пошук:  

>> Саранчук В.І., Ошовський В.В., Власов Г.О.: Хімія і фізика горючих копалин / ch-2.html

Текст-індекс >>

Авторська сторінка
Опублікував:  biletskv

 

ЧАСТИНА II. ТВЕРДІ горючі копалини



6. Походження твердих горючих копалин

Вугільні пласти, вугілля взагалі, утворилося зі скупчень рослинного матеріалу, який зберігся завдяки поєднанню необхідних первинних умов і змін в процесі біохімічних і хімічних перетворень до стану органічної породи (власне вугілля).

У геологічній історії землі утворення вугільних пластів пов'язане з виникненням і розвитком світу рослин. Найдревніші з твердих горючих копалин -- сапропелітове вугілля і горючі сланці, утворилися зі скупчень ще примітивних підводних рослин (водорості) і планктону на дні водойм. Родовища такого вугілля відомі з початку палеозою, тобто, вони утворилися близько 500 млн. років тому.

Серед більш пізніх родовищ сапропелітового вугілля відомі перехідні відміни, які містять матеріал вищих наземних рослин.

Дрібні родовища гумусового вугілля, утвореного з матеріалу вищих наземних рослин, відомі у відкладах девону. Серед рослин цього періоду описані порівняно високоорганізовані види вищих рослин, розквіт яких відбувся у наступні кам'яновугільний і пермський періоди. До відкладів кам'яновугільного і пермського періодів відносять багато великих родовищ найбільш цінного кам'яного вугілля.

Нагромадження сапропелітів починається з кембрійського періоду, який є першим, найбільш раннім періодом, з якого можна простежити поступову еволюцію фауни і флори. В ордовику утворилися Прибалтійські сланці, силурійське гумусове зольне вугілля відоме в декількох районах країн СНД і далекому зарубіжжі. У середині девонського періоду виникли перші небагаточисленні поклади гумусового вугілля промислового значення (барзасити).

Загальновизнано, що вугільні пласти утворюються з торфу. При утворенні торф'яних боліт істотну роль відіграють наступні основні фактори:

а) еволюція розвитку флори;

б) клімат;

в) палеогеологічні і тектонічні умови.

У ранньому девоні у затоплених водою мілководних лагунах виростали рослини псилофіти, з яких утворилися малопотужні вугільні пласти у вигляді тонких прошарків вітриніту. При подальшому розвитку земних рослин у середньому і пізньому девоні, коли рослинність дуже швидко поширилася по всіх континентах, почали формуватися власне вугільні пласти. Піздньодевонське вугілля утворилося з рослин, подібних до тих, з яких виникло вугілля в карбоні, однак воно ще не має промислового значення. Тільки в ранньому карбоні сформувалися найважливіші родовища вугілля (Карагандинський, Підмосковний басейни, Західний Донбас). Найважливіші пермські вугільні басейни в СНД (Кузбас і Тунгуський басейн) виникли головним чином за рахунок голонасінних, які відігравали істотну роль у торфоутворенні й у верхніх частинах пізнього карбону. У мезозої, особливо в юрський і ранній крейдовий періоди, голонасінні є основною вуглеутворюючою рослинністю.

Для утворення торфу необхідно, щоб рівень ґрунтової води протягом року стояв над земною поверхнею чи близько до неї, і рослинний матеріал, що відмирає, не міг розкладатися. Подібні умови найбільш часто зустрічаються на рівних прибережних ділянках, де морська вода підпирає прісну воду, що притікає із суші, у зв'язку з чим більшість боліт зв'язана з морськими узбережжями чи з берегами великих озер.

Протягом усіх геологічних періодів відбувалося постійне підняття й опускання земної кори з різною інтенсивністю. Усі вугленосні формації в цьому відношенні поділяють на дві групи: крайові (геосинкліналі) і платформні. Платформні басейни мають малу потужність вугленосної товщі, 2-3 пласта вугілля низького ступеня вуглефікації і горизонтальне залягання.

Відклади торфу зберігаються тільки в районах занурення, багаті родовища вугілля приурочені до областей крайових прогинів, причому утворення торфу зв'язане із часом існування континентальних умов. Для вугільних родовищ, які утворилися в крайових прогинах, характерні потужні осадові товщі, що включають пласти вугілля, потужністю до 2 м, розповсюджені на величезних площах і перешаровані численними прошарками морських осадів (Донбас, Рур). У районах великих складчастих гірських поясів, у тилових ділянках моря, де занурення йде звичайно повільніше, кількість вугільних пдастів невелика.

У помірному кліматі середньорічна швидкість росту торфу на болотах 0,55-1,0 мм, а на верхових болотах 1-2 мм. У тропічному кліматі вона значно вище. При переході від стадії утворення торфу через стадію бурого вугілля до кам'яного спостерігається значне ущільнення торфу, ступінь якого залежить від фації. Лісовий торф ущільнюється менше, ніж очеретяний, у якому міститься велика кількість води. Вважають, що ущільнення вихідної рослинної речовини до торфу, а потім до бурого і кам'яного вугілля виражається співвідношенням 6:3:1, тобто 1м торфу дає 20 см кам'яного вугілля.

Умови утворення торфу обумовлюють генетичний тип вугілля чи вугільну фацію, яка визначається вмістом мацералів і мінералів у вугіллі, хімічними властивостями, які в основному не залежать від ступеня метаморфізму (вміст сірки й азоту, відношення водню до вуглецю у вітриніті та ін.), а також рядом текстурних особливостей.

Основні властивості вугілля у пластах визначаються способом нагромадження, рослинним матеріалом, який утворює торф, умовами середовища відкладення (надходженням вихідних речовин, рН середовища, життєдіяльністю бактерій, надходженням сірки, температурою торфу й окиснювально-відновним потенціалом).

Торф, що сформувався з різного рослинного матеріалу, є причиною утворення різних літотипів і мікролітотипів вугілля, що мають різні фізичні, хімічні і технологічні властивості.

