Hiilikaivostoiminta
Hiilen louhintamenetelmät riippuvat sen esiintymisen syvyydestä. Kehittäminen tapahtuu avoimesti hiilikaivoksissa, mikäli hiilisauman syvyys ei ylitä sataa metriä. Usein esiintyy myös tapauksia, joissa kivihiilikaivon yhä syvenevän syventymisen myötä on edelleen edullista kehittää kivihiiliesiintymä maanalaisella menetelmällä. Kaivoksia käytetään kivihiilen louhintaan suurista syvyyksistä. Venäjän federaation syvimmät kaivokset louhivat hiiltä hieman yli tuhannen kahdensadan metrin korkeudelta.
Perinteisessä kaivostuotannossa noin 40 % hiilestä ei louhita. Uusien kaivosmenetelmien - longwall -käyttö mahdollistaa enemmän hiiltä.
Hiilen ohella kivihiiltä sisältävät esiintymät sisältävät monenlaisia georesursseja, joilla on kuluttajille merkitystä. Näitä ovat isäntäkivet rakennusteollisuuden raaka-aineina, pohjavesi, hiilikerrosmetaani, harvinaiset ja hivenaineet, mukaan lukien arvometallit ja niiden yhdisteet. Esimerkiksi jotkut hiilet on rikastettu germaniumilla.
Huippu oli 8254,9 miljoonaa tonnia vuonna 2013.
hiilen muodostuminen
Eri aikoina ja eri paikoissa maapallon geologisessa menneisyydessä kosteikolla on ollut tiheitä metsiä. Luonnollisten prosessien, kuten tulvien, vuoksi nämä metsät haudattiin maan alle. Kun niiden yläpuolella oleva maakerros kasvoi, paine kasvoi. Myös lämpötila nousi laskeessaan. Tällaisissa olosuhteissa kasvimateriaali oli suojattu biologiselta hajoamiselta ja hapettumiselta. Valtavilla turvemailla kasvien sitoma hiili lopulta peittyi ja hautautui syvälle sedimentteihin. Korkeassa paineessa ja korkeassa lämpötilassa kuollut kasvillisuus muuttuu vähitellen hiileksi. Koska puuhiili on enimmäkseen hiiltä, kuolleen kasvillisuuden muuttumista hiileksi kutsutaan hiiltymiseksi.
Kivihiiltä muodostuu, kun mätänevä kasviaines kerääntyy nopeammin kuin se pystyy bakteerien hajottamaan. Ihanteellinen ympäristö tähän luodaan soissa, joissa seisova vesi, hapeton, estää bakteerien elintärkeää toimintaa ja suojaa siten kasvimassaa täydelliseltä tuhoutumiselta. Tietyssä prosessin vaiheessa vapautuneet hapot estävät bakteerien toiminnan jatkamisen. Näin turvetta - alkutuote hiilen muodostukselle. Jos se sitten haudataan muiden sedimenttien alle, turve puristuu ja muuttuu hiileksi menettäessään vettä ja kaasuja.
Kilometrin paksuisten sedimenttikerrosten paineessa 20 metrin turvekerroksesta saadaan 4 metriä paksu ruskohiilikerros. Jos kasvimateriaalin hautaussyvyys saavuttaa kolme kilometriä, sama turvekerros muuttuu 2 metrin paksuiseksi kivihiilikerrokseksi. Suuremmassa, noin kuuden kilometrin syvyydessä ja korkeammassa lämpötilassa 20 metrin turvekerroksesta tulee 1,5 metrin paksuinen antrasiittikerros.
Hiilen muodostumiseen tarvitaan runsas kasvimassan kertyminen. Muinaisissa turvesuoissa devonin ajalta (noin 400 miljoonaa vuotta sitten) alkaen kertyi orgaanista ainetta, josta muodostui fossiilisia hiiltä ilman happea. Useimmat kaupalliset fossiiliset hiiliesiintymät ovat peräisin tältä ajalta, vaikka olemassa on myös nuorempia esiintymiä. Vanhimpien hiilen iäksi arvioidaan noin 300-400 miljoonaa vuotta.
Suurien kivihiilimäärien muodostuminen lakkasi todennäköisesti sienten ilmestymisen jälkeen, koska sienten valkoinen laho hajottaa ligniinin kokonaan.
