Каменный уголь – что такое, где добывают, свойства, описание и интересные факты для сообщения кратко (3 класс, окружающий мир)
Каменный уголь — твёрдое горючее полезное ископаемое, которое с давних времён используется человеком для обогрева помещений. Кроме того, каменный уголь успешно используют в различных отраслях промышленности. В статье кратко изложим информацию о свойствах каменного угля, описание его видов, способов добычи и использовании.
Как образовался каменный уголь
Каменный уголь — это горная порода, твёрдое полезное ископаемое, образованное из разложившихся останков животных и растений. Относится к исчерпаемым невозобновимым природным ресурсам, то есть к тем, которые не восстанавливаются или скорость восстановления которых очень мала.
Каменный уголь появился на планете около 350 млн лет назад, когда на древних болотах росли огромные древовидные папоротники и голосеменные растения. Отмирая, они опускались на дно водоёма, придавливаясь толщей воды. Так образовался торф, который под дальнейшим многовековым давлением воды и другой органики постепенно превращался в каменный уголь.
Рис. 1. Залежи каменного угля.
Основные запасы каменного угля относят к эре Палеозоя, когда планету населяли динозавры и гигантские растения. Обильная растительность той эпохи способствовала более интенсивному формированию природного горючего вещества.
Способы добычи каменного угля
В древности каменный уголь собирали в местах выхода пласта на поверхность. Это могло происходить по двум причинам:
Позже, с появлением первой техники, люди научились разрабатывать каменный уголь открытым способом. Места, где добывают каменный уголь, называют угольными шахтами или копями. Поначалу они были глубиной до нескольких десятков метров. В настоящее время, благодаря мощным техническим приспособлениям, угольные копи достигают в глубину более 1000 метров.
Рис. 2. Угольная шахта.
Разновидности угля
Особенность угля такова, что он залегает пластами, и внешне его залежи напоминают обгоревшую древесину. Соотношение компонентов в каменном угле нестабильно, и от преобладания тех или иных элементов уголь делят на виды. К самым распространённым видам каменного угля относят:
Основной химический элемент каменного угля — углерод, который и определяет свойства полезного ископаемого. Его концентрация зависит от условий образования, процессов и возраста угольных пластов. Процент углерода определяет качество природного топлива: чем он выше, тем выше теплота сгорания порода, и тем больше она ценится в качестве источника тепла и энергии.
Рис. 3. Антрацитовый уголь.
Применение каменного угля
Каменный уголь часто называют солнечной энергией, заключённой в камень. При сгорании он выделяет большое количество тепла — гораздо больше, чем можно получить от дров или иного твёрдого вида топлива.
Самые жаркие сорта каменного угля успешно используют в металлургии, ведь там нужны очень высокие температуры.
В сообщении на тему «Что такое каменный уголь?» на уроке по окружающему миру в 3 классе полезно отметить, что уголь успешно используют в химической промышленности для получения многих полезных продуктов: пластмасс, антисептиков, лакокрасочной продукции.
Что мы узнали?
Каменный уголь — исчерпаемое невозобновимое полезное ископаемое. Он образовывался на протяжении тысяч лет. Свойства каменного угля зависят от содержания углерода — чем оно выше, тем большей теплотой сгорания обладает уголь. К интересным фактам стоит отнести применение угля: используют его не только в качестве топлива, но и для изготовления различной продукции.
Что такое каменный уголь, каковы его виды и свойства
Каменный уголь – это твердая горючая осадочная порода, образующаяся в земном пласте из остатков отмерших растений. Он занимает промежуточное положение в фазе углеобразования между бурым углем и антрацитом.
Уголь – это первое полезное ископаемое, которое использовалось человеком в качестве топлива и являлось основным вплоть до конца XX века.
Как образуется каменный уголь
Основные запасы каменного угля, которые сейчас добываются, сформировались еще 280 000 000 лет назад. В то время на земле росли гигантские растения и жили динозавры. Они и стали основой огромных накоплений органических отложений.
Давайте разберемся, как из останков животных и растений образовался каменный уголь.
Процесс углеобразования можно разделить на две части:
Теперь подробнее рассмотрим каждый этап.
Торфообразование
В эру палеозоя на земле были такие растения как папоротники, плауны и хвощи. Со временем их перегной скапливался и сверху покрывался осадками. А в стоячей воде, лишенной кислорода, бактерии не имели возможность полностью разрушить органические остатки растений. Таким образом скапливалась масса, которая превращалась в торф – материал для образования угля. Данный период длился тысячелетия.
