Уголь — вид ископаемого топлива, образовавшийся из частей древних растений под землей без доступа кислорода. Международное название углерода происходит от лат. carbō («уголь»). Уголь был первым из используемых человеком видов ископаемого топлива. Он позволил совершить промышленную революцию, которая в свою очередь способствовала развитию угольной промышленности, обеспечив её более современной технологией.
В среднем, сжигание одного килограмма этого вида топлива приводит к выделению 2,93 кг CO2 и позволяет получить 23-27 МДж (6,4-7,5 кВт·ч) энергии[1] или, при КПД 30 % — 2,0 кВт·ч электричества. В 1960 году уголь давал около половины мирового производства энергии, к 1970 году его доля упала до одной трети. Использование угля увеличивается в периоды высоких цен на нефть и другие энергоносители.
Уголь, подобно нефти и газу, представляет собой органическое вещество, подвергшееся медленному разложению под действием биологических и геологических процессов. Основа образования угля — растительные остатки.
Каменный уголь — осадочная порода, по химическому составу представляющая 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.
Образование угля[]
Для образования угля необходимо обильное накопление растительной массы. В древних торфяных болотах, начиная с девонского периода, накапливалось органическое вещество, из которого без доступа кислорода формировались ископаемые угли. Большинство промышленных месторождений ископаемого угля относится к этому периоду, хотя существуют и более молодые месторождения. Возраст самых древних углей оценивается примерно в 350 миллионов лет.
Уголь образуется в условиях, когда гниющий растительный материал накапливается быстрее, чем происходит его бактериальное разложение. Идеальная обстановка для этого создаётся в болотах, где стоячая вода, обеднённая кислородом, препятствует жизнедеятельности бактерий и тем самым предохраняет растительную массу от полного разрушения. На определённой стадии процесса выделяемые в ходе его кислоты предотвращают дальнейшую деятельность бактерий. Так возникает торф — исходный продукт для образования угля. Если затем происходит его захоронение под другими наносами, то торф испытывает сжатие и, теряя воду и газы, преобразуется в уголь.
Под давлением толщи осадков мощностью в 1 километр из 20-метрового слоя торфа получается пласт бурого угля толщиной 4 метра. Если глубина погребения растительного материала достигает 3 километров, то такой же слой торфа превратится в пласт каменного угля толщиной 2 метра. На большей глубине, порядка 6 километров, и при более высокой температуре 20-метровый слой торфа становится пластом антрацита толщиной в 1,5 метра.
В результатах движения земной коры угольные пласты испытывали поднятие и складкообразование. С течением времени приподнятые части разрушались за счет эрозии, а опущенные сохранялись в широких неглубоких бассейнах, где уголь находится на уровне не менее 900 метров от земной поверхности.
Добыча угля[]
Способ добычи угля зависит от глубины его залегания. Разработка ведется открытым способом, если глубина залегания угольного пласта не превышает 100 метров. Нередки и такие случаи, когда при все 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.
Уголь в России[]
Виды угля[]
В России в зависимости от стадии метаморфизма различают: бурые угли, каменные угли, антрациты и графиты. Интересно, что в западных странах имеет место несколько иная классификация: соответственно, лигниты, суббитуминозные угли, битуминозные угли, антрациты и графиты.
- Бурые угли. 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.
- Каменные угли. Содержат до 12 % влаги (3-4 % внутренней), поэтому имеют более высокую теплоту сгорания. Содержат до 32 % летучих веществ, за счёт чего неплохо воспламеняются. Образуются из бурого угля на глубинах порядка 3 километров.
- Антрациты. Почти целиком (96 %) состоят из углерода. Имеют наибольшую теплоту сгорания, но плохо воспламеняются. Образуются из каменного угля при повышении давления и температуры на глубинах порядка 6 километров. Используются в основном в химической промышленности
- Графиты
См. также Маркировка угля
История добычи угля в России[]
Петр I впервые познакомился с углём в 1696 году, возвращаясь из первого Азовского похода. Во время отдыха на берегу Кальмиуса царю показали кусок черного, хорошо горящего минерала. «Сей минерал, если не нам, то потомкам нашим зело полезен будет», — сказал Петр I.
Рудознавец крепостной крестьянин Григорий Капустин в 1721 году открыл каменный уголь близ притока Северского Донца — реки Курдючьей и доказал его пригодность для использования в кузнечном и железоделательном производствах. В декабре 1722 года Петр I именным указом послал Капустина за пробами угля, а затем было предписано снаряжение специальных экспедиций для разведки угля и руды.