Hiilen leveät, matalat meret tarjosivat ihanteelliset olosuhteet hiilen muodostumiselle, vaikka hiilet tunnetaan useimmista geologisista ajanjaksoista.Poikkeuksena on permi-triaskauden sukupuuttoon liittyvä kivihiilivaje, jossa kivihiili on harvinaista. Maakasveja edeltävistä prekambriisista kerroksista löydetyn hiilen uskotaan olevan peräisin levien jäänteistä.
Maankuoren liikkeen seurauksena hiilisaumat kohosivat ja taittuivat. Ajan myötä kohotetut osat tuhoutuivat eroosion tai itsestään syttyneen palamisen seurauksena, kun taas alennetut osat säilyivät leveissä matalissa altaissa, joissa kivihiili on vähintään 900 metriä maanpinnan yläpuolella. Paksumpien hiilisaumojen muodostuminen liittyy maanpinnan alueisiin, joilta tapahtui merkittäviä bitumimassojen ulosvirtauksia, kuten esimerkiksi Hat Creek (englanniksi) venäjäksi. (Kanada), hiilisaumojen kokonaispaksuus on 450 metriä.
Vaikutus kaivostyöläisten ympäristöön ja terveyteen
Fossiilinen kivihiili sisältää haitallisia raskasmetalleja, kuten elohopeaa ja kadmiumia (pitoisuus jopa 0,0001-0,01 painoprosenttia)[lähdettä ei ole määritelty 2077 päivää].
Maanalaisen kivihiilen louhinnan aikana ilman pölypitoisuus voi ylittää MPC-arvon satoja kertoja. Kaivoksissa vallitsevissa työoloissa hengityssuojainten jatkuva käyttö on käytännössä mahdotonta (jokaisella vakavalla saastumisella ne vaativat nopean vaihdon uusien hengityssuojainten puhdistamiseen, ne eivät salli kommunikointia jne.), mikä ei salli niiden käyttöä. keinona luotettavasti ehkäisemään peruuttamattomia ja parantumattomia ammattisairauksia - silikoosia, pneumokonioosia (jne.). Siksi kaivostyöläisten ja hiilenjalostusyritysten työntekijöiden terveyden suojelemiseksi luotettavasti Yhdysvalloissa käytetään tehokkaampia kollektiivisen suojelun keinoja.
Luokittelu, tyypit
Kivihiili jaetaan kiiltäväksi, puolikiiltäväksi, puolimattaksi, mattaksi. Kiiltävät kivihiililajit ovat yleensä vähätuhkaisia mineraaliepäpuhtauksien merkityksettömän määrän vuoksi.
Hiilen orgaanisen aineen rakenteista erotetaan 4 tyyppiä (teliniitti, postteliniitti, prekoliniitti ja koliniitti), jotka ovat peräkkäisiä vaiheita yksittäisessä ligniinien - selluloosakudosten - hajoamisprosessissa. Kivihiilen geneettisiin ryhmiin sisältyy näiden neljän tyypin lisäksi lisäksi leuptiniittihiili. Jokainen viidestä geneettisestä ryhmästä hiilen mikrokomponenttien ainetyypin mukaan jaetaan vastaaviin luokkiin.
Hiilen luokituksia on monenlaisia: materiaalikoostumuksen, petrografisen koostumuksen, geneettisen, kemiallis-teknologisen, teollisen ja sekoitettuna. Geneettiset luokitukset kuvaavat hiilen kertymisen olosuhteita, todellisia ja petrografisia - sen materiaalista ja petrografista koostumusta, kemiallis-teknologista - hiilen kemiallista koostumusta, muodostumis- ja teollisen käsittelyn prosesseja, teollista - teknologista kivihiilen ryhmittelyä kivihiilen vaatimuksista riippuen. ala. Kivihiilen luokituksia saumissa käytetään luonnehtimaan hiiliesiintymiä.
Hiilen teollisuusluokitus
Kivihiilen teollinen luokittelu yksittäisissä maissa perustuu erilaisiin kivihiilen ominaisuuksien ja koostumuksen parametreihin: USA:ssa kivihiili luokitellaan palamislämmön, kiinteän hiilen pitoisuuden ja haihtuvien aineiden suhteellisen pitoisuuden mukaan. Japanissa - palolämmön, ns. polttoainekertoimien ja koksin vahvuuden mukaan tai koksaamattomuudesta. Neuvostoliitossa V.S. Krymin vuonna kehittämä niin kutsuttu Donetskin luokitus toimi pääasiallisena toimialana. Sitä kutsutaan joskus "brändätyksi", ja samalla se on geneettinen, koska sen perustaksi otetut muutokset hiilen ominaisuuksissa heijastavat niiden yhteyttä hiilen orgaanisen aineen geneettiseen kehitykseen.