Утворення (діагенез) торфу відбувається під впливом мікробів і хімічних реакцій. Найбільш істотні зміни відбуваються при обмеженому доступі кисню на поверхні матеріалу, який розкладається, і в безпосередній близькості від неї в так званому торфогенному шарі, приблизно до глибини 0,5 м. У цій області активно діють аеробні бактерії, актиноміцени і нижчі гриби. Зі збільшенням глибини їх заміняють анаеробні бактерії, діяльність яких згасає на глибині до 10 м. Нижче відбуваються тільки хімічні зміни -- головним чином реакції відновлення, полімеризації і поліконденсації.

У верхньому шарі розрізу торфу вміст вуглецю зростає з 45-50 до 55-60 % і потім зі збільшенням глибини майже не змінюється. Вміст вологи з глибиною різко падає, характеризуючи ступінь діагенезу торфу. Кількість вільної (не змішаної з лігнітом) целюлози також є показником ступеня діагенезу торфу.

Оскільки перехід торфу в буре вугілля відбувається поступово, важко встановити чітку границю між ними, хоча рекомендуються показники, що дозволяють відрізняти торф від землистого бурого вугілля (табл. 2.1).



Таблиця 2.1. Розходження між торфом і бурим вугіллям



Показник

Торф

Буре вугілля

Вміст вологи, %

Вміст вуглецю (Сdaf), %

Наявність вільної целюлози

Здатність розрізатися

>75

в основному <60

є

розрізається

<75

в основному >60

відсутня

не розрізається



Наявність різного вихідного матеріалу в минулі геологічні періоди, варіації умов його розкладання і перетворення в торф є однією з причин утворення вугілля з неоднаковими хімічними, фізичними і технологічними властивостями при однаковому ступені вуглефікації.

Наступною стадією перетворення торфу у вугілля є геохімічна вуглефікація, чи просто вуглефікація. Вона протікає в анаеробних умовах і в ній не беруть участь мікроорганізми.Маса органічної речовини (ОР) за період геохімічної історії від торфоутворення до графітизації постійно зменьшується, що супроводжується виділенням леткчих речовин. Зміни молекулярної структури, які відбуваються при цьому, уявляються лише загалом, а сутність і кількісна сторона відповідних процесів залишаються поки недостатньо конкретизованими. Зі зростанням ступеня вуглефікації внаслідок втрати води, кисню у формі СО2 і водню у формі метану в вугіллі збільшується вміст вуглецю і співвідношення його з воднем і киснем. Як показники ступеня вуглефікації використовуються відбивна здатність вітриніту (R0), вміст вуглецю, віднесений до сухої беззольної маси (Сdaf), вихід леткчих речовин (Vdaf), атомні співвідношення Н/С и О/С, технологічні властивості вугілля.

Різні компоненти торфу і типи вугілля мають різні властивості і по-різному змінюються при вуглефікації. Збільшення ступеня вуглефікації на стадії бурого вугілля характеризується зменшенням загального вмісту вологи, що зв'язано зі зменшенням пористості, руйнуванням гідрофільних функціональних груп, особливо гідроксильних, число яких помітно скорочується на ранній стадії бурого вугілля. Крім гідроксильних відщеплюються карбоксильні, метоксильні і карбонільні групи, у результаті чого росте вміст вуглецю.

На стадії бурого вугілля останні залишки лігніну і целюлози переходять у гумусові речовини, а гумінові кислоти, конденсуючись і втрачаючи кислотні властивості, утворюють нерозчинні в лугах вітриніти. Вихід леткчих речовин на стадії бурого вугілля змінюється слабко, а леткі продукти на цій стадії в основному представлені вуглекислим газом, водою і деякою кількістю метану. При геліфікації (вітринізації) гумусових речовин, відбуваються найбільш істотні зміни, вугілля стає чорним і глянсовим і дуже схожим на кам'яне вугілля.

У кам'яному вугіллі гумінові кислоти відсутні. Процес вуглефікації кам'яного вугілля протікає аналогічно процесу вуглефікації бурого вугілля; зменшується вміст вологи і росте теплота згоряння. На більш пізніх стадіях кам'яного вугілля вихід летких речовин, представлених в основному продуктами розкладання неароматичних складових вугілля, швидко зменшується і зростає ступінь ароматизації гумусових комплексів. На цій стадії вуглефікації відбивна здатність росте пропорційно зниженню виходу летких речовин, що зв'язано, мабуть, зі ступенем ароматизації структурних елементів вітриніту.

Антрацитова стадія характеризується різким падінням вмісту водню, атомного співвідношення Н/С, сильним збільшенням відбивної здатності й оптичної анізотропії.

Процес вуглефікації обумовлюється підвищенням температури, тиском і тривалістю їхнього впливу. Нормальне збільшення ступеня вуглефікації з глибиною відомо як правило Хілта і спостерігається в розрізах свердловин. З підвищенням температури з глибиною в залежності від геотермічного градієнта і теплопровідності порід росте ступінь вуглефікації. Розрахунок змін кількості і складу летких продуктів у ряді вуглефікації дозволяє одержати криві спаду компонентів у розрахунку на ОР початку ранньобуровугільної стадії (Сdaf = 60 %). Аналіз отриманих даних свідчить про нерівномірність процесу втрати кисню і його форм на різних стадіях вуглефікації і переходом кисню з однієї форми в іншу. Це свідчить про стадійність процесу вуглефікації, яка супроводжується стрибкоподібними переходами у властивостях вугілля. Аналогічні дані отримані і при розрахунку газовиділення при утворенні гумусового кларенового вугілля у ряді вуглефікації. На кривій, яка описує суму летких продуктів вуглефікації, є чотири максимуми, що відповідають стадіям вуглефікації, на яких спостерігається перехід від бурого до кам'яного вугілля, поява і втрата спікливих властивостей. Це свідчить про те, що процеси газовиділення і структурування вугілля протікали одночасно і вони обумовили основні властивості вугілля.

