Těžba uhlí
Způsoby těžby uhlí závisí na hloubce jeho výskytu. Vývoj se provádí otevřeným způsobem v uhelných dolech, pokud hloubka uhelné sloje nepřesahuje sto metrů. Časté jsou i případy, kdy se stále větším prohlubováním uhelné jámy je dále výhodné rozvíjet ložisko uhlí podzemním způsobem. Doly se používají k těžbě uhlí z velkých hloubek. Nejhlubší doly v Ruské federaci těží uhlí z úrovně něco málo přes tisíc dvě stě metrů.
Při konvenční těžbě se asi 40 % uhlí nevytěží. Využití nových metod těžby - porubu - umožňuje vytěžit více uhlí.
Uhlonosná ložiska obsahují spolu s uhlím mnoho druhů geozdrojů, které mají spotřebitelský význam. Patří mezi ně hostitelské horniny jako suroviny pro stavebnictví, podzemní vody, uhelný metan, vzácné a stopové prvky, včetně cenných kovů a jejich sloučenin. Některá uhlí jsou například obohacena o germanium.
dosáhl vrcholu na 8254,9 milionu tun v roce 2013.
tvorba uhlí
V různých dobách a na různých místech geologické minulosti Země existovaly v mokřadních nížinách husté lesy. V důsledku přírodních procesů, jako jsou povodně, byly tyto lesy pohřbeny pod zemí. Jak se vrstva půdy nad nimi zvětšovala, tlak stoupal. Teplota také stoupala, jak klesala. Za takových podmínek byl rostlinný materiál chráněn před biodegradací a oxidací. Uhlík sekvestrovaný rostlinami v obrovských rašeliništích byl nakonec pokryt a hluboce pohřben sedimenty. Pod vysokým tlakem a vysokou teplotou se mrtvá vegetace postupně přeměňuje na uhlí. Protože dřevěné uhlí je převážně uhlík, přeměna odumřelé vegetace na dřevěné uhlí se nazývá karbonizace.
Uhlí vzniká, když se hnijící rostlinný materiál hromadí rychleji, než se stihne bakteriálně rozložit. Ideální prostředí je pro to vytvořeno v bažinách, kde stojatá voda chudá na kyslík brání životně důležité činnosti bakterií a tím chrání rostlinnou hmotu před úplným zničením. V určité fázi procesu brání uvolněné kyseliny další bakteriální aktivitě. Takto rašelina - výchozí produkt pro tvorbu uhlí. Pokud je pak pohřbena pod jinými usazeninami, pak rašelina podstoupí kompresi a ztrátou vody a plynů se přemění na uhlí.
Z 20metrové vrstvy rašeliny se pod tlakem vrstev sedimentů o mocnosti jednoho kilometru získává vrstva hnědého uhlí o síle 4 metry. Pokud hloubka zasypání rostlinného materiálu dosáhne tří kilometrů, pak se stejná vrstva rašeliny změní na vrstvu uhlí o tloušťce 2 metry. Ve větší hloubce, asi šest kilometrů, a při vyšší teplotě se z 20metrové vrstvy rašeliny stane vrstva antracitu o tloušťce 1,5 metru.
Pro tvorbu uhlí je nutná hojná akumulace rostlinné hmoty. Ve starověkých rašeliništích se počínaje devonským obdobím (asi před 400 miliony let) hromadila organická hmota, ze které bez přístupu kyslíku vznikalo fosilní uhlí. Většina komerčních ložisek fosilního uhlí pochází z tohoto období, i když existují i mladší ložiska. Stáří nejstarších uhlí se odhaduje na asi 300-400 milionů let.
Tvorba velkých objemů uhlí s největší pravděpodobností ustala po objevení se hub, protože bílá hniloba hub zcela rozkládá lignin.