talletukset
| Maa | Hiili | Ruskohiili | Kaikki yhteensä | % |
|---|---|---|---|---|
| USA | 111 338 | 135 305 | 246 643 | 27,1 |
| Venäjä | 49 088 | 107 922 | 157 010 | 17,3 |
| Kiina | 62 200 | 52 300 | 114 500 | 12,6 |
| Intia | 90 085 | 2360 | 92 445 | 10,2 |
| Australia | 38 600 | 39 900 | 78 500 | 8,6 |
| Etelä-Afrikka | 48 750 | 48 750 | 5,4 | |
| Ukraina | 16 274 | 17 879 | 34 153 | 3,8 |
| Kazakstan | 28 151 | 3128 | 31 279 | 3,4 |
| Puola | 14 000 | 14 000 | 1,5 | |
| Brasilia | 10 113 | 10 113 | 1,1 | |
| Saksa | 183 | 6556 | 6739 | 0,7 |
| Kolumbia | 6230 | 381 | 6611 | 0,7 |
| Kanada | 3471 | 3107 | 6578 | 0,7 |
| Tšekki | 2094 | 3458 | 5552 | 0,6 |
| Indonesia | 740 | 4228 | 4968 | 0,5 |
| Turkki | 278 | 3908 | 4186 | 0,5 |
| Madagaskar | 198 | 3159 | 3357 | 0,4 |
| Pakistan | 3050 | 3050 | 0,3 | |
| Bulgaria | 4 | 2183 | 2187 | 0,2 |
| Thaimaa | 1354 | 1354 | 0,1 | |
| Pohjois-Korea | 300 | 300 | 600 | 0,1 |
| Uusi Seelanti | 33 | 538 | 571 | 0,1 |
| Espanja | 200 | 330 | 530 | 0,1 |
| Zimbabwe | 502 | 502 | 0,1 | |
| Romania | 22 | 472 | 494 | 0,1 |
| Venezuela | 479 | 479 | 0,1 | |
| Kaikki yhteensä | 478 771 | 430 293 | 909 064 | 100,0 |
Kivihiili on keskittynyt Donetskin hiilialtaaseen ja Lvovin-Volynin hiilialtaaseen (Ukraina); Karaganda (Kazakstan); Etelä-Jakutsk, Minusinsk, Bureinski, Tungusski, Lenski, Taimyrski (Venäjä); Appalakkit, Pennsylvania (Pohjois-Amerikka), Ala-Rein-Westfalen (Ruhr - Saksa); Ylä-Sleesia, Ostrava-Karvinsky (Tšekki ja Puola); Shanxin allas (Kiina), Etelä-Walshin allas (Iso-Britannia).
Suurimmista hiilialtaista, joiden teollinen kehitys alkoi 1700-1800-luvuilla, mainitaan Keski-Englanti, Etelä-Wales, Skotlanti ja Newcastle (Iso-Britannia); Westfalenin (Ruhr) ja Saarbrückenin altaat (Saksa); Belgian ja Pohjois-Ranskan talletukset; Saint-Etiennen (Ranska) altaat; Sleesia (Puola); Donetskin allas (Ukraina).
koulutus
Kivihiili muodostuu kasvien orgaanisten jäänteiden hajoamistuotteista, jotka ovat muuttuneet (metamorfia) maankuoren ympäröivien kivien korkean paineen ja suhteellisen korkeiden lämpötilojen olosuhteissa.