7. Торф



Торф - молоде геологічне утворення, що пройшло початкову стадію перетворення торфоутворювачів в умовах надлишкового зволоження й обмеженого доступу повітря. Вихідним матеріалом при утворенні торфу є мохи, чагарники, трав'янисті і деревні рослини, розвиток яких визначається переважно умовами живлення - атмосферного чи ґрунтового. Сутність біохімічних перетворень полягає в руйнуванні мінливих фрагментів рослин і синтезі нових, більш стійких у даних умовах.

У торфоутворенні беруть участь водорості найпростіші, дріжджові і цвілі. Ефективність процесу торфоутворення низька. Акумулюється сменше 20% маси відмерлої рослинності у видгляді торфу. Середня швидкість нагромадження торфу складає близько 1 мм на рік.

Торф'яні родовища по земній кулі розподілені нерівномірно відповідно до кліматичних і грунтово-ботанічних зон. Світові запаси торфу оцінюються в 285 млрд. т. В Азії їх зосереджено близько 50 %, у Європі - 31 %, у Північній Америці -- 11 %, а 8 % в інших частинах світу.

Розподіл торф'яних родовищ зв'язано з географічною широтою, рельєфом і геоморфологічною будовою місцевості. В Україні виявлено понад 2500 родовищ торфу із середньою глибиною залягання 1,4 м і запасами більш 2260 млн. т. На сьогодні в Україні вироблено більш 45 % розвіданих запасів.

Унаслідок різноманіття рослин - торфоутворювачів і широкого діапазону умов торфонакопичування склад і властивості торфу змінюються у широких межах. Речовина торфу містить частково розкладені рослинні залишки, продукти їхнього розпаду у вигляді темної аморфної гумусової речовини і мінеральну частину. У природному стані торф містить 85-95 % води, а у твердій частині - до 50 % мінеральних сполук. Органічна речовина торфу містить 48-65 % вуглецю, 4,7-7,3 % водню, 24,7-45,2 % кисню, 0,2-1,2 % сірки і 0,5-4,0 % азоту.

Елементний склад відбиває природу вихідного рослинного матеріалу і характеру його зміни при торфоутворенні, а також визначає ботанічний склад торфу, а умови живлення і вид рослин торфоутворювачів визначають вид торфу.

Торф, що утворився з рослин переважно атмосферного (оліготрофного) живлення із вмістом рослинних залишків не менше 95 % називається верховим, а з рослин багатого (евтрофного) переважно ґрунтового живлення із вмістом таких рослинних залишків не менше 95 % - низинним. Торф у якому10-90 % залишків рослин одного типу, а інша частина іншого типу, а також є з залишки сфагнових мохів мезотрофного типу, називається перехідним.

Кожен тип складається з підтипів: лісового, лісоболотного і болотного, а підтипи поділяються на групи: деревну, деревинно-дров'яну, деревинно-мохову і мохову. Виділяють 20 видів низинного, 8 перехідного і 12 верхового торфу.

Рівень біохімічного розпаду рослин - торфоутворювачів характеризується ступенем розкладання, який показує частку безструктурного торфу, що втратила клітинну будову, речовини. Ступінь розкладання змінюється від 1 до 75 %.

У залежності від геоботанічної характеристики істотно змінюється склад торфів (табл. 2.2). При переході від верхового торфу до низинного підвищується вміст азоту, гумінових кислот і фульвокислот, у той час як кількість компонентів, характерних для рослин (бітумів, водорозчинних, легкогідролізуємих, складногідролізуємих речовин і целюлози) знижується в 1,5-3,0 рази.



Таблиця 2.2. - Груповий хімічний склад органічной частини різних типів торфу (% на органічну масу, у чисельнику -- середнє значення, у знаменнику -- min, max)



Компоненти

Тип торфу

Низинний

Перехідний

Верховий

Бітум

Водорозчинні і легкогідролізуємі

Гумінові кислоти

Фульвокислоти

Целюлоза (важкогідролізуємі)

Лігнін (негідролізуємий залишок)



Густина сухої речовини торфу залежить від зольності, ступеня розкладання і хімічного складу, зростаючи із зростанням зольності з 1570 до 1710 кг/м3 і падаючи із зростанням ступеня розкладання з 1570 до 1400 кг/м3 при зольності 2 %.

Водопоглинання торфу залежить в основному від анатомічної будови залишків рослин - торфоутворення, структури торфу, колоїдних властивостей гумусу і визначається ботанічним складом і дисперсністю, знижуючись із зростанням ступеня розкладання. Вона коливається від 75 до 2000 %, зменшуючись від торфу верхового типу до перехідного і особливо низинного типу.

Дисперсність в межах одного типу знижується при переході від торфу деревної групи до мохової, а при одній і тій же мірі розкладання низинний торф володіє більш однорідною дисперсністю і відрізняється від верхового меншим вмістом дрібних частинок.

Кислотність торфу є одним з факторів, що обумовлюють інтенсивність мікробіологічної діяльності. Обмінна кислотність, що використовується як додатковий показник якості торфу, знаходиться у прямому зв'язку із вмістом кальцію, який очевидно є головним регулятором кислотності торфу. Показник рН сольової витяжки торфу коливається в межах 2,6-7,4.

Бітуми верхових торфів містять в основному стійкі сполуки (віск, граничні вуглеводні), низинних - біохімічно нестійкі речовини (хлорофіл, ненасичені і кисневи сполуки). З часом кількість бітумів в торфовому покладі майже не міняється, однак збільшується вміст воску і зменшується вміст смол, що пов'язано з повторними процесами, які відбуваються в торфі.

Екстракт, що витягується з бітумоносних торфів бензином, називають сирим торфовим воском. Він має темно-коричневий колір, містить не більше 40 % смолистих речовин, 10 % механічних домішок і 0,5 % вологи, кислотне число - 30-60, число омилення - 100-160, водне число - 15-30, температура каплепадіння - 70-80 0С.

Сировиною для отримання сирого торфового воску служить торф із вмістом бітуму не менше 5 %, зольністю не більше 8 % і робочою вологістю до 50 %.

