Сообщение «Как образовался каменный уголь. Образование каменного угля (биология): особенности, свойства и виды

– это полезное ископаемое, которое образуется в результате разложения погибших растений без доступа воздуха . Происходит процесс образования этого минерала под воздействием давления и высоких температур.
Как образуется уголь?
Первая стадия – это появление торфа. Торф - это относительно твердая масса, которая состоит из разлагающихся остатков растений. Эти остатки гниют и спресовываются. Торф используют в качестве удобрения, топлива, сырья для различных видов промышленности. Из торфа образуется каменный уголь. Уголь - это источник тепловой энергии. Он хорошо горит и выделяет много тепла.

Виды угля
Уголь делится на несколько видов . Меньше всего тепла получается при сжигании угля, который называют лигнит и бурый уголь . В таких видах угля очень много влаги, т.е. воды, поэтому они не могут хорошо гореть. Лучше всего обогреть помещение можно при помощи угля, который называется антрацит . Он наиболее плотный, по сравнению с другими видами, и содержит меньшее количество влаги.

В состав угля , который считается низкокачественным, входят углерод, кислород, водород, а также небольшое количество различных химических элементов, например, серы . Процент содержания остальных компонентов зависит от вида угля. Иными словами, хороший уголь должен быть сухим, т.е. не содержать воды.
Как и где добывают уголь?
В России очень много разрабатываемых угольных бассейнов. К ним относятся Карагандинский, Печорский, Тунгусский, Канско-Ачинский, Кузнецкий и другие. Наша страна занимает первое место в мире по известным запасам этого полезного ископаемого.

Про каменный уголь

Каменный уголь - это твердое исчерпаемое невосстановимое полезное ископаемое, которое человек использует для получения тепла путем его сжигания. По классификации относится к осадочным горным породам.

Что это такое?

Уголь, как источник энергии, люди стали использовать еще в древности наравне с дровами. «Горючий камень» находили на поверхности земли, позже его стали целенаправленно добывать из-под нее.

Каменный уголь появился на Земле около 300-350 млн лет назад, когда на первобытных болотах пышно росли древовидные папоротники и начали появляться первые голосеменные растения. Огромные стволы падали в воду, постепенно образуя толстые слои неразложившейся органической массы. Древесина при ограниченном доступе кислорода не гнила, а постепенно погружалась под своим весом все глубже. Со временем, благодаря смещению пластов земной коры, эти слои опустились на значительную глубину и там, под воздействием большого давления и повышенной температуры, произошло качественное изменение дерева в уголь.

Виды угля

Сегодня добывают различные виды каменного угля.

Антрациты - наиболее твердые сорта с большой глубины и имеющие максимальную температуру сгорания.Каменный уголь - множество сортов, добываемых в шахтах и открытым способом. Имеет самое широкое распространение во многих сферах деятельности человека.Бурый уголь - образовался из остатков торфа, самый молодой вид угля. Имеет самую низкую температуру сгорания.

Все виды угля залегают пластами и места их расположения называются угольными бассейнами.

Добыча угля

Поначалу каменный уголь просто собирался в местах выхода пласта на поверхность. Это могло произойти в результате смещения слоев земной коры.

Часто после обвалов в горной местности такие выходы залежи оголялись, и люди получали возможность добраться до кусков «горючего камня».

Позже, когда появилась примитивная техника, уголь стали разрабатывать открытым способом. Некоторые угольные копи погружались на глубину более 300 метров.

Сегодня, благодаря наличию сложной современной техники, люди опускаются под землю в шахты, глубиной больше километра. С этих горизонтов добывают самый качественный и ценный каменный уголь.

Где используется уголь

Все виды угля можно применять для получения тепла. При сгорании оно выделяется в гораздо большем количестве, чем можно получить его от дров или других твердых видов топлива. Самые жаркие сорта угля используют в металлургии, где нужны высокие температуры.

Кроме того, уголь – ценное сырье для химической промышленности. Из него добывают множество нужных и полезных веществ

Уголь, подобно нефти и газу, представляет собой органическое вещество, подвергшееся медленному разложению под действием биологических и геологических процессов. Основа образования угля - растительные остатки. В зависимости от степени преобразования и удельного количества углерода в угле различают четыре его типа: бурые угли (лигниты), каменные угли, антрациты и графиты. В западных странах имеет место несколько иная классификация - лигниты, суббитуминозные угли, битуминозные угли, антрациты и графиты, соответственно.