Углефикация
Процесс углефикации разделяют на две части:
Подробнее о каждом читайте ниже.
Подводя итог вышесказанному, еще раз отметим, что каменный уголь отличается от бурого большим содержанием углерода. Это, в свою очередь, влияет на показатели теплового горения, зольности и других качественных характеристик, о которых вы узнаете далее.
Отдельно хотим акцентировать ваше внимание на следующем:
Многие путают каменный уголь и древесный. Имейте в виду, что это абсолютно разные виды.
Древесный уголь – высококалорийное топливо, которое получают при сжигании древесины, тем самым избавив ее от влаги. Наряду с каменным углем, данный вид обладает высоким показателем теплового горения, а также минимальным количеством дыма и копоти.
Далее вы узнаете о месторождениях каменного угля.
Месторождения каменного угля
Месторождения каменного угля называют угольными бассейнами. Это территория, на которой находятся сплошные или прерывистые залежи сырья.
По объемам запасов угля в мире Россия занимает 2-ое место, а по добыче 6-ое (350 миллионов тонн в год) после Китая, США, Индии, Австралии и Индонезии. В общей сложности, в недрах нашей страны сосредоточена треть мировых залежей угля.
На сегодняшний день Россия не включена в число лидеров по добыче каменного угля, но в 1958 году СССР вышел на первое место в мире и удерживал эту позицию 22 года. Этот период был назван «Золотым веком».
Основными угольными месторождениями бывшего союза считались:
Теперь, когда вы знаете, что представляет собой месторождение каменного угля, поговорим о способах добычи материала.
Способы добычи каменного угля
Разработка угольных бассейнов ведется как на поверхности, так и глубоко под землей.
Исходя из этого, существует два способа добычи угля:
Давайте выясним, чем они отличаются.
Открытый способ
Открытым способом добывают угли, которые находятся на глубине до 100 метров. Метод также называют карьерным. Он считается наиболее быстрым и не затратным с экономической точки зрения.
Процесс добычи делится на несколько этапов:
Минус добычи карьерным методом заключается в том, что уголь на поверхности, как правило, менее качественный и содержит примеси других пород и грязь.
Закрытый способ
Это наиболее популярный подземный метод добычи полезных ископаемых. В отличие от открытого, при закрытом наносится меньше вреда окружающей среде и добывается более качественный уголь.
Здесь добыча может производиться:
Рассмотрим каждый из них.
Через штольни
Штольня – это горизонтальная (или под углом не менее 45 градусов) горная выработка, имеющая выход на поверхность. В ней добывают полезные ископаемые.
Данный метод используется при залегании небольшого пласта угля на глубине более 100 метров, в сложных горных рельефах и в местах, где обустройство карьеров экономически нецелесообразно. Со стороны данная выработка выглядит как обычная пещера в горе.
Через шахты
Добыча угля в шахтах – это метод, при котором происходит извлечение каменного угля из недр земли при помощи специального оборудования. Он считается самым продуктивным и, в то же время, опасным и дорогостоящим.
Шахты пробуриваются на глубину от 100 метров до километра (наиболее крупные в России достигают 1 200 метров). В среднем они эксплуатируются 10-20 лет. Но перед этим необходимо доказать наличие залежей и получить специальное разрешение для обустройства шахты.
Шахтный метод можно разделить на два вида:
Помимо вышеописанных способов существует несколько нетрадиционных, которые не имеют массового распространения ввиду дороговизны и отсутствия технологий.
Здесь можно выделить:
Все эти методы использовались еще в Советском Союзе, но из-за недостатка средств данные проекты пришлось закрыть. Кроме того, сейчас главным источником топлива в мире считается нефть. Но, несмотря на это, от каменного угля не только не спешат отказываться, но и развивают технологии по разработке месторождений.
Далее мы расскажем о видах каменных углей и их классификациях по основным признакам.
Виды каменного угля
Сферы применения материала напрямую зависят от вида и качества исходного сырья. По этой причине необходимо разобраться, каким может быть каменный уголь.
Итак, материал классифицируют по следующим признакам:
Теперь рассмотрим каждую характеристику.
По маркам
Уголь принято классифицировать по маркам, которые определяют его по самым основным свойствам.