Знесмолений торфовий віск отримують екстракцією, охолодженим до 0-5 0С бензином з подальшою промивкою воску чистим розчинником і продуванням гострою парою для видалення бензину. Рафінований торфовий віск виробляють з торфу знесмоленого методом вакуумної дистиляції, чищення селективними розчинниками, а також окисненням перманганатом калію, азотною кислотою, сумішшю азотної і сірчаної кислот, хромовою кислотою і двохромовокислим калієм. Він має світло-жовтий або жовтий колір, температуру плавлення не нижче за 79 0С, кислотне число 120-260, число омилення 180-220, водне число не більше 8. Етерифікацією рафінованого воску спиртами отримують етерифікований рафінований віск.

Торфовий віск широко використовується в точному литті, для отримання полірувальних мастил, поліровки хромованих і нікельованих виробів, для просочення паперу, шкіри, дерева, у виробництві олівців і косметики. У емульгованому вигляді віск входить до антиадгезійних сумішей, що використовуються при отриманні виробів з пенополіуретану, спиртові екстракти воску і смола використовуються при виробництві медичних препаратів, інгібіторів корозії металів, для одержання промивних і промно-консерваційних речовин.

Вміст і склад вуглеводів торфу залежить від типу, виду, ступеня розкладання і умов торфоутворення. Їх кількість від 50 % на органічну речовину у верхового торфу низького ступеня розкладання до 7 % у торфа зі ступеням розкладання понад 55 %. Вони представлені у вигляді полісахаридів, моносахаридів і їх пектинових речовин.

Вуглеводи торфу зосереджені у водорозчинних, легкогідролізуємих та важкогідролізуємих фракціях органічної речовини. Загальну кількість цукру в продуктах гідролізу торфу характеризують за показниками "редукуючі речовини", вміст яких у водорозчинній і легкогідролізуємой фракції до 50 % і в важкогідролізуємій - понад 90 %. Найбільш багаті вуглеводами торфи верхового типу з низьким ступенем розкладання.

За вмістом і якістю вуглеводів торф є сировиною, придатною для хімічної і біохімічної переробки. Гідролізати торфу практично не відрізняються від гідролізатів деревини і можуть використовуватися для виробництва спиртів, фенолів, кормів. Гектозні цукри добре засвоюються тваринами, можуть перероблятися мікроорганізмами в різні продукти, здатні зброжуватися. Пентози не зброжуються і придатні для вирощування кормових дріжджів. Продукти гідролізу пентозанів використовуються в медичній і фармацевтичній промисловості. З торфових гідролізатів можна отримувати білкові продукти, жири, вітаміни і т.д.

До гумінових кислот відносять речовини, що витягуються з торфу 1-2 % розчинами лугів у воді і осаджаються при підкисленні розчину у вигляді аморфної темнокольорової речовини. Залишок органічних речовин, тих, що залишаються у воді після підкислення називають фульвокислотами. У залишку крім власне фульвокислот є полісахариди, пептиди, амінокислоти, феноли.

Вміст гумінових кислот в торфі коливається від 5 до 55 %, причому мінімальна їх кількість знаходиться в торфі мохової групи верхового типу. У торфі низинного типу кількість гумінових кислот завжди вище за 20 %. Вміст вуглецю в гумінових кислотах торфу змінюється від 46 до 61 %, водню - від 2,8 до 6,6, азоту - від 2 до 6 %.

Гумінові кислоти при нагріванні не плавляться, а розкладаються. При висушуванні вони набувають нових вже нез'явних властивостей, що посилюються із збільшенням температури сушки. Сухі гумінові кислоти торфу являють собою блискучу чорну масу з густиною 1,14-1,63 г/см3. Висушені фульвокислоти утворюють тонкі блискучі червонувато-бежові плівки, що розтріскуються у вигляді тонких волокон. Фульвокислоти містять 40-52 % Сdaf, 4-6 % Нdaf, 2-4 % Ndaf, 40-48 % Odaf.

Електронно-мікроскопічні дослідження показали, що гумінові кислоти представлені сферичними частинками розміром від 3 до 10 нм, схильними сполучатися в ланцюжки з утворенням пухких сітчастих агрегатів. При сушці можливе утворення глобул з розмірами 80-2000 нм.

Великий набір і вміст функційних груп визначають високу обмінну місткість, яка росте із збільшенням рН. Загальна кількість кислих груп в гумінових кислотах і фульвокислотах залежить від типу торфу і змінюється відповідно від 5,8 до 7,7 мг-екв/г і від 8,0 до 13,3 мг-екв/г.

Гумінові кислоти використовуються для регулювання структури утворення бідних гумусом грунтів і підвищення їх родючості, для виробництва високоефективних біологічно активних препаратів, барвників для деревини, інгібіторів корозії різного призначення, стабілізації промивних розчинів при бурінні, для підвищення рухливості бетонних сумішей, розрідження цементних шламів, очищення стічних вод.

Енергетичне і сільськогосподарське використання торфу не вичерпує потенційні можливості торфу, що представляють велику цінність для хімічної і біохімічної промисловості, медицини, машинобудування, будівництва і ряду інших галузей. Вирішити цю проблему може комплексна переробка по безвідходній технології з отриманням нових продуктів і матеріалів різного призначення. З 1т сухого торфу можна отримати (кг): гумінових препаратів - 450-700, барвників - 350-450, целюлози - 150-200, бітумів - 50-100, воску - 40-50, парафіну - 20-30, етилового спирту до 45, оцтової кислоти до 15, щавлевої кислоти до 200, кормових дріжджів - 200-220, дьогтю - 80-100, дубильних речовин - до 50 і ряд інших хімічних речовин, на основі розробленої в Білорусії промислово-хімічної класифікації торфу і схеми комплексного його використання.



8. Класифікація ТГК



В основу генетичних класифікацій викопного вугілля покладені знання про їхню хімічну природу і походження. Вони повинні служити надійною основою для створення промислових класифікацій і давати рекомендації для раціонального використання кожного виду горючої копалини.

Перша генетична класифікація вугілля була запропонована німецьким палеоботаніком Потоньє. Він виділив у викопному вугіллі три основних класи: 1) гуміти, 2) сапропеліти, 3) біоліти.

