Низкая себестоимость и обширные запасы - главные факторы, обуславливающие увеличение количества сфер применения бурого угля. Этот вид ископаемого твердого топлива, самый ранний вид угля, добывается человеком уже не одну сотню лет. Уголь бурый - продукт метаморфизма торфа, в стадии между лигнитом и каменным углем. По сравнению с последним, данный вид топлива менее популярен, тем не менее в силу своей низкой себестоимости довольно широко применяется для производства электроэнергии, отопления и получения иных видов топлива.
Строение
Уголь бурый - плотная, землистая или волокнистая углистая масса бурого или смоляно-черного цвета с большим содержанием летучих битуминозных веществ. Как правило, в нем хорошо сохраняются растительная структура, раковистые изломы, древесные массы. Горит легко, пламя коптящее, при этом выделяется своеобразный неприятный запах гари. Вступая в реакцию с гидроксидом калия, образует жидкость темно-бурого цвета. При сухой перегонке бурый уголь образует аммиак с уксусной кислотой. Химический состав (в среднем), за вычетом золы: углерод - 63%, кислород - 32%, водород 3-5%, азот 0-2%.
Происхождение
Уголь бурый образуют слои залежей осадочных пород - флецы, часто большой мощности и протяженности. Материалом для формирования бурого угля служат различного рода пяльпы, кониферы, деревья и торфяные растения. Отложения этих веществ постепенно разлагаются без доступа воздуха, под водой, под шапкой смеси глины и песка. Процесс тления сопровождается постоянным выделением летучих веществ и постепенно приводит к обогащению растительных остатков углеродом. Уголь бурый - одна из первых стадий метаморфизма таких растительных отложений, после торфа. Дальнейшие стадии - каменный уголь, антрацит, графит. Чем длительней процесс, тем ближе состояние к чистому углерод-графиту. Так, графит относится к азойской группе, каменный уголь - к палеозойской, бурый уголь - преимущественно к мезозойской и кайнозойской.
Каменный и бурый уголь: отличия
Как можно заметить из самого названия, бурый уголь отличается от каменного цветом (более светлым или более темным). Существуют и черные разновидности, но в порошкообразном виде оттенок такого угля все равно бурый. Цвет каменного и антрацита всегда остается черным. Характерные свойства бурого угля заключаются в большем содержании углерода, по сравнению с каменными углями, и меньшем содержании битуминозных веществ. Это объясняет то, почему бурый уголь горит легче и при этом образуется большое количество дыма. Большое содержание углерода также объясняет упомянутую реакцию с гидроксидом калия и своеобразный неприятный запах во время горения. Содержание азота, по сравнению с каменными углями, также значительно ниже. При долгом пребывании на воздухе бурый уголь стремительно теряет влагу, рассыпаясь в порошок.
Разновидности
Сортов и разновидностей бурого угля достаточно много, среди которых выделяют несколько основных:
- Обычный бурый уголь, консистенция плотная, матового бурого цвета.
- Бурый уголь землистого излома, легко стирающийся в порошок.
- Смолистый, очень плотный, темно-бурый, иногда даже иссиня-черный. В изломе напоминает смолу.
- Лигнит, или битуминозное дерево. Уголь с хорошо сохранившейся растительной структурой. Иногда встречается даже в виде целых стволов деревьев с корнями.
- Дизодил - бурый бумажный уголь в виде истлевшей тонкослоистой растительной массы. Легко разделяется на тонкие листы.
- Бурый торфяной уголь. Напоминающий торф, с большим количеством посторонних примесей, иногда напоминающий землю.
Процентное соотношение золы и горючих элементов у различных видов бурого угля варьируется в широких пределах, что и определяет достоинства горючего материала той или иной разновидности.
Добыча
Способы добычи бурого угля аналогичны для всех ископаемых углей. Различают открытый (карьерный) и закрытый. Наиболее старый метод закрытой добычи - штольни, наклонные скважины до угольного пласта небольшой мощности и неглубокого залегания. Применяется в случае финансовой неэффективности устройства карьера.
Шахта - вертикальная или наклонная скважина в толще породы от поверхности до угольного пласта. Данный способ используется при глубоком залегании угленосных пластов. Характеризуется высокой себестоимостью добываемых ресурсов и высокой аварийностью.
