каменные угли
ка́менные угли
статья сверена с оригиналом и вычитана
КАМЕННЫЕ УГЛИ
класс твердых горючих ископаемых растительного происхождения; разновидность каустобиолитов, занимающая промежуточное положение (по метаморфизму) между бурыми углями и антрацитом.
К.у. — неоднородные плотные образования черного, реже серо-черного цвета, в которых по внеш. признакам различают макроингредиенты: блестящие (витрен), полублестящие (кларен), матовые (дюрен), волокнистые (фюзен). Эти составляющие чаще всего располагаются слоями, придавая К. у. полосчатую структуру. Под микроскопом идентифицируют след. петрографические группы мацералов (микрокомпонентов): витринит, семивитринит, инертинит, липтинит. Перечисленные группы образовались из разных частей растительных материалов (лигнина, смол, белков, жиров, углеводов) в результате физ.-хим. и биохимических процессов (диагенез) и под действием геол. факторов — повышенных температур и давлений в земных недрах (метаморфизм).
Составные части К. у.: основная — горючая, или органическая, масса угля (ОМУ), влага и минеральные включения, образующие при сжигании золу. Неодинаковые количественные соотношения групп мацералов, элементов ОМУ и минеральных примесей, а также различие степени метаморфизма обусловили все многообразие встречающихся в природе К. у. и их свойств. С возрастанием степени метаморфизма изменяются: элементный состав ОМУ, степень ее термич. неустойчивости, оцениваемая выходом летучих веществ (образуются при нагр. от 840 до 860 °C без доступа воздуха); общая пористость (от 4 до 8% по объему); плотность (от 1,16–1,31 до 1,36–1,47 г/см3 соотв. в группах витринита и инертинита); содержание гигроскопической влаги (от 7–9 до 0,2–0,4% по массе), уд. теплоемкость и теплота сгорания. По степени метаморфизма К. у. классифицируют на марки (см. табл.). Зольность К. у. составляет 5–30% по массе и более и, как правило, не зависит от степени метаморфизма. Для улучшения качества К. у. минер. примеси м. б. отделены от горючей части спец. методами (см. обогащение полезных ископаемых, флотация). Главные составляющие золы: оксиды Si, Fe и Al, редкие и рассеянные элементы (Ge, V, W, Ti и т. д.), а также драгоценные металлы (Au, Ag).
ПРИМЕРНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЗНЫХ МАРОК КАМЕННЫХ УГЛЕЙ
* В расчете на горючую массу.
Горючая масса содержит C, H, N, O и S, входящую также в состав минер. части. ОМУ — сложная гетерог. смесь разл. высокомол. соединений или полиассоциированных олигомеров с небольшим количеством легко экстрагируемых битумов. Эта смесь имеет сложную относительно устойчивую общую структуру, элементами которой являются молекулярные и надмолекулярные образования. Широкое распространение получили представления о гибридном характере молекулярной структуры, состоящей из пространственных, плоскостных и линейных фрагментов. Последние включают преим. макроалифатич. радикалы и O-, N- и S-содержащие функциональные группы (см. также гидрогенизация угля).
В связи с различием состава и строения К. у. понятие о молекулярной структуре относят не к ним в целом, а к отдельным группам мацералов (см. выше). Наиболее существенное отличие друг от друга их молекулярных структур заключается в увеличении доли и степени конденсированности ароматических структур в инертините и витрините по сравнению с липтинитом. Надмолекулярная структура — агрегаты макромолекул, связанных гл. обр. донорно-акцепторными взаимодействиями. По совр. представлениям, именно надмолекулярная структура К. у. в значительной степени ответственна за мн. специфические свойства, в т. ч. главные технологические — спекаемость и коксуемость (см. кокс каменноугольный, коксование, полукоксование).
Наиб. крупнотоннажные потребители К. у. — топливно-энергетический комплекс и коксохимическое производство (более 25%, преим. угли марок Г, Ж, К, ОС) с получением кокса, коксового газа и ценных химических продуктов (см. каменноугольная смола, каменноугольные масла, коксохимия). Перспективное направление использования К. у. — гидрирование угля для выработки синтетич. жидкого топлива. Представляют интерес процессы газификации К. у. (см. газификация твёрдых топлив, газификация твердых топлив подземная). Переработкой К. у. извлекают в пром. масштабах V, Ge и S, получают активный уголь и т. д.
К. у. залегают в пластах и линзовидных образованиях разл. мощности (от долей метра до неск. десятков и сотен метров) на разной глубине (от выхода на поверхность до 2500 м и глубже) в отложениях почти всех геол. систем — от девона до неогена и широко распространены в карбоне, перми и юре. Самые крупные зарубежные угольные бассейны: Аппалачский и Пенсильванский (США), Рурский (ФРГ), Верхнесилезский (ПНР), Остравско-Карвинский (ЧССР), Шаньси (КНР), Южно-Уэльский (Великобритания). Геол. запасы К. у. в СССР ок. 3,9 трлн. т (до 45% мировых) условного топлива (1984). Наиб. разведанные запасы сосредоточены в Кузнецком, Донецком, Карагандинском, Южно-Якутском, Минусинском и Буреинском бассейнах; крупные потенциальные ресурсы имеются в Тунгусском, Ленском и Таймырском бассейнах. Общая добыча К. у. в СССР превышает 760 млн. т/год (1987).
Лит.: Аронов С. Г., Нестеренко Л. Л., Химия твердых горючих ископаемых, Хар., 1960; Касаточкин В. И., Ларина Н. К., Строение и свойства природных углей, М., 1975; Грязнов Н. С., Основы теории коксования, М., 1976; Скляр М. Г., Физико-химические основы спекания углей, М., 1984.
М. Л. Улановский
