Вугілля кам'яне

ВУГІЛЛЯ КАМ'ЯНЕ (уголь каменный, black, bitouminous, mineral coal, Steinkohle — тверда горюча корисна копалина рослинного походження, різновид вугілля викопного, проміжний між бурим вугіллям і антрацитом. Щільна порода чорного, іноді сіро–чорного кольору. Блиск смоляний або металічний. В органічній речовині вугілля кам'яного міститься 75–92% вуглецю, 2,5–5,7% водню, 1,5–15% кисню. Містить 2–48 % летких речовин. Вологість 1–12 %. Вища теплота згоряння в перерахунку на сухий беззольний залишок 30,5–36,8 МДж/кг. Вугілля кам'яне належить до гумолітів; сапропеліти і гумітосапропеліти присутні у вигляді лінз та невеликих прошарків.

Утворення кам'яного вугілля характерне майже для всіх геологічних систем — від девону до неогену (включно); вони активно утворювалися в карбоні, пермі, юрі. Залягає кам'яне вугілля у формі пластів і лінзовидних покладів різної потужності (від десятків см до декількох десятків і сотень метрів) на різних глибинах (від виходів на поверхню до 2500 м і глибше). Вугілля кам'яне утворилося з продуктів розкладу органічних залишків рослин, що зазнали зміни (метаморфізм) в умовах високого тиску навколишніх порід земної кори і порівняно високої температури. Вугілля камяне' характеризується нейтральним складом органічної маси. Воно не реаґує зі слабими лугами ні в звичайних умовах, ні під тиском. Бітуми, на відміну від вугілля бурого, представлені переважно сполуками ароматичної структури. У вугіллі не виявлені жирні кислоти і естери, мало сполук зі структурою парафінів. Вугілля кам'яне розділяють на блискуче, напівблискуче, напівматове, матове. У залежності від переважання тих або інших петрографіч. компонентів виділяють вітренове, кларенове, дюрено-кларенове, кларено-дюренове, дюренове і фюзенове. Пласти вугілля можуть бути складені одним з вказаних літотипів, частіше їх чергуванням. Як правило, блискучі відміни вугілля малозольні внаслідок незначного вмісту мінеральних домішок.

Серед структур органічної речовини вугілля виділене в 4 типи (телінітова, посттелінітова, преколінітова і колінітова), які є послідовними стадіями єдиного процесу розкладання лігніно-целюлозних тканин. До генетичних груп вугілля кам'яного, крім цих 4 типів, додатково включено лейптинітове вугілля. Кожна з 5 генетичних груп за типом речовини мікрокомпонентів вугілля поділена на відповідні класи.

При зануренні вугленосної товщі на глибину в умовах підвищення тиску і температури відбувається послідовне перетворення органічної маси, зміна її хімічного складу, фізичних властивостей і молекулярної будови. Всі ці перетворення позначаються терміном ‹‹регіональний метаморфізм вугілля››. На кінцевій (вищій) стадії метаморфізму вугілля кам'яне перетворюється в антрацит з яскраво вираженою кристалічною структурою графіту. Крім регіонального метаморфізму, іноді (рідше) мають місце перетворення від впливом тепла вивержених порід, що знаходяться поряд з вугленосними товщами (перекривають або підстилають їх) — термальний метаморфізм, а також безпосередньо у вугільних пластах — контактовий метаморфізм. Зростання міри метаморфізму в органічної речовині кам'яного вугілля прослідковується послідовним збільшенням відносного вмісту вуглецю і зменшенням вмісту кисню і водню. Послідовно знижується вихід летких речовин (від 50 до 8% в перерахунку на сухий беззольний стан); змінюються також теплота згоряння, здатність спікатися і фізичні властивості вугілля. Зокрема лінійно змінюються блиск, відбивна здатність вітриніту, насипна маса вугілля та інші властивості. Інші важливі фізичні властивості (пористість, густина, щільність, спікливість, теплота згоряння, пружні властивості та ін.) змінюються або виразно за яскраво вираженим параболічним законом або за змішаним.

Як оптичний критерій стадії метаморфізму вугілля використовується показник відбивної здатності вітриніту; він застосовується також і в нафтовій геології для встановлення стадії катагенного перетворення осадової товщі, що вміщає органічну речовину. Відбивна здатність вітриніту в масляній імерсії (R0) послідовно зростає від 0,5–0,65% для вугілля марки Д до 2–2,5% для вугілля марки Т. Щільність та густина кам'яного вугілля залежать від петрографічного складу, кількості і характеру мінеральних домішок та міри метаморфізму. Найбільшою густиною (1300–1500 кг/м3) характеризуються компоненти групи фюзиніту, найменшою (1280–1300 кг/м3) — групи вітриніту. Зміна густини з підвищенням міри метаморфізму відбувається за параболічним законом з інверсією в зоні переходу до групи жирних; в малозольних відмінах вона знижується від вугілля марки Д до марки Ж в середньому від 1370 до 1280 кг/м3 і потім послідовно зростає для вугілля марки Т до 1340 кг/м3. Загальна пористість вугілля змінюється також за екстремальним законом; для донецького вугілля марки Д вона становить 22–14%, вугілля марки К 4–8% і збільшується (мабуть, внаслідок розпушення) до 10–15% для вугілля марки Т. Пори у вугіллі розділяють на макропори (сер. діаметр 500х10–10 м та мікропори (5–15)х10–10 м. Проміжок займають мезопори. Макропористість зменшується зі збільшенням стадії метаморфізму, а мікропор — навпаки. Ендогенна (розвинена в процесі утворення вугілля) тріщинність, що оцінюється к-стю тріщин на кожні 5 см блискучого вугілля, контролюється стадією метаморфізму вугілля: вона зростає до 12 тріщин при переході бурого вугілля в довгополуменеве, має максимум в 35–60 для коксівного вугілля і послідовно меншає до 12–15 тріщин при переході до антрацитів. Такій же закономірності підлеглі зміни пружних властивостей вугілля — модуля Юнга, коеф. Пуассона, модуля зсуву (зрізу), швидкості ультразвуку. Механічна міцність кам'яного вугілля характеризується їх дробимістю, крихкістю та твердістю, тимчасовим спротивом стисненню. Вугільна речовина є неферомагнітною (діамагнітною), мінеральні домішки характеризуються парамагнітними властивостями. Магнітна сприйнятність вугілля зростає зі збільшенням їх стадії метаморфізму. За своїми тепловими властивостями В.к. наближається до теплоізоляторів.

