Главная Осадочные породы Необломочная осадочная порода Coal

Coal

Уголь - это необломочная осадочная порода. Они представляют собой окаменевшие остатки растений огненно-черных и коричневато-черных тонов. Его основным элементом является углерод, но он также может содержать различные элементы, такие как водород, сера и кислород. В отличие от угля полезные ископаемые, он не имеет фиксированного химического состава и кристаллической структуры. В зависимости от вида растительного сырья, разной степени карбонизации и наличия примесей образуются разные виды угля. Есть 4 признанных разновидности. Бурый уголь является самым низким сортом, самым мягким и наименее обугленным. Суббитуминозный уголь имеет цвет от темно-коричневого до черного. Битуминозный уголь является наиболее распространенным и часто сжигается для производства тепла. Антрацит – уголь высшей пробы и наиболее метаморфизованная форма угля. Он содержит самый высокий процент углерода с низким уровнем выбросов и был бы идеальным топливом, если бы не сравнительно меньше.

Уголь в основном используется в качестве топлива. Уголь использовался на протяжении тысячелетий, но его реальное использование началось с изобретения паровых двигателей после промышленной революции. Уголь обеспечивает две пятых производства электроэнергии во всем мире, а уголь используется в качестве основного топлива в железо и сталелитейные производства.

Название происхождения: Слово первоначально взяло древнеанглийскую форму col от протогерманского *kula(n), которое, как предполагается, происходит от протоиндоевропейского корня *g(e)u-lo- «живой уголь».

Цвет: Черный и коричневато-черный

Твердость: Сизменчивый

Размером с зернышко: Мелкозернистый

группы: Необломочный Осадочная порода

Классификация угля

По мере того как геологические процессы со временем оказывают давление на мертвый биотический материал в благоприятных условиях, степень или порядок метаморфизма последовательно увеличивается следующим образом:

Бурый уголь, самый низкий уровень угля, самый вредный для здоровья, используется почти исключительно как топливо для производства электроэнергии

Струя, компактная форма лигнита, иногда полированная; Верхний палеолит Нижний битуминозный уголь, свойства которого колеблются от свойств лигнита до битуминозного угля, использовался в основном как поделочный камень, поскольку он использовался в качестве топлива для пароэлектроэнергетики.

битумный уголь, плотная осадочная порода, обычно черная, но иногда темно-коричневая, часто с хорошо выраженными полосами блестящего и матового материала. Он в основном используется в качестве топлива при производстве пароэлектрической энергии и в производстве кокса. В Великобритании он известен как энергетический уголь и исторически использовался для поднятия пара в паровозах и кораблях.

Антрацит, высший сорт угля, представляет собой более твердый глянцевый черный уголь, используемый в основном для отопления жилых и коммерческих помещений.

Graphite трудно воспламеняется и обычно не используется в качестве топлива; чаще всего он используется в карандашах или порошке для смазки.

Канальный уголь (иногда называемый «свечным углем») представляет собой разновидность мелкозернистого высококачественного угля, состоящего в основном из липтинита со значительным содержанием водорода.

Существует несколько международных стандартов для угля. Классификация угля обычно основана на содержании летучих веществ. Но наиболее важным отличием является энергетический уголь (также известный как энергетический уголь), который сжигается для выработки электроэнергии с помощью пара; и металлургический уголь (также известный как коксующийся уголь), который сжигается при высокой температуре для производства стали.

Историческое значение

Уголь сыграл важную роль в истории человечества и использовался в качестве источника топлива на протяжении тысячелетий. В древности уголь использовали для обогрева и приготовления пищи, а также для обогрева. Во время промышленной революции уголь стал основным источником энергии для приведения в действие паровых двигателей и машин, что привело к значительному технологическому прогрессу в транспортной, производственной и других отраслях промышленности. Использование угля также привело к развитию горнодобывающей промышленности как основной отрасли и способствовало экономическому росту во многих частях мира. Однако использование угля также связано со значительным воздействием на окружающую среду, включая загрязнение воздуха и воды, и является одним из основных факторов изменения климата. В результате предпринимаются усилия по переходу на более чистые источники энергии и снижению зависимости от угля.

Химический состав

Уголь в основном состоит из углерода, водорода, кислорода, азота и серы. Точный состав угля варьируется в зависимости от его возраста и происхождения, но в целом уголь можно разделить на четыре основных типа в зависимости от содержания в нем углерода: лигнит, суббитуминозный, битуминозный и антрацит. Бурый уголь является самым молодым видом угля и содержит наименьшее количество углерода, а антрацит является самым старым и имеет самое высокое содержание углерода. Как правило, уголь с более высоким содержанием углерода имеет более высокую энергоемкость и сгорает более эффективно. Уголь также содержит различное количество минералов, таких как кремний, оксид алюминия, железо, кальций, натрий и калий, которые могут влиять на его свойства горения и воздействие на окружающую среду при сжигании.

