Od davnina, ugalj je bio izvor energije za čovječanstvo, ne jedini, ali široko rasprostranjen. Ponekad se poredi sa solarnom energijom sačuvanom u kamenu. Spaljuje se za dobivanje topline za grijanje, zagrijavanje vode, pretvara se u električnu energiju na termostanicama i koristi se za topljenje metala.
Sa razvojem novih tehnologija naučili smo da koristimo ugalj ne samo za proizvodnju energije sagorevanjem. Hemijska industrija je uspješno savladala tehnologije proizvodnje rijetkih metala - galija i germanija. Iz njega se izdvajaju kompozitni ugljično-grafitni materijali s visokim sadržajem ugljika, plinovito gorivo sa visokim sadržajem kalorija, a razvijene su metode proizvodnje plastike. Najniži kvalitet uglja, njegova vrlo fina frakcija i ugljena prašina se obrađuju i odlični su za grijanje kao proizvodnih prostorija i privatne kuće. Ukupno putem hemijske obrade ugalj Proizvode više od 400 vrsta proizvoda, koji mogu koštati desetine puta više od originalnog proizvoda.
Ljudi već nekoliko stoljeća aktivno koriste ugalj kao gorivo za proizvodnju i pretvaranje energije s razvojem kemijske industrije i potrebe za rijetkim i vrijednim materijalima u drugim industrijama, potreba za ugljem je sve veća. Zbog toga se intenzivno radi na istraživanju novih nalazišta, grade kamenolomi i rudnici, preduzeća za preradu sirovina.
Ukratko o porijeklu uglja
Na našoj planeti, prije mnogo miliona godina, vegetacija se brzo razvijala u vlažnoj klimi. Od tada je prošlo 210...280 miliona godina. Hiljadama godina, milionima godina, milijarde tona vegetacije su izumrle, nakupile se na dnu močvara i bile prekrivene slojevima sedimenta. Sporo raspadanje u atmosferi bez kisika pod snažnim pritiskom vode, pijeska i drugih stijena, ponekad i na visokim temperaturama zbog neposredne blizine magme, dovelo je do petrifikacije slojeva ove vegetacije, uz postepenu degeneraciju u ugalj različitih vrsta. stepeni karbonizacije.
Glavna ruska ležišta i eksploatacija uglja
Planeta ima rezerve uglja veće od 15 triliona tona. Najveća rudarska proizvodnja dolazi od uglja, otprilike 0,7 tona po osobi, što je više od 2,6 milijardi tona godišnje. U Rusiji je kameni ugalj dostupan u različitim regionima. Ima različite karakteristike, karakteristike i dubinu. Evo najvećih i najuspješnije razvijenih ugljenih basena:
Aktivna upotreba sibirskih i dalekoistočnih nalazišta ograničena je njihovom udaljenošću od industrijskih evropskih regija. U zapadnom dijelu Rusije također se kopa ugalj odličnih performansi: u Pečerskom i Donjeckom ugljenom basenu. U Rostovskoj regiji aktivno se razvijaju lokalna ležišta, od kojih je najperspektivnije Gukovskoye. Preradom kamenog uglja iz ovih ležišta dobijaju se visokokvalitetne sorte kamenog uglja - antracit (AS i AO).
Glavne karakteristike kvaliteta uglja
Različite industrije zahtijevaju različite vrste uglja. Njegovi kvalitativni pokazatelji uvelike variraju čak i među onima koji imaju istu oznaku i u velikoj mjeri zavise od ležišta. Stoga se preduzeća prije kupovine uglja upoznaju sa sljedećim fizičkim karakteristikama:
Prema stepenu obogaćenosti ugalj se deli na:
- — Koncentrati (spaljeni za grijanje u parnim kotlovima i proizvodnju električne energije);
- — Industrijski proizvodi koji se koriste u metalurškoj industriji;
- — Mulj je zapravo fina frakcija (do 6 mm) i prašina nakon drobljenja stijena. Takvo gorivo je problematično sagorijevati, pa se od njega formiraju briketi koji imaju dobre performanse i koriste se u kućanskim kotlovima na čvrsto gorivo.
