Бурый уголь, каменный уголь и антрацит. Добыча бурого угля в россии

С древних времен каменный уголь человечество использует в качестве одного из источников энергии. И в наши дни это полезное ископаемое применяется достаточно широко. Иногда его называют солнечной энергией, которая законсервирована в камне.

Применение

Уголь сжигают, получая тепло, которое идет для горячей воды и обогрева домов. Полезное ископаемое применяют в технологических процессах выплавки металлов. На тепловых станциях уголь путем сжигания преобразуется в электричество.

Научные достижения позволили использовать это ценное вещество иначе. Так, в химической промышленности успешно освоена технология, позволяющая получить из каменного угля жидкое топливо, а также такие редкие металлы, как германий и галлий. Из ценного ископаемого в настоящее время извлекаются углеграфитовые с выскокой концентрацией углерода. Также отработаны методы получения пластмассы и газообразного топлива высокой калорийности из угля.

Очень низкую фракцию низкосортного угля и его пыль после переработки прессуют в брикеты. Этот материал отлично подходит для отопления частных домов и производственных помещений. В целом выпускают более четырехсот наименований различной продукции после химической переработки, которой подвергается уголь. Цена на все эти продукты в десятки раз превышает стоимость исходного сырья.

На протяжении нескольких последних столетий человечество активно использует каменный уголь в качестве топлива, необходимого для получения, а также преобразования энергии. Причем потребность в этом ценном ископаемом в последнее время возрастает. Этому способствует развитие химической промышленности, а также необходимость в получаемых из него ценных и редких элементов. В связи с этим в России на сегодняшний день ведется интенсивная разведка новых месторождений, создаются шахты и карьеры, строятся предприятия для переработки этого ценного сырья.

Происхождение ископаемого

В давние времена на Земле был теплый и влажный климат, в котором бурно развивалась разнообразная растительность. Из нее в дальнейшем и образовался каменный уголь. Происхождение этого ископаемого кроется в скоплении миллиардов тонн отмершей растительности на дне болот, где они покрывались наносами. С той поры прошло около 300 млн. лет. Под мощным прессом песка, воды и различных пород растительность медленно разлагалась в бескислородной среде. Под воздействием высоких температур, которые давала близко расположенная магма, происходило затвердевание этой массы, которая постепенно превращалась в каменный уголь. Происхождение всех существующих месторождений имеет только такое объяснение.

Запасы полезного ископаемого и его добыча

На нашей планете имеются большие залежи каменного угля. Всего, по подсчетам специалистов, земные недра хранят в себе пятнадцать триллионов тонн этого полезного ископаемого. Причем добыча каменного угля по своему объему стоит на первом месте. В год она составляет 2,6 миллиарда тонн, или 0,7 тонны на одного жителя нашей планеты.

Месторождения каменного угля в России находятся в различных регионах. Причем в каждом из них полезное ископаемое обладает различными характеристиками и имеет свою глубину залегания. Ниже приведен перечень, в который входят самые крупные месторождения каменного угля в России:

1. Оно располагается в юго-восточной части Якутии. Глубина залегания угля в этих местах позволяет осуществлять открытую добычу ископаемого. Это не требует особых затрат, что сказывается на снижении стоимости конечного продукта.
2. Тувинское месторождение. По оценкам экспертов, на его территории находится около 20 млрд. тонн полезного ископаемого. Месторождение весьма привлекательно для разработки. Дело в том, что восемьдесят процентов его залежей располагается в одном пласте, имеющем толщину в 6-7 метров.
3. Минусинские месторождения. Они располагаются в республике Хакассия. Это несколько месторождений, самыми крупными из которых являются Черногорское и Изыхское. Запасы бассейна невелики. По оценкам специалистов, они составляют от 2 до 7 млрд тонн. Здесь добывают очень ценный по своим характеристикам уголь каменный. Свойства полезного ископаемого таковы, что при его сгорании фиксируется очень высокая температура.
4. Это месторождение, расположенное на западе Сибири, дает продукт, используемый в черной металлургии. Уголь, который добывают в этих местах, идет для коксования. Объем залежей здесь просто огромен.
5. Это месторождение дает продукт самого высокого качества. Наибольшая глубина залегания пластов полезного ископаемого достигает пятисот метров. Добыча ведется как в открытых разрезах, так и в шахтах.

Каменный уголь в России добывают в Печорском угольном бассейне. Активно разрабатываются месторождения и в Ростовской области.

Выбор угля для производственного процесса

В различных отраслях промышленности существует потребность в разных марках полезного ископаемого. Какие же отличия имеет уголь каменный? Свойства и качественные характеристики этого продукта колеблются в широких пределах.