Пізніше Ю.А.Жемчужников запропонував свою генетичну класифікацію, у якій виділив дві групи (гумоліти і сапропеліти), а кожну групу розділив на два класи (1--гуміти, 2--ліптобіоліти, 3--сапропеліти і 4--сапроколліти).

Гуміти утворилися з вищих рослин, а сапропеліти -- з нижчих рослин і тваринного планктону. Пізніше був виділений проміжний клас гуміто-сапропелітового вугілля. Аронов і Нестеренко розділили вугілля на чотири генетичних класи: гуміти, ліптобіоліти, сапропеліти й особливо тверді горючі копалини. Перераховані класифікації не мають принципових відмінностей і використовуються для дослідження впливу генезису вугіль на їхні властивості.

З усіх класів вугілля найбільш поширені і повно вивчені гуміти.

Сапропеліти істотно відрізняються від гумітів відсутністю шаруватості, однорідним складом і дуже високою густиною.

При аналізі ізометаморфного вугілля було встановлено, що воно відрізняється за своїми фізичними і хімічними властивостями. Вивчення якісних показників вугілля у залежності від виходу летких речовин показало, що всі донецьке вугілля в ряді метаморфізму за відповідними характеристиками розташовуються смугою, обмеженою лініями максимальних і мінімальних значень виходу летких речовин. Видавський встановив, що при одному й тому ж ступені вуглефікації вугілля має різні елементний склад і властивості, і пояснив це різною окисною здатністю, а надалі, розглядаючи умови утворення, увів поняття "відновленість", більш відповідне хімічному перетворенню органічних речовин у процесі утворення гелефікованої речовини, яка представляє основний петрографічний компонент донецького вугілля.

Відновленість вугілля -- один з головних генетичних факторів, що обумовлюють розмаїтість їхніх властивостей. Утворення вугілля різних типів за відновленістю обумовлено палеогеотектонічною обстановкою, геохімічним складом води і мінерального середовища, у якому відбувалося вуглеутворення.

Поняття про ступінь відновленості вугіля виникло на базі виявлених розходжень хіміко-технологічних властивостей ізометаморфного вугілля Донбасу. Вугілля, яке містить велику кількість кисню і має меншу теплоту згоряння, гіршу спікливу здатність і меншу розчинність в органічних розчинниках, було названо "менш відновленим", а вугілля з протилежними властивостями -- "більш відновленим". Це явище пояснюється різними первинними умовами утворення вугілля. Пізніше були виявлені особливості петрографічних характеристик і хімічного складу різновідновленого вугілля усього ряду вуглефікації для різних родовищ і басейнів.

Встановлено, що вплив відновленості позначається, насамперед, і найбільш яскраво на властивостях вітринітів. Тому розподілу на типи за відновленістю піддається тільки вугілля, складене переважно вітринітом (вітренове, кларенове, кларено-дюренове). Всі інші типи гумітового вугілля є маловідновленими.

Кожний з типів вітриніту характеризується комплексом ознак, визначеним діапазоном зміни кожної ознаки і виявляється у вугіллі будь-якої стадії вуглефікації.

За петрографією типи вітриніту відрізняються за кольором, структурою, формою залягання, розміром частинок і за оптичними показниками: відбивною здатністю, показникам заломлення і коефіцієнтом пропуску. Вихідним матеріалом кожного з типів вітриніту можуть бути будь-які тканини лігніно-целлюлозного складу вищих рослин і вуглеводний матеріал нижчих.

У хіміко-технологічному аспекті типи вугілля за відновленістю протягом усього вуглефікаційного ряду розрізняються за вмістом водню, виходом летких речовин, теплотою згоряння і густиною органічної речовини. Найбільш чітко ці відмінності видні на буровугільній і кам'яновугільній стадіях і менше в антрацитах, у яких генетичні типи зближуються за хімічними властивостями і більш чітко розрізняються за фізичними показниками (анізотропія відбивної здатності вітриніту). Для кам'яного вугілля яскравою характеристикою ступеня відновленості є показники спікливості, а для бурого -- вміст гумінових кислот і кисневих функційних груп. У Донецьком басейні вміст загальної і піритної сірки використовується як один з показників ступеня відновленості, однак аналіз даних по іншим басейнам показав, що в цілому такої закономірності не існує.

Для Донецького басейну доведено, що відновлене вугілля утворилося в сильно обводнених, більш анаеробних умовах під вапняковою покрівлею, в основному в лужному і нейтральному водному середовищі. Для утворення відновленого вугілля необхідно швидке занурення неокисленого рослинного матеріалу під водний покрив і лужний потенціал вод, які вміщають рослинний матеріал, що розкладається.

Перебування поруч відновленого і мало відновленого вітринітів може свідчити про наявність процесів, у яких одна частина органічного матеріалу окиснюється за рахунок відновлення іншої.

При побудові геолого-вуглехімічної карти Донбасу було введено чотири генетичних типи вугілля у порядку зростання ступеня відновленості, а потім був доданий п'ятий:

оа -- особливо маловідновлений;

а -- маловідновлений:

б -- проміжний;

в -- відновлений;

вв -- сильно відновлений.

Генетичний тип за відновленістю визначається за діаграмою ДонУГІ -- Артемгеологія.

Згідно геологічним даним максимальна відновленість залишків рослин спостерігається в анаеробних лужних морських чи мінералізованих умовах. Якщо вуглефікація є результатом впливу факторів, що впливали на усю вугленосну товщу, і їй підлеглі всі пласти, то зміна генетичного типу за відновленістю явище фаціальне і характерне для кожного пласта окремо. Встановлено, що для пластів мало відновленого вугілля характерна проста будова, груба площинність, слабка мінералізація переважно піщано-глинистим матеріалом, сильна розкладеність гелефікованої речовини.

Пласти з відновленим вугіллям мають складну будову, тонку чи навіть мікросмужкуватість, включення тонкодисперсного піриту і меншу розкладеність гелефікованої речовини зі збереженою морфологічною структурою рослинних залишків.

