Для чего нужен каменный уголь

Где применяется гипс? Сферы и области применения гипса.

Самым известным источником тепла на протяжении нескольких тысячелетий является каменный уголь. Уникальные особенности этого сырья позволяют ему оставаться востребованным и сегодня, поэтому современная угольная промышленность развивается полным ходом. Очевидно, что столь известный материал нашел применение во многих сферах, о которых речь пойдет далее.

Что представляет собой каменный уголь и как его добывают?

Каменный уголь представляет собой твердое горючее ископаемое черного цвета. Формируется он из остатков растительной органики, которая под действием высокого давления и влияния окружающей среды преобразуется в породу. Это называется «метаморфизм угля». Каменный уголь почти полностью состоит уз углерода (80-90%), а также незначительного количества водорода и кислорода. Характеристиками, которые определяют качество каменного угля, являются коксовая способность и спекаемость.

Угольная промышленность занимает важное место в области добывающих отраслей. Способы добычи угля разнообразны и зависят от глубины залежей ископаемого. Уголь добывают на карьерах (при поверхностном залегании) и в шахтах (в случае нахождения сырья на глубине более 100 метров). При этом используются современные методы проведения работ, например, гидравлическая добыча угля.

Виды и марки каменного угля

Деление каменного угля на виды осуществляется на основе множества критериев – цвета, размера, структурной и генетической составляющей, технологии обработки и так далее.

Существует общепринятая маркировка всего добываемого и используемого в производстве угля, в том числе и каменного. Так, каменный уголь может быть длинноплеменным (Д), газовым (Г), жирным (Ж), коксовым (К), тощим (Т) и так далее. Некоторый добываемый уголь также маркируют как промежуточный (к примеру, газовый жирный). Также в отдельных странах используется собственная маркировка, например, в США и Японии.

В каких областях применяют каменный уголь?

Благодаря уникальным свойствам, каменный уголь активно применяется в различных сферах и областях. Практически все области применения угля стали возможны благодаря его коксованию (термическая обработка каменного угля при отсутствии кислорода). Чтобы понять, как именно он используется, рассмотрим эти сферы подробнее:

Как видно, каменный уголь активно используется в различных сферах промышленности. Доказав свою полезность на протяжении многих лет он все еще остается перспективным ископаемым. Можно с уверенностью сказать, что каменный уголь еще долго не утратит своей актуальности.

Источник

Каменный уголь: происхождение, виды и свойства

Каменный уголь – одно из ценнейших полезных ископаемых, которое приносит немалую пользу человечеству. Оно широко используется в качестве топлива для бытовых нужд, незаменимо для работы металлолитейных предприятий, служит для получения электрической энергии на тепловых станциях.

В результате переработки из этого материала получают редкие и ценные металлы, коксовый газ, фенолы, ароматические углеводороды, медикаменты и множество другой важной для человека продукции.

Происхождение

Так откуда же на Земле появился каменный уголь?

Для образования этого природного богатства понадобились миллионы лет. Исходным сырьем для него послужили различные органические остатки отмерших растений и животных, которые накапливались на дне крупных доисторических водоемов.

В условиях высокой влажности и недостатка кислорода они постепенно разлагались и превращались в торф, прессовавшийся под толщей воды и песка, а затем отвердевали, образуя залежи угля. Процесс этот происходил в течение длительного времени – по оценкам ученых, возраст самого «молодого» пласта каменного угля составляет не менее 40 миллионов лет.

Сегодня самые крупные месторождения этого ископаемого в России разрабатывают на юго-востоке Якутии, в республиках Тыва и Хакассия. Активная добыча ведется у горного хребта Алатау, в Кузнецком и Печорском угольных бассейнах, а также в Ростовской области. Конечно, запасы каменного угля не безграничны, но по мнению экспертов их хватит еще минимум на 270 лет.

Виды угля

Каменный уголь – это промежуточное полезное ископаемое, которое находится между бурым углем и антрацитом. Он залегает на глубине около 3 км и содержит около 70-80% углерода, благодаря чему выделяет большое количество тепла при горении. Именно в эту категорию входит широко использующийся для отопления длиннопламенный уголь.

Антрацит представляет собой самую твердую и плотную породу с максимальным содержанием углерода. Он гораздо древнее, чем каменный уголь: возраст таких пластов превышает 280 миллионов лет, а глубина залегания достигает 6 км. Антрацит обладает самой высокой температурой горения, а содержание углерода в нем максимально и может доходить до 98%.

