Уголь

Вступление

Уголь относится к осадочным породам. Это распространенное невозобновляемое топливо, используемое в основном для производства электроэнергии. Это ископаемое топливо, поскольку образуется из отмерших растительных остатков. Качество угля зависит от того, как он образовался; поскольку органическое вещество подвергается большему нагреву и давлению, содержание углерода увеличивается.

Свойства

Каменный уголь - это горючая горная порода, состоящая в основном из углерода, а также различных количеств других элементов, в основном водорода, серы, кислорода и азота. Каменный уголь залегает в виде слоев, называемых угольными пластами, которые находятся между другими осадочными породами. Уголь немного плотнее воды, но менее плотен, чем большинство горных пород земной коры. Плотность зависит от того, насколько пористым (с множеством отверстий) является уголь. Иногда поры содержат газ, называемый метаном.

Свойства угля варьируются в зависимости от содержания углерода в угле (сортность угля). Черный уголь называют так из-за его цвета; он варьируется от яркого, сияющего блеска до очень тусклого и от относительно твердого до мягкого. Термин "каменный уголь" используется в Австралии для обозначения антрацита, а также битуминозных и суббитуминозных углей. Бурый уголь также называют лигнитом; он содержит меньше углерода и, следовательно, обладает меньшей химической потенциальной энергией, чем каменный уголь, и содержит больше влаги.

Использует

Бурый и каменный уголь в основном используется в качестве топлива для электростанций. При сжигании угля выделяется тепло, которое используется для производства пара, поэтому уголь иногда называют тепловым или энергетическим углем. Пар вращает турбины для выработки электроэнергии. В Австралии в 2017 году уголь использовался для производства около 60% электроэнергии, необходимой стране. Использование бурого угля для выработки электроэнергии проблематично из-за высокого содержания воды. Он легко крошится на воздухе, что снижает его ценность как топлива и требует специального хранения. Известно также, что он может самовоспламеняться. С 1970-х годов количество природного газа, используемого для выработки электроэнергии, увеличилось, а использование угля в энергетике постепенно сокращается. Количество парниковых газов, образующихся при сжигании газа для получения энергии, намного меньше, чем объем, образующийся при сжигании угля.

Некоторые виды каменного угля используются для получения основного сырья для производства стального кокса. Этот вид угля также называют металлургическим (сталелитейным) углем, и он перерабатывается для получения кокса. Кокс - это твердое пористое вещество, состоящее примерно на 90% из углерода, оно жизненно важно для производства стали, которая используется в миллионах изделий, таких как легковые и грузовые автомобили, пожарные машины, холодильники и мосты.

Уголь и торф по-прежнему используются для отопления жилых и коммерческих помещений в некоторых частях мира (например, в Ирландии и Финляндии). В обезвоженном виде торф является высокоэффективным поглотителем разливов топлива и нефти на суше и в воде. Он также используется в качестве кондиционера для почвы, чтобы сделать ее более способной удерживать и медленно выделять воду.

Уголь также является важным источником легких ароматических углеводородов для промышленности химического синтеза. При нагревании угля образующиеся газы и остаточные вещества могут быть использованы в производстве пластмасс, взрывчатых веществ, красителей, смолы, аммиака, лекарств, аспирина, мыла, дезинфицирующих средств, моющих средств для волос, нейлоновых чулок, косметики, шампуня, зубной пасты, синтетического каучука, удобрений, цемента, кирпича и черепицы. Это важный ингредиент, используемый в фильтрах для очистки воды и воздуха, а также в аппаратах для диализа почек. Кроме того, уголь используется для изготовления углеродного волокна, очень прочного и легкого материала, используемого в строительстве, производстве горных велосипедов и теннисных ракеток.

Гагат, компактная форма бурого угля, иногда шлифуется и используется в качестве декоративного камня. Графит, который часто ассоциируется с углем, почти полностью состоит из углерода; в основном его используют в карандашах, а в виде порошка - в качестве смазки.

История

Самое раннее известное использование угля было обнаружено в районе Шэньяна в Китае около 4000 г. до н.э., где из черного бурого угля изготавливали украшения. Уголь из шахты Фушунь на северо-востоке Китая использовался для выплавки меди еще в 1000 г. до н. э. Марко Поло, итальянец, путешествовавший по Китаю в 13 веке, описывал уголь как "черные камни... которые горят как поленья", и говорил, что угля было так много, что люди могли принимать горячие ванны три раза в неделю.