Ознаки генетичного типу зберігають своє значення у всьому ряді вуглефікації, є показники що їх характеризують. У вугілля низького і середнього ступеня вуглефікації це товщина пластичного шару, вміст вуглецю, водню, кисню, і сірки. У вугіллі високого ступеня вуглефікації -- це геологічна будівля пласта, петрографічний склад, присутність тонкодисперсного піриту, вміст сірки, склад золи, механічна міцність і анізотропія відбивної здатності вітриніту.

Діагностичне значення при визначенні відновленості вітринітового вугілля має вихід летких речовин і смоли напівкоксування, вміст водню, вуглецю і сірки, щільність і показники спікливості, що, крім щільності, вище у відновленого вугілля.

У Радянському Союзі були розроблені басейнові промислові класифікації, побудовані для кам'яного вугілля в основному на двох параметрах: виході летких речовин на суху беззольну масу і товщині пластичного шару. Граничні значення цих і інших параметрів для вугілля аналогічних марок у різних басейнах різні, у результаті чого вугілля з тими самими параметрами попадають у різні технологічні групи. Для деякого вугілля з великим вмістом лейптиніту через сильну текучість пластичної маси немає можливості замірити товщину пластичного шару, як це має місце при дослідженні вугілля Кізеловського басейну.

На сьогодні, коли все частіше доводиться одержувати кокс із вугілля різних басейнів, потреба в створенні єдиної класифікації вугілля безсумнівна, причому вона повинна базуватися на науково-обґрунтованих параметрах, що відбивають склад і властивості вугілля.

У Радянському Союзі були проведені численні наукові дослідження, спрямовані на розробку єдиної класифікації викопного вугілля як основи їхнього раціонального використання в енергетиці, хімічній промисловості та в інших напрямках його переробки, які покладені в основу введеного з 1990 року ДСТ 25543-88 "Вугілля бурі, кам'яні й антрацити. Класифікація за генетичними і технологічними параметрами".

У залежності від розміру середнього показника відбиття вітриніта (R0), теплоти згоряння на вологий беззольний стан (Qsds) і виходу летких речовин на сухий беззольний стан (Vdaf) вугілля підрозділяють на буре, кам'яне й антрацити (табл. 2.3).



Таблиця 2.3 - Види викопного вугілля



Вид вугілля

Середній показник відбиття вітриніта R0, %

Теплота згоряння на вологий беззольний стан Qsds , МДж/кг

Вихід летких речовин на сухий беззольний стан Vdaf, %

Буре вугілля

Кам'яне вугілля

Антрацит

Менше 0,60

Від 0,40 до 2,59

2,40 і більше

Менше 24

24 і більше

-

-

9 і більше

менше 9



Все викопне вугілля розділене в залежності від величини середнього показника відбиття вітриніту на 17 класів, а за вмістом фюзенізованих компонентів -- на 5 категорій. Зведено розподіл вугілля на типи. Тип бурого вугілля визначається за максимальною вологоємністю на беззольний стан (Wafmax). Введено також 6 типів бурого вугілля. Типи вугілля (9) визначаються за виходом летких речовин на сухий беззольний стан (Vdaf), а в антрацитів -- за об'ємним виходом летких речовин на сухий беззольний стан (Vdafоб) . Виділено 3 типи.

Підтипи вугілля визначаються:

  • у бурого вугілля (5 підтипів) -- за виходом смоли напівкоксування на сухий беззольний стан (Tskdaf);

  • у кам'яного вугілля (8 підтипів) -- за товщиною пластичного шару (у) і індексу Рогу (RI);

  • для антрацитів (6 підтипів) -- за анізотропією відбиття вітриніту (AR,%).

Усе вугілля позначають семизначним кодовим числом, у якому:

  • перші дві цифри показують клас і характеризують середнє значення величини показника відбиття вітриніту для даного класу, помножене на 10;

  • третя цифра вказує категорію і характеризує середнє значення суми фюзенізованих компонентів, поділене на 10;

  • четверта і п'ята цифри вказують тип і характеризують: для бурого вугілля -- середнє значення величини максимальної вологоємності на беззольний стан, для кам'яного вугілля -- середнє значення величини виходу летких речовин на сухий беззольний стан, для антрацитів -- середнє значення величини об'ємного виходу летких речовин на сухий беззольний стан для даного типу;

  • шоста і сьома цифри вказують підтип і характеризують; для бурого вугілля середнє значення величини виходу смоли напівкоксування на сухий беззольний стан, для кам'яного вугілля -- середнє значення товщини пластичного шару, для антрацитів -- середнє значення величини анізотропії відбиття вітриніту для даного підтипу.

Буре, кам'яне вугілля й антрацити розділені на 14 технологічних марок, 24 групи і 40 підгруп у залежності від їхніх технологічних властивостей. Генетичні і технологічні показники встановлюють для кожного шахтопласту за пластовою пробою з неокисненої зони. Відповідно до технологічних властивостей у ДСТ зазначені напрямки використання вугілля.

Для суміші вугілля пластів і ділянок (однієї шахтовидачі) визначають для кожного пласта чи ділянки показники, передбачені ДСТ, і на підставі отриманих даних, з урахуванням запланованої участі в суміші кожного пласту чи ділянки, обчислюють середньозважені показники і за таблицями визначають кодовий номер, марку, групу і підгрупу вугілля.



Приклади:

  1. 1113219 (R0=1,10-1,19 %,клас II), категорія I (еОК не більше 20 %), тип 32 (Vdaf=32-33 %), підтип 19 (y=19 мм). Марка Ж, група IЖ ;

  2. R0= 1,48, еОК=38 %, Vdaf=18,2 %, y=11мм (1431811, ОС, ОСВ).



Міжнародна система кодификації кам'яного вугілля була прийнята комітетом ЄЕК у вересні 1987 року на його 83 сесії і затверджена в 1988 році.

Система кодификації дозволяє виробникам, продавцям і покупцям уникати неоднозначності якісних характеристик вугілля, що відповідають вимогам конкретних областей його застосування. У цьому зв'язку важливо забезпечити застосування нової системи для кам'яного вугілля різного походження, різного геологічного віку і різних басейнів, як рядового, так і збагаченого, що залягає в пласті чи світи пластів.

