21 Кам*яне вугілля. Товарознавча х-ка.

Вугілля, подібно нафти і газу, є органічна речовина, що піддалася повільному розкладанню під дією біологічних і геологічних процесів. Основа вугілля - рослинні залишки. Залежно від ступеня перетворення і питомої кількості вуглецю в вугіллі розрізняють чотири його типи: буре вугілля (лігніти), кам'яне вугілля, антрацити і графіти.

Антрацит -. Характеризується великою щільністю і блиском. Містить 95% вуглецю. Застосовується як тверде висококалорійне паливо (теплотворність 6800-8350 ккал / кг). Мають найбільшу теплоту згоряння, але погано спалахують. Утворюються з кам'яного вугілля при підвищенні тиску і температури на глибинах близько 6 кілометрів.

Кам'яне вугілля - осадова порода, що представляє собою продукт глибокого розкладання залишків рослин (деревовидних папоротей, хвощів і плаунів, а також перших голонасінних рослин). Більшість покладів кам'яного вугілля було утворено в палеозої, переважно в кам'яновугільному періоді, приблизно 300-350 мільйонів років тому. За хімічним складом кам'яне вугілля представляє суміш високомолекулярних поліциклічних ароматичних сполук з високою масовою часткою вуглецю, а також води і летючих речовин з невеликими кількостями мінеральних домішок, при спалюванні вугілля утворюють золу. Вміст вуглецю в кам'яному вугіллі, залежно від його сорту, становить від 75% до 95%. Містять до 12% вологи (3-4% внутрішньої), тому мають більш високу теплоту згоряння порівняно з бурими вугіллям. Містять до 32% летючих речовин, за рахунок чого непогано спалахують. Утворюються з бурого вугілля на глибинах близько 3 кілометрів.

. Кам'яне вугілля характеризується нейтральним складом органічної маси. Воно не реагує зі слабими лугами ні в звичайних умовах, ні під тиском. Бітуми кам'яного вугілля, на відміну від вугілля бурого, представлені переважно сполуками ароматичної структури. У кам'яному вугіллі не виявлені жирні кислоти і естери, мало сполук зі структурою парафінів.

Буре вугілля - твердий викопне вугілля, що утворлося з торфу, містить 65-70% вуглецю, має бурий колір, наймолодший з викопного вугілля. Використовується як місцеве паливо, а також як хімічна сировина. Містять багато води (43%), і тому мають низьку теплоту згоряння. Крім того, містять велику кількість летучих речовин (до 50%).

Кам'яне вугілля утворилося з продуктів розкладу органічних залишків рослин, що зазнали зміни (метаморфізм) в умовах високого тиску навколишніх порід земної кори і порівняно високої температури.

Вугілля утворюється в умовах, коли гниючий рослинний матеріал накопичується швидше, ніж відбувається його бактеріальне розкладання. Ідеальна обстановка для цього створюється в болотах, де стояча вода, збіднена киснем, перешкоджає життєдіяльності бактерій і тим самим оберігає рослинну масу від повного руйнування. На певній стадії процесу виділяються в ході нього кислоти запобігають подальшу діяльність бактерій. Так виникає торф - вихідний продукт для утворення вугілля. Якщо потім відбувається його поховання під іншими наносами, то торф відчуває стиснення і, втрачаючи воду і гази, перетвориться на вугілля.

Під тиском нашарувань опадів товщиною в 1 кілометр з 20-метрового шару торфу виходить пласт бурого вугілля товщиною 4 метри. Якщо глибина поховання рослинного матеріалу досягає 3 кілометрів, то такий же шар торфу перетвориться в пласт кам'яного вугілля завтовшки 2 метри. На більшій глибині, близько 6 кілометрів, і при більш високій температурі 20-метровий шар торфу стає пластом антрациту товщиною в 1,5 метра.

У результатах руху земної кори вугільні пласти відчували підняття і складкоутворення. З плином часу підняті частини руйнувалися за рахунок ерозії або самозаймання, а опущені зберігалися в широких неглибоких басейнах, де вугілля знаходиться на рівні не менше 900 метрів від земної поверхні.

Класифікація, різновиди

Кам'яне вугілля розділяють на блискуче, напівблискуче, напівматове, матове. У залежності від переважання тих або інших петрографічних компонентів виділяють вітренове, кларенове, дюрено-кларенове, кларено-дюренове, дюренове і фюзенове кам'яне вугілля. Пласти вугілля можуть бути складені одним з вказаних літотипів, частіше їх чергуванням. Як правило, блискучі відміни вугілля малозольні внаслідок незначного вмісту мінеральних домішок.

