Происхождение ископаемых углей
слительно-восстановительный потенциал. Жизнедеятельность бактерий
зависит от потенциала. Процессы превращения остатков органических
соединений при свободном доступе кислорода (аэробные условия) и воды
аналогичны медленному горению и называются тлением. Гумификация
(перегнивание) характеризуется недостаточным доступом воздуха (анаэробные
условия) и влаги. Этот процесс приводит к накоплению зауглероженного
остатка (гумуса), часть которого может растворяться в воде. Превращение
органических веществ в условиях избытка влаги и отсутствия кислорода широко
распространено в природе и называется оторфением; оно приводит к появлению
твёрдых гумусовых продуктов. Образование сапропелей из водорослей и
планктона протекает в отсутствие кислорода под слоем воды
(восстановительные реакции) и известно как процессы гниения, или
гнилостного брожения.
Превращение органических веществ в торф происходит в результате
протекающих химических реакций и деятельности бактерий, поэтому называется
биохимической углефикацией. Превращение торфа через стадию бурых углей в
антрациты называется углефикацией. Степень углефикации характеризуется
уплотнением (повышением плотности), изменением содержания С, О, Н и выхода
летучих. Процесс углефикации ускоряется с ростом температуры и глубина его
зависит от времени; давление замедляет химические реакции, протекающие при
этом.
4. Петрографическая характеристика углей
результаты петрографического исследования углей (от греческого petros –
камень, grapho – пишу) позволяют установить природу исходных органических
материалов, их генезис, классификацию ТГИ и выбор рационального
использования в народном хозяйстве. В настоящее время петрографические
исследования углей широко применяются при разведочных и поисковых работах,
а петрографические характеристики являются обязательными при утверждении
запасов. Так, в результате исследования углей установлено, что они не
являются гомогенным веществом. Мецералы (macerare – размягчать) не обладают
кристаллическим строением, различаются по химическому составу и физическим
свойствам. В углях обнаружены превращённые частицы растительного и
животного происхождения (например, водоросли, пыльца, споры, кутикулы,
смоленые тельца), которые получили название форменных элементов. Другие
вещества, которые претерпели более глубокие изменения не могут быть
отнесены к каким-либо определённым исходным веществам, называют основной
массой, которая в тонких шлифах разделяется на прозрачную и непрозрачную
(опакмассу).
Все мацералы делятся на три группы – витринит, экзинит (липтинит) и
инертинит, причём в основе объединения оп группам лежит присущий им
химический состав, происхождение и свойства.
Чаще всего встречаются ассоциации мацералов, причём такие сочетания
называются микролитотипами. Последние подразделяются на моно-, би- и
тримацеральные; при их отнесении к той или иной группе действует «правило
5%»: примесь нетипичных мацералов не должна превышать 5 % на полированной
поверхности 50Ч50 мкм. Разновидности литотипов углей можно различить
невооруженным глазом. Витрен – блестящий, кларен – полублестящий, дюрен –
матовый и фюзен – волокнистый уголь. Сапропелевые угли в отличии от
гумусовых не содержат слоистостей, однородные по составу и более прочные.
Они делятся на кеннельские угли и богхеды.
Витриниты являются основным компонентом типичных блестящих углей; они
образуются из лиственных и древесных тканей в основном за счёт углефикации
лигнина и целлюлозы. Широкое распространение витринита в твёрдых горючих
ископаемых, однородность его состава, физических и химических характеристик
обусловили широкое применение его для определения степени и возраста
углефикации при сопоставлении различных отложений. По сравнению с группой
экзинита витринит содержит меньше водорода и больше кислорода, в его
структуру входят алифатические и ароматические фрагменты. Содержание
ароматических структур с возрастом органической массы угля увеличивается от
25 до 65 %, доля летучих достигает 35 – 40 %, а смол полукоксования – 12 –
14 %.
Экзинитная группа содержит остатки сине-зелёных водорослей (алгинт),
спор и пыльцы (споринит), полимеризованные смолы или углеводороды, жиры,
кутикулы листвы и растений (кутинит), воскообразный эпидермис.
Полимеризованные продукты пропитывают древесные ткани или минералы, образуя
резенит или диффузный полимеризованный битум. При разложении экзинита
выделяется 60 – 90 % летучих веществ, 40 – 50 % смол полукоксования; он
практически не растворим, молекулярная масса ? 3000, в основе структуры –
ассоциированные нафтеновые и ароматические гетероциклические системы.
