Rudarenje ugljena
Metode vađenja ugljena ovise o dubini njegove pojave. Razvoj se provodi otvorenom metodom u rudnicima ugljena, ako dubina ugljenog sloja ne prelazi sto metara. Česti su i slučajevi kada je, uz sve veće produbljivanje ugljenokopa, dodatno povoljno razvijati ležište ugljena podzemnom metodom. Rudnici se koriste za vađenje ugljena iz velikih dubina. Najdublji rudnici u Ruskoj Federaciji izvlače ugljen s razine od nešto više od tisuću dvjesto metara.
U konvencionalnoj rudarskoj proizvodnji oko 40% ugljena se ne vadi. Korištenje novih metoda rudarenja - longwall - omogućuje vađenje više ugljena.
Uz ugljen, ugljenonosna ležišta sadrže mnoge vrste georesursa koji imaju potrošački značaj. To uključuje stijene domaćina kao sirovine za građevinsku industriju, podzemne vode, metan iz ugljenih slojeva, rijetke elemente i elemente u tragovima, uključujući vrijedne metale i njihove spojeve. Na primjer, neki ugljeni su obogaćeni germanijem.
dostigla vrhunac od 8254,9 milijuna tona 2013. godine.
stvaranje ugljena
U različitim vremenima i na različitim mjestima u geološkoj prošlosti Zemlje, u močvarnim nizinama bile su guste šume. Zbog prirodnih procesa kao što su poplave, ove su šume zatrpane pod zemljom. Kako se sloj tla iznad njih povećavao, pritisak se povećavao. Temperatura je također rasla kako je padala. U takvim je uvjetima biljni materijal bio zaštićen od biorazgradnje i oksidacije. Ugljik koji su biljke sekvestrirali u ogromnim tresetima na kraju je prekriven i duboko zatrpan sedimentima. Pod visokim tlakom i visokom temperaturom mrtva vegetacija se postupno pretvara u ugljen. Budući da je drveni ugljen uglavnom ugljik, pretvaranje mrtve vegetacije u drveni ugljen naziva se karbonizacija.
Ugljen nastaje kada se truli biljni materijal nakuplja brže nego što se može bakterijski razgraditi. Idealno okruženje za to stvara se u močvarama, gdje stajaća voda, siromašna kisikom, sprječava vitalnu aktivnost bakterija i na taj način štiti biljnu masu od potpunog uništenja. U određenoj fazi procesa oslobođene kiseline sprječavaju daljnje djelovanje bakterija. Ovo je kako treset - početni proizvod za stvaranje ugljena. Ako se tada zakopa pod drugim naslagama, tada treset doživljava kompresiju i, gubeći vodu i plinove, pretvara se u ugljen.
Pod pritiskom slojeva sedimenta debljine jedan kilometar, iz 20-metarskog sloja treseta dobiva se sloj mrkog ugljena debljine 4 metra. Ako dubina ukopa biljnog materijala dosegne tri kilometra, tada će se isti sloj treseta pretvoriti u sloj ugljena debljine 2 metra. Na većoj dubini, oko šest kilometara, a na višoj temperaturi sloj treseta od 20 metara postaje sloj antracita debljine 1,5 metara.
Za stvaranje ugljena potrebno je obilno nakupljanje biljne mase. U drevnim tresetnim močvarama, počevši od devonskog razdoblja (prije oko 400 milijuna godina), akumulirala se organska tvar iz koje je nastao fosilni ugljen bez pristupa kisiku. Većina komercijalnih nalazišta fosilnog ugljena potječe iz tog razdoblja, iako postoje i mlađa ležišta. Starost najstarijeg ugljena procjenjuje se na oko 300-400 milijuna godina.
Stvaranje velikih količina ugljena najvjerojatnije je prestalo nakon pojave gljivica, budući da bijela trulež gljiva potpuno razgrađuje lignin.
