Стадийность углеобразования. Химический и петрографический состав углей
Уголь – горная порода растительного происхождения, состоящая из органического и минерального вещества, прошедшего стадию оторфения. Процесс углеобразования является единым и стадийным – от молодых образований (торфов) до качественных углей и далее антрацитов. Торфяная стадия. Происходит формирование торфяников главным образом за счет высших растений, которые после отмирания подвергаются различным процессам, приводящим к образованию органических кислот. Установление границы торф–бурый уголь по внешним признакам весьма затруднительно. В качестве пограничных данных чаще всего принимают содержание углерода в бурых углях не менее 64 %, влаги 14 %, теплоту сгорания 20,2 МДж/кг, показатель отражения витринита в масле 0,3. Буроугольная стадия. На этой стадии углеобразовательного процесса торф превращается в бурый уголь. Бурые угли отличаются от торфов более высокой степенью разложения остатков отмерших растений и большим обогащением их углеродом. По степени уплотненности, содержанию гуминовых кислот и приближению по внешнему виду к каменным углям бурые угли обычно разделяют на три группы: 1) землистые (в зарубежной литературе «мягкие») – Б1; 2) матовые – Б2; 3) блестящие – Б3.
Превращение бурых углей в каменные. В отличие от бурых каменные угли содержат больше углерода, меньше кислорода и водорода, не имеют свободных гуминовых кислот и не окрашивают раствор едкой щелочи.. По принятой в бывшем СССР общей классификации граница между бурыми и каменными углями проводится по содержанию углерода (75 %), летучих веществ (45–50 %) и водорода (не более 5,5 %). Антрацитовая стадия. Наиболее углефицированным является антрацит – высокометаморфизованный уголь с повышенной плотностью (1,4–1,7 г/см3), черный с металлическим оттенком, с высоким содержанием углерода (не менее 95 %), низким – летучих веществ (8–2 %).. У антрацита выход летучих веществ менее 10 %, водорода до 3 %, углерода не менее 95 %, азота менее 1 %, температура воспламенения 500–600 оС. Шунгит. Высокообуглероженное аморфное ОВ, занимающее место между антрацитом и органическим графитом. Химический состав шунгита непостоянен. В среднем он содержит 60–70 % углерода, остальная часть – минеральные примеси. Метаморфизм каменных углей – это достаточно длительный и сложный процесс изменения свойств и внутримолекулярного строения углей при последовательном увеличении в них содержания углерода и уменьшении летучих компонентов и кислорода. Химический состав углей. Технический анализ. Влага (W) ископаемого угля состоит из общей (или рабочей) и внутренней (или гигроскопической).. Содержание рабочей влаги в торфе до 90 %, в бурых углях до 60 %, в каменных углях менее 15 %, в антрацитах до 3 %. Зола (А) – это твердый остаток, получаемый при сжигании угля.). По зольности угли подразделяются на малозольные (Ас < 10 %), среднезольные (Ас = 10–30 %) и высокозольные (Ас > 30 %). При содержании золы более 40–45 % порода считается углисто-глинистой, а не углем. Летучие вещества – смесь газообразных и парообразных веществ, выделяющихся из угля при нагревании до температуры 850 оС без доступа воздуха. В состав их наряду с парами воды входят диоксид и оксид углерода, УВ, кислород, сернистый газ и др. Кокс – нелетучий горючий остаток после термического разложения угля и удаления из него летучих веществ. По внешнему виду и прочности он меняется от порошкообразного (бурые угли и антрациты) до хорошо сплавленного, с серебристым металлическим блеском (коксовые угли, некоторые жирные). Сера в углях по типу соединений разделяется на пиритную (колчеданную), сульфатную и органическую. Удельная теплота сгорания – количество тепла, выделяемого при полном сгорании единицы массы твердого топлива (обычно 1 кг). Теплота сгорания органической массы составляет (МДж/кг): торфа 20,9–23,8, бурых углей 29,3–31,10, каменных углей 32–37, антрацита 33,0–35,9.
|
|
|
|
|
|
Элементный анализ. Углерод С определяет удельную теплоту сгорания углей. По мере перехода углей от бурых к антрациту содержание углерода повышается от 58–75 до 95–98 %.
|
|
|
Водород Н2 повышает удельную теплоту сгорания углей. Содержание водорода уменьшается от бурых углей (4–6 %) к антрацитам. В сапропелитах количество водорода достигает 7–9 % и даже 11 %.
Кислород О2 убывает от бурых углей (10–30 %) к антрацитам, где его содержание составляет всего 1–2 %. Азот N2, содержащийся в углях, варьирует от 1 до 3 %.
Сера S органическая, связанная с углем химически, входит в состав растений, из которых образовался уголь. Фосфор Р – очень вредная примесь в коксующихся углях, так как он из кокса полностью переходит в чугун. Содержание фосфора в коксующихся углях не должно превышать 0,03 %. Петрографический состав углей. В углях различают макроскопически обособленные составные части – ингредиенты: витрен (vitrum – стеклянный); фюзен (fusian – вытянутый); кларен (clarus – светлый, ясный); дюрен (durus – твердый). Эти термины введены в 1919 г. английской ученой леди Маргарет Стопс. Витрен и фюзен – простые ингредиенты, образованные из единого растительного обрывка (фрагмента) растений; дюрен и кларен – сложные, состоят из нескольких разнообразных компонентов. Витрен – блестящий уголь, почти совершенно утративший признаки какой-либо растительной структуры и представляющий собой коллоидальную массу с раковистым стеклообразным изломом. Витринизированные вещества образуются в процессе гелификации. Кларен – полублестящий, более вязкий, менее трещиноватый с выраженным наслоением уголь. В нем преобладает основная бесструктурная масса, а среди форменных элементов, кроме спор и кутикулы, встречаются еще измененные ткани коры и древесины. Фюзен – волокнистый, с характерным шелковистым блеском, напоминает древесный уголь, мягкий (твердость меньше 2 по шкале Мооса), рыхлый и легко растирается пальцами в порошок. Под микроскопом в шлифах фюзен непрозрачен и имеет сплошную клеточную структуру. Дюрен является вторым матовым ингредиентом полосчатых углей, относительно твердый (твердость 3), вязкий, плотный, макроскопически однородный. Цвет преимущественно черный, излом зернистый. Дюрен под микроскопом неоднороден. Его составные части – цементирующая масса, обычно непрозрачная (реже прозрачная), содержит скопления спор, пыльцы, кутикулы, смолы, обрывки гелифицированных и фюзенированных тканей и минеральных примесей. Органические компоненты. Органические компоненты угля представляют собой растительные остатки, которые по степени разложения подразделяются на две группы: 1) не потерявшие исходной растительной структуры – так называемые «форменные (или структурные) элементы»; 2) имеющие вид бесструктурного вещества, так называемая «основная масса». Неорганические компоненты. Они представлены различными минеральными включениями и примесями, которые переходят в золу при сжигании. В клареновых углях преобладают аутигенные, а в дюреновых – терригенные минеральные включения.
|
|
|
Дата добавления: 2015-12-16; просмотров: 26; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!