Антрацит – это уголь высокой стадии метаморфизма с показателем отражения витринита 2,20% и выше при условии, что выход летучих веществ (на сухое беззольное состояние угля) не менее 8%.

Но эта классификация углей неполная. Существует еще несколько видов углей, которые в обиходе не встречаются, но используются в специальной и научной литературе. Они представляют разновидности вышеприведенных видов. Например, лигнит, суббитуминозный уголь, а также окисленный уголь (выветрелый уголь). Они приведены в ГОСТе 17070-87 «Угли. Термины и определения».

Лигнит – разновидность бурого угля, представленная ископаемой слабоуглефицированной древесиной бурого цвета, сохранившей анатомическое строение растительных тканей. По внешнему виду лигнит сходен с неизменной древесиной.

Окисленный уголь (выветрелый уголь) – это уголь, изменивший свойства в результате воздействия кислорода и влаги при залегании в пластах или при хранении.

По происхождению ископаемые угли делятся на следующие виды: гумолиты, липтобиолиты и сапропелиты.

Гумолит – уголь, образовавшийся преимущественно из продуктов превращения отмерших высших растений.

Липтобиолит – гумолит, образовавшийся преимущественно из биохимически устойчивых компонентов растений, к которым относятся кутикулы, споры, пыльца, смолистые вещества и пробковые ткани.

Сапропелит – уголь, образовавшийся преимущественно из продуктов превращения отмерших низших растений и простейших животных организмов в анаэробных условиях.

Бурые угли, каменные угли и антрациты в зависимости от генетических особенностей делят на:

– классы – по среднему показателю отражения витринита,

– категории – по содержанию фюзенизированных компонентов на чистый уголь.

Ископаемые угли в зависимости от технологических особенностей делят на типы и подтипы – по остальным параметрам.

Класс, категория, типы и подтип ископаемого угля отражается в его кодировке, состоящей из 7 цифр. Это принято для удобства, чтобы четко определить физические и химические характеристики и свойства угля.

Что получают из каменного угля

     Вам, конечно, известно, что каменный уголь является топливом, использующимся, как в быту, так и в промышленности. Каменный уголь – первый ископаемый материал, который стал использоваться как топливо. Именно благодаря углю произошла промышленная революция. В XIX веке много угля потребляли транспортные средства. В 1960 году мировое производство энергии на 50% зависело от угля. Однако к 1970 году его доля снизилась до одной трети: более популярными источниками энергии стали нефть и газ.    Однако этим область применения угля не ограничивается. Каменный уголь является ценным сырьем для металлургической и химической промышленности.      Угольная промышленность обеспечивает коксование угля. Коксохимическими заводами потребляется до четверти от добываемого угля. Коксованием перерабатывается каменный уголь при помощи нагревания до 950-1050°С без доступа кислорода. Разлагаясь, уголь образует твердый продукт – кокс и летучий продукт – коксовый газ.     Масса кокса составляет 75-78% от массы перерабатываемого угля. С помощью этого материала выплавляют чугун, кроме того, его используют в качестве топлива.     Масса коксового газа составляет 25% от массы угля. Образующиеся при коксовании угля летучие продукты конденсируют водяным паром, в результате чего выделяется каменноугольная смола и надсмольная вода.    Масса каменноугольной смолы составляет 3-4% от массы угля. Этот продукт является сложной смесью органических веществ. В настоящий момент идентифицировано только 60%  компонентов каменноугольной смолы, а это более 500 веществ! Смолу используют для производства нафталина, антрацена, фенантрена, фенолов и каменноугольных масел.     Из надсмольной воды (ее масса составляет 9-12% от массы угля) отгонкой с паром выделяются пиридиновые основания, фенолы, аммиак. Непредельные соединения, содержащиеся в сыром бензоле, используют для получения кумароновых смол, с помощью которых производятся лаки, краски, линолеум и резина.     Из каменного угля также делают искусственный графит. Каменный уголь может служить неорганическим сырьем. При промышленной переработке из него извлекают такие редкие металлы, как молибден, галлий, германий, ванадий, свинец, цинк, а также серу.     Отходы, полученные при добыче и переработке угля, а также золу от сжигания углей используют в производстве огнеупорного сырья, керамики, стройматериалов, абразивов, глинозема.     В общей сложности, переработанный каменный уголь позволяет получать более 400 различных продуктов, стоимость которых в 20-25 раз превышает стоимость самого угля, при этом стоимость побочных продуктов, получаемых на коксохимических заводах, превосходит стоимость самого кокса.

Кстати…    Уголь является далеко не самым лучшим топливом. У него есть серьезный недостаток: при его сжигании образуются большие выбросы, как газообразные, так и твердые (зола), загрязняющие окружающую среду. В большинстве развитых стран уровень выбросов, допустимых при сжигании угля, жестко контролируется законодательными нормами. Для снижения выбросов применяют различные фильтры.

Гость форума
От: admin

Эта тема закрыта для публикации ответов.