БУРЫЙ УГОЛЬ, разновидность углей ископаемых низшей степени метаморфизма, представляющая собой переходную форму от торфа к каменному углю. По внешним признакам отличается от торфа большей уплотнённостью и меньшим содержанием различимых растительных остатков, от каменных углей - главным образом окраской бурых тонов. Диагностируется также по реакциям с едкой щёлочью и разбавленной азотной кислотой, окрашивая растворы соответственно в тёмно-бурый и ярко-жёлтый (до красно-бурого) цвета. На воздухе буреет и растрескивается. Для бурого угля характерны высокая гигроскопичность и влажность. Плотность 1200-1500 кг/м 3 . Различают землистые рыхлые бурые угли, плотные матовые и блестящие. По составу исходного вещества большинство бурых углей относится к гумитам, в которых сапропелевые и гумусово-сапропелевые разности встречаются в виде прослоев. Из микрокомпонентов углей в большинстве бурых углей (80- 98%) преобладают представители витринита группы, в некоторых разностях - фюзинит или липтинит.
Элементный состав горючей массы бурых углей: С 65-76%, Н 4-6,5%, иногда более, О + N 18-30%; теплота сгорания 23,9-32,0 МДж/кг; содержание гуминовых кислот 2-63%, летучих веществ 40-65%, первичной смолы 5-20% и более. По степени метаморфизма (углефикации) бурые угли разделяют на 3 класса (01, 02, 03); за основу такого разделения принят показатель отражения витринита (соответственно менее 0,30%, 0,30-39%, 0,40-0,49%). С повышением степени метаморфизма в бурых углях повышаются содержание углерода, удельная теплота сгорания, снижается содержание кислорода, гуминовых кислот и смол. Промышленные классификации бурых углей в разных странах приняты по различным технологическим параметрам. В России бурые угли по влажности делят на три технологические группы (1Б - свыше 40%, 2Б - 30-40% и ЗБ - менее 30%). По международной классификации, принятой Европейской экономической комиссией (1957), бурые угли разделяют на 6 классов по влажности и 5 групп по выходу смол полукоксования. Существуют и другие классификации. В ряде стран (Индия, Австралия и др.) бурые угли называют лигнитами.
Значительная часть бурых углей залегает в угольных пластах (залежах) мощностью 10-60 м (иногда 100-200 м) и на небольших глубинах, что позволяет добывать их в основном открытым способом. По запасам (млрд. т) бассейны бурых углей разделяют на уникальные (свыше 500), крупные (50- 500), средние (10-50) и мелкие (менее 10). Общие мировые ресурсы оцениваются в 4,9 триллион тонн, доказанные запасы 0,46 триллион тонн (в России 0,11 триллион тонн). Основные запасы сосредоточены в России (Канско-Ачинский, Иркутский, Ленский, Подмосковный угольные бассейны), Бразилии (Алта-Амазона), США (Форт-Юнион, Миссисипский и Техасский угольные бассейны), Австралии (Латроб-Валли), Германии (Нижнерейнский, Тюринго-Саксонский и Магдебургский угольные бассейны). Мировая добыча составила 0,884 миллиардов тонн (2002). Главные угледобывающие страны (добыча в миллиард тонн): Германия (0,169), Россия (0,084), Австралия (0,075), Польша (0,060), Чехия (0,048), США (0,047). Бурый уголь используется как энергетическое и коммунально-бытовое топливо, для производства угольных брикетов, газообразного и жидкого топлива, углещелочных реагентов гуминовых кислот, воска, металлургического кокса, извлечения редких и рассеянных элементов.
Лит.: Жемчужников Ю. А., Гинзбург А. И. Основы петрологии углей. М., 1960; Геология месторождений угля и горючих сланцев СССР. М., 1963-1978. Т. 1-12; Ерёмин И. В., Броновец Т. М. Марочный состав углей и их рациональное использование. М., 1994.