Всего выделяют 9 марок углей:
Буквами в скобках обозначают сокращенное название марки.
Теперь давайте выясним, какими характеристиками они обладают.
Бурый уголь (Б)
Это самая молодая марка, имеющая наименьшую теплоту сгорания. Это объясняется низким содержанием углерода, повышенным – влажности и примесей. Из-за своей дешевизны применяется в мелких котельных и частных домах.
Длиннопламенный уголь (Д)
Уголь серо-черного цвета, который горит коптящим пламенем с длинными языками (отсюда и название). Содержит 70-80% углерода, меньшее количество примесей и влагоемкости. Он может гореть без поддува за счет собственной тяги. Также длиннопламенный уголь не спекается и дает много тепла.
Газовый уголь (Г)
Он напоминает длиннопламенный, но отличается меньшей влагоемкостью и высокой скоростью горения. Как правило, применяется в небольших промышленных котельных в качестве топлива.
Жирный уголь (Ж)
Жирные угли загораются тяжелее и горят небольшим пламенем. Также к недостаткам можно отнести высокое содержание летучих веществ. Поэтому данную марку редко используют как топливо. Зато такой материал считается ценным коксующимся углем из-за высокой теплоты сгорания. В результате нагрева образуется высокопрочный кокс – твердый каменный уголь, запеченный при высоких температурах. Его используют для чугуна и стали в черной металлургии.
Коксовый уголь (К)
Из этого вида получается ценный каменноугольный кокс. Данная марка образуется на глубине 5 500 метров под высоким давлением. Имеет однородную структуру и серый цвет. Содержание углерода здесь 88-90%, но при этом в качестве топлива коксовый уголь практически не используется. Применяется для плавки чугуна в целях получения железа.
Отощенно-спекающийся уголь (ОС)
Практически не отличается от коксового. Он содержит примерно такое же количества углерода и летучих веществ, но обладает большей теплотой сгорания. Эту марку используют иногда как топливо на электростанциях и часто в коксохимической промышленности. Но так как коксуется он тяжело, его необходимо смешивать с другими видами. Смесь нескольких марок угля называют шихтой.
Слабоспекающиеся угли (СС)
Отличительной чертой данной марки является слабая спекаемость, а иногда и вообще ее отсутствие. В связи с этим они имеют характерное свойство – их очень трудно разжечь. Слабоспекающиеся угли дают достаточно много тепла и горят без дыма и пламени, но за ними нужно следить, потому что без постоянного поддува они могут погаснуть. Применяется эта марка в основном в крупных промышленных печах и для растопки чугунных и железных котлов.
Тощий уголь (Т)
Залегает тонкими пластами на большой глубине (6 600 метров), отсюда и название. Данный вид не приспособлен к коксованию из-за отсутствия способности к спеканию. Он обладает очень высокой теплотой горения и не выделяет пламени. По этой причине его используют в металлургии, крупных электростанциях, промышленных котельных и многих других областях, где необходимы высокие температуры.
Антрацит (А)
Самый качественный уголь. В нем содержится до 98% углерода. Имеет самую высокую теплоту сгорания, термостойкость и электропроводность. Из-за своих качеств он подходит не всем печам, так как некоторые может просто испортить. Применяется антрацит, как правило, в металлургии.
Помимо вышеперечисленных марок, имеются еще и промежуточные:
В нашей области встречается только одна марка материала – это длиннопламенный уголь (Д).
По фракциям
Во время добычи угля его дробят и измельчают. Затем куски разных размеров сортируют по фракции, или размеру. Это необходимо для того, чтобы получить материал нужной величины.
Марки и фракции – самые важные классификации. И чтобы охарактеризовать тот или иной уголь, для упрощения используют следующую систему: сорт = марка + фракция.
Итак, по фракциям уголь делится на:
Здесь так же, как и в марках, существуют объединенные фракции:
У нас в продаже представлены следующие фракции длиннопламенного угля:
По наличию постобработки
Каменный уголь добывается из земли и, соответственно, может иметь примеси и посторонние включения. Они влияют на его качество и температуру горения. Их наличие или отсутствие напрямую зависит от угольного бассейна.
В связи с этим, добытый каменный уголь может быть:
Без постобработки
Это уголь, который добыли и еще не подвергли обработке. Он малопригоден для использования, так как в нем могут содержаться примеси и обломки разных размеров.