Физические свойства

Уголь обладает различными физическими свойствами, в том числе:

  1. Цвет: Уголь может иметь цвет от черного до коричневого и сероватого.
  2. Твердость: Твердость угля может варьироваться от очень мягкого и рассыпчатого, например графита, до очень твердого, например антрацита.
  3. Плотность: уголь имеет меньшую плотность, чем многие горные породы и минералы, что делает его относительно легким.
  4. пористость: уголь может быть очень пористым, с небольшими промежутками между частицами угля.
  5. Раковистый излом: уголь часто образует гладкие искривленные трещины, известные как раковистые изломы.
  6. Блеск: Уголь имеет блеск от тусклого до блестящего, в зависимости от типа угля.
  7. Полоса: Уголь образует черную или темно-коричневую полосу при трении о белую неглазурованную фарфоровую тарелку.

Физические свойства угля важны для его добычи, переработки и использования. Например, твердость угля может повлиять на тип используемого метода добычи, а пористость и плотность могут повлиять на обработку и транспортировку угля.

Добыча и переработка угля

Уголь обычно добывают из подземных или открытых шахт. Методы подземной разработки включают камерную и столбовую, лаву и отступную разработку, тогда как методы открытой разработки включают добычу открытым способом, удаление вершины горы и добычу открытым способом.

При камерно-столбовом методе разработки туннели выкапываются в угольном пласте, а угольные столбы оставляются для поддержки кровли. При разработке длинными забоями длинная стенка угля вырабатывается единым пластом, при этом кровля над выработанным участком обрушивается позади горной машины. Откатная добыча включает удаление столбов с ранее заминированного участка.

При добыче открытым способом вышележащие горные породы и почва удаляются, чтобы получить доступ к углю. Этот процесс может осуществляться путем вскрышных работ, при которых вскрышные породы удаляются полосами, или путем удаления горных вершин, при котором для доступа к углю удаляются целые горные вершины. Открытая добыча полезных ископаемых - это еще один метод добычи угля открытым способом, при котором для добычи угля выкапывается большой карьер.

После извлечения угля его обрабатывают для удаления примесей и подготовки к использованию. Переработка может включать дробление, просеивание и промывку для удаления породы и других примесей, а также сушку для снижения содержания влаги в угле. Уголь также можно обрабатывать химическими веществами для удаления серы и других примесей, этот процесс известен как очистка угля.

Методы добычи (открытая и подземная добыча)

Добычу угля можно разделить на две большие категории: добыча открытым способом и подземная добыча.

Открытая добыча включает удаление вышележащих пород, почвы и растительности, чтобы обнажить угольный пласт. Обычно это делается с помощью больших машин, которые удаляют вскрышу (материал над угольным пластом) слоями. Существуют различные методы открытой добычи, в том числе открытая добыча, добыча открытым способом, добыча на вершинах гор и добыча на высоких склонах. При открытой добыче вскрышу снимают длинными полосами, а при открытой добыче вскрышу снимают в большом карьере. Добыча с удалением вершины горы предполагает удаление всей вершины горного массива. гора для доступа к угольному пласту, в то время как добыча угля на высоких забоях используется для добычи угля из обнаженного вертикального забоя или скалы.

Подземная добыча включает рытье туннелей или шахт в земле, чтобы добраться до угольного пласта. Существует два основных типа подземной разработки: камерно-столбовая разработка и разработка длинными забоями. При камерно-столбовой добыче угольный пласт добывается в ряде камер, оставляя угольные столбы для поддержки кровли. При добыче длинными забоями машина, называемая комбайном, перемещается вперед и назад вдоль угольного пласта, разрезая уголь и опуская его на конвейерную ленту. По мере продвижения машины крыша поддерживается гидравлическими опорами.

После извлечения угля его можно переработать для удаления примесей и подготовить к использованию. Переработка может включать дробление, просеивание и промывку для удаления горных пород и других материалов, смешанных с углем. Уголь также может быть обработан химическими веществами для удаления серы и других примесей или может быть преобразован в жидкое или газообразное топливо.

Методы обработки (очистка, дробление, сортировка и т. д.)

После того, как уголь добыт, его часто необходимо очистить и обработать, чтобы удалить примеси и подготовить его к использованию. Точные используемые методы обработки могут варьироваться в зависимости от типа угля и его предполагаемого использования.

Одним из распространенных методов переработки угля является процесс, известный как «промывка», который включает использование воды, химикатов и механического оборудования для отделения угля от примесей, таких как камень, зола и сера. Уголь измельчается и смешивается с водой и химикатами для получения суспензии, которая затем проходит через ряд сит и циклонов для отделения угля от других материалов. Затем отделенный уголь подвергается дальнейшей обработке для удаления любых оставшихся примесей и сортировке по размеру.