Нова система кодификації заміняє кодифікаційну систему 1956 року, яка стала непридатною в умовах зростаючого інтересу до вугілля і швидкого розширення торгівлі вугіллям, використовуваного для вироблення теплової енергії і виробництва металургійного палива.

Для характеристики вугілля середнього і високого рангів, були обрані основні параметри, до яких належать:

  • відбивна здатність вітриніту;

  • рефлектограма вітриніту;

  • мацеральний склад;

  • індекс вільного спучування;

  • вихід летких речовин;

  • зольність;

  • загальний вміст сірки;

  • вища теплота згоряння.

Для дійсної системи кодификації границя між вугіллями низького і більш високого рангу установлюється відповідно до загальної класифікації.

Вугіллям низького рангу вважається вугілля з вищою теплотою згоряння менш 24 МДж/кг і середнім показником відбиттня вітриніту (Rо) менше 0,6 %.

Вугіллям більш високого рангу, до якого відносять усі вугілля середнього і високого рангів, вважається:

  • вугілля з вищою теплотою згоряння понад 24 МДж/кг.

  • вугілля з QВ<24МДж/кг, за умови, що середній показник відбиття вітриніту R0і0,6 %.

Система кодификації вугілля середнього і високого рангу призначена для рядового і збагаченого вугілля окремих пластів чи світи пластів (табл. 2.4).

Для характеристики вугілля середнього і високого рангів використовується 14-значна кодификація, основана на наступних восьми параметрах вугілля, що дозволяють одержати інформацію про ранг, тип і марку вугілля:




кількість цифр:

1) середній показник відбиття вітриніту R0, (%)

2

2) характеристика рефлектограми

1

3) характеристика мацерального складу

2

4) індекс вільного спучування

1

5) вихід летких речовин на сухий беззольний стан, (%)

2

6) зольність на сухий стан, (%)

2

7) загальний вміст сірки на сухий стан, (%)

2

8) QВ на сухий беззольний стан, (МДж/кг)

2



Тепер розглянемо все це докладніше (табл. 2.4).

Перші дві цифри коду позначають відбивну здатність вітриніту, що відповідає нижній межі 0,1%-го діапазону значень середнього показника відбиття вітриніту, помноженому на 10.

Третя цифра дає характеристику рефлектограми. Наприклад, якщо в коді стоїть 0, то рефлектограма без розривів, вугілля в пласті.

Четверта і п'ята цифра позначають індекс складу мацеральної групи, а саме: четверта цифра відповідає нижній межі 10 %-го діапазону значень вмісту інертиніту (без мінеральних речовин), розділеному на 10, а п'ята цифра позначає верхню межу 5%-го діапазону значень вмісту лейптиніту.

Шоста цифра позначає індекс вільного спучування, що відповідає нижній межі діапазону його значень з інтервалом у 1/2.

Сьома і восьма цифри відповідають межі 2 %-го діапазону значень виходу летких речовин на сухий беззольний стан при виході летких речовин вище 10 % і 1 %-го діапазону при виході летких речовин менш 10 %.

Дев'ята і десята цифри відповідають нижній межі 1%-го діапазону значень зольності за сухим станом.

Одинадцята і дванадцята цифри відповідають нижній межі 0,1 %-го діапазону значень загального вмісту сірки на сухий стан, помноженому на 10.

Тринадцята і чотирнадцята цифри відповідають нижній межі діапазону з інтервалом 1 МДж/кг значень QВ на сухий беззольний стан.

Сьогодні в Україні діє система класифікації вугілля відповідно до ДСТУ-3472-96 (табл. 2.5.), у якому передбачено поділ на 9 марок (Б, Д, ДГ, Г, Ж, ДС, ПС, П, А).

Серед класифікаційних показників:

  • середній показник відбиття вітриніту R0, %;

  • вихід летких речовин Vdaf, %;

  • товщина пластичного шару у, мм;

  • індекс Рогу RI, відн.од;

  • теплота згоряння Qsdaf, МДж/кг.

У зв'язку з труднощами у постачанні високоякісного коксівного вугілля і обмеженістю його запасів в Україні усе більшого значення набуває постачання кам'яного вугілля з Польщі. Основне застосування воно знаходить у підготовці шихт на коксохімічних підприємствах України. У табл. 2.6 приведена класифікація кам'яного вугілля Польщі у відповідності зі стандартом PN-82/G-97002.




Таблиця 2.4 - Міжнародна система кодификації вугілля середнього і високого ступеня вуглефікації

Параметри коду (послідовність цифр у кожному вугіллі)

Середня відбивна здатність вітриніту R0, % (1,2)

Характеристика рефлектограми (3)

Мацеральний склад

(nmf)

Індекс вільного спучування SI

(6)

Вихід летких речовин Vdaf, %

(7,8)

Зольність Аdaf, %

(9,10)

Загальний вміст сірки Std, %

(11,12)

Теплота згоряння Qsdaf, МДж/кг

(13,14)

Інертиніт I, % об. (4)

Ліптиніт L,

% об. (5)

Код

Значення R0

Код

Стандартне відхилення

Рефлектограми

Код

Значення I

Код

Значення L

Код

Значення SI

Код

Значення Vdaf

Код

Значення Аdaf

Код

Значення Std

Код

Значення QSdaf

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

02

0,20-0,29

0

<=0,1

Без розриву

0

0-<10

0

Не кодується

0

0,1/2

48

>=48

00

0-1

00

0,0-0,1

21

,22

03

0,30-0,39

1

>0,1<=0,2

-"-

1

10-<20

1

0-<5

1

1,1 1/2

46

46-<48

01

1-2

01

0,1-0,2

22

22-23

04

0,40-0,49

2

>0,2

-"-

2

20-<30

2

5-<10

2

2,2 1/2

44

44-<46

02

2-3

02

0,2-0,3

23

23-24

3

>0,2

1 розрив

3

30-<40

3

10-<15

3

3,3 1/2

24

24-25

10

1,00-1,09

4

>0,2

2 розриви

4

40-<50

4

15-<20

4

4,4 1/2

10

10-11

10

1,0-1,1

5

>0,2

Більше 2 разривів

5

50-<60

5

20-<25

5

5,5 1/2

10

10-<12

11

11-12

11

1,1-1,2

48

4,80-4,89




6

60-<70

6

25-<30

6

6,6 1/2

09

9-<10

12

12-13

36

36-37

49

4,90-4,99




7

70-<80

7

30-<35

7

7,7 1/2

08

8-<9

20

2,0-2,2

37

37-38

50

>5,00




8

80-,90

8

35-<40

8

8,8 1/2

20

20-21

21

2,1-2,2

38

38-39






9

>=90

9

>=40

9

9,9 1/2

01

1-<2

39

>=39




Таблиця 2.5 -- Класифікація вугілля України (ДСТУ 3472-96)