Po stepenu karbonizacije:
- — Mrki ugalj je djelomično formiran kameni ugalj. Ima nisku toplotu sagorevanja, mrvi se tokom transporta i skladištenja i ima tendenciju spontanog sagorevanja;
- - Ugalj. Ima mnogo različitih marki (klasa) sa različitim karakteristikama. Ima široku namenu: metalurgija, energetika, stambeno-komunalne usluge, hemijska industrija itd.
- — Antracit je najkvalitetniji oblik uglja.
Ako uporedimo treset i ugalj, kalorijska vrijednost uglja je veća. Najniža kalorijska vrijednost mrki ugalj, najveći je za antracite. Međutim, na osnovu ekonomske izvodljivosti, jednostavni ugalj je veoma tražen. Ima optimalnu kombinaciju cijene i specifične topline sagorijevanja.
Postoji mnogo različitih karakteristika uglja, ali ne mogu sve biti važne pri odabiru uglja za grijanje. U ovom slučaju važno je znati samo nekoliko ključnih parametara: sadržaj pepela, vlažnost i specifični toplinski kapacitet. Sadržaj sumpora može biti važan. Ostalo je potrebno pri odabiru sirovina za preradu. Ono što je važno znati pri odabiru uglja je veličina: koliko vam se komadi nude. Ovi podaci su šifrirani u nazivu marke.
Klasifikacija veličina:
Klasifikacija po markama i njihove kratke karakteristike:
U zavisnosti od karakteristika uglja, njegove marke, vrste i frakcije, on se skladišti drugačije vrijeme. (Članak sadrži tabelu koja prikazuje rok trajanja uglja u zavisnosti od ležišta i marke).
Posebnu pažnju treba obratiti na zaštitu uglja tokom dugotrajnog skladištenja (više od 6 mjeseci). U tom slučaju potrebna je posebna šupa za ugalj ili bunker, gdje će gorivo biti zaštićeno od padavina i direktne sunčeve svjetlosti.
Velike gomile uglja tokom dugotrajnog skladištenja zahtevaju kontrolu temperature, jer u prisustvu malih frakcija u kombinaciji sa vlagom i visokom temperaturom, imaju tendenciju da se spontano zapale. Preporučljivo je kupiti elektronski termometar i termoelement sa dugim kablom, koji treba zakopati u sredinu gomile uglja. Temperaturu je potrebno provjeravati jednom do dva puta sedmično, jer se neke marke uglja spontano zapale na vrlo niskim temperaturama: braon - na 40-60 o C, druge - 60-70 o C. Slučajevi spontanog sagorijevanja antracita i polu- antracit se retko javlja (u Rusiji takvi slučajevi nisu registrovani).
Niska cijena i obilne rezerve glavni su faktori koji pokreću povećanje broja korištenja mrkog uglja. Ovu vrstu fosilnog čvrstog goriva, najranije vrste uglja, ljudi su kopali stotinama godina. Mrki ugalj je proizvod metamorfizma treseta, u fazi između lignita i kamenog uglja. U odnosu na potonje, ova vrsta goriva je manje popularna, ali se zbog niske cijene prilično široko koristi za proizvodnju električne energije, grijanja i drugih vrsta goriva.
Struktura
Mrki ugalj je gusta, zemljana ili vlaknasta karbonska masa smeđe ili smole crne boje sa visokim sadržajem isparljivih bitumenskih supstanci. U njemu je u pravilu dobro očuvana biljna struktura, konhoidalni lomovi i drvenaste mase. Lako gori, plamen je zadimljen, a oslobađa se neobičan neprijatan miris paljevine. Reagujući sa kalijum hidroksidom, formira tamno smeđu tečnost. Kada se suhe destiluje, mrki ugalj stvara amonijak sa sirćetnom kiselinom. Hemijski sastav (u proseku), isključujući pepeo: ugljenik - 63%, kiseonik - 32%, vodonik 3-5%, azot 0-2%.