Это происходит даже в том случае, если уголь имеет одинаковую маркировку. Дело в том, что характеристики ископаемого зависят от места его добычи. Именно поэтому каждое предприятие, выбирая уголь для своего производства, должно ознакомиться с его физическими характеристиками.

Свойства

Уголь различается по следующим свойствам:

Степень обогащения

В зависимости от цели использования может быть приобретен различный уголь каменный. Свойства топлива при этом становятся понятны, исходя из степени его обогащения. Выделяют:

1. Концентраты. Такое топливо находит применение при получении электро- и теплоэнергии.

2. Промышленные продукты. Их используют в металлургии.

3. мелкая фракция угля (до шести миллиметров), а также пыль, образующаяся в результате дробления породы. Из шлама формируют брикеты, имеющие хорошие эксплуатационные свойства для бытовых твердотопливных котлов.

Степень углефикации

По данному показателю различают:

1. Бурый уголь. Это тот же каменный уголь, только частично сформированный. Свойства его несколько хуже, чем у более качественного топлива. Бурый уголь выдает низкую теплоту при сгорании и крошится при транспортировке. Кроме того, у него есть склонность к самовозгоранию.

2. Каменный уголь. Этот вид топлива имеет большое количество сортов (марок), свойства которых различны. Его широко применяют в энергетике и металлургии, ЖКХ и химической промышленности.

3. Антрациты. Это наиболее качественный вид каменного угля.

Свойства всех этих форм полезного ископаемого значительно отличаются друг от друга. Так, самой низкой теплотой сгорания характерен бурый уголь, а самой высокой - антрациты. Какой же лучше всего приобрести уголь? Цена должна быть экономически целесообразной. Исходя из этого, стоимость и удельная теплота в оптимальном соотношении находятся у простого каменного угля (в пределах 220 долларов за тонну).

Классификация по размерам

При выборе угля важно знать его размеры. Этот показатель зашифрован в марке полезного ископаемого. Итак, уголь бывает:

- «П» - плитный, который представляет собой большие куски свыше 10 см.

- «К» - крупный, размеры которого составляют от 5 до 10 см.

- «О» - орех, он также достаточно крупный, с размерами фрагментов от 2,5 до 5 см.

- «М» - мелкий, с небольшими кусками в 1,3-2,5 см.

- «С» - семечко - дешевая фракция для длительного тления с размерами в 0,6-1,3 см.

- «Ш» - штыб, представляющий собой по большей части угольную пыль, предназначенный для брикетирования.

- «Р» - рядовой, или бесстандартный, в котором могут быть фракции различных размеров.

Свойства бурого угля

Это наименее качественный каменный уголь. Цена у него самая низкая (около ста долларов за тонну). образовывался в древних болотах путем прессования торфа на глубине около 0,9 км. Это наиболее дешевое топливо, содержащее большое количество воды (около 40%).

Кроме того, бурый уголь имеет довольно низкую теплоту горения. В нем находится большое количество (до 50%) летучих газов. Если использовать бурый уголь для топки печи, то он по своим качественным характеристикам напомнит сырые дрова. Продукт тяжело разгорается, сильно дымит и оставляет после себя большое количество золы. Часто из этого сырья готовят брикеты. Они обладают неплохими эксплуатационными характеристиками. Их цена находится в пределах от восьми до десяти тысяч рублей за тонну.

Свойства каменного угля

Данное топливо более качественное. Каменный уголь - это горная порода, имеющая черный цвет и матовую, полуматовую или блестящую поверхность.

В этом виде топлива содержится всего пять-шесть процентов влаги, из-за чего оно обладает высокой теплотой сгорания. По сравнению с дубовыми, ольховыми и березовыми дровами каменный уголь дает тепла в 3,5 раза больше. Минусом такого вида топлива является его большая зольность. Цена на каменный уголь летом и осенью находится в пределах от 3900 до 4600 рублей за тонну. Зимой стоимость данного топлива увеличивается на двадцать-тридцать процентов.

Хранение угля

Если топливо предполагается использовать на протяжении длительного срока, то его необходимо разместить в специальном сарае или бункере. Там оно должно быть защищено от прямых солнечных лучей и от осадков.

Если кучи угля большие, то при хранении нужно постоянно контролировать их состояние. Мелкие фракции в сочетании с высокой температурой и влагой могут самовозгораться.

Бурый уголь представляет собой горючую осадочную породу, своеобразное звено между переходом торфа в состояние каменного угля. Бурый уголь по-другому еще называют суббитуминозным углем или черным лигнитом. Само определение лигнит (от лат. «дерево», «древесина») говорит о том, что это самый «молодой» вид угля, и его структура похожа на волокнистую структуру древесины. Окрашен он от светло-бурого цвета до почти черного, но если провести куском угля по фарфоровой плитке, то полоса будет всегда бурой.