Široká, mělká moře karbonu poskytovala ideální podmínky pro tvorbu uhlí, ačkoli uhlí jsou známé z většiny geologických období.Výjimkou je uhelná mezera během permsko-triasového vymírání, kde je uhlí vzácné. Předpokládá se, že uhlí nalezené v prekambrických vrstvách, které předcházejí suchozemským rostlinám, pochází ze zbytků řas.
V důsledku pohybu zemské kůry se uhelné sloje zvedaly a prohýbaly se. Postupem času byly vyzdvižené části zničeny v důsledku eroze nebo samovznícení, zatímco snížené byly zachovány v širokých mělkých pánvích, kde je uhlí minimálně 900 metrů nad zemským povrchem. Vznik nejtlustších uhelných slojí souvisí s oblastmi zemského povrchu, na jejichž území docházelo k odtokům významných objemů živičných hmot, jako například v Hat Creek (anglicky) Russian. (Kanada), celková mocnost balíku uhelných slojí dosahuje 450 m.
Vliv na životní prostředí a zdraví horníků
Fosilní uhlí obsahuje škodlivé těžké kovy, jako je rtuť a kadmium (koncentrace od 0,0001 do 0,01 % hmotnosti)[zdroj neuveden 2077 dní].
Při hlubinné těžbě uhlí může obsah prachu ve vzduchu stokrát překročit MPC. V pracovních podmínkách v dolech je nepřetržité nošení respirátorů prakticky nemožné (při každém silném znečištění vyžadují rychlou výměnu na čištění nových respirátorů, neumožňují komunikaci apod.), což neumožňuje jejich použití jako prostředek spolehlivé prevence nevratných a nevyléčitelných nemocí z povolání - silikózy, pneumokoniózy (atd.). Proto se pro spolehlivou ochranu zdraví horníků a pracovníků uhelných podniků ve Spojených státech používají účinnější prostředky kolektivní ochrany.
Klasifikace, typy
Uhlí se dělí na lesklé, pololesklé, polomatné, matné. Lesklé druhy uhlí jsou zpravidla nízkopopelnaté kvůli nevýznamnému obsahu minerálních nečistot.
Mezi strukturami organické hmoty uhlí se rozlišují 4 typy (telinit, posttelinit, prekolinit a colinit), které jsou po sobě jdoucími fázemi jediného procesu rozkladu ligninů - celulózových tkání. Ke genetickým skupinám černého uhlí se kromě těchto čtyř typů dále řadí leuptinitové uhlí. Každá z pěti genetických skupin podle typu látky uhelných mikrosložek je rozdělena do odpovídajících tříd.
Existuje mnoho typů klasifikací uhlí: podle materiálového složení, petrografického složení, genetického, chemicko-technologického, průmyslového a smíšeného. Genetické klasifikace charakterizují podmínky akumulace uhlí, reálné a petrografické - jeho materiálové a petrografické složení, chemicko-technologické - chemické složení uhlí, procesy vzniku a průmyslového zpracování, průmyslově - technologické seskupení druhů uhlí v závislosti na požadavcích průmysl. Klasifikace uhlí ve slojích se používá k charakterizaci ložisek uhlí.
Průmyslová klasifikace uhlí
Průmyslová klasifikace černého uhlí v jednotlivých zemích je založena na různých parametrech vlastností a složení uhlí: v USA je černé uhlí klasifikováno podle spalného tepla, obsahu pevného uhlíku a relativního obsahu těkavých látek, v USA se černé uhlí klasifikuje podle spalného tepla, obsahu pevného uhlíku a relativního obsahu těkavých látek, v USA se černé uhlí třídí podle spalného tepla, obsahu pevného uhlíku a relativního obsahu těkavých látek. v Japonsku - podle spalného tepla, tzv. palivových koeficientů a síly koksu, neboli neschopnosti koksovat. V SSSR fungovala jako hlavní průmyslová klasifikace tzv. doněcká klasifikace vyvinutá v roce V.S.Krymem. Někdy se mu říká "značkové" a zároveň je genetické, protože změny vlastností uhlí, které jsou jeho základem, odrážejí jejich souvislost s genetickým vývojem organické hmoty uhlí.