Антрацит

Антрацит - самый глубоко прогревавшийся при своем возникновении из ископаемых углей, уголь наиболее высокой степени углефикации. Характеризуется большой плотностью и блеском. Содержит 95 % углерода. Применяется как твердое высококалорийное топливо (теплотворность 6800-8350 ккал/кг). Имеют наибольшую теплоту сгорания, но плохо воспламеняются. Образуются из каменного угля при повышении давления и температуры на глубинах порядка 6 километров.

Каменный уголь

Каменный уголь - осадочная порода, представляющая собой продукт глубокого разложения остатков растений (древовидных папоротников, хвощей и плаунов, а также первых голосеменных растений). По химическому составу каменный уголь представляет смесь высокомолекулярных полициклических ароматических соединений с высокой массовой долей углерода, а также воды и летучих веществ с небольшими количествами минеральных примесей, при сжигании угля образующих золу. Ископаемые угли отличаются друг от друга соотношением слагающих их компонентов, что определяет их теплоту сгорания. Ряд органических соединений, входящих в состав каменного угля, обладает канцерогенными свойствами.

Бурый уголь - твердый ископаемый уголь, образовавшийся из торфа, содержит 65-70 % углерода, имеет бурый цвет, наиболее молодой из ископаемых углей. Используется как местное топливо, а также как химическое сырье. Содержат много воды (43 %), и поэтому имеют низкую теплоту сгорания. Кроме того, содержат большое кол-во летучих веществ (до 50 %). Образуются из отмерших органических остатков под давлением нагрузки и под действием повышенной температуры на глубинах порядка 1 километра.

Добыча угля

Способы добычи угля зависят от глубины его залегания. Разработка ведется открытым способом в угольных разрезах, если глубина залегания угольного пласта не превышает 100 метров. Нередки и такие случаи, когда при всё большем углублении угольного карьера далее выгодно вести разработку угольного месторождения подземным способом. Для извлечения угля с больших глубин используются шахты. Самые глубокие шахты на территории Российской Федерации добывают уголь с уровня чуть более 1200 метров.

В угленосных отложениях наряду с углем содержатся многие виды георесурсов, обладающих потребительской значимостью. К ним относятся вмещающие породы как сырье для стройиндустрии, подземные воды, метан угольных пластов, редкие и рассеянные элементы, в том числе ценные металлы и их соединения. Например, некоторые угли обогащены германием.

«Таят в себе недра Земли: синий лазурит, зелёный малахит, розовый родонит, сиреневый чароит... В пёстрой гамме этих и многих других минералов ископаемый уголь выглядит, конечно, скромно».

Так пишет Эдвард Мартин в своем труде «История кусочка каменного угля», и с ним нельзя не согласиться. Но учитывая пользу, которую уголь приносит людям с незапамятных времен, на это высказывание смотришь совсем другим взглядом.

Каменный уголь – полезное ископаемое, которое люди используют в качестве топлива. Он представляет собой плотную каменистую породу черного (иногда серо-черного) цвета с блестящей, полуматовой или матовой поверхностью.
Существует две основные точки зрения на происхождение угля. Первая утверждает, что каменный уголь создавался вследствие гниения растений в течение многих миллионов лет. Но этот процесс не всегда приводил к залежам угля. Дело в том, что доступ кислорода должен быть ограничен, чтобы гниющие растения не смогли отдать углерод в атмосферу. Подходящая среда для этого процесса – болото. Стоячая вода с минимальным содержанием кислорода не дает бактериям полностью разрушать растения. А в определенный момент выделяются кислоты, которые полностью останавливают работу бактерий. Таким образом формируется торф, который трансформируется сначала в бурый уголь, потом в каменный и, наконец, в антрацит. Но образование угля обусловлено еще одним важным моментом – вследствие движения земной коры слой торфа должен быть накрыт другими слоями грунта. Таким образом, испытывая давление, повышенные температуры, оставаясь без воды и газов, образуется каменный уголь.

Есть и вторая версия. Она предполагает, что каменный уголь – результат перехода углерода из газообразного состояния в кристаллическое. Основывается она на том, что в недрах Земли может содержаться большое количество углерода в газообразном состоянии. В процессе охлаждения он осаждается в виде каменного угля.