Široka, plitka mora karbona pružala su idealne uvjete za stvaranje ugljena, iako je ugljen poznat iz većine geoloških razdoblja.Iznimka je jaz ugljena tijekom permsko-trijaskog izumiranja, gdje je ugljen rijedak. Smatra se da ugljen pronađen u pretkambrijskim slojevima koji prethode kopnenim biljkama potječe od ostataka algi.
Kao rezultat pomicanja zemljine kore, slojevi ugljena doživjeli su izdizanje i preklapanje. Vremenom su uzdignuti dijelovi uništeni zbog erozije ili spontanog izgaranja, dok su spušteni sačuvani u širokim plitkim bazenima, gdje se ugljen nalazi najmanje 900 metara iznad površine zemlje. Formiranje najdebljih slojeva ugljena povezano je s područjima zemljine površine, na čijem području je došlo do istjecanja značajnih količina bitumenskih masa, kao što je, na primjer, u Hat Creeku (engleski) ruski. (Kanada), ukupna debljina paketa ugljenih slojeva doseže 450 m.
Utjecaj na okoliš i zdravlje rudara
Fosilni ugljen sadrži štetne teške metale kao što su živa i kadmij (koncentracija od do 0,0001 do 0,01% masenog udjela)[izvor nije naveden 2077 dana].
Tijekom podzemne eksploatacije ugljena, sadržaj prašine u zraku može premašiti MPC stotine puta. U uvjetima rada koji postoje u rudnicima, kontinuirano nošenje respiratora praktički je nemoguće (uz svako veće onečišćenje zahtijevaju brzu promjenu za čišćenje novih respiratornih maski, ne dopuštaju komunikaciju i sl.), što ne dopušta njihovu upotrebu. kao sredstvo pouzdane prevencije nepovratnih i neizlječivih profesionalnih bolesti - silikoze, pneumokonioza (itd.). Stoga se, kako bi se pouzdano zaštitilo zdravlje rudara i radnika poduzeća za preradu ugljena u Sjedinjenim Državama, koriste učinkovitija sredstva kolektivne zaštite.
Klasifikacija, vrste
Ugljen se dijeli na sjajni, polusjajni, polumat, mat. Sjajne vrste ugljena su u pravilu niskopepelne zbog niskog sadržaja mineralnih nečistoća.
Među strukturama organske tvari ugljena razlikuju se 4 vrste (telinit, posttelinit, prekolinit i kolinit), koje su uzastopne faze jednog procesa razgradnje lignina - celuloznog tkiva. U genetske skupine ugljena, uz ove četiri vrste, dodatno se ubraja i leuptinitski ugljen. Svaka od pet genetskih skupina prema vrsti tvari mikrokomponenti ugljena podijeljena je u odgovarajuće klase.
Postoji mnogo vrsta klasifikacija ugljena: prema materijalnom sastavu, petrografskom sastavu, genetskom, kemijsko-tehnološkom, industrijskom i mješovitom. Genetske klasifikacije karakteriziraju uvjete nakupljanja ugljena, stvarne i petrografske - njegov materijalni i petrografski sastav, kemijsko-tehnološke - kemijski sastav ugljena, procese nastanka i industrijske prerade, industrijsko - tehnološko grupiranje vrsta ugljena ovisno o zahtjevima. industrija. Za karakterizaciju ležišta ugljena koriste se klasifikacije ugljena u slojevima.
Industrijska klasifikacija ugljena
Industrijska klasifikacija kamenog ugljena u pojedinim zemljama temelji se na različitim parametrima svojstava i sastava ugljena: u SAD-u se kameni ugljen razvrstava prema toplini izgaranja, sadržaju fiksnog ugljika i relativnom sadržaju hlapljivih tvari, u Japanu – prema toplini izgaranja, tzv. koeficijentima goriva i jačini koksa, odnosno nemogućnosti koksiranja. U SSSR-u je takozvana Donjecka klasifikacija koju je godine razvio V.S. Krym djelovala kao glavna industrijska klasifikacija. Ponekad se naziva i "brendiranim", a ujedno je i genetski, budući da promjene svojstava ugljena uzete za njegovu osnovu odražavaju njihovu povezanost s genetskim razvojem organske tvari ugljena.
