Кафяви въглища

Съдържание:

Произход.

Запаси.

Състав и свойства.

Класификация. Обозначения.

Използване.

Кафявите въглища представляват горими седиментни скали, своеобразно звено при прехода на торфа в състояние на каменни въглища. Кафявите въглища се наричат още суббитуминозни въглища или черен лигнит. Самото определение лигнит (от лат. «дърво», «дървесина») говори за това, че те са «най-младият» вид въглища и тяхната структура е подобна на влакнестата структура на дървесината. Оцветени са от светлокафяв цвят до почти черен, но ако се драсне с парче въглища по порцеланова плочка, то цветът винаги ще бъде кафяв.

Произход

Съгласно «растителната» версия за произход, източник за формиране на кафявите въглища са иглолистните, широколистните дървета и растенията. Оказвайки се под значителен слой вода, практически напълно лишени от достъп на кислород, покрити с глина, пясък и други земни слоеве, тези растителни остатъци са тлели. При това, с течение на времето количеството въглерод в тях само се е натрупвало. И, след образуването на торф, настъпил следващият стадий, когато са се формирали кафявите въглища (по-нататък те се превръщат в каменни въглища и антрацит). За първи път кафяви въглища са открити в Русия през 1720 год. в района на Подмосковието.

Запаси

На кафявите въглища, по едни данни, се падат примерно 35 % от сумарния запас на въглища в Русия, а това е примерно 1616 млрд. т. (в тази цифра влизат както откритите запаси, така и предполагаемите). Доказаните запаси от кафяви въглища за 2009 година съставляват 107922 млн.т. При това, 95 % от разузнатите и не разузнати запаси се намират в Азиатската част на Русия. Басейни, богати на залежи на кафяви въглища: Ленски, Канско-Ачински, Тунгуски, Кузнецки, Тургайски, Таймирски, Подмосковие и др. Стратегически басейни с голямо съдържание на кафяви въглища са Канско-Ачинският и Кузбаският. 

По-голямата част от кафявите въглища лежи на малка дълбочина до 500 метра, на пластове. Средната дебелина на пластовете е 10-60 метров, но се срещат и залежи със 100-200 метра дебелина. Във връзка с това се счита, че те могат да бъдат добивани безопасно и ефективно, а, следователно, не така скъпо, както, например, каменните въглища. Тоест, добивът на кафяви въглища се прави практически винаги по открития начин, с помощта на кариери и разрези. Впрочем, по добив на кафяви въглища, Русия заема второ място в света. Така, например, през 2010 г. добивът на кафяви въглища е съставил 76 млн. т. В «Енергийната стратегия на Русия за периода до 2020 година» е отбелязана несъмнената важност на кафявите въглища за енергийното бъдеще на страната. Трябва да се каже също, че често залежите от кафяви въглища съседстват със залежи от каменни.

Отчитайки процеса на образуване на кафявите въглища, можем да назовем техните основни свойства и състав:

Специфична топлина на изгаряне (калорийност) - 22-31 МДж/кг (средно 26 МДж/кг) или 5400-7400 Ккал/кг.

Съдържанието на въглерод в кафявите въглища е по-ниско, отколкото в каменните, затова и ги отнасят към ниска степен на въглефикация. При голямо съдържание на влага имат свойството бързо да я губят, поставени на въздух, да се разцепват и да се превръщат в прах. Плътността на кафявите въглища  е равна на  0,5-1,5 г/см3. Обикновено структурата им е достатъчно плътна, но бива и рехава. Поради присъствието на голямо количество летливи вещества, вода и ниско съдържание на въглерод, кафявите въглища лесно горят, но при това отделят дим и своеобразна миризма. 

Кафявите въглища се състоят от хумусни киселини (които отсъстват в каменните въглища) с примес на въглеводороди и карбоиди. Съдържанието на хумусни киселини се колебае от 64% до 2-3% в зависимост от местоположението на залежа. От този фактор зависи и наличието на смоли (от 25% до 5%). В някои месторождения в състава на кафявите въглища се открива бензолен екстракт (5-15%), восък (50-70%), а също съдържание на уран и германий.