vklady
| Země | Uhlí | Hnědé uhlí | Celkový | % |
|---|---|---|---|---|
| USA | 111 338 | 135 305 | 246 643 | 27,1 |
| Rusko | 49 088 | 107 922 | 157 010 | 17,3 |
| Čína | 62 200 | 52 300 | 114 500 | 12,6 |
| Indie | 90 085 | 2360 | 92 445 | 10,2 |
| Austrálie | 38 600 | 39 900 | 78 500 | 8,6 |
| Jižní Afrika | 48 750 | 48 750 | 5,4 | |
| Ukrajina | 16 274 | 17 879 | 34 153 | 3,8 |
| Kazachstán | 28 151 | 3128 | 31 279 | 3,4 |
| Polsko | 14 000 | 14 000 | 1,5 | |
| Brazílie | 10 113 | 10 113 | 1,1 | |
| Německo | 183 | 6556 | 6739 | 0,7 |
| Kolumbie | 6230 | 381 | 6611 | 0,7 |
| Kanada | 3471 | 3107 | 6578 | 0,7 |
| čeština | 2094 | 3458 | 5552 | 0,6 |
| Indonésie | 740 | 4228 | 4968 | 0,5 |
| krocan | 278 | 3908 | 4186 | 0,5 |
| Madagaskar | 198 | 3159 | 3357 | 0,4 |
| Pákistán | 3050 | 3050 | 0,3 | |
| Bulharsko | 4 | 2183 | 2187 | 0,2 |
| Thajsko | 1354 | 1354 | 0,1 | |
| Severní Korea | 300 | 300 | 600 | 0,1 |
| Nový Zéland | 33 | 538 | 571 | 0,1 |
| Španělsko | 200 | 330 | 530 | 0,1 |
| Zimbabwe | 502 | 502 | 0,1 | |
| Rumunsko | 22 | 472 | 494 | 0,1 |
| Venezuela | 479 | 479 | 0,1 | |
| Celkový | 478 771 | 430 293 | 909 064 | 100,0 |
Černé uhlí je soustředěno v Doněcké uhelné pánvi a ve Lvovsko-volyňské uhelné pánvi (Ukrajina); Karaganda (Kazachstán); Jižní Jakutsk, Minusinsk, Bureinsky, Tunguska, Lensky, Taymyrsky (Rusko); Appalachian, Pennsylvanian (Severní Amerika), Dolní Porýní-Vestfálsko (Porúří - Německo); Hornoslezský, Ostravsko-Karvinský (Česká republika a Polsko); Povodí Shanxi (Čína), povodí Jižního Walesu (Velká Británie).
Mezi největší uhelné pánve, jejichž průmyslový rozvoj započal v 18.-19. století, patří střední Anglie, jižní Wales, Skotsko a Newcastle (Velká Británie); Vestfálská (Porúří) a Saarbrückenská pánev (Německo); ložiska Belgie a severní Francie; pánve Saint-Etienne (Francie); Slezsko (Polsko); Doněcká pánev (Ukrajina).
Vzdělání
Uhlí vzniká z produktů rozkladu organických zbytků rostlin, které prošly změnami (metamorfózami) v podmínkách vysokého tlaku okolních hornin zemské kůry a relativně vysokých teplot.