Происхождение

Согласно «растительной» версии происхождения, источник для формирования бурого угля – хвойные, лиственные деревья и растения. Оказавшись под значительным слоем воды, практически полностью лишенные доступа кислорода, прикрытые глиной, песком и другими слоями грунта эти растительные остатки тлели. Причем с течением времени количество углерода в них только накапливалось. И, после образования из этих останков торфа, наступила следующая стадия, когда сформировался бурый уголь (в дальнейшем он превращается в каменный уголь и антрацит). Обнаружен был бурый уголь впервые в России в 1720х годах в районе Подмосковья.

Запасы

На долю бурого угля по одним данным приходится примерно 35 % суммарного запаса угля в России, а это примерно 1616 млрд. т. (в эту цифру входят разведанные запасы и предполагаемые). Доказанные же запасы бурого угля на 2009 год составляют 107922 млн.т. Причем, 95 % разведанных и неразведанных запасов находится в Азиатской части России. Бассейны, богатые залежами бурого угля: Ленский, Канско-Ачинский, Тунгусский, Кузнецкий, Тургайский, Таймырский, Подмосковный и др. Стратегические бассейны с большим содержанием бурого угля – Канско-Ачинский и Кузбасский.
Большая часть бурого угля залегает на небольшой глубине до 500 метров пластами. Средняя толщина пластов 10-60 метров, но встречаются и залежи в 100-200 метров толщиной. В связи с этим считается, что добывать его безопасно и эффективно, а, следовательно, не так затратно, как, например, каменный уголь. То есть добыча бурого угля ведется практически всегда открытым способом, с помощью карьеров и разрезов. К слову, по добыче бурого угля, Россия занимает второе место в мире. Так, например, на 2010 г. добыча бурого угля составила 76 млн. т. В «Энергетической стратегии России на период до 2020 года» отмечена несомненная важность бурого угля для энергетического будущего страны. Также нужно сказать о том, что часто залежи бурого соседствуют с залежами каменного.

Учитывая процесс образования бурого угля, можно назвать его основные свойства и состав:

Удельная теплота сгорания (калорийность) - 22-31 МДж/кг (в среднем 26 МДж/кг) или 5400-7400 Ккал/кг.

Содержание углерода в буром угле ниже, чем в каменном, поэтому его и относят к низкой степени углефикации. При большом содержании влаги обладает свойством на воздухе быстро ее терять, растрескиваться и превращаться в порошок. Плотность бурого угля равна 0,5-1,5 г/см 3 . Обычно структура его достаточно плотна, но бывает и рыхлой. Из-за присутствия в большом количестве летучих веществ, воды и низкого содержания углерода, бурый уголь легко горит, но при этом выделяет дым и своеобразный запах гари.
Состоит бурый уголь из гуминовых кислот (чего абсолютно нет в каменном угле) с примесью углеводородов и карбоидов. Содержание гуминовых кислот колеблется от 64% до 2-3% в зависимости от местоположения залежи. Также от этого фактора зависит и наличие смол (от 25% до 5%). В некоторых месторождениях в составе бурого угля обнаруживается бензольный экстракт (5-15%), воск (50-70%), а также содержание урана и германия.

Классификация

Официальная классификация подразделяет его на марки и технологические группы. Деление осуществляется за счет того, как уголь действует во время термической обработки. В России все бурые угли относятся к марке Б. При делении на технологические группы учитываются спекающие способности угля. Идентифицируются группы следующим образом: к марке прибавляют цифру, которая указывает на самый маленький размер пласта угля, например, Г6, Г17 и пр.

В России принято несколько классификаций бурого угля (еще со времен СССР).
Также по ГОСТу 1976 г. бурый уголь делят по степени углефикации на три стадии: О 1 , О 2 и О 3 . Стадии зависят от отражательной способности угля в масляной иммерсии: О 1 – менее 0,30%, О 2 – 0,30-0,39%, О 3 – 0,40-0,49%.
По влажности бурый уголь подразделяется на шесть групп: до 20%, 20-30%, 30-40%, 40-50%, 50-60% и 70% влажности.
По выходу первичной смолы полукоксования бурые угли делятся на четыре группы: свыше 25%, 20-25%, 15-20%, 15% и менее.