Исключением здесь является антрацит. Как правило, посторонних включений он практически не имеет, а обработка нужна лишь для получения необходимой фракции.
С постобработкой
Для того, чтобы дальнейшее использование угля было максимально безопасным и эффективным, его подвергают постобработке. После нее мы получаем материал определенного размера и без примесей. Данная процедура называется обогащением.
Перед постобработкой проводят подготовительную процедуру – дробление. На этой стадии крупные обломки угля разрушают на более мелкие.
После этого ископаемое проходит этап обогащения, который бывает 3 видов:
В результате обогащения мы получаем несколько видов каменного угля, которые могут использоваться в разных отраслях.
По степени обогащения каменный уголь делится на:
По химическому составу
Каменный уголь – это сложное химическое соединение, состав которого зависит от его возраста, сорта и месторождения.
В его состав входят следующие элементы:
По структуре
Структура определяется вещественным составом, формой и размером углеобразующего компонента.
Выделяют несколько разновидностей:
По блеску
Блеск – это способность угля отражать падающий свет. Она зависит от степени углефикации и петрографического состава. Блеск изменяется от смолистого к металлическому по мере увеличения содержания углерода, а с повышением зольности становится более матовым.
По характеру блеска выделяют следующие типы:
Также угли разделяют по степени блеска. Данный показатель зависит от вещественного состава углей и содержания минеральных примесей.
Здесь бывают такие угли:
По текстуре
Текстурой называют расположение компонентов поверхности угля независимо от формы и состава. Он бывает плотным или рыхлым.
По текстуре классифицируют только твердые, плотные породы, которые характеризуются следующими сложениями:
По излому
Излом – это характер поверхностей, образующихся при раскалывании угля. Он обусловлен вещественно-петрографическим составом и степенью метаморфизма.
Выделяют следующие виды излома:
По вещественному составу
Вещественный, или петрографический состав углей характеризуют по содержанию макрокомпонентов (литотипов), микрокомпонентов (мацералов) и минеральных включений.
Литотипный состав углей
Макрокомпоненты различают в углях невооруженным глазом — по блеску, цвету, излому, структуре и трещиноватости.
Как правило, выделяют четыре основных компонента:
Все угли редко состоят из одного ингредиента, чаще двух, трех или четырех. Поэтому рассмотрим каждый макрокомпонент более подробно.
Витрен – блестящий уголь, который формирует черные линзообразные слои толщиной от 3 до 10 мм (более тонкие относятся к кларену), с раковистым изломом, хрупкие и с густо вертикальными трещинами.
Кларен – полублестящий, менее трещиноватый уголь с выраженным наслоением. Слои толщиной до 3 мм, цвет чёрный, излом угловато-неровный, а текстура полосчатая. Внешне кларен напоминает витрен, имеет бесструктурную массу с элементами спор, древесины и коры.
Дюрен – матовый, черного или серого цвета, иногда с жирным блеском. Мощность слоев от 3 до 10 мм. По структуре твердый, однородный, при разломе колется на крупные куски с зернистым изломом.
Фюзен сходен с древесным углем. Он волокнистый, черного цвета, с шелковистым блеском или полуматовый. Фюзен по структуре мягкий, сажистый, легко растирается в порошок и пачкает руки.
Мацералы
Мацералы – это мельчайшие единицы вещественного состава углей, которые определяются только под микроскопом. Они являются элементами растительного материала, которые изменяются в процессе метаморфизма.
Микрокомпоненты разделяют на четыре основные группы:
Рассмотрим каждую группу отдельно.
Витринит является одним из основных компонентов углей, имеет блестящий вид, напоминающий стекло. В состав витринита входят остатки тканей высших растений, которые подверглись гелефикации – то есть превратились в гель. Мацералы этой группы имеют ровную поверхность и любые размеры – от крупных фрагментов до микрокомочков. Они имеют яркую окраску (от желтовато-красных до буро-красных оттенков) в зависимости от степени метаморфизма.
Семивитриниты, подобно предыдущей группе, также представляют собой продукты гелификации тканей высших растений и низших грибов, но отличаются несколько иной окраской под микроскопом. В отражённом свете имеют серо-белый цвет различных оттенков.
Липтинит – это группа мацералов, включающая в себя остатки спор, кутикулы, водорослей и пыльцы. Имеют окраску от желтого до темно-серого цвета, в зависимости от стадии метаморфизма. Для них характерен самый высокий выход летучих веществ. Форма и размер мацералов этой группы зависят от исходного растительного материала.
