Уголь

Уголь [coal] – твердая углеродистая горючая осад. п. растительного происхождения, всегда содержащая некоторое кол-во минер. примесей (условно не более 50%). Более высокозольные образования называются углистыми породами. У. залегает в виде пластовых залежей или прослоев среди др. осад. п. Образуются У. преимущественно на месте произрастания растений (автохтонные угли) или когда растительный материал частично переносится к месту накопления (аллохтонные угли). Выделяют три генетические гр. У. (таблица): гумолиты, состоящие из остатков высш. растений; сапропелиты, состоящие преимущественно из низш. растений; сапрогумолиты, представляющие переходную гр. с преобладанием высш. и участием низш. растений. Дальнейшее подразделение гр. на классы углей проводится по соотношению микролитотипов угля, отражающему преобладание тех или иных процессов преобразования орг. в-ва (гелификация, фюзенизация и т. п.). Классы и подклассы У. подразделяют на типы (типы угля петрографические), подтипы и разновид., устанавливаемые по комплексу признаков (напр. по структурно-вещественному, в т. ч. мацеральному, составу). В углях клареновых некоторых бассейнов выделяются типы У по восстановленности. По степени диагенеза и метаморфизма орг. в-ва различают угли бурые, угли каменные и антрациты, образующие единый ряд углефикации. Микроскопич. исследования У бурых, длиннопламенных, газовых, жирных, коксовых проводятся в проход. и отраж. свете, отощенно-спекающихся, тощих, антрацитов – в отраж. Текстура У может быть разл. и связана с распределением компонентов У. вне зависимости от их величины, формы и вещественного состава. Качество и свойства У зависят от состава исходной растительности, мацерального состава У, стадии углефикации, степени восстановленности, содер. минер. компонентов и др. Основными технологич. характеристиками качества У являюся следующие показатели: содер. углерода в сухом топливе (Cdaf), влажность (W), выход летучих в-в (V), содер. водорода в сухом топливе (Hdaf), высш. теплота сгорания (Qsdaf, зольность (A), выход смолы полукоксования, спекаемость. Гл. факторами, определяющими физич. свойства У. (блеск, показатель отражения углей, пок. прел., плотность, пористость, скорость распространения ультразвука, твердость, цвет, электропроводность, хрупкость), являются петрографич. состав, степень углефикации, кол-во и характер распределения минер. примесей, а также степень выветрелости. Плотн. У. обычно варьирует от 0,92 до 1,70 г/см3, наимен. – у малозольных сапропелитов, а в ряду углефикации – у бурых У. Твердость по шкале Мооса – от 1 до 3. Коэф. пористости У. (отношение объема пор к общ. объему У) изменяется от 1,0 для бурых У до 0,16 для антрацитов с минимумом (0,13) в коксовых У. В ряду углефикации от торфа до каменного У пок. прел. возрастает от 1,6 до 2,0. Элемент. состав орг. массы У. характеризуется преобладанием в орг. в-ве углерода (от 60% в буроугольной стадии до 96% в антрацитах) и соответственно меньшим кол-вом кислорода (от 30 до 1%) и водорода (от 6 до 1%). Наибол. содер. Cdaf присуще фюзенолитам, Hdaf – сапропелитам (до 12%) и липоидолитам (до 8%). Сред. содер. серы в У 0,8–1,0% (± 0,2), миним. < 0,1%, макс. до 5–15%. Сера присутствует в четырех формах (в порядке уменьшения содер.): а) сульфидная; б) орг (конституционная, растений-углеобразователей) и вторичная орг.; в) сульфатная; г) элементарная (свободная), выделившаяся в результате окисления сероводорода (Кизильштейн Л.Я., 1975). Генезис отдельных форм серы связан с геохимич. обстановкой накопления и дальнейшего преобразования исходного материала. В восстановительных условиях, при достаточном доступе сульфатов, формируются У., обогащенные сульфатной и вторичной орг. серой вследствие процессов биогенной редукции сульфатов. В угольных пластах, сформировавшихся в паралических условиях, содер. серы выше, чем во внутриконтинентальных. У. известны в осад. отл. начиная с девонского периода. Широко используются в качестве топлива, являются сырьем для металлургич. и химич. пром-сти. Разработаны разл. классификации У на основе геологич., технологич. и экономич. признаков (пром., промышленно-генетическая, междунар. классификация каменных У., междунар. классификация У. в пластах, междунар. система кодификации У. сред. и высокого рангов и др.); с 1991 г. введена одна промышленно-генетическая классификация по ГОСТу 25543–88. Пром. классификации У. основываются на значениях параметров, позволяющих судить о важнейших технологич. свойствах У Для всех марок У общ. маркирующими параметрами являются пок. отраж. витринита Rо и сумма отощающих компонентов (в %): ∑ОК = I (инертинит) + ⅔Sv (семивитринит). В единой классификации бурые У. от каменных четко отделяются по теплоте сгорания – Qsaf = 24 МДж/кг. Интервал перехода от тощих каменных У к антрацитам по Rо – 2,20–2,59%. Бурые У. дополнительно дифференцируются по влажности и выходу смолы полукоксования (Tskdaf, %), а каменные – по выходу летучих в-в (Vdaf, %) и спекаемости по методу Рогá. Антрациты имеют два дополнительных индивидуальных маркирующих параметра – объемный выход летучих в-в Vvdaf и анизотропию отражения витринита AR. По технологич. свойствам и характеру использования выделяется большое кол-во марок угля. Международная классификация углей в пластах разработана Европейской экономической комиссией (ЕЭК) ООН, введена в 1998 г. и предназначена для унификации данных о качестве У. и мировых запасов У. разных марок, создания мирового банка данных. Классификация основана на применении таких параметров, как R, % (сред. показатель случайного отражения витринита, аналог Rо), ВТС (высш. теплота сгорания во влажном беззольном состоянии), влажность У. в естеств. состоянии, зольность в сухом состоянии У, петрографич. показатели – V (витринит), I (инертинит), L (липтинит) – в %; содер. водорода – в %. В данной классификации выделяются лигниты, угли суббитуминозные, угли битуминозные, антрациты; при этом граница по Rr = 2,0% (каменные У. – антрациты) не соответствует принятому в Российской Федерации переходу от тощих У. к антрацитам (R, от 2,20 до 2,39%). По зольности (Ad) У. подразделяют на высокосортные (0–10%), сред. сорта (10–20%), низкого (20–30%) и очень низкого (30–50%)сорта. Зольность определяется встречающимися в У. минер. включениями. В основном это глинистые м-лы, сульфиды железа, карбонаты, оксиды кремния и др. Различают включения: а) сингенетические образования, формировавшиеся в процессе осадконакопления и торфообразования, принесенные в виде терригенного материала или взвесей, в коллоидном состоянии или в водорастворимых соединениях, в т. ч. редкие и рассеянные элементы, цветные металлы, сорбированные орг. массой или образующие металлоорганические соединения; б) возникшие в период диагенеза (диагенетические) и все конкреционные образования; в) эпигенетические (инфильтрационные), появившиеся после процесса углеобразования. Примеси разл. элементов, в т. ч. редких (Ge, Ga, Be, Sc, РЗЭ и др.), могут присутствовать в У в пром. кол-ве.