Porijeklo
Mrki ugalj nastaje od slojeva sedimentnih naslaga stijena - prirubnica, često velike debljine i obima. Materijali za stvaranje mrkog uglja su razne vrste obruča, četinari, drveće i tresetne biljke. Naslage ovih tvari postepeno se razgrađuju bez pristupa zraku, pod vodom, pod kapom mješavine gline i pijeska. Proces tinjanja je praćen stalnim oslobađanjem isparljive supstance i postepeno dovodi do obogaćivanja biljnih ostataka ugljikom. Mrki ugalj je jedna od prvih faza metamorfizma takvih biljnih naslaga, nakon treseta. Dalje faze su ugalj, antracit, grafit. Što je proces duži, to je stanje bliže čistom ugljičnom grafitu. Dakle, grafit pripada azoičkoj grupi, ugalj - paleozoiku, mrki ugalj - uglavnom mezozoiku i kenozoiku.
Kameni i mrki ugalj: razlike
Kao što možete vidjeti iz samog naziva, mrki ugalj se razlikuje od kamenog uglja po boji (svjetlijoj ili tamnijoj). Postoje i crne sorte, ali u obliku praha nijansa takvog uglja je i dalje smeđa. Boja kamena i antracita uvijek ostaje crna. Karakteristična svojstva mrkog uglja su veći sadržaj ugljika u odnosu na kameni ugalj i manji sadržaj bitumenskih tvari. Ovo objašnjava zašto mrki ugalj lakše gori i proizvodi mnogo dima. Visok sadržaj ugljika objašnjava i pomenutu reakciju sa kalijum hidroksidom i neobičan neprijatan miris tokom sagorevanja. Sadržaj azota, u poređenju sa kamenim ugljem, takođe je značajno manji. Kada je duže vrijeme izložen zraku, mrki ugalj brzo gubi vlagu, raspadajući se u prah.
Sorte
Postoji dosta sorti i sorti mrkog uglja, među kojima je nekoliko glavnih:
- Običan mrki ugalj, guste konzistencije, mat braon boje.
- Mrki ugalj zemljanog loma, lako samljeven u prah.
- Smolasta, vrlo gusta, tamno smeđa, ponekad čak i plavkasto-crna. Kada se slomi, podsjeća na smolu.
- Lignit ili bitumensko drvo. Ugalj sa dobro očuvanom biljnom strukturom. Ponekad se čak nalazi u obliku cijelih stabala sa korijenjem.
- Disodil je mrki papirni ugalj u obliku raspadnute tankoslojne biljne mase. Lako se deli na tanke listove.
- Mrki tresetni ugalj. Podsjeća na treset, sa dosta stranih nečistoća, ponekad podsjeća na zemlju.
Procentualni odnos pepela i gorivih elemenata u različitim vrstama mrkog uglja uveliko varira, što određuje svojstva određene vrste gorivog materijala.
Proizvodnja
Metode vađenja mrkog uglja slične su za sve fosilne ugljeve. Postoje otvoreni (karijerni) i zatvoreni. Najstariji način zatvorene eksploatacije su udubine, nagnute bušotine do ugljenog sloja male debljine i plitke pojave. Koristi se u slučaju finansijske neefikasnosti izgradnje kamenoloma.
Rudnik je vertikalna ili nagnuta rupa u stijeni od površine do ugljenog sloja. Ova metoda se koristi u dubokim slojevima koji sadrže ugalj. Odlikuje se visokim troškovima vađenih resursa i velikom stopom nezgoda.
Otvoreni kop se izvodi na relativno maloj (do 100 m) dubini ugljenog sloja. Otvoreni ili otvoreni kop je danas najekonomičniji, otprilike 65% ukupnog uglja se iskopava na ovaj način. Glavni nedostatak razvoja karijere je velika šteta okruženje. Mrki ugalj se uglavnom vadi otvorenim kopom zbog male dubine. U početku se uklanja otkrivka (sloj stijene iznad ugljenog sloja). Nakon toga se ugalj razgrađuje metodom bušenja i miniranja i transportuje specijalizovanim (kamenoloskim) vozilima sa lokacije rudarstva. Skidanje radi, ovisno o veličini i sastavu sloja, može se izvesti buldožerima (za labav sloj neznatne debljine) ili rotacionim bagerima i draglajnima (za deblji i gušći sloj stijene).