Бурый уголь – это частично сформированная молодая порода, залегающая на глубине около 1 км. Она имеет более низкие эксплуатационные свойства и невысокую температуру горения. Структура этого ископаемого рыхлая и нестойкая, а счет чего его фракции часто крошатся во время транспортировки.

Уголь также классифицируют по размерам. В зависимости от маркировки он может быть:

П (плитным) – разделенным на крупные куски более 10 см.
К (крупным) – в кусках размером 5-10 см.
О (орех) – уголь в фракциях средней (от 2,5 до 5 см) величины.
М (мелкий) – поделен на фракции от 1,3 до 2,5 см.
С (семечко) – уголь длительного тления размером от 0,6 до 1,3 см.
Ш (штыб) – угольная пыль, из которой обычно делают брикеты.

Если продукт маркирован буквой Р (рядовой), это означает, что в мешке находится несортированная порода, состоящая из фракций разного размера.

Свойства

К наиболее важным характеристикам каменного угля относятся:

Теплоту сгорания также называют калорийностью угля. Этот параметр измеряется в кКал/кг и показывает, сколько тепла выделяет единица топлива в процессе горения. Самый низкий показатель свойственен бурому углю, а самый высокий – антрацитам. У них теплота сгорания может достигать 8600 кКал/кг.

Зольность – измеряющаяся в процентах величина, отражающая количество содержащихся в породе негорючих примесей. Чем больше золы остается в печи после сжигания угля, тем ниже он считается по качеству. Как правило, у каменного угля этот параметр составляет 15-18%.

Влажностью называют количество содержащейся в угле воды. От этой характеристики напрямую зависит, насколько эффективно использовать для отопления конкретный продукт. В среднем для каменного угля допустимой считается влажность на уровне 12-15%.

Если влажность фракций выше, материал будет более тяжелым, что напрямую скажется на расходах на его транспортировку. Кроме того, зимой он может смерзаться, а из-за выделяющихся при горении испарений для отопления потребуется увеличить количество топлива.

Рекомендации по хранению

Чтобы уголь не потерял свои первоначальные свойства, хранить его следует в прохладном и сухом помещении, вдали от прямых солнечных лучей. Во время хранения необходимо контролировать и температуру окружающей среды: если она превысит 40 градусов, в породе запустятся окислительные процессы, которые могут привести к самопроизвольному возгоранию топлива.

Обзор был подготовлен Ногинским Топливным Предприятием уголь-москва.рф

Для вас подготовлена скидка 500р по промокоду УГОЛЬМОСКВАРФ2019

Источник

Все о каменном угле: описание, свойства и подробная классификация, добыча, применение

Для обогрева помещений, получения химических соединений, редких элементов, производства лаков, красок, пластмассы и прочих нужных продуктов используется каменный уголь. Он недорог, несложен в обработке и незаменим в промышленности.

Что такое каменный уголь

Каменный уголь – это полезное ископаемое, добыча которого необходима для жизнедеятельности человека. С его помощью осуществляются многие процессы, где требуется тепловое воздействие, добываются редкие химические элементы. Ранее им топили печи, но это уходит все дальше в прошлое.

Внешне это блестящий или матовый, неровный черный или темно-бурый экземпляр, напоминающий камень, но не являющийся таковым. В отличие от камня, он крошится в руках при нажиме и горит.

Классификация каменных углей

В основе классификации лежат химические и физические свойства ископаемого. Общее разделение:

Бурый уголь отличается от каменного:

Минерал разделяется по степени углефикации и размерам. На основе этих параметров была придумана и внедрена маркировка, отражающая характеристики конкретного сорта ископаемого. Это удобно для использования в промышленности.

Смотрите познавательный видеообзор про минерал:

По степени обогащения

Перед использованием добытую породу подвергают обработке – обогащению. Это увеличение содержания углерода за счет очищения от минеральных примесей, что повышает горючесть.

Часто применяется мокрый способ – ископаемое загружают в водную среду, в которой идет расслоение на примеси и камень. Это происходит из-за того, что минеральные добавки имеют меньшую плотность. Машины для такого обогащения называются отсадочными.

Промышленное разделение по степени обогащения минерала:

По степени углефикации

Углефикация – процесс превращения торфа в бурый уголь или каменного – в антрацит. Это степень насыщения углеродом конкретного куска ископаемого, определяющая его свойства – горючесть, спекаемость, теплоту сгорания. Зависит от возраста – чем он меньше, тем ниже степень углефикации.