В 1722 году Берг-коллегия предложила В.Геннину, ведавшему уральскими и сибирскими заводами, «иметь старание о прииске каменного угля как и в прочих европейских государствах обходятся дабы оным лесам теми угольями было подспорье».
Группа С. Костылева в 1720—1721 годах вела поиски полезных ископаемых в северных предгорьях Алтая. В феврале 1722 года М. Волков сделал заявку на железную руду, найденную им в Томском уезде, и уголь, обнаруженный им в «горелой горе» в семи верстах от Верхотомского острога, на территории современного города Кемерово.
Запасы угля в России[]
В России сосредоточено 5,5 % мировых запасов угля, что составляет более 200 млрд. тонн. Из них 70 % приходится на запасы бурого угля.
- В 2004 году в России было добыто 283 млн. тонн угля. 76,1 млн. тонн было отправлено на экспорт.
- В 2005 году в России было добыто 298 млн. тонн угля. 79,61 млн. тонн было отправлено на экспорт.
В России в 2004 году имелся дефицт коксующихся углей марок «Ж» и «К» в размере не менее 10 млн тонн (оценка ВУХИН), что связано с выбытием добывающих мощностей в Воркуте и Кузбассе.
Крупнейшие месторождения[]
- «Элегестское» — расположено в Туве, запасы около 900 млн тонн угля марки «Ж».
Крупнейшие российские производители угля[]
В 2004 году добыча составляла:
- СУЭК — 74,5 млн. тонн.
- Кузбассразрезуголь — 39,3 млн. тонн.
- Южкузбассуголь — 18,1 млн. тонн.
- Южный Кузбасс — 15,6 млн. тонн.
Крупнейшие производители угля (США)[]
В 2004 году добыча составляла:
- Peabody — 198 млн. тонн.
- Arch Coal — 123 млн. тонн.
- Console — 67 млн. тонн.
- Foundation — 61 млн. тонн.
- Massey — 42 млн. тонн.
Потребление угля[]
Потребление угля в млн тонн.
| Регион | 2001 | 2005 | Изменение |
|---|---|---|---|
| США | 1060 | 1567 | +47,8 % |
| Западная Европа | 574 | 463 | −19,3 % |
| Япония | 166 | 202 | +21,7 % |
| Страны бывшего СССР | 446 | 436 | −2,2 % |
| Китай | 1383 | 2757 | +99,3 % |
| Индия | 360 | 611 | +69,7 % |
| Остальной мир | 1274 | 3518 | +20,7 % |
| ВСЕГО | 5263 | 7574 | +43,9 % |
Применение угля[]
В Англии в 1735 году научились выплавлять чугун на коксе.
Газификация угля[]
Сжижение угля[]
- см. Синтез Фишера — Тропша
Уголь в качестве топлива[]
Роль угля в энергетическом балансе
В России в 2005 году доля угля в энергобалансе страны составляла около 18 процентов (в среднем по миру 39 %), в производстве электроэнергии — немногим более 20 процентов. Доля угля в топливном балансе РАО ЕЭС составила в 2005 году 26 %, а газа — 71 %. В связи с высокими мировыми ценами на газ российское правительство намеревается увеличить долю угля в топливном балансе РАО ЕЭС до 34 % к 2010 году.
См. также[]
Предлагаю альтернативный взгляд на образование каменного угля. Посмотрите, как залегают залежи. Плотным слоем, без посторонних включений. Нет даже костей динозавров. Если уголь образовался из растительной массы, во первых, она бы накапливалась многие столетия; во вторых, туда бы падали и камни и песок и увязли и разные животные и рыбы. Ничего этого нет.
А вот совсем недавно ученые сообщили об обнаружении факта кислородного голодания, происшедшее примерно 200 миллионов лет назад. Это же ключ к пониманию того, как образовался каменный уголь. Был глобальный пожар, Все что выросло за несколько столетий или даже тысячелетий сгорело. Образовался слой древесного угля толщиной в несколько метров. И все это догорала и остывала в отсутствии кислорода. А потом спрессовался и покрылся песком и камнями. Каменный уголь, это спрессованный древесный уголь. Таких пожаров, как видим, было много. Потому что, что уголь лежит на разных глубинах, в разных местах.
- Мировой опыт переработки солёных углей
- Гагат