Марка вугілля



Позначення марки

Класифікаційні показники

Середній показник відбиття вітриніту R0, %

Вихід летких речовин Vdaf, %

Товщина пластичного шару Y, мм

Індекс Рогу RI, відн.од

Теплота згоряння Qsaf, МДж/кг

Буре

Б

<0,4

Від 50 до 70

-

-

<24*


Довгополум′яневе

Д

Від 0,4 до 0,6

(включно)

35-50

<6

-

-

Довгополум′яневе газове

ДГ

0,50-0,80

35-48

Від 6 до 9

(включно)

-

-

Газове

Г

0,50-1,00

33-46

10-16**

-

-


Жирне

Ж

0,85-1,20

28-36

17-38

-

-


Коксівне

К

1,21-1,60

18-28

13-28

-

-


Піснувате-спікливе

ПС

1,30-1,90

14-22

6-12

Від13 до 50

(включно)

-

Пісне

П

1,60-2,59

8-18***

<6

>13

Від 35,2 до 36,5

(включно)

Антрацит

А

2,60-5,60

<8

-

-

<35,2


*Теплота згоряння приведена на вологий стан Qsaf.

**При значенні показника відбиття вітриніту <0,85 % і товщині пластичного шару >16 мм вугілля належить до марки Г.

***При виході летких речовин <8% і теплоті згоряння > 35,2 Мдж/кг вугілля належать до марки Г.



Таблиця 2.6 - Класифікація кам'яного вугілля Польщі (стандарт PN-82/G-97002)

Тип вугілля

Параметри класифікації

Використання вугілля

Назва

Позначення

Vdaf,%

PN-81/G-04516


Спіклива здатність RI,

PN-81/G-04518

Ділатометрія В, %

PN-81/G-04517


Індекс вільного спучування SI,

PN-81/G-04515

Теплота згоряння Qsdaf, КДж/кг

PN-81/G-04513


1

2

3

4

5

6

7

8

Полум'яне

31.1

31.2

Понад 28

Менше і дорівнює 5

Не класифікується

Не класифікується

Нижче і

дорівнює 3100

більше 3100

Енергетичне паливо для всіх типів топок пересувних і пилових, паливо для піролізу і газифікації

Газополум′яне

32.1





32.2

Понад 28

Понад 5

до 20



понад 20 до 40

-"-

-"-

Не класифікується





Не класифікується


Енергетичне паливо для всіх типів топок, паливо для піролизу і газифікації

Енергетичне паливо для пересувних, камерних топок і всіх типів топок пилових; паливо для піролізу і газифікації

Газове

33

Понад 28

Понад 40 до50

-"-

-"-

-"-

Енергетичне паливо для топок пересувних і для різних типів пилових топок, паливо для промислових печей з особливими вимогами, паливо для газифікації і добавки для виробництва коксу в коксуванні.

Газово-коксове

34.1

Понад 28

Понад 55

Відсутність дилатації чи нижче 0

-"-

-"-

Для виробництва коксу в коксуванні, для газифікації і газококсування.

Ортококсо-ве

35.1

35.2А2

35.1В2

Від 26 до 31

Від 20 до26

Понад 45



0 - 30


Не класиф.

Понад 7,5

Не класиф.

Для виробництва коксу при коксуванні.



Продовження табл.2.6

1

2

3

4

5

6

7

8

Метакоксове


36

Від 14 до 20

Понад 45

Понад 0

Не класиф.

-"-

Для виробництва коксу.

Напівкоксове(семікоксове)

37.1

37.2

Від 20 до 28

Від 14 до 20

Понад або дорівнює 5

Не класиф.

-"-

-"-

Добавка до шихти при виробництві коксу; может бути викорестана як енегітичне вугілля у спеціальних топках та при виробництві бездимного палива.

Пісне

38

Від 14 до28

Менше 5

-"-

-"-

-"-

Добавка до шихти при виробництві коксу; может бути викорестана як енегітичне вугілля у спеціальних топках та при виробництві бездимного палива.

Вугілля антраци-тове

41

Від 10 до14

Не класифікуются

-"-

-"-

-"-

Добавка до шихти при виробництві коксу; может бути викорестана як енегітичне вугілля у спеціальних топках та при виробництві бездимного палива.

Антрацит

42

Від 3 до 10

-"-

-"-

-"-

-"-

Енегітичне вугілля для спеціальних топок.

Мета-антрацит

43

Менше 3

-"-

-"-

-"-

-"-

-"-

Примітка: 1. Класифікація вугілля, що призначине для сбуту, згідно із таблицею здійснюється щогічно. Комісія вугілля при Мінестерстві гірничого виробництва та інергетики

2. Параметром відрізняє вугілля за типами 35.2А та 35.2В є вміст інертиниту, вміст якого у вугіллі типу 35.2А не повинен перевищувати 30%





 
Навіґація по серверу:   головна сторінка «нотатника» · бібліотека Vesna.org.ua
 
Універсальна перекладачка для будь-яких пар мов
Тут спілкуються про літературу
Rambler's Top100 Тлумачний словник: англійсько-білорусько-польсько-російсько-український

Віртуальна Русь, 2005-2011
Пишіть, якщо що...