Уголь использовался в Британии в бронзовом веке (3000-2000 гг. до н.э.) в погребальных кострах (деревянном сооружении, используемом для сжигания тел).Римляне добывали уголь в Англии и Уэльсе к концу II века нашей эры. Свидетельства торговли углем (датируемые примерно 200 годом н.э.) были найдены в римском поселении близ Честера и в Восточной Англии. В Рейнланде залежи каменного угля использовались римлянами для выплавки железной руды. В 1257-1259 годах уголь из Ньюкасла-апон-Тайн доставлялся в Лондон для кузнецов и обжигателей извести, которые строили Вестминстерское аббатство.

Легкодоступные источники угля были в значительной степени исчерпаны (или не могли удовлетворить растущий спрос) к 13 веку, когда была разработана подземная добыча с помощью шахтных работ. Альтернативным названием был "каменный уголь", потому что его добывали в шахтах. Во время промышленной революции, когда паровые двигатели заменили водяные колеса, масштабы добычи и использования угля возросли. В 1700 году пять шестых мирового объема угля добывалось в Великобритании.

В Австралии каменный уголь был впервые обнаружен в Ньюкасле в 1791 году, а добыча и экспорт угля начались в 1799 году. Эта ранняя деятельность по добыче угля внесла значительный вклад в развитие европейских поселений в Австралии. Расселение поселенцев в другие районы Австралии привело к дальнейшим открытиям. Добыча каменного угля велась близ Ипсвича, штат Квинсленд, в 1825 году; на мысе Патерсон, штат Виктория, в 1826 году; и на реке Ирвин, Западная Австралия, в 1846 году. Сведения о наличии бурого угля в штате Виктория появились в 1857 году, а добыча открытым способом на месторождении Яллурн-Норт началась в 1889 году. В 1878 году зоопарк Таронга должен был стать местом расположения подземной угольной шахты, пока парламент не остановил деятельность горнодобывающей компании. Вместо этого до 1931 года уголь добывали в Балмэйне.

Образование

Каменный уголь образуется в осадочных бассейнах. Осадочные бассейны - это области, где Земля просела. Затем вода и осадочные породы стекают в бассейн, и они заполняются слоями отложений. Запасы каменного угля в Австралии варьируются от пермского до юрского периодов (от 299 до 145 миллионов лет), хотя большинство из них относятся к пермскому периоду. В это время климат в Австралии был теплым, а Восточная Австралия, включая Сиднейскую котловину, была покрыта крупными извилистыми реками, болотами и топинамбурами. Отложения, отложившиеся в этих условиях, в конечном итоге сформировали горные породы, такие как сланец, песчаник и уголь. Бурый уголь в Австралии образовался позже, чем черные угли. В основном они относятся к палеогеновому возрасту (от 66 до 23 миллионов лет).

Каменный уголь - это осадочная порода, образующаяся, когда растительный материал в изобилии покрывается отложениями, и этот материал накапливается быстрее, чем может разлагаться. Вес вышележащих отложений уплотняет органические слои, повышая температуру и давление, что приводит к физическим и химическим изменениям растительного материала. При этом образуются и улетучиваются вода, углекислый газ и метан, в результате чего материал постепенно обогащается углеродом. С увеличением времени и повышением температуры и давления растительный материал сначала превращается в торф, затем в бурый уголь, затем в суббитуминозный уголь, битуминозный уголь и, наконец, в антрацит.

Ресурсы

Австралия занимает четвертое место в мире по запасам угля. С конца 1700-х годов в Австралии было добыто около 9100 миллионов тонн каменного угля и около 2300 миллионов тонн бурого угля, и эта отрасль по-прежнему обеспечивает значительную занятость, капиталовложения и внутренние и экспортные доходы национальной экономики.

Запасы каменного угля находятся в Новом Южном Уэльсе, Квинсленде, Южной Австралии, Тасмании и Западной Австралии, но на Новый Южный Уэльс и Квинсленд приходится наибольшая доля всех выявленных ресурсов Австралии. Эти два штата также являются крупнейшими производителями угля. Основными бассейнами по добыче черного угля в Австралии являются бассейн Боуэн (Квинсленд) и Сиднейский бассейн (Новый Южный Уэльс). Важные для местного значения предприятия по добыче черного угля также включают Колли в Западной Австралии и Фингал и Кимболтон в Тасмании.

