Застосування кам'яного вугіллярізноманітно. Він використовується як побутове, енергетичне паливо, сировина для металургійної та хімічної промисловості, а також для вилучення з нього рідкісних та розсіяних елементів. Вугільна, коксохімічна промисловість, галузі важкої промисловості здійснюють переробку кам'яного вугілля методом коксування. Коксуванняпромисловий метод переробки вугілля шляхом нагрівання до 950-1050 С без доступу повітря. Основними коксохімічними продуктами є: коксовий газ, продукти переробки сирого бензолу, кам'яновугільної смоли, аміаку.
З коксового газу вуглеводні вилучають промиванням в скруберах рідкими поглинальними маслами. Після відгону від олії, розгонки з фракції, очищення і повторної ректифікації отримують чисті товарні продукти, як-то: бензол, толуол, ксилоли та ін. лінолеуму та в гумовій промисловості. Перспективною сировиною є також циклопентадієн, який також одержують з кам'яного вугілля. Кам'яне вугілля – сировина для отримання нафталіну та інших індивідуальних ароматичних вуглеводнів. Найважливішими продуктами переробки є піридинові основи та феноли.
Кам'яне вугілля було першим викопним матеріалом, який люди використовували як паливо. Використання вугілля для отримання енергії дозволило швидко просувати промисловість, і в певний час вугілля складало половину світового виробництва енергії. Кам'яне вугілля є осадовою породою, що утворилася внаслідок природного розкладання давніх рослин. У родовищах вугілля залягає у вигляді пластів. До складу кам'яного вугілля входить велика кількістьвуглецю та летких речовин з невеликою часткою мінеральних домішок.
Шляхом переробки можна отримати понад 400 різних продуктів, вартість яких, в порівнянні з вартістю самого вугілля, зростає в 20-25 разів, а побічні продукти, одержувані на коксохімічних заводах, перевищують вартість самого коксу.
Дуже перспективним є спалювання (гідрогенізація) вугілля з утворенням рідкого палива. Для виробництва 1т нафти витрачається 2-3т кам'яного вугілля. З кам'яного вугілля отримують штучний графіт. Використовуються вони як неорганічна сировина. При переробці кам'яного вугілля з нього у промислових масштабах витягують ванадій, германій, сірку, галій, молібден, цинк, свинець. Зола від спалювання вугілля, відходи видобутку та переробки використовуються у виробництві будматеріалів, кераміки, вогнетривкої сировини, глинозему, абразивів. З метою оптимального використання вугілля виробляється його збагачення (видалення мінеральних домішок).
Кам'яне вугілля містить до 97% вуглецю, можна сказати, є основою всіх вуглеводнів, тобто. у тому основі лежать атоми вуглецю. Часто доводиться зустрічатись з аморфним вуглецем у вигляді вугілля. За будовою аморфний вуглець – це той самий графіт, але в стані найтоншого подрібнення. Практичне застосування аморфних форм вуглецю різноманітне. Кокс та вугілля – як відновник у металургії при виплавці заліза.
Кам'яне вугілля є невід'ємною частиною нашої життєдіяльності. Різноманітне застосування практично у всіх галузях народного господарства кам'яного вугілля передбачає подальше його видобуток і переробку.
Кам'яне вугілля мають високу теплоту згоряння, містять у собі до 32% летких речовин, тому непогано спалахують.
У Англії в17 столітті почали використовувати вугілля, як кокс при виплавці чавуну. Пізніше у 19 столітті вугілля застосовується для транспорту. В даний час вугілля застосовують у виробництві електроенергії, металургійного коксу, виготовленні різноманітних продуктів.
Найбільші вугільні басейни Росії за обсягом видобутку родовища кам'яного вугілля - це Тунгуський, Кузнецький, Печорський басейни. У Казахстані – Карагандинський. У США – Аппалацький та Пенсільванський басейни. У Німеччині – Рурський та багато інших. Великі поклади кам'яного вугілля мають багато країн.