По размерам

Добываемые ископаемые отличаются по длине и ширине (это называется фракция), потому существует классификация, где куски определенного размера имеют свое название, сокращенно обозначаемое одной буквой.

Иногда такое разделение называется сортом. Хотя используется буквенное обозначение, к маркам это не имеет отношения.

Классификация по размерам (фракциям):

Марки каменного угля

Минерал подразделяют на марки, деление основано на составе и способности к горению:

Каменный уголь марки Д чаще других используется в ЖКХ и энергетике благодаря следующим свойствам:

Камень отличается ярким блеском, добывается на территориях Красноярского края и Хакасии.

Происхождение каменного угля

Минерал начал образовываться задолго до появления человека. Примерный возраст – 400–200 миллионов лет. До сих пор у ученых нет однозначного мнения касательного того, растения какой группы образовали залежи каменного угля. Большинство считают, что это папоротниковидные.

Существуют 4 основные теории, пытающиеся объяснить, как образовался каменный уголь:

При добыче и обработке в пластах ископаемого иногда встречаются удивительные находки:

За происхождение каменный уголь называют консервами солнечной энергии – растения способны накапливать ее в листьях, побегах.

Месторождения и добыча породы

Ископаемое широко распространено – его запасы составляют 15 % от всей суши. Тройка стран-лидеров по добыче каменного угля:

В России каменный уголь добывают в Кемеровской области, в Кузнецком месторождении, где находится 640 миллиардов тонн ископаемых. Открытие произошло в 1721 году М. Волковым. В 1842 году П. Чихачев оценил запасы бассейна. Во 2-й половине XIX века в Кузбассе начали добывать каменный угль.

В Якутии находится Эльгинское месторождение, его запасы составляют около 2 миллиардов тонн, в Тыве перспективны для разработки Элеготсткие залежи. Другие бассейны – Ленский, Тунгусский, Иркутский, Южно-Якутский, Печерский.

В США самые большие залежи расположены в штате Иллинойс (запас более 360 миллионов тонн).

В Казахстане находится 162 миллиарда тонн ископаемого. Одно из самых крупных месторождений – Экибастузское, другие бассейны:

Источник

Современное применение каменного угля

Основное применение каменного угля заключается в сжигании для выработки электроэнергии.

Это использование обеспечивает около 40% мировой электроэнергии. Такие страны, как Южная Африка, использует уголь для выработки 94% своей электроэнергии, а Китай и Индия используют это полезное ископаемое для восполнения до 70-75% своих потребностей в электроэнергии.

Применение угля обеспечивает доступ к электричеству тем, кто раньше его не имел, что способствует повышению качества жизни и сокращению бедности в этих регионах. Однако эти виды энергии производят большое количество различных загрязнителей, что снижает качество воздуха и способствует изменению климата.

Уголь является самым распространенным ископаемым топливом на Земле, его месторождения широко распространены. Он состоит из разных растительных материалов и в процессе углефикации, который происходит в течение длительного периода времени.

Существует способ классификации угля, который делится на различные категории соответственно различным значениям нагрева: бурый, суббитуминозный, битуминозный и, наконец, антрацитовый.

Сжигание огромного количества каменного угля

Угольные электростанции требуют огромных объемов этого ископаемого.

Переработка этого угля в конечную цель электричество является многогранным процессом:

Для завершения этого процесса угольные электростанции следуют по циклу Ренкина (цикл преобразования тепла в работу за счет водяного пара- в честь шотландского инженера). Поскольку этот процесс требует много воды, чтобы участвовать в этом цикле, электростанции должны быть расположены недалеко от воды.

Экологические последствия применения угля

Угольные электростанции имеют много связанных с этим экологических последствий для местной экосистемы.

Загрязнение воздуха

Использование воды

Использование воды влечет загрязнение.

Большое количество воды часто необходимы для удаления примесей из угля. Например, в Китае для этого процесса используется около одной пятой воды, используемой в угольной промышленности. Этот процесс помогает уменьшить загрязнение воздуха, так как он исключает около 50% золы в угле. Это приводит к уменьшению производства диоксида серы (SOx), а также к уменьшению выбросов двуокиси углерода (CO₂) из-за более высокой тепловой эффективности.

Когда электростанции удаляют воду из окружающей среды, рыба и другая водная жизнь могут быть затронуты, наряду с животными, полагающимися на эти источники. Загрязняющие вещества также накапливаются в воде, используемой электростанциями, поэтому, если эта вода будет сброшена обратно в окружающую среду, она может нанести вред дикой природе.