Другие методы обработки могут включать дробление и измельчение угля, чтобы сделать его пригодным для сжигания или других целей, а также процессы удаления серы и других загрязняющих веществ из угля. В зависимости от предполагаемого использования угля могут также потребоваться дополнительные этапы обработки, такие как карбонизация для получения кокса для использования в процессе производства стали.

Состав угля

Состав угля можно анализировать двумя способами. Первый отчет представляет собой тщательный анализ (влага, летучие вещества, связанный углерод и зола) или окончательный анализ (зола, углерод, водород, азот, кислород и сера). Типичный битуминозный уголь может иметь окончательный анализ на сухую беззольную основу: 84.4% углерода, 5.4% водорода, 6

СОСТАВ ЗОЛЫ, ПРОЦЕНТ ПО ВЕСУ
SiO
2
20-40
Al
2O
3
10-35
Fe
2O
3
5-35
CaO1-20
MgO0.3-4
TiO
2
0.5-2.5
Na
2ХОРОШО
2O
1-4
SO
3
0.1-12

Угольное образование

Процесс превращения мертвой растительности в уголь называется углефикацией. В геологическом прошлом в различных регионах были низкие заболоченные земли и густые леса. Мертвая растительность в этих районах, как правило, начала биоразлагаться и трансформироваться под действием грязи и кислой воды.

Это задержало углерод в огромных торфяных болотах, которые в конечном итоге были глубоко погребены под отложениями. Затем, в течение миллионов лет, тепло и давление глубокого захоронения вызвали потерю воды, метана и углекислого газа и увеличение содержания углерода.

Сорт добытого угля зависел от максимального достигнутого давления и температуры; Бурый уголь (также называемый «бурым углем») и полубитуминозный уголь, битуминозный уголь или антрацит (также называемый «каменный уголь» или «каменный уголь»), добытые в относительно мягких условиях, получают при повышении температуры и давления.

Из факторов, влияющих на обугливание, гораздо важнее температура, чем давление или время захоронения. Суббитуминозный уголь может образовываться при температуре от 35 до 80 ° C (от 95 до 176 ° F), в то время как для антрацита требуется температура не менее 180–245 ° C (от 356 до 473 ° F).

Хотя уголь известен с большинства геологических периодов, 90% всего угля депозиты были отложены в течение каменноугольного и пермского периодов, что составляет всего 2% геологической истории Земли.

Вхождение угля

Уголь является распространенным энергетическим и химическим источником. Наземные растения, необходимые для разработки углей, не были многочисленны до каменноугольного периода (358.9–298.9 млн лет назад), крупные осадочные бассейны, содержащие породы каменноугольного возраста и моложе, известны почти на всех континентах, включая Антарктиду. Наличие крупных месторождений угля в районах с нынешним арктическим или субарктическим климатом (таких как Аляска и Сибирь) обусловлено климатическими изменениями и тектоническими движениями плит земной коры, которые перемещали более древние континентальные массы по поверхности Земли, иногда через субтропики и даже тропики. . регионы. В некоторых районах (таких как Гренландия и большая часть северной Канады) не хватает угля, потому что найденные там породы предшествуют каменноугольному периоду, и в этих регионах, известных как континентальные щиты, отсутствует обильная наземная растительность, необходимая для образования крупных месторождений угля.

Характеристики и свойства угля

Многие свойства угля зависят от таких факторов, как его состав и наличие минерального вещества. Для изучения свойств угля были разработаны различные методы. Это рентгеноструктурный анализ, сканирующая и просвечивающая электронная микроскопия, инфракрасная спектрофотометрия, масс-спектроскопия, газовая хроматография, термический анализ, а также электрические, термические анализы, электрические, оптические и магнитные измерения.

Интенсивность

Знание физических свойств угля важно при подготовке и использовании угля. Например, плотность угля колеблется от примерно 1.1 до примерно 1.5 мегаграммов на кубический метр или граммов на кубический сантиметр. Уголь немного плотнее воды и значительно менее плотен, чем большинство горных пород и минеральных веществ. Различия в плотности позволяют улучшить качество угля за счет удаления большей части горной породы и частиц, богатых сульфидами, путем отделения тяжелой жидкости. 

пористость

Плотность угля частично контролируется наличием пор, которые сохраняются во время обугливания. Размеры пор и их распределение трудно измерить; однако поры, по-видимому, имеют три диапазона размеров:

(1) макропоры (диаметр более 50 нанометров),

(2) мезопоры (диаметром от 2 до 50 нанометров) и

(3) микропоры (диаметр менее 2 нанометров).