depoziti
| Zemlja | Ugljen | Mrki ugljen | Ukupno | % |
|---|---|---|---|---|
| SAD | 111 338 | 135 305 | 246 643 | 27,1 |
| Rusija | 49 088 | 107 922 | 157 010 | 17,3 |
| Kina | 62 200 | 52 300 | 114 500 | 12,6 |
| Indija | 90 085 | 2360 | 92 445 | 10,2 |
| Australija | 38 600 | 39 900 | 78 500 | 8,6 |
| Južna Afrika | 48 750 | 48 750 | 5,4 | |
| Ukrajina | 16 274 | 17 879 | 34 153 | 3,8 |
| Kazahstan | 28 151 | 3128 | 31 279 | 3,4 |
| Poljska | 14 000 | 14 000 | 1,5 | |
| Brazil | 10 113 | 10 113 | 1,1 | |
| Njemačka | 183 | 6556 | 6739 | 0,7 |
| Kolumbija | 6230 | 381 | 6611 | 0,7 |
| Kanada | 3471 | 3107 | 6578 | 0,7 |
| češki | 2094 | 3458 | 5552 | 0,6 |
| Indonezija | 740 | 4228 | 4968 | 0,5 |
| purica | 278 | 3908 | 4186 | 0,5 |
| Madagaskar | 198 | 3159 | 3357 | 0,4 |
| Pakistan | 3050 | 3050 | 0,3 | |
| Bugarska | 4 | 2183 | 2187 | 0,2 |
| Tajland | 1354 | 1354 | 0,1 | |
| Sjeverna Koreja | 300 | 300 | 600 | 0,1 |
| Novi Zeland | 33 | 538 | 571 | 0,1 |
| Španjolska | 200 | 330 | 530 | 0,1 |
| Zimbabvea | 502 | 502 | 0,1 | |
| Rumunjska | 22 | 472 | 494 | 0,1 |
| Venezuela | 479 | 479 | 0,1 | |
| Ukupno | 478 771 | 430 293 | 909 064 | 100,0 |
Kameni ugljen koncentriran je u Donjeckom ugljenom bazenu i u Lvovsko-Volinskom ugljenom bazenu (Ukrajina); Karaganda (Kazahstan); Južni Jakutsk, Minusinsk, Bureinski, Tunguska, Lenski, Tajmirski (Rusija); Appalachian, Pennsylvanian (Sjeverna Amerika), Donja Rajna-Vestfalija (Ruhr - Njemačka); Gornjošleska, Ostrava-Karvinsky (Češka i Poljska); Shanxi bazen (Kina), južnovelški bazen (Velika Britanija).
Među najvećim ugljenim bazenima, čiji je industrijski razvoj započeo u 18.-19. stoljeću, izdvajaju se središnja Engleska, Južni Wales, Škotska i Newcastle (Velika Britanija); Westfalski (Ruhr) i Saarbrücken bazen (Njemačka); ležišta Belgije i sjeverne Francuske; bazeni Saint-Etiennea (Francuska); Šleska (Poljska); Donjecki bazen (Ukrajina).
Obrazovanje
Ugljen nastaje od produkata razgradnje organskih ostataka biljaka koje su doživjele promjene (metamorfizam) u uvjetima visokog tlaka okolnih stijena zemljine kore i relativno visokih temperatura.