Низкая себестоимость и обширные запасы - главные факторы, обуславливающие увеличение количества сфер применения бурого угля. Этот вид ископаемого твердого топлива, самый ранний вид угля, добывается человеком уже не одну сотню лет. Уголь бурый - продукт метаморфизма торфа, в стадии между лигнитом и каменным углем. По сравнению с последним, данный вид топлива менее популярен, тем не менее в силу своей низкой себестоимости довольно широко применяется для производства электроэнергии, отопления и получения иных видов топлива.
Строение
Уголь бурый - плотная, землистая или волокнистая углистая масса бурого или смоляно-черного цвета с большим содержанием летучих битуминозных веществ. Как правило, в нем хорошо сохраняются растительная структура, раковистые изломы, древесные массы. Горит легко, пламя коптящее, при этом выделяется своеобразный неприятный запах гари. Вступая в реакцию с гидроксидом калия, образует жидкость темно-бурого цвета. При сухой перегонке бурый уголь образует аммиак с уксусной кислотой. Химический состав (в среднем), за вычетом золы: углерод - 63%, кислород - 32%, водород 3-5%, азот 0-2%.
Происхождение
Уголь бурый образуют слои залежей осадочных пород - флецы, часто большой мощности и протяженности. Материалом для формирования бурого угля служат различного рода пяльпы, кониферы, деревья и торфяные растения. Отложения этих веществ постепенно разлагаются без доступа воздуха, под водой, под шапкой смеси глины и песка. Процесс тления сопровождается постоянным выделением летучих веществ и постепенно приводит к обогащению растительных остатков углеродом. Уголь бурый - одна из первых стадий метаморфизма таких растительных отложений, после торфа. Дальнейшие стадии - каменный уголь, антрацит, графит. Чем длительней процесс, тем ближе состояние к чистому углерод-графиту. Так, графит относится к азойской группе, каменный уголь - к палеозойской, бурый уголь - преимущественно к мезозойской и кайнозойской.
Каменный и бурый уголь: отличия
Как можно заметить из самого названия, бурый уголь отличается от каменного цветом (более светлым или более темным). Существуют и черные разновидности, но в порошкообразном виде оттенок такого угля все равно бурый. Цвет каменного и антрацита всегда остается черным. Характерные свойства бурого угля заключаются в большем содержании углерода, по сравнению с каменными углями, и меньшем содержании битуминозных веществ. Это объясняет то, почему бурый уголь горит легче и при этом образуется большое количество дыма. Большое содержание углерода также объясняет упомянутую реакцию с гидроксидом калия и своеобразный неприятный запах во время горения. Содержание азота, по сравнению с каменными углями, также значительно ниже. При долгом пребывании на воздухе бурый уголь стремительно теряет влагу, рассыпаясь в порошок.
Разновидности
Сортов и разновидностей бурого угля достаточно много, среди которых выделяют несколько основных:
- Обычный бурый уголь, консистенция плотная, матового бурого цвета.
- Бурый уголь землистого излома, легко стирающийся в порошок.
- Смолистый, очень плотный, темно-бурый, иногда даже иссиня-черный. В изломе напоминает смолу.
- Лигнит, или битуминозное дерево. Уголь с хорошо сохранившейся растительной структурой. Иногда встречается даже в виде целых стволов деревьев с корнями.
- Дизодил - бурый бумажный уголь в виде истлевшей тонкослоистой растительной массы. Легко разделяется на тонкие листы.
- Бурый торфяной уголь. Напоминающий торф, с большим количеством посторонних примесей, иногда напоминающий землю.
Процентное соотношение золы и горючих элементов у различных видов бурого угля варьируется в широких пределах, что и определяет достоинства горючего материала той или иной разновидности.
Добыча
Способы добычи бурого угля аналогичны для всех ископаемых углей. Различают открытый (карьерный) и закрытый. Наиболее старый метод закрытой добычи - штольни, наклонные скважины до угольного пласта небольшой мощности и неглубокого залегания. Применяется в случае финансовой неэффективности устройства карьера.
Шахта - вертикальная или наклонная скважина в толще породы от поверхности до угольного пласта. Данный способ используется при глубоком залегании угленосных пластов. Характеризуется высокой себестоимостью добываемых ресурсов и высокой аварийностью.
