КАМ'ЯНИЙ ВУГІЛЛЯ (а. Black, bitouminous, mineral соal; н. Steinkohle; ф. Houille, charbon mineral; і. Hulla, carbon de piedra) - тверде пальне корисна копалина рослинного походження - різновид вугілля копалин , Проміжна між бурим вугіллям і антрацитом . Кам'яне вугілля - щільна порода чорного іноді cepo-чорного кольору, що дає на фарфоровій пластинці чорну риску. В органічній речовині міститься 75-92% вуглецю , 2,5-5,7% водню , 1,5-15% кисню . Вища теплота згоряння в перерахунку на суху беззольне стан 30,5-36,8 МДж / кг. Більшість кам'яного вугілля відноситься до гумоліти; сапропеліти і гумітосапропеліти присутні у вигляді лінз або невеликих прошарків.
Освіта кам'яного вугілля характерно майже для всіх геологічних систем - від девону до неогену (Включно); широке поширення вони отримали в карбоні , Пермі, юре (мапа).
Залягають кам'яне вугілля в формі пластів і лінзоподібних покладів різної потужності (від часткою метрів до декількох десятків і сотень метрів) на різних глибинах (від виходів на поверхню до 2500 м і глибше). Кам'яне вугілля утворюються з продуктів розкладання органічних залишків вищих рослин, що зазнали змін (метаморфізм) в умовах тиску оточуючих порід земної кори і порівняно високої температури.
Кам'яне вугілля характеризується нейтральним складом органічної маси. Вони не реагують зі слабкими лугами ні в звичайних умовах, ні під тиском. Їх бітуми на відміну від бурого вугілля представлені переважно сполуками ароматичної структури. У них не виявлено жирні кислоти і складні ефіри, мале значення мають сполуки зі структурою парафінів. Кам'яне вугілля поділяються на блискучі, полублестящей, напівматові, матові. Залежно від переважання тих чи інших петрографічних компонентів виділяють вітреновие, клареновие, дюрено-клареновие, Клара-дюреновие, дюреновие і фюзеновие кам'яне вугілля. Пласти вугілля можуть бути складені одним з вказаних литотипов, частіше їх чергуванням (т.зв. полосчатие вугілля). Як правило, блискучі різниці вугілля малозольних внаслідок незначного вмісту мінеральних домішок.
Серед структур переважаючого речовини вугілля (углеобразующіх микрокомпонентов) виділено 4 типи (телінітовая, посттелінітовая, преколлінітовая і коллінітовая), що є послідовними стадіями єдиного процесу розкладання лігніно-целюлозних тканин і відображають загальні закономірності освіти вугленосних формацій . Основні одиниці класифікації кам'яного вугілля - генетичні групи, що встановлюються за структурою речовини углеобразующіх микрокомпонентов, куди крім згаданих 4 типів додатково включені лейптінітовие вугілля. Таким чином, виділено 5 генетичних груп. Кожна з них по типу речовини углеобразующіх микрокомпонентов розділена на відповідні класи.
В умовах підвищення тиску і температури при зануренні вугленосної товщі на глибину відбувається послідовне перетворення органічної частини кам'яного вугілля - зміна його хімічні складу, фізичних властивостей і внутримолекулярного будови, яке визначається терміном "регіональний метаморфизм вугілля ". На кінцевій (вищій) стадії метаморфізму кам'яне вугілля перетворюються в антрациту і з чітко вираженою кристалічною структурою графіти . Менш поширені перетворення органічної частини кам'яного вугілля від впливу на них тепла вивержених порід, що впровадили в вугленосні товщі або перекривають (підстилають) їх відкладення (термальний метаморфізм), а також безпосередньо в вугільні пласти (Контактовий метаморфізм). Зростання ступеня метаморфізму в органічній речовині кам'яного вугілля викликається послідовним збільшенням відносного вмісту вуглецю і зменшенням вмісту кисню і водню. послідовно знижується вихід летючих речовин (Від 50 до 8% в перерахунку на суху беззольне стан); змінюються також теплота згоряння, здатність спікатися (див. Кокс) і фізичні властивості вугілля.
Зміна фізичних властивостей кам'яного вугілля в результаті їх метаморфізму проявляється по лінійному, залежному від ущільнення речовини, або параболічним законам з інверсією в вугіллі середньої стадії метаморфізму, що відбиває зміни в структурі органічної речовини. За лінійним законом змінюються блиск, відбивна здатність вітриніту, насипна маса вугілля та інші властивості. Решта важливі фізичні властивості (пористість, щільність, спекаемость, теплота згоряння, пружні властивості і ін.) Змінюються або виразно по параболічного закону, або за змішаним, коли зміна властивостей відбувається лише при переході вугілля до стадії худих (мікротвердість, електропровідність і ін.) .