Aplikacija
Mrki ugalj se mnogo rjeđe koristi kao gorivo nego kameni ugalj. Koristi se za grijanje privatnih kuća i malih elektrana. Po tzv suhom destilacijom mrkog uglja dobija se planinski vosak za obradu drveta, papir i tekstilnoj industriji, kreozot, karbonska kiselina i drugi slični proizvodi. Takođe se prerađuje u tečno ugljikovodično gorivo. Huminske kiseline u mrkom uglju omogućavaju njegovu upotrebu poljoprivreda kao đubrivo.
Moderne tehnologije omogućavaju proizvodnju sintetičkog plina iz mrkog uglja, koji je analog prirodnog plina. Da bi se to postiglo, ugalj se zagrijava na 1000 stepeni Celzijusa, što rezultira stvaranjem plina. U praksi se dosta koristi efikasan metod: kroz izbušenu bušotinu, kroz cev se dovodi visoka temperatura u ležišta mrkog uglja, a kroz drugu cev izlazi gotov gas, proizvod podzemne prerade.
Jedan od najvećih sektora kompleksa goriva i energije je industrija uglja.
Još u doba SSSR-a, Rusija je postala priznati lider u oblasti vađenja i prerade uglja. Nalazišta uglja ovdje čine otprilike 1/3 svjetskih rezervi, uključujući mrki i kameni ugalj i antracit.
Ruska Federacija zauzima šesto mjesto u svijetu po proizvodnji uglja, od čega se 2/3 koristi za proizvodnju energije i toplote, 1/3 u hemijskoj industriji, manji dio se transportuje u Japan i Južnu Koreju. U prosjeku, više od 300 miliona tona godišnje se iskopa u ruskim ugljenim basenima.
Karakteristike depozita
Ako pogledate kartu Rusije, preko 90% ležišta nalazi se u istočnom dijelu zemlje, uglavnom u Sibiru.
Ako uporedimo količinu iskopanog uglja, njegovu ukupnu količinu, tehničke i geografske uslove, najznačajniji od njih mogu se nazvati bazenima Kuznjeck, Tunguska, Pechora i Irkutsk-Čeremhovo.
, inače poznat kao Kuzbass, najveći je basen uglja u Rusiji i najveći na svijetu.
Nalazi se u zapadnom Sibiru u plitkom međuplaninskom basenu. Veliki dio sliva pripada zemljištu Kemerovske oblasti.
Značajan nedostatak je geografska udaljenost od glavnih potrošača goriva - Kamčatke, Sahalina i centralnih regija zemlje. Ovdje se kopa 56% kamenog i oko 80% koksnog uglja, otprilike 200 miliona tona godišnje. Otvoreni tip rudarenja.
Kansk-Achinsk ugljeni bazen
Prostire se duž Transsibirske željeznice kroz teritoriju Krasnojarskog kraja, Kemerovske i Irkutske oblasti. 12% ukupnog ruskog mrkog uglja pripada ovom basenu, njegova količina je 2012. godine iznosila 42 miliona tona.
Prema podacima dobijenim geološkim istraživanjima 1979. godine, ukupne rezerve uglja su 638 milijardi tona.
Treba napomenuti da je lokalni najjeftiniji zbog površinskog kopanja, ima nisku prenosivost i koristi se za snabdevanje energijom lokalnih preduzeća.
Tunguski ugljeni basen
Jedan od najvećih i najperspektivnijih basena u Rusiji, zauzima teritoriju Jakutije, Krasnojarske teritorije i Irkutske oblasti.
Ako pogledate kartu, možete vidjeti da je ovo više od polovine istočnog Sibira.
Lokalne rezerve uglja iznose oko 2345 milijardi tona. Ovdje se nalaze kameni i mrki ugalj i mala količina antracita.
Trenutno se radovi u basenu slabo izvode (zbog loše istraženosti ležišta i oštre klime). Oko 35,3 miliona tona se iskopa podzemno svake godine.
Pechora basen
Smješten na zapadnoj padini grebena Pai-Khoi, dio je Nenetskog autonomnog okruga i Republike Komi. Glavna ležišta su Vorkutinskoye, Vorgashorskoye, Intinskoye.