Таким чином, бачимо, що кам'яне вугілля є невід'ємною частиною нашої життєдіяльності. Застосування кам'яного вугілля практично у всіх галузях народного господарства передбачає і надалі його видобуток і переробку, яка безсумнівно таїть у собі приховані від нас перспективи.
Вугілля важливе для народного господарства
Кам'яне вугілля - це один з перших мінералів, який людина почала використовувати як паливо. Тільки наприкінці 19 століття його почали поступово витісняти інші види палива: спочатку нафту, потім продукти з неї, пізніше газ (природний та отриманий з вугілля та інших речовин). Кам'яне вугілля застосовується в народне господарстводуже широко. Насамперед, як паливо та хімічна сировина. Наприклад, металургійна галузь промисловості при виплавці чавуну не може обійтися без коксу. Виробляють його на коксохімічних підприємствах із кам'яного вугілля.
Де ще використовують вугілля?
На відходах видобутку кам'яного вугілля (антрацитового штибу) працюють потужні теплові електростанції в Росії та Україні (і не тільки). Вперше отримали метал з використанням коксу із залізняку в 18 столітті в Англії. Це в металургії стало початком застосування кам'яного вугілля, точніше коксу - продукту його переробки. До цього залізо отримували за допомогою деревного вугілля, тому в Англії у 18-19 століттях вирубали майже весь ліс. Коксохімічна промисловість використовує кам'яне вугілля, переробляючи його в кам'яновугільний кокс і коксовий газ, при цьому випускаються десятки видів хімічних продуктів (етилен, толуол, ксилоли, бензол, коксовий бензин, смоли, олії та багато іншого). На основі цих хімічних продуктів виготовляють різні пластмаси, азотні та аміачно-фосфорні добрива, водні розчини аміаку (добрива), хімікати для захисту рослин. Також виробляють миючі засобита пральні порошки, ліки для людей і тварин, сольвенти (розчинники), сірку або сірчану кислоту, кумаронові смоли (для фарб, лаків, лінолеуму та для гумотехнічних виробів) тощо. Повний перелік продуктів коксохімічної переробки кам'яного вугілля займає кілька сторінок.
Як складається вартість вугілля?
Кокосове вугілля – що це?
Один із видів деревного вугілля - кокосове вугілля, яке виготовляють із шкаралупи горіхів. Його можна застосовувати у мангалах, грилях, барбекю. Він горить набагато довше іншого деревного вугілля, не має запаху, в ньому немає сірки, він не запалюється від жиру, що капає. Очищене кокосове вугілля може використовуватися для кальяну, тому що при використанні не має ні запаху, ні смаку. Після спеціальної обробки (активування) робоча поверхнякожного шматочка вугілля збільшується у кілька разів (і він стає чудовим адсорбентом). Використання кокосового вугілля у фільтрах для очищення води дає чудові результати.
Місто привид без вугілля. Таким став японський Хасіма. У 1930-ті його визнали найгустонаселенішим.
На крихітному клаптику землі вмістилося 5 000 людей. Усі вони працювали на вугільному виробництві.
Острів виявився буквально складеним із кам'яного джерела енергії. Проте, до 1970-х запаси вугілля виснажилися.
Виїхали всі. Залишився лише переритий острів та споруди на ньому. Туристи та японці звуть Хасіму примарою.
Острів наочно показує важливість кам'яного вугілля, неможливість людства без нього. Альтернативи немає.
Є лише спроби її знайти. Тому приділимо увагу сучасному герою, а не туманним перспективам.
Опис та властивості кам'яного вугілля
Кам'яне вугілля- Це гірська порода органічного походження. Це означає, що камінь утворений з залишків рослин, що розклалися, тварин.
Щоб вони сформували щільну товщу, потрібне постійне накопичення та спресування. Відповідні умовина дні водойм.
Там, де є родовища кам'яного вугілляколись були моря, озера. Відмерлі організми опускалися на дно, притискалися до товщої води.
Так утворювався торф. Кам'яне вугілля- Наслідок його подальшого стиснення під тиском вже не тільки води, а й нових шарів органіки.
Основні запаси кам'яного вугіллявідносяться до ери Палеозою. З її закінчення минуло 280 000 000 років.