Бурый уголь добывается в Южной Австралии, Западной Австралии, Тасмании, Квинсленде и Виктории. Бассейн Гиппсленд в штате Виктория содержит крупное месторождение мирового класса, толщина пластов которого может достигать 330 метров. Бассейн реки Отуэй (Виктория), бассейн реки Мюррей (Виктория и Южная Австралия), бассейн реки Северный Сент-Винсент (Южная Австралия) и бассейн реки Эвкла (Западная Австралия) также содержат значительные запасы бурого угля. Незначительные запасы находятся в бассейне Лонгфорд в Тасмании. В настоящее время бурый уголь добывается только в штате Виктория, где открытые шахты в Лой-Янге и Яллоурне поставляют уголь на близлежащие электростанции. Бурый уголь также добывается в Мэддингли для производства ополаскивателей почвы и удобрений. Другими продуктами, получаемыми из викторианского бурого угля, являются брикеты для промышленного и бытового использования, а также низкозольный и малосульфидный уголь.

Уголь является одним из крупнейших экспортных товаров Австралии с ежегодным объемом экспорта. В 2016 году экспорт угля из Австралии в основном осуществлялся в Японию, Индию, Европейский союз, Республику Корея и Тайвань на сумму около 40 миллиардов долларов.

Дополнительная информация о запасах и добыче угляиВыявленные минеральные ресурсы Австралии.

Добыча полезных ископаемых

В Австралии почти 80% угля добывается в шахтах открытым способом, в отличие от остального мира, где на добычу угля открытым способом приходится только 40% добычи угля. Добыча угля открытым способом возможна, поскольку угольные пласты находятся близко к поверхности. Такая добыча обходится дешевле, чем подземная, и позволяет извлекать до 90% полезных ископаемых. Многие пласты бурого угля залегают близко к поверхности и могут достигать сотен метров в толщину, поэтому их можно извлекать легко и недорого. Сначала снимается верхний слой почвы и сохраняется для последующего использования при восстановлении нарушенных земель. Поверхностная порода (называемая вскрышной породой), покрывающая уголь, затем взрывается взрывчаткой и удаляется экскаваторами. Вскрытый уголь, в свою очередь, подвергается дробеструйной обработке для разрушения пластов и загружается в большие грузовики, вмещающие до 300 тонн материала. Уголь транспортируется на перерабатывающий завод, где удаляются примеси.

Уголь, залегающий на глубине более нескольких сотен метров под поверхностью, должен добываться двумя способами подземной разработки. Часть угля добывается методом бортов и столбов. При этом машина постоянно врезается в уголь. Он прокладывает туннели через угольные пласты, оставляя столбы, поддерживаемые крепежными болтами для поддержания кровли. Альтернативой является разработка забоями, при которой для удаления угольного пласта используется большой режущий нож. Затем уголь транспортируется на поверхность на ленточном конвейере. После добычи угля машина демонтируется и перемещается в другую секцию шахты, что позволяет обрушить кровлю за ней.

Технический прогресс привел к внедрению автоматизированных систем разработки горных выработок. Кроме того, некоторые горнодобывающие компании используют беспилотные грузовики, поезда и беспилотные летательные аппараты для повышения безопасности и сбора информации.

Обработка

Каменный уголь можно использовать без какой-либо обработки, но обычно его измельчают, просеивают и сортируют в соответствии с требованиями заказчика. Иногда его также промывают, чтобы удалить остатки полезных ископаемых, которые не сгорают. Это улучшает качество и снижает образование золы при сжигании угля. Для промывки уголь помещают в емкости с жидкостями и химикатами, которые помогают извлекать больше угля, когда он всплывает на поверхность. Затем уголь оставляют высыхать. Он хранится в зависимости от размера и может быть смешан в соответствии со спецификациями заказчика. Оттуда его складируют или хранят в контейнерах, готовых к транспортировке автомобильным или железнодорожным транспортом.

Уголь более низкого качества, такой как полубитуминозный или бурый уголь, может быть очищен от влаги и других примесей. Это повышает эффективность использования угля в качестве топлива и снижает выбросы парниковых газов и других загрязняющих веществ при сжигании угля. На заводе "Виктория" бурый уголь обогащается с помощью технологии Coldry. Для измельчения угля на мелкие частицы используется механический сдвиг, который высвобождает воду, которая удерживалась в порах (отверстиях) угля. В результате этого процесса получается более плотный уголь в виде гранул.

Дополнительная информация

Черный уголь
Бурый уголь