Добыча открытым способом ведется при относительно небольшой (до 100 м) глубине залегания угольного пласта. Открытая или карьерная добыча наиболее экономичная, на сегодняшний день таким способом добывается примерно 65% всего угля. Главный минус карьерной выработки - большой урон окружающей среде. Добыча бурого угля преимущественно ведется открытым способом ввиду небольшой глубины залегания. Первоначально осуществляется удаление вскрыши (слоя пород над угольным пластом). После этого производится отбойка угля буровзрывным методом и его транспортировка специализированным (карьерным) автотранспортом с места добычи. Вскрышные работы, в зависимости от величины и состава слоя, могут осуществляться бульдозерами (при рыхлом слое незначительной толщины) или роторными экскаваторами и драглайнами (при более толстом и плотном слое породы).
Применение
В качестве топлива уголь бурый используется значительно реже, чем каменный. Применяется для отопления частных домов и на мелких электростанциях. Путем т. н. сухой перегонки из бурого угля получают горный воск для деревообрабатывающей, бумажной и текстильной промышленности, креозот, карболовую кислоту и другие подобные продукты. Также он перерабатывается в жидкое углеводородное топливо. Гуминовые кислоты в составе бурого угля позволяют использовать его в сельском хозяйстве в качестве удобрения.
Современные технологии позволяют производить из бурого угля синтетический газ, который выступает аналогом природного газа. Для этого уголь нагревают до 1000 градусов Цельсия, вследствие чего происходит газообразование. На практике применяется довольно эффективный способ: по просверленной скважине к залежам бурого угля через трубу подается высокая температура, а по другой трубе уже выходит готовый газ - продукт подземной переработки.
Каменный уголь - осадочная порода, которая образуется в земном пласте. Уголь - превосходное топливо. Считается, что это самый древний вид топлива, который использовали наши далекие предки.
Как образуется каменный уголь
Для образования угля необходимо огромное количество растительной массы. И лучше, если растения накапливаются в одном месте и не успевают разлагаться полностью. Идеальное место для этого - болота. Вода в них бедна кислородом, что препятствует жизнедеятельности бактерий.
В болотах накапливается растительная масса. Не успевая полностью сгнить, она спрессовывается следующими отложениями почвы. Так получается торф - исходный материал для угля. Следующие пласты почвы как бы запечатывают торф в земле. В результате он полностью лишается доступа кислорода и воды и превращается в угольный пласт. Процесс этот длительный. Так, большая часть современных запасов каменного угля образовались в эпоху палеозоя, т. е. более 300 млн. лет назад.
Характеристики и виды каменного угля
(Бурый уголь )
Химический состав угля зависит от его возраста.
Самый молодой вид - бурый уголь. Он залегает на глубине порядка 1 км. Воды в нем еще много - около 43%. Содержит большое количество летучих веществ. Хорошо воспламеняется и горит, но тепла дает мало.
Каменный уголь - этакий "середнячок" в этой классификации. Залегает он на глубинах до 3 км. Так как давление верхних пластов больше, то и содержание воды в каменном угле меньше - около 12%, летучих веществ - до 32%, зато углерода содержится от 75% до 95%. Он также легко воспламеняется, но горит лучше. А за счет малого количества влаги дает больше тепла.
Антрацит - более древняя порода. Залегает на глубинах порядка 5 км. В нем больше углерода и практически нет влаги. Антрацит - твердое топливо, плохо воспламеняется, зато удельная теплота сгорания самая высокая - до 7400 ккал/кг.
(Уголь антрацит )
Впрочем, антрацит - это не конечная стадия преобразования органического вещества. Попадая в более жесткие условия, уголь трансформируется в шунтит. При более высоких температурах получается графит. А испытывая сверхвысокое давление, уголь превращается в алмаз. Все эти вещества - от растения до алмаза - состоят из углерода, только молекулярная структура разная.
Помимо основных "ингредиентов" в состав угля часто входят различные "породы". Это примеси, которые не сгорают, а образуют шлак. Содержится в угле и сера, причем ее содержание обуславливается местом образования угля. При сгорании она взаимодействует с кислородом и образует серную кислоту. Чем меньше примеси в составе угля, тем выше ценится его сорт.