Ležišta su uglavnom zastupljena visokokvalitetnim koksnim ugljem, koji se proizvodi isključivo rudarskom metodom.
Godišnje se iskopa 12,6 miliona tona uglja, što je 4% od ukupnog obima. Potrošači čvrstog goriva su preduzeća u severnom evropskom delu Rusije, posebno u Čerepovcu metalurški pogon.
Irkutsk-Cheremkhovo basen
Proteže se duž Gornjeg Sajana od Nižnjeudinska do Bajkalskog jezera. Podijeljen je na ogranke Baikal i Sayan. Obim proizvodnje je 3,4%, način iskopavanja je otvoren. Nalazište je udaljeno od velikih potrošača, isporuka je otežana, pa se lokalni ugalj koristi uglavnom u poduzećima u Irkutsku. Rezerve su oko 7,5 milijardi tona uglja.
Problemi u industriji
Danas se aktivna eksploatacija uglja odvija u basenima Kuznjeck, Kansko-Ačinsk, Pečora i Irkutsko-Čeremhovo, a planira se razvoj Tunguskog basena. Glavni način rudarenja je otvoren, ovaj izbor je zbog njegove relativne jeftinosti i sigurnosti za radnike. Oduzeti ovu metoduČinjenica je da kvalitet uglja jako trpi.
Glavni problem sa kojim se susreću navedeni baseni je poteškoća u isporuci goriva u udaljene regione, u tom smislu je neophodna modernizacija sibirskih železnica. Uprkos tome, industrija uglja je jedna od najperspektivnijih industrija ruska ekonomija(prema preliminarnim procjenama, ruska ležišta uglja trebala bi trajati više od 500 godina).
Danas je ugalj jedan od najpotrebnijih minerala.
Ovaj resurs nastaje prirodnim putem, ima ogromne rezerve i puno korisnih svojstava.
Šta je ugalj i kako izgleda?
Izgradnja rudnika je veoma skupa investicija, ali se vremenom svi troškovi u potpunosti nadoknađuju. Kada se vadi ugalj, na površinu izbijaju i drugi resursi.
Postoji mogućnost eksploatacije plemenitih metala i rijetkih zemljanih elemenata, koji se kasnije mogu prodati i ostvariti dodatnu zaradu.
Nafta je danas praktično najdragocjeniji resurs i glavni izvor goriva. Međutim, niti jedna kompanija ili država koja vadi ugalj neće zanemariti njegovo vađenje u ime nafte, jer je i čvrsto gorivo od velikog značaja i velike vrijednosti.
Formiranje uglja
Ugalj u prirodi nastaje promjenom topografije površine. Grane drveća, biljke, lišće i drugi prirodni ostaci koji nisu imali vremena da istrunu zasićeni su vlagom iz močvara, zbog čega se pretvaraju u treset.
Zatim, morska voda dospijeva na kopno, a kada napusti, ostavlja i sloj sedimenta. Nakon što rijeka izvrši vlastita prilagođavanja, tlo postaje močvarno, ponovo formira ili prekriva tlo. Stoga sastav uglja u velikoj mjeri ovisi o starosti.
Kameni ugalj je srednji po starosti između mrkog, najmlađeg, i antracita, najstarijeg.
Vrste uglja, njihov sastav i svojstva
Postoji nekoliko vrsta uglja:
- dugi plamen;
- gas;
- debeo;
- koks;
- nisko stvrdnjavanje;
- mršav.
Uobičajene su i vrste koje se sastoje od nekoliko, takozvanih mješovitih, koje imaju svojstva dvije grupe.
Ugalj se odlikuje crnom bojom, tvrdom, slojevitom strukturom koja se lako uništava i ima sjajne inkluzije. Zapaljiva svojstva su prilično visoka, jer se materijal koristi kao gorivo.
Hajde da razmotrimo fizičke karakteristike:
- Gustina (ili specifična težina) jako varira (maksimum može doseći 1500 kg/m³).
- Specifični toplotni kapacitet je 1300 J/kg*K.
- Temperatura sagorevanja - 2100°C (1000°C tokom obrade).