Kada se ugljenonosni sloj uroni na dubinu u uvjetima povećanja tlaka i temperature, dolazi do dosljedne transformacije organske mase, promjene njezina kemijskog sastava, fizikalnih svojstava i molekularne strukture. Sve te transformacije nazivaju se "regionalnim metamorfizmom ugljena". U završnoj (najvišoj) fazi metamorfizma ugljen prelazi u antracit s izraženom kristalnom strukturom grafita. Osim regionalnog metamorfizma, ponekad se (rjeđe) odvijaju transformacije pod utjecajem topline iz magmatskih stijena koje se nalaze uz ugljenonosne slojeve (nad njima ili ispod njih) – toplinski metamorfizam, kao i izravno u slojevima ugljena – kontaktni metamorfizam. Povećanje stupnja metamorfizma u organskoj tvari ugljena prati dosljedno povećanje relativnog sadržaja ugljika i smanjenje sadržaja kisika i vodika. Prinos hlapljivih tvari dosljedno se smanjuje (od 50 do 8% u smislu suhog bezpepelnog stanja), mijenjaju se i toplina izgaranja, sposobnost sinteriranja i fizikalna svojstva ugljena. Konkretno, linearno se mijenjaju sjaj, reflektivnost, nasipna gustoća ugljena i druga svojstva. Ostala važna fizikalna svojstva (poroznost, gustoća, zgrušavanje, toplina izgaranja, elastična svojstva itd.) mijenjaju se prema izraženim paraboličkim ili mješovitim zakonima.
Kao optički kriterij za stadij metamorfizma ugljena koristi se indeks refleksivnosti; također se koristi u naftnoj geologiji za utvrđivanje stadija katagenskih transformacija sedimentnog sloja. Reflektivnost pri potapanju u ulje (R0) dosljedno raste od 0,5–0,65% za ugljen razreda D do 2–2,5% za ugljen razreda T.
Gustoća i poroznost ugljena ovise o petrografskom sastavu, količini i prirodi mineralnih nečistoća te stupnju metamorfizma. Komponente fuzinitne skupine karakterizira najveća gustoća (1300–1500 kg/m³), a najmanja (1280–1300 kg/m³) vitrinitna skupina. Promjena gustoće s povećanjem stupnja metamorfizma događa se u paraboličkom zakonu s inverzijom u zoni prijelaza u masnu skupinu; u pojavama s malo pepela, smanjuje se od razreda D do stupnja Zh u prosjeku od 1370 do 1280 kg/m³, a zatim uzastopno raste za ugljen razreda T do 1340 kg/m³.
Ukupna poroznost ugljena također se mijenja prema ekstremnim zakonima; za ugljen razreda D Donjeck iznosi 14–22%, ugljen razreda K 4–8% i povećava se (vjerojatno zbog rahljenja) do 10–15% za ugljen razreda T.Pore u ugljenu dijele se na makropore (prosječni promjer 500×10–10 m) i mikropore (5–15×10–10 m). Prazninu zauzimaju mezopore. Poroznost se smanjuje s povećanjem stupnja metamorfizma. Endogeno (razvijeno tijekom stvaranja ugljena) lomljenje, koje se procjenjuje brojem pukotina na svakih 5 cm sjajnog ugljena, ovisi o stupnju metamorfizma ugljena: povećava se na 12 pukotina tijekom prijelaza smeđeg ugljena u dugovatreni ugljen. ugljena i ima najviše 35–60 za ugljen za koksiranje te se sukcesivno smanjuje na 12–15 pukotina u prijelazu u antracite. Podređeni istom obrascu promjene elastičnih svojstava ugljena su Youngov modul, Poissonov omjer, modul smicanja (posmika) i brzina ultrazvuka. Mehanička čvrstoća ugljena karakterizira njegova drobivost, lomljivost i tvrdoća, kao i privremena tlačna čvrstoća.
Korištenje
Kameni ugljen se koristi kao tehnološka, energetsko-tehnološka i energetska sirovina, u proizvodnji koksa i polukoksa u vezi s proizvodnjom velikog broja kemijskih proizvoda od njih (naftalen, fenol, smola i dr.), na temelju kojih gnojiva, plastike, sintetička vlakna, lakovi, boje i tako dalje.
Jedno od najperspektivnijih područja za korištenje ugljena je ukapljivanje (hidrogenacija ugljena) za proizvodnju tekućeg goriva. Postoje različite sheme za neenergetsko korištenje kamenog ugljena temeljene na termokemijskoj, kemijskoj i drugoj preradi s ciljem njihove potpune integrirane uporabe i osiguranja zaštite okoliša.