Це епоха гігантських рослин і динозаврів, великої кількості життя планети. Тож не дивно, що саме тоді органічні відкладення накопичувалися особливо активно.
Найчастіше вугілля утворювалося в болотах. У їхніх водах мало кисню, що перешкоджає повному розкладанню органіки.
Зовні поклади кам'яного вугіллянагадують деревину, що обгоріла. за хімічного складупорода є сумішшю вуглецевих ароматичних сполук високомолекулярного типу та летких речовин з водою.
Мінеральні домішки незначні. Співвідношення компонентів не є стабільним.
Залежно від переважання тих чи інших елементів, виділяють види кам'яного вугілля. До основних відноситься бурий та антрацитовий.
Бура різновид кам'яного вугіллянасичена водою, а тому відрізняється низькою теплотою згоряння.
Виходить, як паливо порода не годиться, як кам'яна. І буре вугіллязнайшов інше застосування. Яке?
Цьому буде приділено окрему увагу. Поки що ж, розберемося, чому водонасичену породу звуть бурою. Причина у кольорі.
Вугілля коричневе, без, пухке. З геологічного погляду масу можна назвати молодою. Тобто в ній не завершено процесів «бродіння».
Тому, у каменю низька щільність, при згорянні утворюється багато летких речовин.
Викопне кам'яне вугілляантрацитового типу – повністю сформувався. Він щільніший, твердіший, чорніший, блищить.
Щоб бура порода стала такою, потрібно 40 000 000 років. У антрациті велика частка вуглецю – близько 98%.
Природно, що тепловіддача біля чорного вугілля на висоті, а значить, камінь можна використовувати як паливо.
Бурий вигляд у цій ролі використовують лише для обігріву приватних будинків. Їм не потрібні рекордні показники енергії.
Потрібна лише простота поводження з паливом, а антрацит у цьому плані проблемний. Розпалити кам'яне вугілля непросто.
Виробники, залізничники, пристосувалися. Трудовитрати варті того, адже антрацит не лише енергоємний, а й не спікається.
Кам'яне вугілля – паливо, від згоряння якого залишається зола. З чого вона, якщо органіка перетворюється на енергію?
Пам'ятаєте замітку про мінеральну домішку? Саме неорганічна складова каменю і залишається на дні.
Чимало золи залишилося і на китайському родовищі у провінції Люхуангоу. Поклади антрациту там горіли майже 130 років.
Пожежу загасили лише 2004-го року. Щороку згоряли 2000000 тонн породи.
Ось і порахуйте, скільки кам'яного вугіллязникло задарма. Сировина могла стати в нагоді не тільки як паливо.
Застосування кам'яного вугілля
Вугілля називають сонячною енергією, укладені в камінь. Енергію можна перетворювати. Вона не обов'язково має бути тепловою.
Енергію, одержувану при згорянні породи, переводять, наприклад, на електрику.
Температура згоряння кам'яного вугіллябурого типу мало не сягає 2 000 градусів. Щоб отримати електрику з антрациту, потрібно вже близько 3000 за шкалою Цельсія.
Якщо ж говорити про паливну роль вугілля, він використовується не лише у чистому вигляді.
У лабораторіях з органічної породи навчилися одержувати рідке та газоподібне паливо, а на металургійних заводах вже давно користуються коксом.
Він утворюється при нагріванні кам'яного вугілля до 1 100 градусів без доступу кисню. Кокс – бездимне паливо.
Важлива для металургів та можливість застосування брикетів у ролі відновників руди. Так, кокс придатний при виливку чавуну.
Кокс застосовують і як розпушувач шихти. Так називають суміш вихідних елементів майбутнього.
Будучи розпушеною коксом, шихта легше переплавляється. До речі, деякі компоненти теж отримують з антрациту.
Як домішки в ньому можуть утримуватися германій і галій - метали рідкісні і мало де зустрічаються.
Кам'яне вугілля купитипрагнуть, як і, виготовлення композиційних матеріалів вуглеграфітового штибу.
Композитами називають маси з кількох складових, з чітким кордоном між ними.