Класификация

В Русия са приети няколко класификации на кафявите въглища (още от времето на СССР). 
Официалната класификация ги раздела на марки и технологични групи. Разделянето се осъществява за сметка на това, как въглищата действат по време на термична обработка. В Русия всички кафяви въглища се отнасят към марка Б. При деленето на технологични групи се отчитат спичащите способности на въглищата. Групите се идентифицират по следния начин: към марката се прибавя цифра, която посочва най-малкия размер на пласта въглища, например, Г6, Г17 и пр.
В Русия са приети няколко класификации на кафявите въглища (още от времето на СССР). 

Така по ГОСТ от 1976 г. кафявите въглища се делят по степен на въглефикация на три стадия: О1, О2 и О3. Стадиите зависят от отражателната способност на въглищата в маслена имерсия: О1 – под 0,30%, О2 – 0,30-0,39%, О3 – 0,40-0,49%. 

По влажност кафявите въглища се подразделят на шест групи: до 20%, 20-30%, 30-40%, 40-50%, 50-60% и 70% влажност. 
По съдържанието на първична смола на полукоксуването кафявите въглища се делят на четири групи: над 25%, 20-25%, 15-20%, 15% и по-малко.

Различават също следните видове кафяви въглища:

• Плътни кафяви въглища – кафяв цвят с матов блясък и землиста чупка.
• Землисти кафяви въглища  – лесно стриващи се на прах.
• Смолисти кафяви въглища  – плътни, тъмнокафяв, даже черен цвят, в чупката с блясък като на смолата.
• Хартиени кафяви въглища  (дизодил) – изтляла растителна маса, която лесно може да се разслои на тънки листи.
• Торфени кафяви въглища  – много приличат на торф.

Използване

Към такъв вид полезно изкопаемо като кафявите въглища интересът расте с всяка изминала година. Работата е в това, че ниската себестойност и големият запас на въглищата се отразяват и сферата на използване на кафявите въглища става все по-обширна. Като гориво този вид въглища е по-малко популярен, отколкото каменните. Но, отново, поради ниската стойност се използва в малки котелни и ТЕЦ, а също за отопление на индивидуални къщи и котеджи.

Чрез дестилация от кафявите въглища се получава течно въглеводородно гориво. Остатъкът се използва за получаване на сажда. От тях, при преработка, се отделя горим газ и планински восък, който се използва в хартиената, текстилната, дървопреработвателната промишленост и пътното строителство.

Също така, кафявите въглища са суровина за получаване на газ. Този процес се нарича газификация на въглищата. Заключава се в това, че кафявите въглища се нагряват в специални газгенератори при големи температури (до 1000ºС). В резултат на това се образува газ, състоящ се от метан, водород и въглероден окис. Впоследствие този газ се преработва в синтетичен – аналог на природния газ. Специалистите са изобретили и нов начин за получаване на газа – подземна газификация, където целият процес се извършва под земята без непосредствено извличане на въглищата. За тази цел се прокопават вертикални канали, подхождащи към залежите на кафявите въглища и пускат по тях високи температури. По други канали излиза резултатът от въздействието на температурите – газът.
Още един процес на преработка на кафявите въглища е хидрогенизацията. Извършва се по следния начин: кафявите въглища се смесват с тежко масло и под въздействие на катализатор се съединяват с водорода при температура 450ºС. Вследствие на това се получават синтетични газови продукти и течни фракции гориво. Полученото се подлага на хидрогенизация още веднъж и се получава бензин с много добро качество.

Също така, кафявите въглища са суровина и в процеса на полукоксуване. Тук, при температура 500-600ºC при изключване достъпа на въздух, чрез нагряване на кафявите въглища се получава полукокс, първична смола, вода и полукоксов газ. Полукоксът (или кокс от средна температура) се използва в металургията при получаване на железни сплави, фосфати, калциев карбид и като технологично гориво.

Не трябва да се забравя и за това, че кафявите въглища съдържат хумусни (хуминови) киселини, които повишават плодородността на почвата и подобряват реколтата.