Добыча открытым способом ведется при относительно небольшой (до 100 м) глубине залегания угольного пласта. Открытая или карьерная добыча наиболее экономичная, на сегодняшний день таким способом добывается примерно 65% всего угля. Главный минус карьерной выработки - большой урон окружающей среде. Добыча бурого угля преимущественно ведется открытым способом ввиду небольшой глубины залегания. Первоначально осуществляется удаление вскрыши (слоя пород над угольным пластом). После этого производится отбойка угля буровзрывным методом и его транспортировка специализированным (карьерным) автотранспортом с места добычи. Вскрышные работы, в зависимости от величины и состава слоя, могут осуществляться бульдозерами (при рыхлом слое незначительной толщины) или роторными экскаваторами и драглайнами (при более толстом и плотном слое породы).
Применение
В качестве топлива уголь бурый используется значительно реже, чем каменный. Применяется для отопления частных домов и на мелких электростанциях. Путем т. н. сухой перегонки из бурого угля получают горный воск для деревообрабатывающей, бумажной и текстильной промышленности, креозот, карболовую кислоту и другие подобные продукты. Также он перерабатывается в жидкое углеводородное топливо. Гуминовые кислоты в составе бурого угля позволяют использовать его в сельском хозяйстве в качестве удобрения.
Современные технологии позволяют производить из бурого угля синтетический газ, который выступает аналогом природного газа. Для этого уголь нагревают до 1000 градусов Цельсия, вследствие чего происходит газообразование. На практике применяется довольно эффективный способ: по просверленной скважине к залежам бурого угля через трубу подается высокая температура, а по другой трубе уже выходит готовый газ - продукт подземной переработки.
Бурый уголь - это самый молодой вид угля, образовавшийся из торфа на глубине не более 1 километра под воздействием высоких температур и давления. Бурый уголь значительно уступает по содержанию углерода каменному углю и антрациту (доля углерода в буром угле варьируется от 65% до 70%). Имеет достаточно пористую структуру и высокое содержание влаги (43% воды), за счет чего обладает незначительной теплотой сгорания. Хорошо воспламеняется из-за высокого уровня содержания летучих веществ. Бурый уголь содержит в себе достаточно значительную долю гуминовых кислот, что делает его уязвимым для щелочей.
История добычи угля
Начало промышленного использования угля относится к XI веку. Уже к концу XVII века в развитых странах добыча угля стала важным элементом горнодобывающей отрасли.
В России залежи угля были открыты в XV веке. Затем в конце XVII и начале XVIII века были обнаружены крупные угольные месторождения в Сибири. Долгое время отечественные месторождения не разрабатывались, а уголь завозился из-за границы, преимущественно из Англии.
Первые попытки организовать угольный промысел в России относятся к концу XIX века, однако, эти попытки не увенчались успехом. Еще в 1913 году большая часть промышленного угля импортировалась в Россию из развитых стран Европы, а для бытовых нужд людей использовались архаичные виды топлива, такие как дрова и солома.
Одной из важнейших в добывающей отрасли, разработка угольных месторождений стала в советское время(1920-е). СССР не только, стал одним из лидеров по добыче угля, но и долгое время лидировал по запасам в разведанных месторождениях
На данный момент России располагает значительными запасами угля в разведанных месторождениях.
Объемы добычи бурого угля в России
В целом, в 2006-2011 гг. можно отметить положительную динамику объема добычи бурого угля (увеличение на 1,1%).
После значительного снижения объемов выпуска в 2009 году (на 16%), наблюдался рост в 2010 году, а 2011 год демонстрировал стагнацию объемов добычи бурого угля.
По оценкам аналитиков Intesco Research Group в 2012 году произойдет рост добычи бурого угля на 5%, объем составит около 80 млн тонн.
Первая половина 2011 года характеризовалась стремительным спадом производства (более чем на 40% в июне по сравнению с январем). Во второй половине года произошло не менее стремительное увеличение объемов выпуска бурого угля (почти в два раза в декабре по сравнению с июнем).