В якості оптичного критерію ступеня метаморфізму вугілля використовується показник відбивної здатності вітриніту; цей показник застосовується і в нафтової геології для встановлення стадії катагене перетворення осадової товщі, що вміщає органічні речовина. Відбивна здатність вітриніту в масляній імерсії (R0) послідовно зростає від 0,5-0,65% для вугілля марки Д до 2-2,5% в вугіллі марки Т. Щільність кам'яного вугілля залежить від петрографічного складу, кількісного вмісту і характеру мінеральних домішок і ступеня метаморфізму. Найбільшою щільністю (1300-1500 кг / м3) характеризуються компоненти групи фюзініта, найменшою (1280-1300 кг / м3) - групи вітриніту. Зміна щільності з підвищенням ступеня метаморфізму відбувається по параболічного закону з інверсією в зоні переходу до групи жирних; в малозольних різницях вона знижується від вугілля марки Д до марки Ж в середньому від 1370 до 1280 кг / м3 і потім послідовно зростає до вугілля марки Т до 1340 кг / м3. Загальна пористість вугілля, що встановлюється по теплоті змочування, змінюється також по параболічного закону; для донецького вугілля марки Д вона становить 22-14%, вугілля марки К - 4-8% і збільшується (мабуть, в результаті разуплотнения) до 10-15% вугілля марки Т. Ендогенна (розвинулася в процесі утворення вугілля) трещиноватость , Що оцінюється за кількістю тріщин на кожні 5 см блискучого вугілля, контролюється стадією метаморфізму вугілля; вона зростає до 12 тріщин при переході бурого вугілля в довгополуменеве, має максимум в 35-60 у коксових вугілля і послідовно зменшується до 12-15 тріщин при переході до антрацитів. Такий же закономірності підпорядковані зміни пружних властивостей вугілля - модуля Юнга, коефіцієнт Пуассона, модуля зсуву (Зрізу), швидкості ультразвуку.
Головні технологічні властивості, що визначають цінність кам'яного вугілля, спекаемость і коксованість. Стандартний показник спікливості - індекс Рога (RI) і товщина пластичного шару в апараті Л. М. Сапожникова. Отримана пластометричні крива при нагріванні вугілля відображає його в'язкість і розвивається в ньому тиск.
За основу промислової класифікації кам'яного вугілля в окремих країнах приймаються різні параметри властивостей і складу вугілля: в США кам'яне вугілля класифікуються за теплотою згоряння, вмістом зв'язаного вуглецю і відносним вмістом летких речовин , в Японії - по теплоті згоряння, т.зв. паливного коефіцієнту і фортеці коксу або нездатністю до коксування.
В CCCP до 1954 в якості основної промислової класифікації послужила розроблена в 1930 В. С. Кримом т.зв. Донецька класифікація. Ця класифікація, іменована іноді "марочної", одночасно є і генетичною, оскільки покладені в її основу зміни властивостей вугілля відображають їх зміни, зумовлені генетичним розвитком органічної речовини вугілля. У CCCP для промислового маркірування кам'яного вугілля різних басейнів використовуються затверджені стандартизовані класифікації. За усередненою величиною виходу летючих речовин (Vdaf) і характеристиці нелетучего залишку (в деяких випадках додатково з урахуванням спікливості і величини теплоти згорання) кам'яне вугілля поділяються на 10 марок: довгополуменеве (Д), газове (Г), газовожірние (ГР), жирні ( Ж), коксове жирне (ЯЖ), коксові (к), коксове друге (К2), слабоспечуване (CC), отощённие спекающиеся (OC) і пісне (Т) з послідовним збільшенням вмісту вуглецю від марки Д до марки Т від 76 до 92 %, зменшенням виходу летучих речовин з 42 до 7-12%. У кожній з марок, крім Д і Г, за технологічними властивостями виділяється кілька технологічних груп.
Світові геологічні запаси (Ресурси) кам'яного вугілля враховуються декількома міжнародними організаціями на основі різних, багато в чому важко порівнянних параметрів, внаслідок чого призводять до різних підсумками, хто вагається від 8 до 16 трлн. т. З 14,8 трлн. т світових геологічних запасів (ресурсів) натурального палива на частку кам'яного вугілля припадає 9,4 трлн. т. Загальні геологічні запаси кам'яного вугілля в CCCP оцінені в 4,6 трлн. т натурального палива, або 3,9 трлн. т умовного палива (1984). Найбільші розвідані запаси кам'яного вугілля в CCCP зосереджені в Донецькому , Карагандинському , Південно-Якутській , Мінусинськом , Буреинском басейнах . Великими потенційними ресурсами кам'яного вугілля мають Тунгуський, Ленський і Таймирський басейни. Серед найбільш великих зарубіжних басейнів Аппалачский і Пенсільванський - в США, Нижньорейнського-Вестфальський , або Рурський , - в ФРН , Верхнесилезский - в Польщі і його продовження в Чехословаччини - Остравско-Карвинский, Шаньсі - в KHP , Південний-Уельський - в Великобританії . Провідне становище в поставках на зовнішній ринок займають США, ПНР, Австралія , CCCP, ПАР , Канада , ФРН. Основні імпортери: Японія, Франція , Італія , Канада, Бельгія , Данія та ін.
Застосування кам'яного вугілля різноманітно. Він використовується як технологічне, енерготехнологічне і енергетичні сировину, при виробництві коксу і напівкоксу з отриманням великої кількості хімічних продуктів (нафталін, феноли, пек та ін.), На основі яких отримують добрива, пластмаси, синтетичні волокна, лаки , Фарби і т.п. Найбільш перспективний напрямок використання кам'яного вугілля - скраплення (гідрогенізація) вугілля з отриманням рідких палив. При переробці кам'яного вугілля отримують також активне вугілля, штучні графіти і т.д .; в промислових масштабах витягується ванадій , германій і сірка; розроблені методи отримання галію , молібдену , цинку , свинцю . Існують різні схеми неенергетичного використання кам'яного вугілля на основі термохімічної, хімічної та іншої переробки з метою їх повного комплексного використання і забезпечення охорони навколишнього середовища . Див. також Вугільна промисловість .