Штучно створені матеріали використовують, наприклад, в авіації. Тут композити збільшують міцність деталей.
Карбонові маси витримують як дуже високі, так і низькі температури, використовуються в стійках опори контактних мереж.
А взагалі, композити міцно увійшли вже до всіх сфер життя. Залізничники вистилають ними нові платформи.
З наномодифікованої сировини роблять опори будівельних конструкцій. У медицині за допомогою композитів пропонують заповнювати сколи на кістках та інші ушкодження, що не підлягають металевому протезування. Ось яке кам'яне вугіллябагатоликий та багатофункціональний.
Хіміки розробили метод одержання з вугілля пластмас. При цьому не пропадають відходи. Низькосортна фракція пресується у брикети.
Вони є паливом, яке підходить, як для приватних будинків, так і виробничих цехів.
У паливних брикетах залишається мінімум вуглеводнів. Вони, власне, і є самок цінним у вугіллі.
З нього можна одержати чисті бензол, толуол, ксилоли, куморанові смоли. Останні, наприклад, є основою для лакофарбової продукції і такого матеріалу внутрішньої обробкиприміщень, як лінолеум.
Частина ароматичних вуглеводнів. Людям знайомий запах нафталіну. Але, мало хто знає, що виробляють його з кам'яного вугілля.
У хірургії нафталін є антисептиком. У домашньому господарствіречовина бореться із міллю.
Крім того, нафталін здатний захистити від укусів низки комах. Серед них: мухи, оводи, ґедзі.
В цілому, вугілля кам'яне в мішкахзакуповують для виробництва більш ніж 400 видів продукції.
Чимало їх ми – побічні товари, одержувані на коксохімічному виробництві.
Цікаво, що вартість додаткових ліній, як правило, більша, ніж у коксу.
Якщо ж розглядати середню різницю між кам'яним вугіллям та товарами з нього, вона становить 20-25 разів.
Тобто виробництво дуже вигідне, швидко окупається. Тому не дивно, що вчені шукають нові і нові технології переробки осадової породи. На зростаючий попит має бути пропозиція. Ознайомимося із ним.
Видобуток кам'яного вугілля
Родовища вугілля називають басейнами. У світі їх понад 3500. Загальна площа басейнів – близько 15% від суші. Найбільше вугілля США.
Там зосереджено 23% від світових запасів. Кам'яне вугілля в Росії- Це 13% загальних запасів. у Китаю. У його надрах приховано 11% породи.
Більшість із них – антрацити. У Росії її співвідношення бурого вугілля до чорного приблизно однаково. У переважає бурий вид породи, що знижує значення покладів.
Не дивлячись на велику кількість бурого вугілля, родовища США вражають не тільки обсягами, а й масштабами.
Запаси одного тільки Аппалацького кам'яновугільного басейну становлять 1600 мільярдів тонн.
У найбільшому басейні Росії, порівняння, зберігаються лише 640 мільярдів тонн породи. Мова про Кузнецьке родовище.
Воно знаходиться у Кемеровській області. Ще кілька перспективних басейнів виявлено в Якутії та Тиві. У першому регіоні поклади назвали Ельгінськими, а в другому – Елегенський.
Родовища Якутії та Тиви відносяться до закритого типу. Тобто порода знаходиться не біля поверхні, на глибині.
Потрібно будувати шахти, штольні, стволи. Це піднімає ціну кам'яного вугілля. Проте, масштаби покладів коштують витрат.
Що ж до Кузнецького басейну, у ньому працюють за змішаною системою. Близько 70% сировини витягують із глибин гідравлічним способом.
30% вугілля видобувають відкрито, використовуючи бульдозери. Їх достатньо, якщо порода залягає біля поверхні, а шари, що прикривають, пухкі.
Відкрите вугілля видобувають і у Китаї. Більшість родовищ КНР знаходяться далеко за межами міст.
Однак це не завадило одному з покладів завдати незручності населенню країни. Це сталося 2010-го.
Пекін різко збільшив запити на вугілля із Внутрішньої Монголії. Вона вважається провінцією КНР.