Динамика показателя по месяцам в первой половине 2012 года, в целом схожа с динамикой аналогичного периода предыдущего года. В январе 2012 года было добыто на 10% меньше бурого угля, чем в январе 2011 года. В июле 2012 года зафиксировано минимальное значение объема производства бурого угля в России в динамике 2011 июль 2012 гг. - более 4 млн тонн.
В Красноярском крае добывалось более половины российского бурого угля. Около десятой части российской продукции данного сегмента добыли в Приморском и Забайкальском краях. На третьем месте по объему добычи находилась Иркутскую область.
Молодо-зелено. Иносказательное выражение не подходит бурому углю. Геологи причисляют его к молодым породам. Бурому углю на Земле примерно 50 000 000 лет. Соответственно, порода формировалась в Третичный период.
В него входят эры Палеогена и Неогена. Иначе говоря, бурый уголь формировался, когда по планете уже ходили первые люди. Однако, не смотря на свою молодость, порода вовсе не зелена. Ее цвет понятен из названия. Чем обусловлена бурая краска, разберемся ниже.
Свойства бурого угля
Цвет бурого угля обусловлен его основой. Это растительная масса, в основном, древесина. Она отчетливо видна в лингитах. Ряд геологов считают их отдельной породой, а прочие причисляют к разновидности бурого угля. В России придерживаются последней точки зрения.
Как бы ни было, – это разложившаяся растительность. В , когда она была буйной, а стволы гигантскими, она оседала на дне болот. Там, в условиях дефицита кислорода, органика начинала разлагаться. Так вот в лингитах процесс на начальной стадии, еще можно увидеть куски древесины. Она тленна, но структура волокон прослеживается.
Классический бурый уголь – однородная масса. В нем уже трудно различить древесные волокна. Однако, до состояния чистого органика еще не распалась. Поэтому, сохраняется коричневый цвет массы.
Присутствие в ней крупных частиц обуславливает рыхлость ископаемого. На кубический сантиметр породы приходится только 1 грамм массы. Углеводов в нем не более 60-ти процентов, а зачастую – всего половина.
И плотность, и насыщение породы углеводородами отвечают за энергоемкость. Бурый уголь – топливо низшей категории. Используют его, как правило, в подсобном хозяйстве. Промышленникам нужно энергоемкое топливо, сгорающее почти на 100%. После же сжигания героя статьи остается много золы.
Использование бурого угля – это оседание копоти на дымоходе, пламени, едкий дым. Розжиг облегчают летучие вещества, коих в буром угле около 10%. Еще 30% приходятся на воду, , кислород, . Для топлива все это лишнее.
Характеристика бурого угля на срезе – «подобие кому земли». Однако, такой породу делает присутствие воды. Стоит ей испариться, ископаемое рассыпается в пыль. Иначе говоря, не хватает вязких углеводородов, которые бы цементировали частицы породы.
Промышленники спрессовывают их. Без воды применение бурого угля немногим эффективнее. В обычном же виде сгорание 1-го килограмма породы дает не более 10 000 килокалорий. Средний показатель – 5 500 килокалорий.
Чем бурый уголь отличается от каменного?
Если максимальный возраст бурого угля 50 000 000, то каменного – 350 000 000 лет. Говоря иначе, самые древние образцы каменной породы образовались еще в Девонский период. Растительность тогда представляли, в основном, гигантские хвощи, а еще скрывались в морях.
До 21-го века оставалось 9 геологических эр. За них растительные остатки разложились и спрессовались так сильно, что превратились в реальный камень. Нет и следа от рассыпчатости бурого угля. Каменный вариант породы — реально .
На фото бурый уголь
Цвет древесины в каменном угле заменен на насыщенно-черный. Это краска углеводородов 1-го сорта. Их в породе чуть ли не 100%. Правда, это касается – последней стадии развития каменного угля. В обычном углеводородов от 72-ух до 90-та процентов.
Массу примесей можно определить на взгляд. Антрацит, к примеру, на разломе блестит. Это сияние так и именуют – угольный . Примеси матируют породу. Запасы бурого угля , соответственно, всегда матовые. В противовес их 10 000 килокалорий на килограмм сгоревшего топлива приходятся 61 000. Таков показатель каменного угля.