Группа инертита включает фюзенит (древесный уголь после пожаров или
обугливания), окисленные остатки, грибки, полимеризованные смолы или
углеводороды. Элементный состав фюзенита разнороден; он содержит много
гидроксильных групп и ароматических ядер, выделяет 8 – 20 % летучих, до 4 %
смолы полукоксования.
Витринит при 380 – 450 0С «плавится» и затем образует вспученный кокс.
Экзинит также обладает некоторыми коксующимися свойствами. Мацералы группы
инертита обладают низкой химической активностью, которая незначительно
меняется при метаморфизме. Отличаясь высоким выходом летучих, витринит
определяет коксуемость углей, а экзенит характеризует пластические свойства
углей. Подбирая состав шихт из отдельных мацералов в определённом
соотношении, можно значительно расширить сырьевую базу для производства
кокса.
Для изучения физических и химических свойств петрографических
ингредиентов их необходимо выделить из угольной массы. Витрен, фюзен, дбрен
и кларен можно разделить вручную, особенно в молодых углях; в зрелых
каменных углях трудно отделить кларен от дюрена. Другой метод заключается в
растирании угольного вещества. При этом наименее твёрдый дюрен переходит в
мелкие классы. Концентраты ингредиентов можно получить разделением их в
жидкостях с различной плотностью.
Классификация углей
Рациональное использование твёрдых горючих ископаемых в народном
хозяйстве возможно при наличии классификации, учитывающей весь комплекс
физических, химических и технологических свойств. Однако, несмотря на
многолетние работы в этой области, до сих пор не существует единой
промышленно-генетической классификации.
В соответствии с американской классификацией угли разделяют на
несколько классов, отличающихся содержанием влаги и летучих, а также
теплотой сгорания. В основе классификации Грюнера лежит элементный состав,
отношение О/Н, плотность, выход и состав кокса. Близкой к ней является
классификация Брокмана, основанная на сопоставлении данных о естественной
влажности, элементном составе, плотности, выходе и свойствах кокса.
Немецкий палеоботаник Потонье создал первую генетическую классификацию
твёрдых горючих ископаемых всех видов. В основе её было деление минералов,
образованных из живых организмов. Минералы, названные биолитами, он
разделил на негорючие – акаустобиолиты и горючие – каустобиолиты.
Каустобиолиты были разделены на три подгруппы: гуммиты (из многоклеточных
растений), сапропилиты (из водорослей и планктона) и липтобиолиты (из
устойчивых частей растений). К сожалению, современные методы исследования
твёрдых горючих ископаемых не позволяют чётко установить взаимосвязь между
их происхождением, свойствами и направлением использования в народном
хозяйстве. Это объясняется тем, что из одного исходного органического
материала в зависимости от глубины и условий превращения могут
образовываться топлива различных видов. Г. Л. Стадников в основу
разработанной им естественной классификации положил взаимосвязь между
происхождением, физико-химическими свойствами исходного материала и
стадиями их превращения. Он пришёл к выводу, что помимо сапропилитовых и
гумусовых углей существуют угли смешенных классов – гумусо-сапропилитовые и
сапропилито-гумусовые, а исходная органическая масса претерпевает три
стадии физико-химических превращений: торф, бурый и каменные угли. Следует
отметить, что классификация Г. Л. Стадникова не включает все твердые
горючие ископаемые (например, липтобиолиты) и не может быть использована
для их промышленной оценки.
По генетической классификации Ю. А. Жемчужникова угли подразделяются на
две группы, каждая из которых состоит из двух классов:
Таблица 2
Генетическая классификация твёрдых горючих ископаемых по Ю. А.
Жемчужникову
|Первая группа. Гумолиты – высшие |Вторая группа. Сапропелиты – низшие |
|растения |растения и животный планктон |
|I класс – гумиты |III класс – сапропилиты (сохранены |
|(лигнино-целлюллозные, смолы, |водоросли и планктонные остатки) |
|кутиковые элементы) | |
|II класс – липтобиолитовые (смолы, |IV класс – сапроколлиты (водоросли |
|кутиковые элементы) |превратились в бесструктурную массу) |
В классификации Жемчужникова, в отличии от класс
| | скачать работу |
Происхождение ископаемых углей |