Инертинит – это группа мацералов, характеризующаяся наиболее высоким, по сравнению с другими группами, содержанием углерода. Имеет оттенки от коричневого до темно-коричневого, вплоть до черного цвета.
Минеральные включения
Минеральные включения – это примеси в твердых горючих ископаемых в виде вкраплений и линз, определяемые только с помощью микроскопа. Они бывают разнообразные, их количество варьируется от нуля до преобладания над угольными компонентами.
Количество примесей выражается плотностью. Чистые или слабо загрязненные угли имеют плотность до 1,5 г/см3. Угли с плотностью от 1,5 до 2,0 г/см3 называются карбоминеритами, или углеминералами.
Наиболее часто в каменных углях и антрацитах встречаются следующие минералы:
Также иногда встречаются германий и уран.
Классификация угля в отдельных странах происходит по-разному. В России материал подразделяют на марки по комплексу таких параметров как содержание углерода, зольность, выход летучих веществ и теплота сгорания. В США каменный уголь классифицируют по содержанию связанного углерода, относительному выходу летучих веществ и теплоте сгорания. А в Японии, прежде всего, учитываются топливный коэффициент, крепость кокса или неспособность к коксованию.
Далее вы узнаете о свойствах каменного угля.
Свойства каменного угля
Угли обладают множеством характеристик, которые определяют их дальнейшее использование, будь то бытовое или промышленное.
К основным характеристикам относят:
Теперь опишем эти свойства.
Зольность
Зольность показывает количество негорючих примесей (золы) после выжигания горючей части топлива и удаления летучих соединений в лабораторных условиях.
Это основной показатель качества угля. Чем меньше зольность, тем больше тепла дает килограмм топлива.
Сначала определяют показатель зольности аналитической пробы угля, который имеет обозначение Aa. Затем он в процентах пересчитывается на абсолютно сухое вещество (или Ad), воздушно-сухое топливо (его буквенное обозначение Aad) или рабочее топливо. Последнее отмечают как Аr. Зольность варьируется от 2-3% до 45% и более. В промышленности по проценту зольности проводят границу между углями и углистыми сланцами. Если показатель меньше 45%, это уголь, если больше, то сланец.
Теплота сгорания
Показатель определяет количество тепла, выделяемое при полном сгорании 1 кг топлива. Может выражаться в ккал/кг, кДж/кг, Дж/г. Величина характеризует энергетическую ценность угля.
Теплота сгорания подразделяется на:
Теплота сгорания зависит от состава топлива, степени метаморфизма и содержания углерода и водорода. При этом существенное влияние оказывает водород – 1% дает тепло в 3,5 раза больше, чем углерод.
Величина теплоты сгорания:
Петрографический состав
Количественный расчет мацералов позволяет отнести уголь к тем или иным классам, подклассам, типам, подтипам и группам. Данный метод используется также для определения генетических особенностей и технологических характеристик углей по ГОСТу 25543-88.
Для обозначения категории каменного угля вычисляется сумма фюзенизированных компонентов (обозначается ∑ОК). Фюзенизация – превращение остатков отмерших растений в мацералы групп инертинита (или I) и семивитринита (выражается как Sv).
Сумма фюзенизированных компонентов вычисляется следующей формулой:
Влагоемкость
Влагоемкость отображает содержание в топливе влаги, теряемой при высушивании.
Данный показатель зависит от степени метаморфизма, зольности, петрографического состава и других факторов.
Выделяется несколько разновидностей влаги:
Основным показателем из всех вышеперечисленных является общая влага рабочей массы (обозначается Wf).
Ее содержание в углях различной углефикации:
В антрацитах влаги больше, чем в каменных углях, потому что у них более мелкие поры. Поэтому поглощение воды происходит эффективнее.
Высокая влагоемкость отрицательно сказывается на теплоте сгорания. Кроме того, зимой влажный уголь может смерзаться.
Спекаемость
Спекаемость – это способность угля переходить в пластическое состояние при нагревании без доступа воздуха. Если уголь имеет свойство спекать смешанные с ним зерна других инертных материалов или даже неспекающиеся, то это называется спекающейся способностью.