Головні технологічні властивості кам'яного вугілля, що визначають його цінність: спікливість і коксівна здатність. Стандартний показник спікливості — індекс Рога (RI) і товщина пластичного шару в апараті Л.М.Сапожникова.

Існує багато видів класифікації кам'яного вугілля: за речовинним складом, петрографічним складом, генетичні, хіміко–технологічні, промислові та змішані. Генетичні класифікації характеризують умови накопичення вугілля, речовинні і петрографічні — його речовинний та петрографічний склад, хіміко–технологічні — хімічний склад вугілля, процеси формування та промислової переробки, промислові - технологічне групування видів вугілля в залежності від вимог промисловості. Класифікації вугілля в пластах використовуються для характеристики вугільних родовищ. За основу промислової класифікації кам'яного вугілля в окремих країнах приймаються різні параметри властивостей і складу вугілля: в США кам'яне вугілля класифікують за теплотою згоряння, вмістом зв'язаного вуглецю і відносним вмістом летких речовин, в Японії — за теплотою згоряння, паливним коефіціентом і міцністю коксу або нездатністю до коксування. У СРСР до 1954 як основна промислова класифікація діяла розроблена в 1930 р. В.С.Кримом так звана Донецька класифікація. Вона називається іноді ‹‹марочною››, одночасно є і генетичною, оскільки покладені в її основу зміни властивостей вугілля віддзеркалюють їх зв’язок з генетичним розвитком органічної речовини вугілля. В Україні використовувалася стандартизована класифікація вугілля. За середнім виходом летких речовин (Vdaf) і характеристикою нелеткого залишку з урахуванням спікливості і величини теплоти згоряння кам'яного вугілля поділяли на 10 основних марок: довгополуменеве (Д), газове (Г), газовожирне (ГЖ), жирне (Ж), коксове жирне (КЖ), коксівне (К), коксове друге (К2), слабкоспікливе (СС), опіснене спікливе (ОС) і пісне (П). Від марки Д до марки П вміст вуглецю послідовно збільшується від 76 до 92%, а вихід летких речовин зменшується з 42 до 7–12%. У кожній з марок, крім Д і Г, за технологічними властивостями виділяють декілька технологічних груп. Для Донбасу виділяють такі марки вугілля: Д, Г, ГЖ, Ж, К, ОС, П; для Львівсько-Волинського басейну: Д, Г, ГЖ, Ж. Класифікація вугілля весь час удосконалюється. Однією з перспективних вважається геолого-промислова класифікація, концепція якої запропонована в останні роки ХХ ст. українськими вченими (С.Д. Пожидаєв та ін.). Останній варіант класифікації вугілля унормовано За Стандартом України "Вугілля буре, кам’яне та антрацит" (ДСТУ 3472–96).

Найбільші розвідані запаси кам'яного вугілля в Україні зосереджені в Донецькому кам’яновугільному басейні та у Львівсько-Волинському вугільному басейні. За кордоном — в Карагандинському, Південно-Якутському, Мінусинському, Буреїнському, Тунгуському, Ленському, Таймирському, Аппалачському, Пенсильванському, Нижньорейнсько-Вестфальському (Рурському), Верхньосілезькому, Остравсько–Карвінському, Шаньсі, Південно–Уельському басейнах.

Кам'яне вугілля використовується як технологічна, енерго–технологічна і енергетична сировина, при виробництві коксу і напівкоксу з отриманням великої кількості хімічних продуктів (нафталін, феноли, пек тощо), на основі яких одержують добрива, пластмаси, синтетичні волокна, лаки, фарби і т.і. Один з найбільш перспективних напрямів використання кам'яного вугілля — скраплення (зрідження) — гідрогенізація вугілля з отриманням рідкого палива. При переробці кам'яного вугілля отримують також активне вугілля, штучний графіт і т.д.; в промислових масштабах вилучається ванадій, ґерманій і сірка; розроблені методи отримання ґалію, молібдену, цинку, свинцю. Існують різні схеми неенергетичного використання кам'яного вугілля на основі термо–хімічної, хімічної та іншої переробки з метою їх повного комплексного використання і забезпечення охорони довкілля. Для задоволення потреб економіки Україна щорічно використовує близько 100 млн.т вугілля, з яких майже 80 млн.т видобувається вітчизняними підприємствами.

Библиотека