Уголь: виды, состав, добыча и использование¶
Уголь — горючий осадочный породообразующий ископаемый углерод, образовавшийся в результате метаморфизма растительных остатков на болотах в течение миллионов лет. Относится к важнейшим видам топлива и сырья для химической промышленности. По содержанию углерода, летучих веществ и теплоты сгорания различают бурый уголь, каменный уголь и антрацит.
¶Происхождение
Уголь формировался преимущественно в палеозойскую (каменноугольный период, 359—299 млн лет назад) и мезозойскую эру из древесины древних папоротников, хвощей, плаунов и голосеменных растений. Растительные остатки откладывались в болотистых низинах, где в анаэробных условиях медленно разлагались, превращаясь сначала в торф, затем в лигнит (бурый уголь), далее — в каменный уголь и антрацит. Этот процесс сопровождался увеличением содержания углерода и удалением летучих веществ.
¶Состав и свойства
Основные компоненты угля: углерод (от 40 % в буром угле до 95 % в антраците), водород, кислород, азот, сера и минеральные примеси (зола). Ключевые свойства:
- Теплота сгорания — от 12—19 МДж/кг у бурого угля до 35 МДж/кг у антрацита.
- Содержание влаги — до 40 % у бурых углей, 5—15 % у каменных.
- Содержание летучих веществ — определяет тип угля и область применения.
- Зольность — остаток после сгорания, от 2 до 50 %.
¶Классификация
| Тип | Содержание C, % | Возраст | Теплота сгорания |
|---|---|---|---|
| Торф | 55—60 | — | 8—12 МДж/кг |
| Бурый уголь (лигнит) | 60—75 | мезозой, кайнозой | 12—19 МДж/кг |
| Каменный уголь | 75—95 | палеозой | 24—35 МДж/кг |
| Антрацит | 95—98 | палеозой | 33—36 МДж/кг |
Каменный уголь дополнительно подразделяют по маркам: длиннопламенный, газовый, жирный, коксуемый, полужирный, тощий, антрацитовый. Коксуемый уголь служит сырьём для производства кокса, необходимого в металлургии.
¶Месторождения и добыча
Крупнейшие угольные бассейны мира: Кузнецкий, Канско-Ачинский, Тунгусский и Печорский в России; Донецкий (Украина); Рурский (Германия); Аппалачский (США); Кархендский (Индия). Россия занимает второе место в мире по разведанным запасам угля (около 160 млрд т, примерно 15 % мировых) после США.
Добыча ведётся открытым (карьерным) и закрытым (шахтным) способами. В России открытым способом добывается около 70 % угля, преимущественно в Кузбассе и Хакасии. Крупнейшие угледобывающие компании: «СУЭК», «Угольная компания «Кузбассразрезуголь», «Мечел».
Объём добычи угля в России в 2023 году составил около 448 млн тонн — исторический максимум. Основные потребители российского угля — Китай, Индия, Южная Корея, Турция.
¶Применение
- Электроэнергетика — сжигание угля на ТЭС для выработки тепла и электроэнергии (около 40 % мировой электроэнергии).
- Металлургия — производство кокса для выплавки чугуна и стали.
- Химическая промышленность — синтез аммиака, жидких топлив, получения смол, кокса, активированного угля.
- Бытовое отопление — особенно в развивающихся странах.
¶Экологические аспекты
Сжигание угля сопровождается выбросами углекислого газа, оксидов серы, оксидов азота и ртути. На угольные ТЭС приходится около 30 % глобальных выбросов CO₂ из-за сжигания ископаемого топлива. В России действуют нормативы по ограничению выбросов, а угольные регионы (Кузбасс) подвержены проблемам угольной пыли и шахтных выбросов метана.
В ряде стран приняты программы по сокращению угольной генерации (Германия, Великобритания), однако мировое потребление угля остаётся высоким, прежде всего за счёт Азии.
¶Интересные факты
- Название «уголь» происходит от латинского carbo — «горящий, обугленный».
- Каменный уголь иногда называют «запечённым солнечным светом» — солнечная энергия, запасённая растениями 300 млн лет назад.
- В России уголь добывают с XVIII века; первые промышленные шахты появились в Донбассе и Кузбассе в конце XIX века.
¶Источники
- Государственный доклад «О состоянии и использовании минерально-сырьевых ресурсов Российской Федерации».
- BP Statistical Review of World Energy.
- Энциклопедический словарь горняка. Под ред. А. А. Скочинского.
- Минералогия и петрография угля. Учебник для вузов.