Сначала угли определенного петрографического состава и степени углефикации нагревают при температуре выше 300°С без доступа воздуха. В процессе из них выделяются парогазовые и жидкие продукты, часть из которых удаляется, а оставшиеся образуют пластическую массу вместе с твердыми продуктами. При температуре 500-550°С эта масса затвердевает, образуется спекшийся твердый остаток — полукокс. Если увеличить температуру до 1000°С и более, то в полукоксе снизится содержание кислорода, водорода и серы, вырастет содержание углерода, и он превратится в кокс.
Существует мнение, что спекаемость угля зависит от толщины пластического слоя: чем она больше, тем лучше. Метод заключается в испытании угля в пластометрическом аппарате. Здесь создается среда, сходная с условиями промышленного коксования. Помимо определения спекаемости угля, этот способ позволяет подобрать также шихту для коксования.
Содержание связанного углерода
Связанный (нелетучий) углерод – это массовая доля углерода, которая остается после нагревания до полного удаления летучих веществ. Данный показатель выражается в процентах и рассчитывается по следующей формуле: 100% – (% зольности + % общей влаги + % содержания летучих веществ).
Процент содержания связанного углерода в углях влияет на теплотворную способность. Чем он выше, тем более качественным считается уголь и при сгорании дает больше тепла.
Рассмотрим содержание углерода в разных марках угля:
Содержание летучих веществ
При нагревании угля в стандартных условиях из него выделяются газообразные и жидкие вещества. Они и называются летучими и отражают свойства органической массы. Показатель обозначается V.
Ниже представлена информация по выходу летучих веществ в зависимости от марки угля:
Чем меньше процент выхода летучих веществ, тем дольше процесс горения и воспламенения. Такой уголь считается качественным.
Во время термической обработки угля до 350°С выделяются вода и двуокись углерода. А при нагреве до температуры 500-550°С без доступа воздуха (полукоксования) образуются:
Содержание хлора
Хлор в углях относится к числу вредных элементов и при использовании в промышленных масштабах может вызвать коррозию. При содержании менее 0,015% хлор не оказывает влияния на окружающую среду и аппаратуру.
В углях содержание хлора варьируется от 0,015% до 0,15%. Большее количество хлора найдено в бурых и длиннопламенных марках (до 1%).
Содержание мышьяка
Мышьяк – это токсичный элемент, который выделяется при сжигании угля. Он загрязняет экологию, а также является технологически вредным элементом при производстве кокса.
Концентрация мышьяка изменяется в широких пределах — от 0,3 до 8000 г/т (грамм мышьяка на тонну угля) сухого топлива. В среднем его содержание в углях колеблется от 10 до 250 г/т, а в коксе – 18 г/т.
Коксовая способность
Коксуемость – это способность угля самостоятельно или в виде шихты спекаться с последующим образованием кокса, который обладает определенным размером и степенью прочности.
Процесс коксования заключается в следующем: после спекания и образования полукокса при температуре 500-550°С твердый остаток нагревают в течение 15 часов до 1 000°С и более. В результате снижаются зольность, содержание летучих веществ, серы, увеличивается содержание углерода, и в итоге образуется кокс.
Существует 2 параметра, характеризующие коксующую способность угля:
По способности к коксообразованию, уголь делят на следующие марки:
Коксующиеся угли обладают более высокой температурой сгорания и меньшим содержанием примесей.
Их используют как промышленное топливо там, где требуется большое количество тепловой энергии (например, в металлургии или для получения следующих химических элементов: свинца, молибдена, цинка, германия, серы и галлия).
Вспучиваемость
Вспучиваемость – это свойство угля, находящегося в пластическом состоянии, увеличиваться в объеме из-за выделяющихся летучих веществ.
Индекс свободного вспучивания является одним из параметров спекаемости. Его определяют следующим образом: уголь массой 1 г нагревают до температуры 350 ± 5°С, затем получившийся профиль нелетучего остатка (королька) сравнивают со стандартными профилями корольков. Профиль – это шкала, состоящая из 17 пунктов, каждому из которых соответствует значение показателя свободного вспучивания.
Показатель отражательной способности
Отражательная способность – это оптическая характеристика, применяемая для определения стадии метаморфизма углей. Данный показатель обозначается R и выражается в процентах. R измеряется отношением отраженного света (L0) к падающему (Lп).
Пористость
Пористость – это отношение объема всех пор и трещин к общему объему угля.