В России находится 5,5 % мирового запаса угля , на данном этапе он составляет 6421 млрд. тонн, из которых 2/3 – запасы каменного угля. Залежи по территории страны распределены неравномерно: 95 % располагаются в восточных регионах, а из них более 60 % принадлежит Сибири. Основные угольные бассейны: Кузнецкий, Канско-Ачинский, Печорский, Донецкий. По добыче угля Россия занимает 5 место в мире.

Простейшая добыча ископаемого каменного угля известна с древних времен и зафиксирована в Китае и Греции. В России же впервые увидел уголь Петр I в 1696 году в районе нынешнего г. Шахты. А с 1722 г. начали снаряжаться экспедиции с целью разведки залежей угля по территории России. В это время уголь начинают использовать при солеварении, в кузнечном деле и для отопления домов.
Существует два основных способа добычи каменного угля: открытый и закрытый. Способ добычи зависит от глубины залегания породы. Если залежи находятся на глубине до 100 метров, то способ добычи открытый (снимается верхний слой почвы над месторождением, то есть образуется карьер или разрез). Если глубина залегания больше, то создаются шахты, а в них специальные подземные ходы. К слову, каменный уголь обычно образуется на глубине 3 и более километров. Но в результате подвижек земных слоев происходит поднятие пластов ближе к поверхности или их опущение на более нижний уровень. Залегает каменный уголь в форме пластов и линзовидных залежей. Структура слоистая или зернистая. А средняя толщина пласта угля равна примерно 2 метрам.

Каменный уголь – не просто полезное ископаемое, а представляет собой собрание высокомолекулярных соединений с большим содержанием углерода, а также воды и летучих веществ с небольшим количеством минеральных примесей.

Удельная теплота сгорания (калорийность) - 6500 - 8600 ккал/кг.

Цифры приведены в процентном соотношении, точный же состав зависит от местоположения залежей и климатических условий. Чтобы понять качество угля определяют несколько важных моментов. Во-первых, степень его рабочей влажности (меньше влаги - лучше энергетические свойства). Содержание ее в каменном угле 4-14%, что дает теплоту сгорания 10-30 МДж/кг. Во-вторых, это зольность угля. Зола образуется за счет присутствия в угле минеральных примесей и определяется по выходу остатка после сжигания при температуре 800ºС. Каменный уголь считается пригодным к использованию, если после сгорания зола составляет 30 % и меньше.
В отличие от бурого угля каменный не содержит гуминовых кислот, в нем они преобразованы в карбоиды (уплотненные соединения углерода). Соответственно плотность и содержание углерода у него больше чем у бурого угля.

Говоря о свойствах, различают следующие разновидности каменного угля: блестящий (витрен), полублестящий (кларен), матовый (дгорен) и волнистый (фюзен).

По степени обогащения каменные угли делятся на концентраты, промпродукты и шламы. Концентраты используются в котельной и для получения электроэнергии. Промпродукты идут на нужды металлургии. Шламы подходят для изготовления брикетов и продажи в розницу для населения.

Существует также и классификация угля по размеру кусков:

Главные технологические свойства каменного угля – спекаемость и коксуемость. Спекаемость – это способность угля формировать при нагревании (без поступления воздуха) сплавленный остаток. Это свойство уголь приобретает на стадиях своего формирования. Коксуемость – это способность угля при определенных условиях и высокой температуре образовывать кусковый пористый материал – кокс. Это свойство придает углю дополнительную ценность.
При формировании каменного угля происходят изменения, касающиеся содержания в нем углерода и уменьшение количества кислорода, водорода и летучих веществ, а также изменяется теплота сгорания. Из этого исходит классификация каменного угля по маркам:

Каменный уголь - осадочная порода, которая образуется в земном пласте. Уголь - превосходное топливо. Считается, что это самый древний вид топлива, который использовали наши далекие предки.

Как образуется каменный уголь

Для образования угля необходимо огромное количество растительной массы. И лучше, если растения накапливаются в одном месте и не успевают разлагаться полностью. Идеальное место для этого - болота. Вода в них бедна кислородом, что препятствует жизнедеятельности бактерий.

В болотах накапливается растительная масса. Не успевая полностью сгнить, она спрессовывается следующими отложениями почвы. Так получается торф - исходный материал для угля. Следующие пласты почвы как бы запечатывают торф в земле. В результате он полностью лишается доступа кислорода и воды и превращается в угольный пласт. Процесс этот длительный. Так, большая часть современных запасов каменного угля образовались в эпоху палеозоя, т. е. более 300 млн. лет назад.