Также различают следующие виды бурых углей:

• Плотный бурый уголь – бурого цвета с матовым блеском и землистым изломом.
• Землистый бурый уголь – легко стирающийся в порошок.
• Смолистый бурый уголь – плотный, темно-бурого, даже черного цвета, в изломе с блеском как у смолы.
• Бумажный бурый уголь (дизодил) – истлевшая растительная масса, которую легко можно расслоить на тонкие листы.
• Торфяной бурый уголь – очень похож на торф.

Применение

К такому виду полезного ископаемого как бурый уголь с каждым годом растет интерес. Дело в том, что низкая себестоимость и большой запас разведанного и неразведанного угля дают о себе знать, и сфера применения бурого угля становится более обширной. Как топливо этот вид угля менее популярный, чем каменный. Но, опять же, в силу низкой стоимости используется в мелких котельных и ТЭЦ, а также для отопления индивидуальных домов и коттеджей.

Путем перегонки из бурого угля получают жидкое углеводородное топливо. Остаток же используют для того, чтобы получить сажу. Из него также выделяются при переработке горючий газ и горный воск, который используют в бумажной, текстильной, деревообрабатывающей промышленности и дорожном строительстве.

Также бурый уголь служит сырьем для получения газа. Процесс этот называется газификацией угля. Заключается он в том, что бурый уголь в специальных газогенераторах при больших температурах (до 1000 °С) нагревают. В результате этого процесса образуется газ, состоящий из метана, водорода и окиси углерода. Этот газ впоследствии перерабатывают в синтетический – аналог природного газа. В свою очередь специалисты изобрели новый способ получения газа – подземная газификация, где весь процесс проходит под землей без непосредственного извлечения угля. Для этого роют вертикальные каналы, подходящие к залежам бурого угля и подпускают по ним высокие температуры. По другим каналам выходит результат воздействия температур – газ.

Еще один процесс переработки бурого угля – гидрогенизация. Проходит он так: бурый уголь смешивают с тяжелым маслом и под воздействием катализатора соединяют с водородом при температуре 450 °С. Вследствие этого получается синтетические газовые продукты и жидкие фракции топлива. Полученное еще раз подвергают процессу гидрогенизации и получают бензин очень хорошего качества.

Также бурый уголь является сырьем и в процессе полукоксования. Здесь при температуре 500-600 °C и исключая доступ воздуха путем нагрева бурого угля получается полукокс, первичная смола, вода и полукоксовый газ. Полукокс (или кокс средней температуры) применяется в металлургии при получении ферросплавов, фосфатов, карбида кальция и как технологическое топливо.

Не стоит забывать и о том, что бурый уголь содержит гуминовые кислоты, которые повышают плодородность почвы и улучшают урожаи.

К бурым углям относятся угли с высшей удельной теплотой сгорания влажной беззольной массы менее 24 МДж/кг и отражательной способностью витринита в масле (R 0) менее 0,50 (ГОСТ 9276-72). Аналогичное значение теплоты сгорания для разделения бурых и каменных углей предусмотрено международной классификацией. Бурые угли в куске и порошке (черта на фарфоровой пластинке — "бисквите") имеют цвет от светло-жёлтого до чёрного; 1200-1500 кг/м 3 , объёмная масса 1,05-1,4 т/м 3 , насыпная — 0,70-0,97 т/м 3 . Различают мягкие, землистые, матовые, лигнитовые и плотные (блестящие) разновидности. На воздухе бурый уголь быстро теряет влагу, растрескивается и превращается в мелочь.

Подавляющее большинство бурых углей по вещественному составу относятся к гумитам. и переходные гумусово-сапропелевые разности имеют подчинённое значение и встречаются в виде прослоев в пластах, сложенных гумитами. Большинство бурых углей слагается микрокомпонентами (80-98%) и только в юрских бурых углях Средней преобладают микрокомпоненты группы фюзинита (45-82%); для нижнекарбоновых бурый уголь характерно высокое содержание лейптинита. В СССР (ГОСТ 21489-76) бурый уголь подразделяются по степени (углефикации) на три стадии: О1, О2, и О3 и классы 01, 02, 03. Основой такого подразделения принята отражательная способность витринита в масле R0; нормируемая величина её для стадии О1 — менее 0,30; О2 — 0,30-0,39; О3 — 0,40-0,49. Промышленными классификациями СССР (ГОСТ, группа А 10) бурые угли по влажности рабочего топлива (Wr) подразделяются на три технологические группы (табл.). Бурые угли (ГОСТ 9280-75) разделяются на четыре группы по выходу первичной смолы полукоксования (Tsk daf свыше 25%; 20-25%; 15-20%; 15% и менее) и четыре подгруппы по удельной теплоте сгорания (Qs daf свыше 31,5; 31-31,5; 29-31 и менее 26 МДж/кг). По международной классификации, принятой Европейской экономической комиссией (1957), бурые угли подразделяются на шесть классов по влажности (до 20; 20-30; 30-40; 40-50; 50-60; 70-70) и пять групп по выходу смол полукоксования.