Под воздействием внешних факторов и структурных трансформаций на стадии метаморфизма уголь претерпевает различные изменения. В результате происходит образование пор и трещин. В ископаемых низкой стадии метаморфизма их больше всего, с чем и связана высокая способность к впитыванию влаги.
В процессе углефикации пористость изменяется по кривой, которая достигает минимального значения в области спекающихся углей. Это как раз и объясняет тот факт, что у некоторых марок каменных углей влагоемкость меньше, чем у антрацитов, несмотря на высшую стадию метаморфизма у последних.
Коэффициент пористости изменяется от 1,0 у бурых углей до 0,16 в антрацитах и имеет свой минимум в коксовых углях – 0,13.
Плотность
Плотность является обобщенным выражением количества примесей в угле. Данный показатель выражается в г/см3.
Плотность углей в зависимости от степени метаморфизма:
Также существуют такие понятия как:
Электропроводность
Угли относятся к полупроводникам. Их электропроводность определяется обратной величиной — удельным электрическим сопротивлением, которое выражается в ом/м или в ом/см.
Электропроводность углей бывает разная и изменяется в зависимости от выхода летучих веществ, влагоемкости, зольности и степени углефикации.
Так, например:
Если угли нагреть до 1100-1300°С, то электрическое сопротивление достигнет минимума, а электропроводность сравнится с проводимостью металлов.
Насыпная плотность
Насыпная плотность – это отношение массы угля к его объему. Этот показатель зависит от влагоемкости, зольности и фракции топлива. Величину насыпной плотности используют для измерения массы угля в вагонах, штабелях и бункерах. Она обозначается BD и измеряется в кг/м3.
BD вычисляется путем засыпки угля в контейнер без использования уплотняющих усилий. Для топлива фракции до 2,5 см используют контейнер объемом 0,5м3, а для крупности от 2,5 см мерную емкость объемом 1м3. Как правило, для точного результата используют среднеарифметическое значение 5 взвешиваний.
Насыпная плотность углей различных марок:
Насыпная плотность угля в месте погрузки может отличаться от определенной у покупателя из-за изменения влажности и размеров угля за время доставки.
Прочность
Механическая прочность – это свойство углей оказывать сопротивление разрушению.
Данный показатель напрямую зависит от содержания углерода и минеральных примесей. В связи с этим, наиболее высокая прочность у антрацита, длиннопламенных и газовых углей.
Для определения механической прочности используют барабан, в котором вращают куски угля крупностью от 1,3 до 10 см. Затем вычисляют отношение полученной массы углей крупностью от 1,3 см к массе изначально загруженного угля и выражают в процентах.
Дробимость
Дробимость, или измельчаемость – это способность углей сопротивляться разрушению дробящими устройствами: молотками, зубьями и плоскими поверхностями.
Дробимость, как показатель, выражается:
Дробимость углей зависит от стадии метаморфизма и достигает своего максимума у каменных углей с выходом летучих веществ от 12 до 28%.
Хрупкость
Хрупкость углей – это свойство разрушаться без применения специальных устройств для дробления, например, при транспортировке. Данный показатель зависит от петрографического состава топлива и от наличия трещин. Хрупкость определяют в барабане без использования дробящих элементов. Наиболее подвержены разрушению такие марки углей как жирные, коксовые и отощенно-спекающиеся. У длиннопламенных и антрацитов хрупкость меньше.
Твердость
Твердость – это способность угля при упругой и пластической деформации оказывать сопротивление.
Выделяют 3 вида твердости:
Данный показатель определяется по шкале Мооса в значениях от 2 до 5, где 2 – это мягкие угли, а 5 – твердые.
Твердость углей по шкале Мооса:
Радиоактивность
Радиоактивность – это свойство химических элементов излучать альфа (α), бета (β) частицы и гамма (γ) кванты. В углях могут содержаться радиоактивные изотопы урана, тория и калия. Калий самостоятельно выводится из организма, а торий и уран имеют свойство накапливаться.
Содержание урана больше всего зафиксировано в торфе. В процессе метаморфизма часть элементов торфа теряется, и, таким образом, образовавшийся уголь утрачивает часть урана. Среднее значение этого элемента в углях составляет – 3,6 г/т.
Торий в природе входит в состав глинистых минералов и встречается в бурых углях (6,3 г/т) и каменных (3,5 г/т). Его концентрация зависит от зольности топлива.
Подведем итог вышесказанному.
Каменный уголь – это универсальное топливо с рядом преимуществ:
