Проблема восстановленности углей. Условия образования и характерные признаки разновосстановленных углей

Гагарин С.Г.

Источник: С.Г. Гагарин // Проблема восстановленности углей. Условия образования и характерные признаки разновосстановленных углей. Журнал Кокс и химия.- 2004.- № 4.- с. 2-4.

     Возникновение понятия восстановленности органической массы углей относится к 40-м годам XX столетия, когда при поиске коксующихся углей в Кузнецком и Донецком бассейнах были обнаружены существенно различающиеся по спекаемости равнометаморфизованные угли близкого петрографического состава. В изометаморфных углях различных пластов преобладающее место нередко занимают витриниты, отличающиеся содержанием водорода, вследствие чего одинаковые по петрографическому составу угли, имеющие одну и ту же стадию метаморфизма, оказываются различными по своим технологическим свойствам. Различия состава и свойств разновидностей витринита углей разных бассейнов видны из табл. 1, где по данным представлены интервалы основных характеристик для нескольких групп витринитовых концентратов (Vt 92-98%) изометаморфных углей Донецкого, Кузнецкого, Печорского и Карагандинского бассейнов.
     И.И.Аммосов предложил относить угли, в которых витринит содержал больше водорода и отличался более высокой спекаемостью, к типу а, а угли с менее спекающимся витринитом – к типу в. В свою очередь, В.В.Видавский  для подобного случая применил термины «более или менее восстановленные угли». За рубежом такие угли называют соответственно perhydrous и subhydrous с разделением их по диаграмме Сейлера, построенной в координатах Cdaf-Hdaf. При подобном делении «промежуточные» угли, естественно, следует отнести к средневосстановленным. В настоящее время по степени восстановленности в различных угольных бассейнах СНГ выделяют от двух до пяти генетических типов углей (Под генетическим типом подразумевают сообщество углей с отличительным набором признаков, характеризующих общие условия накопления и первичного превращения исходного органического материала).Изометаморфные угли сходного петрографического состава могут различаться существенно не только содержанием основных элементов и спекаемостью, но и физическими, химическими, структурными и технологическими показателями. При этом различия характерны для углей всех стадий углефикации – от буроугольной до антрацитовой включительно. В частности, при производстве электродного термоантрацита на структурные характеристики продукта и его реакционную способность существенное влияние оказывает восстановленность исходного антрацита. Как видно из таблицы 1, в ряду изометаморфных витринитовых углей возможна существенная вариация показателей состава и свойств. Это может объясняться как своеобразием исходного растительного материала и геохимической обстановки углеобразования, так и условиями метаморфизма углей в недрах.

Таблица 1 – Характеристика углей

     О происхождении двух резко отличающихся типов углей существуют различные представления. Однако несомненно, что образование разновосстановленных углей обусловлено первичными факторами углеобразования. И.И. Аммосов  связывал их образование с различием в химическом характере среды превращения органических веществ на стадии диагенеза: "Одной из причин этого явления можно считать условия превращения исходного материала на торфяной стадии углеобразования, зависевшие как от большего или меньшего участия кислорода в процессе превращения органических веществ, так и от влияния минеральных веществ на ход этих превращений". В работах  также указывается на различия в характере среды разложения. Угли маловосстановленные (тип a) формировались в аэробных (окислительных) условиях в кислой геохимической среде, тогда как более восстановленные угли (тип в) - в анаэробных (восстановительных) условиях в менее кислой среде. Согласно В.Н.Нестерову [И], о снижении кислотности среды палеоторфяника можно судить по увеличению отношения содержания щелочных и кислотных оксидов в зольной части современных твердых топлив:

q = (CaO+MgO)/(Al ₂O₃+SiO₂).

     Например, для углей Караганды было установлено, что это отношение в среднем в ~2,5 раза больше в случае углей типа в (q = 0,127) в сравнении с углями типа a ( q = 0,05). Автор  полагал, что вследствие неодинакового исходного материала растительные предшественники углей генетического типа а в начале углеобразования получили повышенную чувствительность к метаморфическим преобразованиям, что обусловило более высокие значения R0 витринита в сравнении с равнометаморфизованными углями восстановленного типа. Вероятно, что при образовании восстановленных витренов на торфяной стадии исходный растительный материал погружался в водную анаэробную щелочную среду без предварительного окисления, тогда как в случае маловосстановленных витренов погружение органического осадка и начальные стадии его диагенеза происходили при доступе кислорода.
     Зарубежные исследователи  полагают, что структура восстановленных углей формировалась на основе обогащенных водородом особых ботанических предшественников при возможных процессах пропитки витринита битумоидами перед погружением органических осадков в недра. В отличие от этого мнения Л.И.Боголюбова считала, что исходный растительный материал обоих генетических типов углей был одинаков и одинакова была среда накопления (анаэробная в условиях топкого торфяника). Главная же причина отличий разновосстановленных углей заключается в различной продолжительности начальной стадии углеобразования, а именно - в более коротком времени разложения растительного материала в случае более восстановленных углей, когда процесс приостанавливался на стадии набухания. Интересен тот факт, что повышенная степень восстановленности характерна для маломощных пластов, формировавшихся в зоне прибрежно-бассейновых фаций, а пониженная - для мощных пластов, генетически связанных с зоной аллювиальных фаций.