Добыча бурого угля ведется с глубин примерно до километра. Со времен Девона наслоилась большая масса земли. Соответственно, каменный вариант породы извлекают с глубин около 3-ех километров.
Благодаря малому количеству примесей, каменный уголь сгорает почти без остатка, дает минимум копоти, не горит в привычном смысле. Выраженных языков пламени нет. Однако, ресурсов на разогрев плотного камня уходит больше, чем на поджог рыхлой бурой массы.
Это еще одна причина использования породы лишь промышленниками. У них есть , способные держать нужную температуру. Сжигание же бурого угля напоминает работу с сырыми дровами.
Месторождения и добыча бурого угля
Месторождения бурого угля на километровой глубине относятся к самым старым в , тем самым, которым 50 000 000 лет. Основные залежи еще юнее, следовательно, располагаются выше.
В , к примеру, большинство пластов бурого угля находятся в 10-60-ти метрах от поверхности. Это располагает к открытой добыче ископаемого. Этим способом извлекают 2/3 отечественных запасов угля.
Они, кстати, распределены неравномерно. 60% приходятся на Сибирь. «Солтомское» месторождение, к примеру, разрабатывают на Алтае. Запасы породы составляют 250 000 000 тонн. Есть бурый уголь и в «Канско-Ачинском» бассейне.
Добыча бурого угля
Бассейнами залежи породы называют из-за ее «разлива» под землей. Уголь – это не жилы среди прочих пород и не компактные агрегаты, а обширные «блины». Они простираются на десятки и сотни километров. Так, в «Канско-Ачинском» бассейне только поверхностные запасы сосредоточены на площади в 45 000 квадратных километров.
В Сибири находится и бассейн бурого угля «Ленский» Его разрабатывают на территории Якутии. Затрагивает месторождение и Красноярский край. Общая площадь залежей – 750 000 квадратных километров. В них входит больше 2 000 000 000 000 тонн. Кто запутался в нолях, речь о триллионах.
Купить бурый уголь с «Ленского» месторождения, не смотря на его обширность, дороже, чем с «Канско-Ачинского» или «Солтомского». Причина – сложности залегания породы в Якутии.
«Блин» ископаемого местами разорван и смят, то опускается под землю, то поднимается к поверхности. Последние участки, в большинстве, уже разработаны. Добыча из глубин затратней, что влияет на конечную породы.
На западе страны бурый уголь добывают в «Подмосковном» бассейне. В нем есть и каменная разновидность породы. Собственно, месторождение начало образовываться в Каменноугольном периоде. Он относится к Палеозойской эре. Судя по ее древности, бурой породы в бассейне быть не должно. Однако, что-то затормозило разложение части пластов.
На западе России расположился и «Печерский» бассейн угля. Его северное расположение затрудняет добычу ископаемого. К тому же, оно располагается на глубине в сотни метров. Приходится рыть шахты. Поэтому, из недр извлекают энергетические виды угля. Залежи бурого обходят стороной.
К перспективным месторождениям угля на севере относят, так же, «Таймырское». Из названия понятно, что располагаются залижи на морской границе Красноярского края.
Месторождение бурого угля
Пока, в этом районе ведется геологоразведка. Добыча ископаемого откладывается. Придется вновь прибегать к шахтам. Пока, не истощились открытые запасы породы.
Из общего числа месторождений угля в мире активно разрабатывают около 50-ти. Многие залежи остаются про запас и в . Она, кстати, в лидерах добычи угля, но не на первом месте. Его заняли США. К угольнодобывающим там относятся штаты Техас, Пенсильвания, Алабама, Колорадо и Иллинойс.
У по добыче каменного угля, куда включают и бурую породу, 2-е место в мире. Обычно, приводят десятку лидеров, замыкает которую Монголия. Но, укажем и . Она досталась КНР. Там разрабатывают бассейн «Шаньсина». Он занимает почти всю Великую китайскую равнину, заходя в Янцзы и Датун.
Применение бурого угля
Применение бурого угля зависит от его вида. Геологи выделяют 5. Первый — «Плотны». Он наиболее ценен, граничит с каменным. Это темная, однородная, утрамбованная порода.