(Один нанометр равен 10-9 метрам.) Большая часть эффективной площади поверхности угля — около 200 квадратных метров на грамм — находится в порах угля, а не на внешней поверхности куска угля. Наличие порового пространства важно при производстве кокса, газификации, сжижении и производстве углерода с большой площадью поверхности для очистки воды и газов. По соображениям безопасности поры угля могут содержать значительные количества адсорбированного метана, который может выделяться при добыче полезных ископаемых и образовывать с воздухом взрывоопасные смеси. Риск взрыва можно уменьшить за счет адекватной вентиляции или предварительного удаления метана угольных пластов во время добычи.

отражательная способность

Важным свойством угля является его отражательная способность (или отражательная способность), то есть способность отражать свет. Отражательную способность измеряют, освещая монохроматическим световым лучом (с длиной волны 546 нанометров) полированную поверхность мацералов витринита в образце древесного угля и измеряя процент отраженного света с помощью фотометра. Витринит используется, так как его отражательная способность постепенно меняется с увеличением степени. Отражения фузинита очень высоки из-за его угольного происхождения, а липтиниты имеют тенденцию исчезать с увеличением степени. Хотя отражается очень небольшая часть падающего света (от нескольких десятых долей процента до 12 процентов), значение увеличивается с увеличением градуса и может использоваться для классификации большинства углей без измерения процентного содержания летучих веществ.

Другие особенности

Другие свойства, такие как твердость, измельчаемость, температура плавления золы и индекс свободного набухания (визуальное измерение степени набухания, которое происходит при нагревании образца угля в закрытом тигле), могут влиять на добычу и подготовку угля. а также способ использования угля. Твердость и измельчаемость определяют типы оборудования, используемого для добычи, дробления и измельчения, в дополнение к количеству энергии, потребляемой при их работе. Температура плавления золы влияет на конструкцию печи и условия ее эксплуатации. Индекс свободного набухания дает предварительную информацию о пригодности угля для производства кокса.

Экономическое и социальное значение угля

Уголь является важным природным ресурсом, сыгравшим значительную роль в развитии современного мира. Его экономическое и социальное значение можно увидеть в нескольких областях:

  1. Производство энергии: Уголь является одним из основных источников энергии, используемых для производства электроэнергии. Он сжигается на электростанциях для производства электроэнергии, которая используется для питания домов, предприятий и промышленности.
  2. Производство стали: Уголь также является ключевым компонентом в производстве стали. При нагревании уголь выделяет углерод, который используется для восстановления железная руда гладить. Затем это железо используется для производства стали, которая является важным материалом для строительства, инфраструктуры и многих других применений.
  3. Создание работы: Добыча и переработка угля создает рабочие места и способствует развитию местной экономики во многих странах. В отрасли занято большое количество людей, включая горняков, инженеров, геологов и других специалистов.
  4. грузоперевозки: уголь часто перевозят на большие расстояния по железной дороге или по морю, чтобы добраться до места назначения, что может создать рабочие места и способствовать развитию экономики районов, через которые он проходит.
  5. Доступная энергия: уголь часто является более доступным источником энергии по сравнению с другими источниками, что может помочь снизить затраты на энергию для потребителей и предприятий.
  6. Химические товары: уголь также используется в качестве сырья для производства ряда химических продуктов, включая пластмассы, синтетические волокна, удобрения и другие химические вещества.

Однако использование угля также оказывает значительное воздействие на окружающую среду, включая выбросы парниковых газов и других загрязнителей воздуха, а также негативное воздействие на качество воды и землепользование. Эти воздействия необходимо тщательно учитывать при любой оценке экономической и социальной значимости угля.

Резюме ключевых моментов

Вот несколько ключевых моментов об угле:

  • Уголь — это ископаемое топливо, которое образуется из остатков древних растений, живших миллионы лет назад.
  • Существует четыре основных типа угля: лигнит, полубитуминозный, битуминозный и антрацит, каждый из которых имеет разные свойства и применение.
  • Уголь является распространенным и относительно дешевым источником энергии, что делает его важным топливом для производства электроэнергии, отопления и промышленных процессов.
  • Добыча угля может иметь серьезные экологические и социальные последствия, включая нарушение земель, загрязнение воды и риск для здоровья рабочих и близлежащих сообществ.
  • Предпринимаются усилия по разработке более чистых угольных технологий, таких как улавливание и хранение углерода, для снижения воздействия использования угля на окружающую среду.

Рекомендации

  • Боневиц, Р. (2012). Камни и минералы. 2-е изд. Лондон: Издательство ДК.
  • Копп, О.К. (2020, 13 ноября). уголь. Британская энциклопедия. https://www.britannica.com/science/coal-fossil-fuel
  • Авторы Википедии. (2021, 26 октября). Уголь. В Википедии, свободной энциклопедии. Получено 09:57, 1 ноября 2021 г., с https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Coal&oldid=1051971849.