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

Існує багато видів класифікації кам'яного вугілля: за речовинним складом, петрографічним складом, генетичні, хіміко-технологічні, промислові та змішані. Генетичні класифікації характеризують умови накопичення вугілля, речовинні і петрографічні — його речовинний та петрографічний склад, хіміко-технологічні — хімічний склад вугілля, процеси формування та промислової переробки, промислові — технологічне групування видів вугілля в залежності від вимог промисловості. Класифікації вугілля в пластах використовуються для характеристики вугільних родовищ.

Промислові класифікації викопного вугілля відображають практику їх використання, що склалася. В Україні основа традиційної промислової класифікації викопного вугілля — їх марочна приналежність. Марка вугілля — умовна назва різновидів вугілля, близьких за генетичними ознаками і основними енергетичними і технологічними властивостями.

Все буре вугілля належить до однієї марки Б, а антрацити — до марки А. Всередині марок виділяють технологічні групи викопного вугілля. Буре вугілля за вмістом робочої вологи поділяється на 3 технологічні групи: 1Б (W понад 40 %), 2Б (31-40 %), 3Б (W менше 30 %), вугілля Дніпровського басейну технологічної групи 1Б додатково поділяють на 4 групи за виходом смол і кожна з них на 4 підгрупи за величиною вищої теплоти згоряння (по бомбі).

За сукупністю генетичних параметрів вугілля кодується семизначним кодовим числом. Відповідно до генетичних параметрів визначаються технологічна марка, група і підгрупа вугілля.

Всього виділено 17 марок, з них по одній для бурого (Б) вугілля і антрацитів (А) і 15 для кам'яного вугілля: довгополуменеве (Д), довгополуменеве газове (ДГ), газове (Г), газове жирне опіснене (ГЖО), газове жирне (ГЖ), жирне (Ж), коксове жирне (КЖ), коксівне (К), коксове опіснене (КО), коксове слабкоспікливе низькометаморфізоване (КСН), коксове слабкоспікливе (КС), опіснене спікливе (ОС), пісне спікливе (ПС), слабкоспікливе (СС) і пісне (П). Інші варіанти цієї класифікації виділяють 16-18 марок вугілля кам'яного. В подальшому така класифікація була вдосконалена.

Переробка

Основним способом переробки кам'яного вугілля є коксування. Цей процес здійснюється на коксохімічних заводах, де вугільна шихта переробляється в спеціальних камерах при температурі до 1000—1200 °С. Камери відокремлені одна від одної опалювальними простінками, в каналах яких спалюють газоподібне паливо (коксовий або доменний газ) для підтримання високої температури. Кілька десятків таких камер утворюють батарею коксових печей. При нагріванні органічні речовини, що входять до складу кам'яного вугілля, зазнають складних хімічних перетворень, утворюючи леткі продукти, що збираються у газозбірнику. В камерах залишається кокс — твердий пористий матеріал, що складається з вуглецю та золи. Після завершення коксування кокс подають до башти гасіння, де його зрошують водою. Кокс використовують у металургійній промисловості як відновник для добування заліза з руд.

При охолодженні летких продуктів конденсуються кам'яновугільна смола, аміачна вода і залишаються газоподібні речовини — коксовий газ.

З кам'яновугільної смоли, вихід якої невисокий (до 4 %), фракціонуванням добувають велику кількість цінних органічних речовин: бензол [бензен] і його гомологи, фенол, нафталін [нафтален], антрацен та інші важливі продукти, які знаходять застосування у виробництві вітамінів, духмяних речовин, стимуляторів росту рослин, гербіцидів, барвників тощо.

Після фракціонування залишається чорна маса — пек, який використовується у шляховому будівництві, для виготовлення електродів, кровельних матеріалів, лаків (пековий лак), незамінних при фарбуванні залізних та дерев'яних конструкцій.

В аміачній воді містяться аміак та солі амонію, їх вилучають з розчину і направляють на виробництво азотних добрив.

Коксовий газ після очищення у своєму складі містить 60 % водню, 25 % метане, 5 % оксиду вуглецю (II), 2 % етилену, 4 % азоту, 2 % оксиду вуглецю (IV), 2 % — інших газів. Він використовується як паливо в промисловості, а також як хімічна сировина. З коксового газу, наприклад, виділяють водень для різних синтезів