Když je uhlonosná vrstva ponořena do hloubky za podmínek zvyšujícího se tlaku a teploty, dochází k konzistentní přeměně organické hmoty, ke změně jejího chemického složení, fyzikálních vlastností a molekulární struktury. Všechny tyto přeměny se označují jako „regionální metamorfóza uhlí“. V konečné (nejvyšší) fázi metamorfózy se uhlí mění v antracit s výraznou krystalickou strukturou grafitu. Kromě regionální metamorfózy probíhají někdy (méně často) přeměny působením tepla z vyvřelých hornin nacházejících se vedle uhlonosných vrstev (nad nimi ležících nebo pod nimi) - tepelná metamorfóza, jakož i přímo v uhelných slojích - kontaktní metamorfóza. Nárůst stupně metamorfózy v organické hmotě uhlí je sledován konzistentním zvyšováním relativního obsahu uhlíku a snižováním obsahu kyslíku a vodíku. Trvale klesá výtěžnost těkavých látek (z 50 na 8 % v suchém bezpopelovém stavu), mění se i spalné teplo, schopnost slinování a fyzikální vlastnosti uhlí. Lineárně se mění zejména lesk, odrazivost, objemová hmotnost uhlí a další vlastnosti. Další důležité fyzikální vlastnosti (poréznost, hustota, spékavost, spalné teplo, elastické vlastnosti atd.) se mění podle vyslovených parabolických nebo smíšených zákonů.
Jako optické kritérium pro stupeň metamorfózy uhlí se používá index odrazivosti; používá se také v ropné geologii ke stanovení fáze katagenních přeměn sedimentární vrstvy. Odrazivost v olejové imerzi (R0) se trvale zvyšuje z 0,5–0,65 % u uhlí třídy D na 2–2,5 % u uhlí třídy T.
Hustota a pórovitost uhlí závisí na petrografickém složení, množství a povaze minerálních nečistot a stupni metamorfózy. Komponenty fusinitové skupiny se vyznačují nejvyšší hustotou (1300–1500 kg/m³) a nejnižší (1280–1300 kg/m³) vitrinitovou skupinou. Ke změně hustoty se zvýšením stupně metamorfózy dochází v parabolickém zákoně s inverzí v zóně přechodu do mastné skupiny; u nízkopopelových projevů klesá z uhlí třídy D na třídu Zh v průměru z 1370 na 1280 kg/m³ a následně se zvyšuje u uhlí třídy T až na 1340 kg/m³.
Celková pórovitost uhlí se také mění podle extrémních zákonů; u uhlí doněckého stupně D je to 14–22 %, uhlí stupně K 4–8 % a zvyšuje se (pravděpodobně v důsledku kypření) až na 10–15 % u uhlí stupně T.Póry v uhlí se dělí na makropóry (průměrný průměr 500×10–10 m) a mikropóry (5–15×10–10 m). Mezeru zabírají mezopóry. Pórovitost klesá s rostoucím stupněm metamorfózy. Endogenní (vzniklé při vzniku uhlí) štěpení, které se odhaduje počtem trhlin na každých 5 cm lesklého uhlí, závisí na stupni metamorfózy uhlí: při přechodu hnědého uhlí na dlouhoplamenné se zvyšuje na 12 trhlin. uhlí a má maximálně 35–60 pro koksovatelné uhlí a postupně klesá na 12–15 trhlin při přechodu na antracit. Stejnému vzoru změny elastických vlastností uhlí jsou podřízeny Youngův modul, Poissonův poměr, smykový (smykový) modul a rychlost ultrazvuku. Mechanická pevnost černého uhlí se vyznačuje jeho drtivostí, křehkostí a tvrdostí a také dočasnou pevností v tlaku.
Používání
Černé uhlí se využívá jako technologická, energeticko-technologická a energetická surovina, při výrobě koksu a polokoksu v souvislosti s výrobou velkého množství chemických produktů z nich (naftalen, fenol, smola atd.), na jejichž základě hnojiva, plasty, syntetická vlákna, laky, barvy a tak dále.
Jednou z nejslibnějších oblastí pro využití uhlí je zkapalňování (hydrogenace uhlí) k výrobě kapalného paliva. Existují různá schémata pro neenergetické využití černého uhlí na bázi termochemického, chemického a jiného zpracování s cílem jejich plného integrovaného využití a zajištění ochrany životního prostředí.