У дорогу вирушило стільки вантажівок із товаром, що 110-те шосе стало майже на 10 днів. Корок розпочався 14-го серпня, а розсмоктався лише 25-го.
Щоправда, не обійшлося без проведення дорожніх робіт. Вантажівки з вугіллям посилили ситуацію.
110-те шосе відноситься до доріг державного значення. Тож не лише вугілля в дорозі затрималося, а й інші контракти опинилися під загрозою.
Можна знайти ролики, де водії, що їхали в серпні 2010-го по шосе, повідомляють, що 100-кілометровий відрізок долали близько 5-ти днів.
Ви, звичайно, знаєте, що кам'яне вугілля використовується як паливо, як у побуті, так і в промисловості. Кам'яне вугілля було першим викопним матеріалом, який люди почали використовувати як паливо. Саме вугілля дозволило здійснити промислову революцію. У ХІХ столітті багато вугілля використовувалося для транспорту. У 1960 році вугілля давало близько половини світового виробництва енергії. Однак до 1970 року його частка впала до однієї третини: вугілля як паливо потіснили інші джерела енергії, зокрема нафту і газ.
Однак цим застосування вугілля не обмежується. Кам'яне вугілля - це цінна сировина для хімічної та металургійної промисловості.
У вугільній промисловості використовується коксування вугілля. Коксохімічні заводи споживають до 1/4 від вугілля. Коксування це процес переробки кам'яного вугілля нагріванням до 950-1050 ° С без доступу кисню. При розкладанні вугілля утворюються твердий продукт – кокс та леткі продукти – коксовий газ.
Кокс становить 75-78% маси вугілля. Він використовується у металургійній промисловості для виплавки чавуну, а також як паливо.
Коксовий газ становить 25% від маси вугілля, що переробляється. Летучі продукти, які утворюються при коксуванні вугілля, конденсують водяною парою, внаслідок чого виділяють кам'яновугільну смолу та надсмольную воду.
Кам'яновугільна смола становить 3-4% від маси вугілля і є складною сумішшю органічних речовин. В даний час вчені ідентифікували лише 60% компонентів смоли, а це понад 500 речовин! Зі смоли отримують нафталін, антрацен, фенантрен, феноли та кам'яновугільні олії.
З надсмольної води (вона становить 9-12% від маси вугілля) відгоном з парою виділяють аміак, феноли, піридинові основи. З ненасичених сполук, що містяться в сирому бензолі, отримують кумаронові смоли, що використовуються для виробництва лаків, фарб, лінолеуму та в гумовій промисловості.
З кам'яного вугілля одержують штучний графіт.
Кам'яне вугілля використовується також як неорганічна сировина. З кам'яного вугілля під час переробки у промислових масштабах витягують такі рідкісні метали, як ванадій, германій, галій, молібден, цинк, свинець, і навіть сірку.
Зола від спалювання вугілля, відходи видобутку та переробки використовуються у виробництві будматеріалів, кераміки, вогнетривкої сировини, глинозему, абразивів.
Загалом, шляхом переробки кам'яного вугілля можна отримати понад 400 різних продуктів, вартість яких у 20-25 разів вища за вартість самого вугілля, а побічні продукти, одержувані на коксохімічних заводах, перевищують вартість самого коксу.
До речі...
Вугілля – це далеко не саме найкраще паливо. Він має великий недолік: від його спалювання утворюється дуже багато викидів, як газоподібних, так і твердих (зола), що забруднюють навколишнє середовище. Більшість розвинених країн діють жорсткі вимоги щодо рівня викидів, допустимих під час спалювання вугілля. Зниження викидів досягають шляхом використання різних фільтрів.
Застосування його настільки багатофункціональне, що часом просто дивуєшся. У такі моменти мимоволі закрадається сумнів, а в голові звучить цілком логічне запитання: «Що? Це все вугілля?!». Всі звикли вважати вугілля лише пальним матеріалом, але, насправді, спектр застосування його настільки широкий, що здається просто неймовірним.
