«Спотайват в себе си недрата на Земята: син лазурит, зелен малахит, розов родонит, лилав чароит... В пъстрата гама на тези и много други минерали изкопаемите въглища изглеждат, разбира се, скромно».
Така пише Едуард Мартин в своя труд «Историята на парченце каменни въглища» и с него няма как да не се съгласим. Но отчитайки ползата, която въглищата носят на хората от незапомнени времена, на това изказване гледаш със съвсем друг поглед.
Съдържание:
Каменните въглища са полезно изкопаемо, което хората използват в качеството на гориво. Те представляват плътна камениста порода с черен (понякога сивочерен) цвят с блестяща, полуматова или матова повърхност.
Съществуват две основни гледни точки за произхода на въглищата. Първата твърди, че каменните въглища са се създали вследствие гниенето на растения в течение на много милиони години. Но този процес не винаги е водил до залежи с въглища. Работата е в това, че достъпът на кислорода трябва да бъде ограничен, за да не могат гниещите растения да отдадат въглерода в атмосферата. Подходяща среда за този процес е блатото. Застоялата вода с минимално съдържание на кислород не дава на бактериите напълно да разрушат растението. А в определен момент се отделят киселини, които напълно спират работата на растенията. По такъв начин се образува торф, който отначало се трансформира в кафяви въглища, след това в каменни и, накрая, в антрацитни. Но образуването на въглищата е обусловено от още един важен момент – вследствие движението на земната кора слоят торф трябва да бъде покрит от други слоеве земна маса. По такъв начин, изпитвайки налягане, повишени температури, оставайки без вода и газове, се образуват каменни въглища.
Има и друга версия. Тя предполага, че каменните въглища са резултат от преминаването на въглерода от газообразно състояние в кристално. Тази версия се основава на това, че в недрата на Земята може да се съдържа голямо количество въглерод в газообразно състояние. В процеса на охлаждане той се утаява във вид на каменни въглища.
В Русия се намира 5,5 % от световния запас на въглища, на даденият етап той съставлява 6421 млрд. тона, от които 2/3 – запаси на каменни въглища. Залежите са разпределени неравномерно на територията на страната: 95 % се разполагат в източните региони, а от тях над 60 % принадлежат на Сибир. Основни въглищни басейни: Кузнецки, Канско-Ачински, Печорски, Донецки. По добив на въглища Русия заема 5 място в света.
Най-просто добиване на изкопаеми каменни въглища е известно от древни времена и е установено в Китай и Гърция. В Русия за първи път е видял въглища Петър I през 1696 година в района на днешния гр. Шахти. А от 1722 г. започнали да се оборудват експедиции с цел разузнаване на залежите от въглища на територията на Русия. По това време въглищата започват да се използват при производството на сол, в ковачеството и за отопление на домовете.
Съществуват два основни начина за добив на каменни въглища: открит и закрит. Начинът на добиване зависи от дълбочината на разположение на породата. Ако залежите се намират на дълбочина до 100 метра, то начинът на добиване е открит (снема се горния слой на почвата над месторождението, тоест, образува се кариера или разрез). Ако дълбочината е по-голяма, създават се шахти, а в тях – специални подземни тунели. Впрочем, каменните въглища обикновено се образуват на дълбочина 3 и повече километра. Но в резултат на движението на земните слоеве става издигане на пластовете близо до повърхността или тяхното спускане на по-ниско ниво. Залежите на каменни въглища са под формата на пластове и лещовидно. Структурата е слоеста или зърнеста. А средната дебелина на пласта въглища е равна примерно на 2 метра.
Каменните въглища не са просто полезно изкопаемо, а представляват събиране на високомолекулни съединения с голямо съдържание на въглерод, а също вода и летливи вещества с малко количество минерални примеси.