Kun kivihiiltä sisältävä kerros upotetaan syvyyteen nousevan paineen ja lämpötilan olosuhteissa, tapahtuu orgaanisen massan johdonmukainen muutos, muutos sen kemiallisessa koostumuksessa, fysikaalisissa ominaisuuksissa ja molekyylirakenteessa. Kaikkia näitä muutoksia kutsutaan "alueelliseksi kivihiilen muodonmuutokseksi". Metamorfismin viimeisessä (korkeimmassa) vaiheessa kivihiili muuttuu antrasiitiksi, jolla on selvä grafiitin kiderakenne. Alueellisen muodonmuutoksen lisäksi joskus (harvemmin) transformaatioita tapahtuu hiiltä sisältävien kerrosten vieressä (niiden päällä tai alla) sijaitsevien vulkaanisten kivien lämmön vaikutuksesta - lämpömetamorfismi sekä suoraan hiilisaumissa - kosketusmuodonmuutos. Kivihiilen orgaanisen aineen muodonmuutosasteen kasvua jäljittää hiilen suhteellisen pitoisuuden jatkuva lisääntyminen ja happi- ja vetypitoisuuden väheneminen. Haihtuvien aineiden saanto laskee jatkuvasti (50 %:sta 8 %:sta kuivatuhkattomassa tilassa), palamislämpö, sintrauskyky ja hiilen fysikaaliset ominaisuudet muuttuvat myös. Erityisesti kiilto, heijastavuus, hiilen bulkkitiheys ja muut ominaisuudet muuttuvat lineaarisesti. Muut tärkeät fysikaaliset ominaisuudet (huokoisuus, tiheys, paakkuuntuminen, palamislämpö, elastisuusominaisuudet jne.) muuttuvat voimakkaiden parabolisten tai sekalakien mukaan.
Optisena kriteerinä kivihiilen muodonmuutoksen vaiheelle käytetään heijastusindeksiä; Sitä käytetään myös öljygeologiassa sedimenttikerrosten katageenisten muutosten vaiheen määrittämiseen. Öljyimmersion heijastuskyky (R0) kasvaa jatkuvasti 0,5–0,65 %:sta D-luokan hiilellä 2–2,5 %:iin T-luokan hiilellä.
Hiilen tiheys ja huokoisuus riippuvat petrografisesta koostumuksesta, mineraalien epäpuhtauksien määrästä ja luonteesta sekä muodonmuutoksen asteesta. Fusiniittiryhmän komponenteille on ominaista suurin tiheys (1300–1500 kg/m³) ja pienin (1280–1300 kg/m³) vitriniittiryhmällä. Tiheyden muutos muodonmuutosasteen kasvaessa tapahtuu parabolisessa laissa, jossa käänteisalue siirtyy rasvaryhmään; vähätuhkaisissa ilmentymismuodoissa se laskee kivihiilestä D laatuluokkaan Zh keskimäärin 1370:stä 1280 kg/m³:iin ja kasvaa sitten peräkkäin hiilen luokassa T 1340 kg/m³:iin.
Hiilen kokonaishuokoisuus vaihtelee myös äärimmäisten lakien mukaan; Donetskin kivihiililaadulla D se on 14–22 %, kivihiilen laadulla K 4–8 % ja nousee (luultavasti löystymisen vuoksi) jopa 10–15 % hiilellä T.Hiilen huokoset jaetaan makrohuokosiksi (keskihalkaisija 500×10–10 m) ja mikrohuokosiksi (5–15×10–10 m). Rako on mesohuokosten miehittämä. Huokoisuus vähenee muodonmuutoksen lisääntyessä. Endogeeninen (hiilen muodostumisen aikana kehittynyt) murtuminen, joka arvioidaan halkeamien lukumäärällä jokaista 5 senttimetriä kiiltävää hiiltä kohden, riippuu hiilen metamorfian vaiheesta: se kasvaa 12 halkeamaan ruskohiilen siirtyessä pitkälle liekkiksi. kivihiiltä ja sen enimmäismäärä on 35–60 koksihiilen osalta ja vähenee peräkkäin 12–15 halkeamaan siirtyessään antrasiittiin. Hiilen elastisten ominaisuuksien samalle muutoskuviolle alisteiset ovat Youngin moduuli, Poissonin suhde, leikkauskerroin (leikkaus) ja ultraääninopeus. Kivihiilen mekaaniselle lujuudelle on tunnusomaista sen murskattuvuus, hauraus ja kovuus sekä tilapäinen puristuslujuus.
Käyttö
Kivihiiltä käytetään teknologisena, energiateknologisena ja energiaraaka-aineena koksin ja puolikoksin tuotannossa, kun niistä valmistetaan useita kemiallisia tuotteita (naftaleeni, fenoli, piki jne.), joiden perusteella lannoitteet, muovit, synteettiset kuidut, lakat, maalit ja niin edelleen.
Yksi lupaavimpia hiilen käyttöalueita on nesteyttäminen (hiilen hydraus) nestemäisen polttoaineen tuottamiseksi. Kivihiilen muuhun kuin energiakäyttöön on olemassa erilaisia termokemialliseen, kemialliseen ja muuhun käsittelyyn perustuvia järjestelmiä, joiden tavoitteena on niiden täysi integroitu käyttö ja ympäristönsuojelun varmistaminen.