Сброс воды с электростанций и промывка угля требует мониторинга и регулирования.

Мировое производство электроэнергии

Доля мирового производства электроэнергии в большей степени зависит от применения угляи его энергоемкости.

Энергоемкость

Начальным источником энергии угля является солнечная энергия, потому что именно она сохранилась в мертвой растительной материи. Каменный уголь сжигается в присутствии атмосферного кислорода. Такая повышенная температура позволяет осуществлять химическую реакцию между топливом и кислородом в атмосфере, образующим углекислый газ (CO₂). Поскольку каменный уголь также содержит атомы водорода, сжигание образует некоторый водяной пар в качестве продукта (H₂O). Производство CO₂ ведет к изменению климата, однако именно производство CO₂ делает его таким полезным топливом. CO₂ представляет собой наименьшее энергетическое состояние атома углерода в атмосфере, содержащей кислород, поэтому переход от топлива (углерода в угле) и атмосферного кислорода к CO₂ позволяет получить максимальное количество энергии из топлива. Энергетическое содержание ископаемого варьируется вместе с его зрелостью (старее лучше), как видно из таблицы ниже, антрацит имеет наибольшее энергетическое содержание из всех типов.

Полубитуминозный 19.293 — 30.218

Лигнит 12.784 — 19.293

Способы добычи угля

Существуют способы добычи угля которые разработала горнодобывающая промышленность.

Если ископаемое находится на глубине до 100 метров применяется карьерный способ — самый дешевый способ добычи угля. Этот способ позволяет добывать 60% мирового применения в настоящее время. Тонкий верхний слой породы (обычно всего несколько метров) убирается, чтобы был доступ к угольным пластам толщиной 50-100 метров.

Лучшим считается каменный уголь, добытый подземным способом.

Однако, добыча подземным способом представляет собой серьезную угрозу для здоровья непосредственно вовлеченных горняков. Эти риски включают заболевание пневмокониоза легких рабочих, вызванное долгосрочным воздействием угольной пыли.

Кроме карьерного и шахтного способа добычи существуют и другие.

Это гидравлический способ с помощью давления воды или с помощью сжатого воздуха.

Виброимпульсный — путем удара специальным оборудованием. Однако эти способы не нашли широкого применения ввиду дороговизны.

Объем эмиссии вреда окружающей среде

Помимо воздействия на здоровье человека применение каменного угля представляет собой серьезные последствия для окружающей среды и для экологии в целом. Исчезновение ручьев, изменение естественных водостоков, загрязнение воды, дополнительная эрозия и кислотные стоки в поверхностные воды являются лишь некоторыми из потенциальных последствий.

В мире вводится в действие Закон о контроле над поверхностной добычей полезных ископаемых и мелиорации, в соответствии с которым полоса добытых земель должна быть возвращена к первоначальной биотической продуктивности.

Как и все ископаемое топливо, уголь испускает углекислый газ при его сжигании. Фактически, ископаемое является ответственным за выброс большой части углекислого газа. Кроме того, большинство этого полезного ископаемого также содержит определенное количество других элементов, таких как сера, ртуть, а иногда и литий. Горение приводит к образованию NOx и SOx.

Источник

Как используют уголь? «Нестандартные» отрасли применения

Многие воспринимают уголь исключительно как топливо. Безусловно, большая часть добываемого ископаемого отправляется на угольные ТЭЦ. Наравне с тепловой генерацией по объёмам потребления стоит разве что металлургия.

Остальная часть сырья отходит другим отраслям — иногда для совершенно неожиданных нужд. По самым скромным оценкам, сегодня выпускается свыше 400 продуктов из обработанного угля в разных сферах промышленности. Каким необычным превращениям подвергается горючий камень?

Золошлаки в строительной отрасли

После сжигания угля остаются целые горы золошлаков. Мало кто знает, но отходы котельных могут обрести новую жизнь в… строительных материалах.

В мире продолжает набирать обороты производство строительных материалов с вкраплениями «отходных» элементов. Золошлаки являются отличным заменителем материалов, используемых для формирования земляного полотна. Также отходы могут задействовать вместо песка для заполнения бетонов и строительных растворов.

Из золошлаков можно изготавливать цемент, известь, золобетон, кирпич, а также стеновые, кровельные и облицовочные материалы. С добавлением этого ингредиента данная продукция приобретает особую прочность, обладая при этом низкой теплопроводностью и относительно низкой себестоимостью.