Nalazišta uglja u Rusiji
On ruska teritorija sadrži oko trećine svjetskih rezervi.
Nalazišta uglja i uljnih škriljaca u Rusiji (kliknite za povećanje)
Najviše veliki depozit ugalj u Rusiji je Elginskoe. Nalazi se u regiji Jakutija.
Rezerve, prema približnim proračunima, iznose više od 2 milijarde tona.
Teren u blizini Kuznjeckog ugljenog basena (Kuzbas) je teško oštećen zbog velikih operacija vađenja resursa.
Najveća nalazišta uglja na svijetu
Mapa nalazišta uglja u svijetu (kliknite za povećanje)
U Sjedinjenim Državama, najpoznatiji bazen uglja je Illinois. Ukupne rezerve ležišta u ovoj oblasti iznose 365 milijardi tona.
Rudnika uglja
U naše vrijeme kameni ugalj se kopa na tri osnovna načina. kao što su:
- metoda karijere;
- rudarenje kroz otvore;
- način rudarenja u rudnicima.
Metoda vađenja iz kamenoloma koristi se kada slojevi uglja leže na površini, otprilike sto metara dubine ili više.
Kamenolomi podrazumijevaju jednostavno iskopavanje zemlje ili pješčane jame iz koje se vrši eksploatacija obično u takvim slučajevima sloj uglja je prilično debeo, što olakšava njegovo vađenje.
Aditi su bunari sa velikim uglom nagiba. Svi iskopani minerali se po njoj transportuju naviše, bez potrebe za upotrebom ozbiljne opreme ili iskopavanjem bazena.
Obično su naslage na takvim mjestima tanke i nisu posebno duboko zakopane. Dakle, način rudarenja kroz otvore omogućava brzu proizvodnju bez posebnih troškova.
Ekstrakcija preko rudnika je najčešći način vađenja minerala, ujedno i najproduktivniji, ali istovremeno i opasan. Rudnici su izbušeni na velikim dubinama, koje dosežu nekoliko stotina metara. Međutim, za to je potrebna dozvola koja potvrđuje opravdanost ovako velikih radova i dokaz o prisutnosti depozita.
Ponekad mine mogu doseći kilometar ili više u dubinu, a protežu se i nekoliko kilometara u dužinu, formirajući međusobno povezane mreže hodnika pod zemljom. U 20. vijeku oko rudnika su se formirala naselja i gradovi u kojima su živjeli rudari i njihove porodice.
Upravo zbog rudarskih uslova rad u rudnicima se smatra veoma teškim i opasnim, jer su se rudnici mnogo puta urušavali, zatrpavajući desetine, pa čak i stotine ljudi koji su tamo radili.
Primjena uglja
Kameni ugalj se koristi u raznim oblastima. Široko se koristi kao čvrsto gorivo (glavna namjena), u metalurgiji i hemijskoj industriji, plus mnoge druge komponente se proizvode od njega.
Od uglja se proizvode neke aromatične supstance, metali, hemikalije, a dobija se više od 360 drugih prerađenih proizvoda.
Zauzvrat, tvari proizvedene od njega imaju desetine puta veću tržišnu vrijednost, smatra se metoda prerade uglja u tekuće gorivo.
Za proizvodnju 1 tone tekućeg goriva potrebno je preraditi 2-3 tone uglja. Sav industrijski otpad dobijen tokom prerade često se koristi za proizvodnju građevinskog materijala.
Zaključak
Na zemlji postoje mnoga ležišta uglja koja se i danas aktivno kopaju. Na časovima biologije u 5. razredu i još ranije, na časovima prirodne istorije u drugom razredu, djeca se upoznaju sa ovim pojmom. U ovom radu ukratko smo ponovili osnovne činjenice o uglju – porijeklo, formulu, klasu, hemijski sastav i upotreba, ekstrakcija i još mnogo toga.
Ugalj je jedan od najvažnijih resursa koji se široko koristi u industriji. Ipak, ipak treba biti oprezan kada narušite prirodni protok tvari, jer razvoj narušava reljef i postepeno iscrpljuje prirodne rezerve.