Утворення та походження пластів кам'яного вугілля
Поява кам'яного вугілля Землі належить до далекої Палеозойській еріколи планета перебувала ще на стадії розвитку і мала зовсім чужий для нас вигляд. Формування пластів кам'яного вугілля почалося приблизно 360 000 000 років тому. Відбувалося це переважно у донних відкладах доісторичних водойм, де мільйони років накопичувалися органічні матеріали.
Простіше кажучи, вугілля - це останки тіл гігантських тварин, стовбурів дерев та інших живих організмів, що поринали на дно, зітлівали і пресувалися під товщею води. Процес формування покладів досить тривалий, і освіти вугільного пласта потрібно як мінімум 40.000.000 років.
Видобуток кам'яного вугілля
Люди дуже давно зрозуміли, наскільки важливий і незамінний і застосування його змогли оцінити і пристосувати з таким розмахом відносно недавно. Масштабна розробка родовищ вугілля розпочалася лише XVI-XVII ст. в Англії, а здобутий матеріал використовувався в основному для виплавки чавуну, необхідного для виготовлення гармат. Але видобуток його за нинішніми мірками був настільки нікчемним, що промисловим його ніяк не можна назвати.
Великомасштабний видобуток почався тільки ближче до середини XIX ст., коли індустріалізації, що розвивається, стало просто необхідне кам'яне вугілля. Застосування його, втім, на той час обмежувалося виключно спалюванням. Нині у всьому світі працюють сотні тисяч шахт, що в день видобувають більше, ніж за кілька років у ХІХ ст.
Різновиди кам'яного вугілля
Поклади пластів вугілля можуть досягати глибини кількох кілометрів, що йдуть у товщу землі, але не завжди і не скрізь, тому що він і за змістом, і по зовнішньому виглядунеоднорідний.
Розрізняють 3 основні види цієї копалини: антрацитне, буре вугілля, а також торф, який дуже віддалено нагадує вугілля.
Антрацит саме давня освітана планеті подібного роду, середній вікцього виду становить 280 млн років. Він дуже твердий, має високу густину, а вміст у ньому вуглецю становить 96-98%.
Твердість і щільність відносно невелика так само, як і вміст у ньому вуглецю. Він має нестійку, пухку структуру і до того ж перенасичений водою, вміст якої у ньому може сягати 20%.
Торф теж відносять до різновиду вугілля, але ще не сформованого, тому до кам'яного вугілля він не має жодного стосунку.
Властивості кам'яного вугілля
Сьогодні вже важко собі уявити інший матеріал більш корисний і практичний, ніж кам'яне вугілля, основні властивості і застосування якого заслуговують на високу оцінку. Завдяки речовинам і сполукам, що містяться в ньому, він став просто незамінним у всіх сферах сучасного життя.
Складова кам'яного вугілля виглядає таким чином:
Всі ці компоненти роблять кам'яне вугілля, застосування і використання якого є таким багатофункціональним. Летючі речовини, що містяться у вугіллі, забезпечують швидке займання з подальшим досягненням високих температур. Вміст вологи спрощує переробку кам'яного вугілля, калорійність робить його використання незамінним у фармацевтиці та косметології, зола сама по собі є цінним мінеральним матеріалом.
Застосування кам'яного вугілля у світі
Різно застосування корисних копалин. Кам'яне вугілля спочатку було лише джерелом тепла, потім енергії (перетворювало воду на пару) тепер же в цьому плані можливості вугілля просто необмежені.
Теплову енергію від спалювання вугілля перетворюють на електричну, з нього виготовляють коксохімічну продукцію і витягують рідке паливо. Кам'яне вугілля – єдина порода, в якій у вигляді домішок містяться такі рідкісні метали, як германій та галій. З нього видобувають перероблений потім в бензол, з якого виділяють кумаронову смолу, що йде на виготовлення різноманітних фарб, лаків, лінолеуму та гуми. З кам'яного вугілля отримують феноли та піридинові основи. При переробці знаходить кам'яне вугілля застосування у виробництві ванадію, графітів, сірки, молібдену, цинку, свинцю та ще безлічі цінних і незамінних зараз продуктів.