Месторождение каменного угля
Место залегания каменного угля называют угольным бассейном. В мире известно свыше 3,6 тысяч угольных бассейнов. Их площадь занимает около 15% территории земной суши. Самый большой процент залежей мирового запаса угля в США - 23%.На втором месте - Россия, 13%. Замыкает тройку стран-лидеров Китай - 11%. Самые крупные залежи угля в мире находятся в США. Это Аппалачский каменноугольный бассейн, чьи запасы превышают отметку в 1600 млрд. тонн.
В России самый большой угольной бассейн - Кузнецкий, что в Кемеровской области. Запасы Кузбасса составляют 640 млрд. тонн.
Перспективна разработка месторождений в Якутии (Эльгинское) и в Тыве (Элегестское).
Добыча каменного угля
В зависимости от глубины залегания угля применяют либо закрытый способ добычи, либо открытый.
Закрытый, или подземный метод добычи. Для этого метода строят шахтные стволы и штольни. Шахтные стволы строят, если глубина залегания угля 45 метров и выше. От нее ведут горизонтальный тоннель - штольню.
Существуют 2 системы закрытой добычи: камерно-столбовая и добыча длинными очистными забоями. Первая система менее экономична. Ее используют лишь в тех случаях, когда обнаруженные пласты мощные. Вторая система гораздо безопаснее и практичнее. Она позволяет извлекать до 80% породы и равномерно доставлять уголь на поверхность.
Открытый метод применяют, когда уголь залегает неглубоко. Для начала проводят анализ твердости почвы, выясняют степень выветриваемости почвы и слоистость покрывающего слоя. Если грунт над пластами угля мягкий, достаточно использования бульдозеров и скреперов. Если верхний пласт толстый, то пригоняют экскаваторы и драглайны. Пролегающий над углем мощный слой твердой породы взрывают.
Применение каменного угля
Область использования каменного угля просто огромна.
Из угля добывают серу, ванадий, германий, цинк, свинец.
Сам уголь - превосходное топливо.
Используется в металлургии для выплавки железа, при производстве чугуна, стали.
Полученную после сжигания угля золу используют в производстве строительных материалов.
Из угля после его специальной обработки получают бензол и ксилол, которые используют в производстве лаков, красок, растворителей, линолеума.
Путем сжижения угля получают первоклассное жидкое топливо.
Уголь - сырье для получения графита. А также нафталина и еще ряда ароматических соединений.
В результате химической обработки каменного угля на сегодняшний день получают свыше 400 видов промышленных продуктов.
Сегодня каменный уголь получил самое широкое распространение. С его помощью получают электрическую энергию, редкие и рассеянные элементы, графит. Уголь - это важное сырье в химической и металлургической промышленности. Именно поэтому запрос «купить каменный уголь» встречается очень часто.
Россия может похвастаться огромными запасами угля, бассейны и месторождения которых рассредоточены по всей стране. Они различаются по геологическому строению, качеству угля, угленасыщенности и возрасту отложений. В зависимости от структурных признаков бассейны России классифицируются на складчатые, переходные и платформенные.\
Большая часть месторождений содержит каменные гумусовые угли, среди которых основное место принадлежит коксующимся сортам. Основные бассейны: Донецкий, Печорский, Южно-Якутский и Кузнецкий. Месторождения бурых углей встречаются в районах Восточной Сибири и Урала, а также в Подмосковном бассейне.
Месторождения угля неравнозначны по качеству ископаемого, объему его запасов и занимаемой площади. Кроме того, они, как и девелоперские компании , расположены в различных регионах страны. Сегодня уголь добывается на территории десяти угольных бассейнов. Крупнейшими месторождениями считаются Кузнецкий, Канско-Ачинский, Горловский бассейн и Восточный Донбасс.
Кузнецкий бассейн является основной угольной базой страны и обеспечивает половину от общего объема добываемого сырья. Почти двенадцать процентов добычи ведется открытым способом. Канско-Ачинский бассейн поставляет бурый уголь, который считается самым дешевым в стране. Из-за низкого качества он малотранспортабелен, поэтому в основном обеспечивает работу мощных тепловых электростанций, работающих на базе крупнейших разрезов. Печорский бассейн дает четыре процента добычи угля в стране. Он расположен вдали от промышленных центров, добыча ведется только в шахтах.