В ней максимальное для бурого угля количество углеводородов. Как и каменный вариант, «Плотное» ископаемое блестит, но не выражено. Такое топливо готовы использовать не только частники, но и мелкие котельные.
Второй вид бурого угля – «Землистый». Эта порода легко стирается в порошок. Сырье подходит для полукоксования. Так именуют переработку в вакууме при температуре около 500-от градусов Цельсия. Получается полукокс. Он хорошо горит, не дает дыма, а посему, используется и в быту, и в промышленности.
Третий вид бурого угля – «Смолистый». Он плотный и темный. Вместо антрацитового блеска присутствует смолистый. Такую породу перегоняют до жидкого углеводородного топлива и , как и торфяной уголь.
Последний немногим отличается от обычного . С ним уголь, собственно, родственник. Обе субстанции являются продуктами разложения растительной органики. Считается, что торф – первая стадия, а угли, начиная с бурого, — последующие.
Остается упомянуть 5-ый вид бурого угля – «Бумажный». Его еще именуют «Дизодилом». Порода является истлевшей растительной массой. В ней еще четко просматриваются слои.
На фото горение бурого угля
«Дизодил» можно разобрать по ним, словно . Такой уголь, как правило, не находит применения. Остальные же виды – топливо в том или ином виде. Качественный бензин, к примеру, из героя статьи получают путем гидрогенизации.
Начинается переработка бурого угля со смешения породы с тяжелыми маслами. В присутствии катализатора смесь соединяют с . Для этого нужен нагрев до 450-ти градусов Цельсия. На выходе получают не только жидкое топливо, но и . Он является синтетическим аналогом природного.
Напоследок заметим родство угля с перегноем. Кто знаем, что будет с компостной кучей, оставь ее закрытой на миллионы лет … В общем, в буром угле, как и в прочей перегнившей растительности, много .
Они полезны растениям, вызывают бурный рост и плодоношение. Поэтому, некоторые виды героя статьи используют в удобрениях. Как правило, в них уголь смешивают с биогумусом.
Пропорции одинаковы. Обязательное условие – измельчение бурой породы. Фракция угля не должна превышать 5 миллиметров. Предпочтительны частицы в 0,001 миллиметр.
Цена бурого угля
В промышленных масштабах на бурый уголь цена держится в пределах 900 — 1 400-от за тонну. Для сравнения, за 1 000 килограммов каменного угля при оптовых закупках просят не менее 1 800 рублей.
Обычно, ценник составляет около 2 500. Максимум в 4 000 рублей за тонну просят за антрацит. Однако, как и на любом , встречаются заоблачные и весьма скромные предложения.
Килограммами, к примеру, бурый уголь могут продавать по 350 рублей. Предложение рассчитано на садоводов. Подготавливая рассаду к дачному сезону, они не видят разницы с ценниками за удобрения из магазинов, напротив, усматривают выгоду.
Отчасти, ценник на бурый уголь, как и прочие, зависит от фракции. Крупные «булыжники» стоят дешевле. Угольная пыль неудобна в обращении, а посему, тоже доступна. Наиболее ценится порода средней фракции.
Влияет на , как уже говорилось, и наименование месторождения. Промышленники знают, откуда ждать качественный товар, а откуда второсортный, учитывают нюансы состава породы в разных залежах.
Транспортировка бурого угля
Упоминалось и то, что в ценообразовании участвует способ добычи угля. Содержать шахты – дело затратное. Кстати, первая угольная шахта организована в Голландии. Удивляет дата – 1 113-ый год.
Так что, угольная промышленность процветала и в Средние века. Более того, герой статьи и его «собратья» признаны первым видом ископаемого топлива, которым стал пользоваться человек.
Впереди, по подсчетам ученых, еще 500 лет. На больший срок разведанных запасов угля не хватит. Так что, неудивительны активные попытки найти альтернативные углеводородам источники топлива.
Растения не успевают перегнивать с той скоростью, с которой пользуется героем статьи человечество. К тому же, в последние геологические эры климат планеты изменился, углеобразование резко замедлилось.