С повышением степени метаморфизма в бурых углях повышаются содержание , удельная теплота сгорания, снижается содержание . Бурые угли характеризуются повышенным содержанием фенольных, карбоксильных и гидроксильных групп, наличием свободных гуминовых кислот, содержание которых снижается с повышением степени метаморфизма от 64 до 2-3% и смол от 25 до 5%. На некоторых месторождениях мягкие бурые угли дают высокий выход бензольного экстракта (5-15%), содержащего 50-75% восков, и имеют повышенное содержание и .

По классификации США бурым углям соответствуют суббитуминозные угли В и С, лигниты А и В.

К каменному углю . По внешним признакам отличается от торфа большей уплотнённостью и меньшим содержанием различимых растительных остатков, от каменных углей – главным образом окраской бурых тонов. Диагностируется также по реакциям с едкой щёлочью и разбавленной азотной кислотой, окрашивая растворы соответственно в тёмно-бурый и ярко-жёлтый (до красно-бурого) цвета. На воздухе буреет и растрескивается; характерны высокая гигроскопичность и влажность. Плотность 1200–1500 кг/м 3 . Различают землистые рыхлые бурые угли, плотные матовые и блестящие. По составу исходного вещества большинство бурых углей относится к гумитам, в которых сапропелевые и гумусово-сапропелевые разности встречаются в виде прослоев. Из микрокомпонентов углей в большинстве бурых углей (80–98%) преобладают представители витринита группы , в некоторых разностях – фюзинит или липтинит.

Элементный состав горючей массы бурых углей: С 65–76%, Н 4–6,5%, иногда более, О+N 18–30%; теплота сгорания 23,9–32,0 МДж/кг; содержание гуминовых кислот 2–63%, летучих веществ 40–65%, первичной смолы 5–20% и более. По степени метаморфизма (углефикации ) бурых углей разделяют на 3 класса (01, 02, 03); за основу такого разделения принят показатель отражения витринита (соответственно менее 0,30%, 0,30–39%, 0,40–0,49%). С повышением степени метаморфизма в бурых углях повышаются содержание углерода, удельная теплота сгорания, снижается содержание кислорода, гуминовых кислот и смол. Промышленные классификации бурых углей в разных странах приняты по различным технологическим параметрам. В России бурые угли по влажности делят на три технологические группы (1Б – свыше 40%, 2Б – 30–40% и 3Б – менее 30%). По международной классификации, принятой Европейской экономической комиссией (1957), бурые угли разделяют на 6 классов по влажности и на 5 групп по выходу смол полукоксования. Существуют и др. классификации. В ряде стран (Индия, Австралия и др.) бурые угли называют лигнитами. Значительная часть бурых углей залегает в угольных пластах (залежах) мощностью 10–60 м (иногда 100–200 м) и на небольших глубинах, что позволяет добывать их в основном открытым способом.

По запасам (млрд. т) бассейны бурые угли разделяют на уникальные (свыше 500), крупные (50–500), средние (10–50) и мелкие (менее 10). Общие мировые запасы оцениваются в 1316 млрд. т, подтверждённые запасы 398 млрд. т (2-я половина 2000-х гг.). Подтверждённые запасы большей частью сосредоточены в США – 135,3 млрд. т (Форт-Юнион , Миссисипский и Техасский угольные бассейны), России - 101,5 млрд. т (Канско-Ачинский угольный бассейн , Иркутский угольный бассейн , Ленский угольный бассейн , Подмосковный угольный бассейн ), Китае – 53,3 млрд. т, Австралии – 39,9 млрд. т (буроугольный бассейн Латроб-Валли ), Бразилии – 10,1 млрд. т (буроугольный бассейн Алта-Амазонас ), Германии – 6,6 млрд. т (Нижнерейнский угольный бассейн , Тюринго-Саксонский и Магдебургский угольные бассейны).

Мировая добыча во 2-й половине 2000-х гг. составила 924,83 млн. т. Главные угледобывающие страны (добыча в млн. т): Германия (176,3), США (76,4), Россия (73,0), Греция (71,5), Австралия (67,7), Турция (61,0), Польша (60,8).

Бурый уголь используется как энергетическое и коммунально-бытовое топливо, для производства угольных брикетов, газообразного и жидкого топлива, углещелочных реагентов гуминовых кислот, воска, металлургического кокса, извлечения редких и рассеянных элементов.