Добыча каменного угля
Уголь добывается двумя основными способами - закрытым и открытым. В первом случае это шахты или разрезы. Шахта - сложное горное предприятие по добыче угля подземным способом. В среднем она работает около сорока лет. Уголь добывается слоями, каждый из которых вынимается приблизительно десять лет. После этого происходит реконструкция горизонта и разработка более глубокого слоя. Разрез предполагает выемку угля уступами и последовательными полосами. Добытый в шахтах и разрезах уголь отправляется непосредственно потребителю или на обогатительные фабрики, где он сначала сортируется, а затем обогащается.
К перспективным угольным бассейнам относятся Ленский, Тунгусский и Таймырский. Они занимают значительные площади в малообжитых районах Сибири и Дальнего Востока. Сегодня добыча угля в западных регионах постепенно сокращается, а в восточных - возрастает. Одним из старейших бассейнов является Донбасс. Добываемый здесь уголь имеет высокое качество, чем отличается от продукции конкурентов.
Угольное топливо человек использует с древних времён. Его горючесть и теплоотдача, длительность сохранения тепла в очаге стали спасением людей в холодные периоды, которые циклично сменяли друг друга на нашей планете. Уголь активно используется и в нынешние времена, в топливно-энергетическом комплексе он состоит в первой тройке сырья наряду с нефтью и газом.
Как образовывались угольные залежи?
Образовались угольные залежи на местах огромных зелёных массивов. Это древняя органика, которая осталась после гибели древесных насаждений. Для того, чтобы погибшие растения стали углём необходимы определённые условия: древесные остатки не должны сгнить под воздействием бактерий. Это возможно только при попадании их под болотную воду, а затем под землю, куда не поступает кислород. Уголь считается полезным ископаемым, добываемым из пластов горных пород, залегающих на различной глубине.
Как находят и разрабатывают угольные месторождения?
Места, где есть уголь, на планете уже давно разведаны. Его запасы в разных странах огромные, их хватит для нужд отопления и промышленности почти на три века. Но по оценкам геологов, их может быть больше , поскольку не во всех частях света проводились глубинные геолого-поисковые работы на предмет наличия угольного топлива. Разработка угольных месторождений актуальна и приносит ощутимый доход государствам, которые занимаются добычей этого твёрдого чёрного золота. Процесс разработки залежей ведётся в зависимости от рельефа местности и глубины залегания угольных пластов.
Угледобывающая отрасль является крупнейшим сегментом топливной промышленности. Во всём мире она превосходит любую другую по численности рабочих и количеству оборудования.
Что такое угольная промышленность
Угледобывающая отрасль подразумевает добычу угля и его последующую переработку. Работы ведутся как на поверхности, так и под землёй.
Если залежи находятся на глубине не более 100 метров, работы осуществляются карьерным способом. Для разработки месторождения на большой глубине используются шахты.
Классические способы добычи угля
Работа на угольных разрезах и под землёй - главные способы добычи ископаемого. Большая часть работ в России и в мире ведётся открытым способом. Это обусловлено финансовой выгодой и высокой скоростью добычи.
Процесс заключается в следующем:
- При помощи специального оборудования снимается верхний пласт земли, покрывающий месторождение. Несколько лет назад глубина открытых работ была ограничена 30 метрами, новейшие технологии позволили увеличить её в 3 раза. Если верхний слой мягкий и небольшой, его снимают с помощью экскаватора. Толстый и плотный слой земли предварительно дробится.
- Угольные залежи отбивают и увозят при помощи спецтехники на предприятие для дальнейшей переработки.
- Рабочими восстанавливается естественный рельеф во избежание нанесения вреда окружающей среде.
Недостаток данного способа заключается в том, что залежи угля, находящиеся на небольшой глубине, содержат примеси грязи и других пород.
Более чистым и качественным считается уголь, добытый подземным способом.
Главной задачей этого метода является транспортировка угля с больших глубин на поверхность. Для этого создаются проходы: штольня (горизонтальный) и шахта (наклонный либо вертикальный).
В тоннелях специальными комбайнами рубятся пласты угля и грузятся на конвейер, поднимающий их на поверхность.
