Состав каменного угля

Каменный уголь – это продукт сложного метаморфизма растительных остатков торфяных болот. Под давлением горных пород, при высокой температуре и без доступа кислорода они превращаются в бурый уголь. Затем они еще больше разлагаются, теряют воду и твердеют. Конечными продуктами метаморфизма являются антрацит, графит и тальк.
Состав полезного ископаемого частично определяется еще на стадии формирования торфяника. Он зависит от видов растений, особенностей воды и грунта. Качество и соотношение компонентов меняется в процессе метаморфизма.
Компоненты каменного угля условно можно разделить на 3 группы:
- Простые химические элементы
- Сложные органические соединения (петрографический состав)
- Минеральные примеси
Описание каждой группы вы найдете в продолжении статьи.
Простые химические элементы
Практически все химические элементы в угле находятся в связанном виде. Они входят в состав органических и неорганических соединений.
Наибольшее практическое значение имеют:
- Углерод (С): 75-92%
Углерод является основным элементом органических соединений. От его количества зависит теплота сгорания угля. Он входит в состав органической части материала. Содержание элемента повышается в процессе метаморфизма. Больше всего углерода в антраците (до 97%), меньше – в буром угле (60-70%).
- Водород (H): 2,5-5,7%
Теплота сгорания водорода в 4 раза выше, чем у углерода. Но в чистом виде этот элемент становится взрывоопасным. Количество вещества снижается в зависимости от степени метаморфизма. У бурого и каменного углей оно выше, чем у антрацита. Много водорода в сапропелитах – разновидностях угля, образованного из низших видов растений.
- Кислород (O): 1,5-15%
Количество кислорода снижается в процессе метаморфизма. В торфе этот элемент составляет около 40%, в буром угле 10-30%, в антраците – 1-2%. При высоком содержании кислорода ускоряются процессы окисления и сгорания материала.
- Азот (N): 1-3%
Элемент имеет органическое происхождение. Его процентное содержание снижается в процессе генезиса угля.
- Сера (S): 0-4%
Сера может попадать в каменный уголь как в процессе разложения растительных остатков, так и из окружающей пласты породы. При сгорании топлива она окисляется и превращается в сернистый газ SO2. При растворении газа в воде образуется серная кислота. Она повреждает стенки котлов. Поэтому количество серы в топливном угле строго регламентируется. Самое вредное соединение серы – сульфид (S2O). Около 70-80% соли переходит в газообразное состояние при нагревании. Выделяются сернистый газ и сероводород, загрязняющие атмосферу.
- Фосфор (P): до 0,03%
Фосфор – один из элементов, входящий в состав органических веществ. Его содержание должно регулироваться в коксе. Если фосфор попадает в сталь, качество сплава резко снижается.
- Хлор (Cl): 0,015-0,15%
Содержание хлора в углях колеблется от 0,015 до 0,15%. В так называемых «соленых углях» показатель может достигать 1%. Если показатель выше 0,3%, затрудняется сжигание топлива. При окислении и растворении в воде хлор образует соляную кислоту. Она вызывает коррозию металла, повреждение стенок котлов.
- Мышьяк (As)
Мышьяк попадает в уголь из грунтовых вод, и лишь незначительная часть имеет органическое происхождение. Этот элемент в высоких концентрациях встречается «пятнами» в некоторых месторождениях. При сжигании топлива он может попадать в золу и воздух. При высоком содержании мышьяк вредит экологии, провоцирует онкологические заболевания.
Продолжение читайте на нашем сайте: