Обширные месторождения бурого угля, существуют в третичных отложениях рассположеных в штате Виктория, и наиболее крупный вклад вносит район Latrobe Valley, который находиться на расстоянии 150 километров к востоку от Икбурна. В этом районе толща угольных пластов часто превышает 150 метров, соотношение вскрыши пласта обычно составляет более чем 1:2, что делает уголь идеально подходящим для крупномасштабной открытой разработки.
Недавние исследования установили, что содержание бурого угля в земной толще почти 200,000 млн тонн, примерно 52 000 млн. тонн планируется использовать как резервы. Около 85% всех запасов угля находиться в районе Latrobe Valley.
С 1920 года, бурый уголь района Latrobe Valley используется для выработки электроэнергии. Государственная Комиссия Штата Виктория по электроэнергии, контролирует два основных угольных разреза в близи городов Yallourn и Morwell, и управляет поставками угля на электростанции, которые в настоящее время потребляют около 35 млн. тонн в год. В дополнение к этой мощности, небольшое количества бурого угля используется для производства брикетов и смол.
Бурый уголь составляет около 95% не возобновляемых запасов энергетических ресурсов Штата Виктория и в настоящее время считается, что с соответствующим улучшением технологии, прежде всего, сушки, бурый уголь может стать основным источником энергоснабжения. На данном этапе проводятся различные исследования крупных проектов предложенных Австралийцами, Японцами, Немцами, они интересуются сотрудничеством с Буроугольным Советом Штата Виктория, наиболее продвинутый проект может быть 50 тонн в день. Например, завод по гидрогенизации, он строиться в городе Morwell и финансирует этот проект организация по развитию энергетики из Японии.
Химические характеристики бурых углей района Latrobe Valley, были широко изучены в течение последних двадцати пяти лет, в первую очередь в связи с влиянием качества угля на процесс его сжигания в электростанциях. Совсем недавно был инициирован исследовательский проект с целью определения характеристик и пригодности государственных запасов бурого угля для применения в качестве жидкого топлива.
Эта статья описывает химические характеристики бурого угля штата Виктория и изменение свойств угля между пластами. Так же кратко рассматриваются важность химических свойств по отношению к качеству угля.
Разработка и адаптация современных аналитических методов анализа бурого угля штата Виктория, была впервые начата в 1960 году совместно с Научным Содружеством и промышленными организациями, а также государственной Комиссией по электричеству штата Виктория. В результате исследований было вдвое уменьшено общее время анализа угля, а для определения составляющих формирования золы непосредственно на уголь взята одна шестая часть времени обычного анализа золы. Наиболее важные анализы бурого угля были поставлены на рациональную основу с учётом во внимание его уникальных свойств, а так же была предоставлена вся необходимая информация, касающейся происхождения, возникновения и использования бурого угля штата Виктория.
Одним из наиболее важных параметров, используемых для бурого угля, является содержание влаги, которая также является хорошим показателем физических характеристик, так как чем больше степень уплотнения угля и его степень углефикации, тем ниже влажность. Для получения значимых результатов отбора проб и образцов подготовка должна быть проведена быстро, чтобы избежать потери влаги. Выбор метода определения влаги также имеет важное значение, так как термическое разложение функциональных групп может привести к потере СО2, а также H20. Наиболее используемые методы включают: прямое измерение воды освобождающейся либо путем азеотропной перегонки или адсорбцией из газа инертных носителей, потеря веса угля не учитывается.
Важно понимать, что содержание влаги мягких бурых углей значительно выше, чем приведенная равновесная влага. Параметры, которые используется для описания бурого угля разных марок, показаны в таблице 1 для целого ряда бурых углей штата Виктория..
Об экономической ценности угля с точки зрения влаги лучше всего свидетельствует влагоёмкость, поскольку она отражает состояние использования угля. В случае бурого угля штата Виктория, содержание влаги в почве имеет критическое значение, так как уголь отрабатывается непосредственно из открытого разреза.