Подземный способ позволяет добыть большое количество ископаемого, но он имеет существенные недостатки: высокая стоимость и повышенная опасность для рабочих.
Нетрадиционные способы добывания угля
Данные способы эффективны, но не имеют массового распространения - на данный момент отсутствуют технологии, позволяющие чётко наладить процесс:
- Гидравлический. Добыча ведётся в шахте на большой глубине. Угольный пласт крошится и доставляется на поверхность под сильным напором воды.
- Энергия сжатого воздуха. Она выступает как разрушительной, так и подъёмной силой, сжатый воздух находится под сильным давлением.
- Виброимпульсный. Пласты разрушаются под воздействием мощных колебаний, образованных оборудованием.
Данные методы применялись ещё в Советском Союзе, но не стали популярными из-за необходимости крупных финансовых вложений. Лишь несколько угледобывающих компаний продолжают использовать нетрадиционные способы.
Главное их преимущество - отсутствие рабочих на потенциально опасных для жизни участках.
Страны-лидеры по добыче угля
По статистическим данным мировой энергетики составлен рейтинг стран, занимающих лидирующие позиции по добыче угля в мире:
- Индия.
- Австралия.
- Индонезия.
- Россия.
- Германия.
- Польша.
- Казахстан.
Уже много лет Китай лидирует по объёмам угледобычи. В КНР разрабатывается только 1/7 часть имеющихся месторождений, это обусловлено тем, что уголь не вывозится за пределы страны, а имеющихся запасов хватит как минимум на 70 лет.
На территории США месторождения равномерно разбросаны по стране. Своими запасами они обеспечат страну не менее чем на 300 лет.
Месторождения угля в Индии весьма богаты, но почти весь объём добытого используется в энергетической промышленности, т. к. имеющиеся запасы имеют очень низкое качество. Несмотря на то что Индия занимает одну из ведущих позиций, в этой стране прогрессируют кустарные способы добывания угля.
Запасов угля в Австралии хватит примерно на 240 лет. Добытый уголь имеет наивысшую оценку качества, значительная его часть предназначена для экспорта.
В Индонезии уровень добычи угля растёт с каждым годом. Ещё несколько лет назад большая часть добытого экспортировалась в другие страны, сейчас страна постепенно отказывается от использования нефти, в связи с чем растёт спрос на уголь для внутреннего потребления.
Россия обладает 1/3 мировых запасов угля, при этом изведаны ещё не все земли страны.
Германия, Польша и Казахстан постепенно снижают объёмы угледобычи из-за неконкурентной стоимости сырья. Большая часть угля предназначена для внутреннего потребления.
Основные места добычи угля в России
Давайте разбираться. Добыча угля в России осуществляется в основном открытым способом. Месторождения по стране разбросаны неравномерно - основная их часть находится в восточной области.
Самыми значимыми месторождениями угля в России являются:
- Кузнецкое (Кузбасс). Считается самым крупным не только в России, но и во всём мире, находится в Западной Сибири. Здесь ведётся добыча коксующегося и каменного угля.
- Канско-Ачинское. Здесь осуществляется добыча Месторождение располагается вдоль Транссибирской магистрали, занимая часть территорий Иркутской и Кемеровской области, Красноярского края.
- Тунгусский угольный бассейн. Представлен бурым и каменным видами угля. Он охватывает часть территории Республики Саха, и Красноярского края.
- Печорский угольный бассейн. На этом месторождении осуществляется добыча Работы ведутся в шахтах, что позволяет добывать высококачественный уголь. Располагается на территориях Республики Коми и Ямало-Ненецкого автономного округа.
- Иркутско-Черемховский угольный бассейн. Находится на территории Верхнего Саяна. Обеспечивает углём только близлежащие предприятия и населённые пункты.
На сегодняшний день ведутся разработки ещё 5 месторождений, способных увеличить ежегодный объём добычи угля в России на 70 млн тонн.
Перспективы угледобывающей промышленности
В мире уже разведана большая часть месторождений угля, с экономической точки зрения, самые перспективные принадлежат 70 странам. Уровень добычи угля стремительно растёт: совершенствуются технологии, модернизируется оборудование. За счёт этого повышается рентабельность отрасли.