Дорожно-строительная отрасль — ещё одна перспективная сфера применения отходов угольных ТЭС. Они являются универсальной добавкой при отсыпке дорожных насыпей, устройстве оснований и слоёв автодорог, в качестве компонента вяжущих материалов для укрепления грунтов.

Применение золошлаковых материалов в строительной отрасли может решить проблему ликвидации золоотвалов вплоть до их полной утилизации. Однако в России утилизация золошлаковых остатков — редкое явление.

Применение угля в быту

Все от мала до велика знают, как полезна угольная зола в садоводстве. Минеральные остатки используются в качестве удобрения в виде сухого материала, раствора или настоя, и всё благодаря полезным минеральным примесям.

Угольная зола — концентратор диоксида кремния, бора, марганца, цинка, меди, а также калиевых, фосфорных и прочих элементов. Зольные удобрения способствуют улучшению структуры грунтов, в том числе снижают уровень кислотности. Кроме того, они повышают влагопропускную способность и плодородность почв.

Уголь прочно вошёл в наш быт и благодаря своим высокими адсорбирующим свойствам. Способность нейтрализации вредных веществ позволяет использовать его для очистительных процессов.

Во-первых, горючее ископаемое используют для очистки питьевых, бытовых и технических вод. Фильтры с угольной загрузкой удаляют примеси и сокращают мутность жидкости. Во-вторых, частицы угля прекрасно справляются с устранением посторонних запахов и привкусов. И в-третьих, они способствуют нормализации уровня влажности в помещениях.

Ещё уголь используется в производстве углеродного волокна и специализированных компонентов (к примеру, металлического кремния), которые применяются в изготовлении бытовых приборов и средств личной гигиены.

Уголь в химической промышленности

Химики давным-давно распробовали уголь в качестве исходного сырья для своих экспериментов. Путём определённых махинаций из «топлива» научились получать огромное количество производных.

К примеру, антрацит в сочетании с нефтяным коксом дал миру искусственный графит, который, в свою очередь, нашёл своё применение в металлургической и машиностроительной сферах. Графит используют для изготовления футеровочных плит, плавильных тиглей, защитных чехлов для термопар, нагревательных элементов электропечей, скользящих контактов для электрических машин, анодов и сеток в ртутных выпрямителях и многого другого.

Неудивительно, что уголь сегодня является ещё и источником серы. При сжигании горючего ископаемого сернистые включения портят его качественные характеристики. Из нежелательного элемента можно извлечь пользу, ведь это вещество «в чистом виде» очень востребовано во многих отраслях. Как правило, серу удаляют из отходов коксохимического производства — двуокиси серы — или при обессеривания продуктов газификации угля.

Большой спектр применения у продукта коксования каменных углей — каменноугольной смолы. В состав этого вещества входит более 10 тысяч химических соединений, которые открывают химикам большие возможности.

Из каменноугольной смолы получают технические масла, синтетическое топливо, нафталин, аммиак, толуол и прочее. Далее они по цепочке «расходятся» в том числе и по бытовым вещам. Например, из смол выделяют бензол и ксилол, которые являются компонентом различных лаков, красок и растворителей.

Что делают из угля в фармацевтике и косметологии?

О популярности активированного угля, кажется, и упоминать не стоит. Каждый и далеко не один раз в жизни выпивал чёрные таблетки при инфекционных заболеваниях желудочно-кишечного тракта.

Вообще, активированный уголь является постоянным гостем домашних лайфхаков. Например, он отлично нейтрализует запахи в холодильнике, а ещё избавляет от плесени и грибков.

Но мы говорим о сферах применения угля в косметологии и медицине. Прекрасный пол распробовал активированный уголь при изготовлении масок для лица и волос в домашних условиях — опять же, ввиду его суперспособности эффективно очищать кожу от шлаков и токсинов.

Уже упомянутая каменноугольная смола входит в состав лечебных шампуней, мыла и мазей. Густая жидкость чёрного или коричневого цвета чаще всего используется для лечения кожных заболеваний головы, поскольку обладает противогрибковыми, противовоспалительными и противозудными свойствами.

Химические ответвления каменноугольной смолы заняли определённую нишу в парфюмерии. Иногда их добавляют в смесь ингредиентов из-за способности сохранять стойкость аромата и снижать его выветривание.

Некоторые вещества обладают уникальным специфическим запахом. Например, хинолин — химическая производная каменноугольной смолы — имеет дымный и кожаный «оттенки», поэтому стал универсальным элементом кожаных ароматов.

Источник