Химичният състав на каменните въглища включва: |
Въглерод
|
%
|
75-97
|
Водород
|
%
|
1,5-5,7
|
Кислород
|
%
|
1,5-15
|
Азот
|
%
|
до 1,5
|
Сяра
|
%
|
0,5-4
|
Веществен състав:
|
Летливи вещества
|
%
|
2-45
|
Влага
|
%
|
4-15
|
Пепел
|
%
|
2-45
|
Специфична топлина на изгаряне (калорийност) - 6500 - 8600 ккал/кг. Цифрите са приведени в процентно съотношение, точният състав зависи от местоположението на залежите и климатичните условия. За да се разбере качеството на въглищата се определят няколко важни момента. Първо, степента на тяхната работна влажност (по-малко влага – по-добри енергийни свойства). Съдържанието на влагата в каменните въглища е 4-14%, което дава топлина на изгаряне 10-30 МДж/кг. Второ, съдържанието на пепел във въглищата. Пепелта се образува за сметка на присъствието във въглищата на минерални примеси и се определя по количеството на остатъка след изгаряне при температура 800ºС. Каменните въглища се считат за годни за използване, ако след изгарянето пепелта съставлява 30 % и по-малко. За разлика от кафявите въглища, каменните не съдържат хумусни киселини, в тях те са преобразувани в карбоиди (уплътнени съединения на въглерода). Съответно, плътността и съдържанието на въглерод в тях е повече, отколкото в кафявите въглища.
Физичен състав и свойства на каменните въглища: |
Плътност (специфично тегло)
|
г/см3
|
1,2-1,5
|
Механична здравина
|
кг/см?
|
40-300
|
Специфична топлоемност
|
ккал/г*град
|
0,26-0,32
|
Коефициент на пречупване на светлината
|
-
|
1,82-2,04
|
Говорейки за свойствата, се различават следните разновидности каменни въглища: блестящи (витрен), полублестящи (кларен), матови (дюрен) и вълнисти (фюзен). По степента на обогатеност каменните въглища се делят на концентрати, промпродукти и шламове. Концентратите се използват в котелното и за получаване на електроенергия. Промпродуктите отиват за нуждите на металургията. Шламовете са подходящи за изготвяне на брикети и продажба на дребно за населението. Съществува също и класификация на въглищата по размера на парчетата:
Класификация на въглищата |
Обозначение
|
Размер
|
Плочи
|
П
|
над 100 мм
|
Едри
|
К
|
50-100 мм
|
Орех
|
О
|
25-50 мм
|
Дребни
|
М
|
13-25 мм
|
Грах
|
Г
|
5-25 мм
|
Семка
|
С
|
6-13 мм
|
Въглищен прах
|
Ш
|
под 6 мм
|
Обикновени
|
Р
|
неограничени по размери
|
Главните технологични свойства на каменните въглища са спекаемост и коксуемост. Спекаемост е способността на въглищата да формират при нагряване (без постъпване на въздух) разтопен остатък. Това свойство на въглищата се придобива на стадиите на тяхното формиране. Коксуемост е способността на въглищата при определени условия и висока температура да образуват парчета порест материал – кокс. Това свойство придава на въглищата допълнителна ценност. При формирането на каменните въглища се извършват промени, касаещи съдържанието на въглерод в тях и намаляването на количеството на кислорода, водорода и летливите вещества, а също се променя топлината на изгаряне. От това произлиза класификацията на каменните въглища по марки:
* - Антрацитите понякога се отделят в отделна група Обозначенията в таблиците са според руската класификация – бел. прев. Използване. Дългопламенните и газовите обикновено се използват в котелното, тъй като могат да горят без вентилатор. Газовите тлъсти и тлъстите се експлоатират в черната металургия за производство на стомана и чугун. Постноспичащи, постни и слабо спичащи се използват за получаване на електроенергия, тъй като имат голяма топлина на изгаряне. В същото време, тяхното горене е свързано с технологични трудности. Областта на използване на каменните въглища е много обширна, докато в началото на добива им в Русия са ги използвали основно за отопление на домовете и в ковачеството. Понастоящем съществуват много направления, използващи каменни въглища. Например, металургичната промишленост. Тук за разтопяването на метала е необходима висока температура, а, следователно, такъв вид каменни въглища като кокс. Химичната промишленост използва каменните въглища за коксуване и по-нататъшно получаване на коксов газ, от който се получават въглеводороди. В процеса на преработката на въглеводородите се получава толуол, бензол и др. вещества, благодарение на които се произвежда балатум, лакове, бои и пр. Каменните въглища се използват също като източник на топлина. Както за населението, така и за получаване на енергия в топлоцентралите. Също така, от каменните въглища в процеса на нагряване се образува известно количество сажди (качествени сажди се получават от газови и тлъсти въглища), от които се произвежда гума, боя за типографията, туш, пластмаса и пр. По такъв начин, връщайки се към изказването на Едуард Мартин, можем смело да твърдим, че скромният вид на каменните въглища по никакъв начин не намалява техните свойства и полезни качества.