Характеристики и виды каменного угля

(Бурый уголь )

Химический состав угля зависит от его возраста.

Самый молодой вид - бурый уголь. Он залегает на глубине порядка 1 км. Воды в нем еще много - около 43%. Содержит большое количество летучих веществ. Хорошо воспламеняется и горит, но тепла дает мало.

Каменный уголь - этакий "середнячок" в этой классификации. Залегает он на глубинах до 3 км. Так как давление верхних пластов больше, то и содержание воды в каменном угле меньше - около 12%, летучих веществ - до 32%, зато углерода содержится от 75% до 95%. Он также легко воспламеняется, но горит лучше. А за счет малого количества влаги дает больше тепла.

Антрацит - более древняя порода. Залегает на глубинах порядка 5 км. В нем больше углерода и практически нет влаги. Антрацит - твердое топливо, плохо воспламеняется, зато удельная теплота сгорания самая высокая - до 7400 ккал/кг.

(Уголь антрацит )

Впрочем, антрацит - это не конечная стадия преобразования органического вещества. Попадая в более жесткие условия, уголь трансформируется в шунтит. При более высоких температурах получается графит. А испытывая сверхвысокое давление, уголь превращается в алмаз. Все эти вещества - от растения до алмаза - состоят из углерода, только молекулярная структура разная.

Помимо основных "ингредиентов" в состав угля часто входят различные "породы". Это примеси, которые не сгорают, а образуют шлак. Содержится в угле и сера, причем ее содержание обуславливается местом образования угля. При сгорании она взаимодействует с кислородом и образует серную кислоту. Чем меньше примеси в составе угля, тем выше ценится его сорт.

Месторождение каменного угля

Место залегания каменного угля называют угольным бассейном. В мире известно свыше 3,6 тысяч угольных бассейнов. Их площадь занимает около 15% территории земной суши. Самый большой процент залежей мирового запаса угля в США - 23%.На втором месте - Россия, 13%. Замыкает тройку стран-лидеров Китай - 11%. Самые крупные залежи угля в мире находятся в США. Это Аппалачский каменноугольный бассейн, чьи запасы превышают отметку в 1600 млрд. тонн.

В России самый большой угольной бассейн - Кузнецкий, что в Кемеровской области. Запасы Кузбасса составляют 640 млрд. тонн.

Перспективна разработка месторождений в Якутии (Эльгинское) и в Тыве (Элегестское).

Добыча каменного угля

В зависимости от глубины залегания угля применяют либо закрытый способ добычи, либо открытый.

Закрытый, или подземный метод добычи. Для этого метода строят шахтные стволы и штольни. Шахтные стволы строят, если глубина залегания угля 45 метров и выше. От нее ведут горизонтальный тоннель - штольню.

Существуют 2 системы закрытой добычи: камерно-столбовая и добыча длинными очистными забоями. Первая система менее экономична. Ее используют лишь в тех случаях, когда обнаруженные пласты мощные. Вторая система гораздо безопаснее и практичнее. Она позволяет извлекать до 80% породы и равномерно доставлять уголь на поверхность.

Открытый метод применяют, когда уголь залегает неглубоко. Для начала проводят анализ твердости почвы, выясняют степень выветриваемости почвы и слоистость покрывающего слоя. Если грунт над пластами угля мягкий, достаточно использования бульдозеров и скреперов. Если верхний пласт толстый, то пригоняют экскаваторы и драглайны. Пролегающий над углем мощный слой твердой породы взрывают.

Применение каменного угля

Область использования каменного угля просто огромна.

Из угля добывают серу, ванадий, германий, цинк, свинец.

Сам уголь - превосходное топливо.

Используется в металлургии для выплавки железа, при производстве чугуна, стали.

Полученную после сжигания угля золу используют в производстве строительных материалов.

Из угля после его специальной обработки получают бензол и ксилол, которые используют в производстве лаков, красок, растворителей, линолеума.

Путем сжижения угля получают первоклассное жидкое топливо.

Уголь - сырье для получения графита. А также нафталина и еще ряда ароматических соединений.

В результате химической обработки каменного угля на сегодняшний день получают свыше 400 видов промышленных продуктов.