Зольность традиционно используется для оценки масштабов горения и получения так называемого "угольного вещества" на разницу, она позволяет осмысленно сравнивать различные угли. В этом контексте остаток (пепел) используется в качестве содержания минеральных веществ. Ошибочно делать предположение, что зола существует исключительно за счет полезных примесей в угле, и это касается не только бурого угля штата Виктория, где большая часть материала из которого формируется зола, является неорганическое вещество в форме сменных катионов связанных с кислород содержащими функциональными группами. Это также касается и многих других углей низкой стадии углефикации.
Неорганические вещества = Na + Ca + Mg + Fe + (Al) + (Si) + NaCl
где Fe переходит в не колчеданное железо, а (AI) и (Si) в кислоторастворимые алюминий и кремний соответственно. Это выражение осложняется тем, что железо и алюминий может быть представлен как растворимые кислотой гидроксиды, но это обычно не берётся во внимание.
Минералы = Si02 + Al2O3 + TiO2 + K20 + FeS2
Это выражение игнорирует конституцию глины, которая обычно имеет незначительную величину для викторианских бурых углей штата Виктория.
Общий вес минералов и неорганических веществ, выраженных на основе сухого угля, дает лучшую оценку соответствующим "минеральным веществам". В углях района Latrobe Valley неорганическая составляющая с точки зрения использования и количества более важна, чем минеральная.
Зная химический состав минеральных веществ, можно рассчитать и предсказать выход золы или неорганических остатков образовавшихся после ряда технологических процессов. Таблица 2 иллюстрирует сравнение содержания минеральных веществ и зольности, а так же успешный расчета зольности для ряда типичных бурых углей штата Виктория. Таблица 3 иллюстрирует тщетность предсказания зольности, определяемой в современном распыляемом топливе которое используется на электростанциях, это доказано на основе эмпирических результатов испытаний. Для углей городов Morwell и Yallourn показаны значения золы в котле, а так же эти результаты сравниваются с золой испытаний; так же сравнивается лабораторный состав зольности с зольностью осадителя. Так же приведен в качестве ориентира состав минеральных веществ. Лабораторная и композиционная зола может быть рассчитана из состава минеральных веществ как разница в степени сульфитации. Расширяя этот подход также должна быть возможность рассчитать состав неорганических остатков полученных в процессе гидрирования.
Нужно также отметить, что кислород может быть оценен, только если минеральное вещество известно; неправильное констатирование зольности приведет к вводящим в заблуждение результатам.
Кислород является одним из основных элементов, присутствующих в органическом веществе бурого угля штата Виктория. Для района бурых углей Latrobe Valley, содержание кислорода в целом составляет более 25% сухой минеральной и неорганической основы, и около половины этого кислорода может быть учтено в функциональных группах: фенольных, гидроксильных, карбоксильных. Около 40-50% кислорода, в первую очередь содержаться в карбонильных группах, эфирных связях и гетероциклических кольцах.
В результате Программы Оценки Бурого угля, понимание того что бурые угли штата Виктория могут отличаться друг от друга повлекло за собой существенные улучшения в его добыче и использовании. Стало очевидно, что определенные химические свойства могут иметь важное значение для использования угля в производстве, электроэнергии, ожижение и т.д.
Формирование карбоната, во время гидрирования углей низкой степени углефикации, может вызвать серьезные эксплуатационные трудности в реакторных системах. Хорошая корреляция была найдена между содержанием кальция многих бурых углей штата Виктория и карбоната который сформировался во время гидрирования. Однако, результаты показали что, помимо кальция в формирование карбоната были вовлечены посторонние вещества.
Анализ XRD показал присутствие нескольких различных типов карбоната в остатках многих углей. Идентифицированные полезные ископаемые содержат включения ватерита и кальцита (CaCO,) доломита (CaMg [CO],) и в остатке от высокая сера (2.26%), угольный ангидрит, а типы минеральных сформированных залежей зависят не только от угля, но также и от условий залегания. Так же исследования указали, что ватерит формируется при низких температурах (380OC), затем температура увеличивается, ватерит становится прогрессивно преобразованным к кальциту, т.е. более устойчивая форма. После дальнейших увеличений температуры, особенно в долгое время реакции, начинает формироваться доломит.
Очевидно, что типы неорганических осадков, образующихся при гидрогенизации бурого угля штата Виктория, зависят от характера обменных катионов и той или иной степени углефикации углей.