Каменный уголь

КАМЕННЫЙ УГОЛЬ, разновидность углей ископаемых, занимающая промежуточное положение по степени углефикации («метаморфизма») между бурым углем и антрацитом; твёрдое горючее полезное ископаемое. Представляет собой плотную породу чёрного, иногда серо-чёрного цвета с блестящей или матовой поверхностью. Состоит из горючего органического вещества, влаги и минеральных примесей, образующих при сжигании золу (оксиды кремния, железа и алюминия, редкие и рассеянные элементы - германий, вольфрам, ванадий, титан, а также драгоценные металлы). В органическом веществе содержится (по массе) 75-92% углерода, 2,5-5,7% водорода, 2-10% кислорода, до 1,5% азота, 0,5-4% серы (входит также в состав минеральной части угля, так называемая неорганическая сера). Влажность 1-12%. Содержание минеральных примесей (каолинит, иллит, пирит, сидерит, анкерит, кальцит, кварц и др.) может достигать 40%, при большем их содержании породу называют углистым сланцем. Плотность каменного угля зависит от петрографического состава, количественного содержания и характера минеральных примесей, а также степени метаморфизма. Наименьшей плотностью (1280-1300 кг/м³) характеризуются компоненты витринита группы, наибольшей (1300-1500 кг/м³) - группы инертинита (смотри Микрокомпоненты углей). Важными технологическими характеристиками каменного угля являются: выход летучих веществ 2-45% (смесь газов и паров, выделяющихся в результате разложения органической массы угля при нагревании её до температуры 840-860 °С без доступа воздуха), теплота сгорания в пересчёте на сухое беззольное состояние вещества 30-37 МДж/кг; спекаемость (способность переходить при быстром нагревании без доступа воздуха в связанное пластическое состояние) и коксуемость (способность при медленном нагревании без доступа воздуха давать твёрдый пористый остаток - кокс и побочные продукты - коксовый газ и коксовые масла).

По генетическому типу органического вещества большинство каменного угля относится к гумолитам; сапропелиты и сапрогумолиты значительно меньше распространены и слагают в основной толще каменного угля линзы или небольшие прослои.

По внешним признакам каменные угли разделяются на блестящие, полублестящие, полуматовые, матовые. Как правило, блестящие разности угля малозольны вследствие незначительного содержания минеральных примесей. Различают макрокомпоненты угля (литологические типы углей) - витрен, кларен, дюрен, фюзен (пласты могут быть сложены одним из указанных литотипов, но чаще их чередованием, так называемые полосчатые угли) и микрокомпоненты угля (мацералы) - витринит, семивитринит, инертинит, липтинит.

Каменные  угли образуются из продуктов разложения органических остатков преимущественно высших растений в результате регионального метаморфизма вмещающих их отложений. В условиях повышения давления и температуры при погружении угленосной толщи на глубину происходит последовательная углефикация органической части каменного угля - изменение химического состава, физических  свойств и молекулярного строения. На конечной (высшей) стадии углефикации каменный уголь преобразуется в антрацит и графит (с отчётливо выраженной кристаллической структурой). Менее распространены преобразования органической части каменного угля от воздействия тепла изверженных пород на вмещающие отложения (термальный метаморфизм), а также при их непосредственном контакте с угольными пластами (контактовый метаморфизм).

Возрастание степени углефикации в органическом веществе каменного угля вызывает последовательное увеличение относительного содержания углерода и уменьшение содержания кислорода и водорода, снижение выхода летучих веществ. Меняются также и физические свойства угля (пористость, плотность, спекаемость, теплота сгорания, упругие свойства и пр.). В качестве оптического критерия степени «метаморфизма» (углефикации) углей используется показатель отражения витринита, который с увеличением степени углефикации последовательно возрастает от 0,5-0,65% до 2-2,5%.

За основу промышленной классификации каменных углей в отдельных странах принимаются различные параметры свойств и состава углей. В России каменный уголь по комплексу параметров (показателю отражения витринита, сумме витринита и семивитринита - так называемых отощающих компонентов, выходу летучих веществ, степени спекаемости, коксуемости) подразделяются на марки, группы и подгруппы. По мере возрастания степени углефикации различают 6 марок углей (с последовательным увеличением содержания углерода от марки Д к марке Т от 76 до 92%, уменьшением выхода летучих веществ с 42 до 7-12%): длиннопламенные (Д), газовые (Г), жирные (Ж), коксовые (К), отощённые спекающиеся (ОС), тощие (Т). В США, например, каменные угли классифицируются по теплоте сгорания, содержанию связанного углерода и относительному содержанию летучих веществ, в Японии - по теплоте сгорания, так называемому топливному коэффициенту и крепости кокса или неспособности к коксованию.

Образование каменного угля характерно почти для всех геологических систем - от девона до неогена (включительно), наиболее широко распространены они в отложениях карбона, перми, юры. Залегают каменные угли в форме пластов и линзовидных залежей различной мощности (от долей метра до нескольких десятков и сотен метров) на разных глубинах (от выходов на поверхность до 2500 м и глубже).

В России каменные угли, в том числе коксующиеся, содержатся в Тунгусском, Кузнецком, Ленском, Печорском, Таймырском, Южно-Якутском, Иркутском, Донецком, Минусинском, Улуг-Хемском, Буреинском, Зырянском, Партизанском, Раздольненском и Кизеловском бассейнах, а также на ряде угольных месторождений Дальнего Востока.

Наиболее известные разрабатываемые бассейны каменного угля зарубежных стран: Датун (Китай), Аппалачский, Иллинойсский (США), Сиднейский, Боуэн (Австралия), Йоркширский, Ноттингемширский, Нортамберленд-Даремский, Южно-Уэльский (Великобритания), Дамодарский (Индия), Нижнерейнско-Вестфальский (Рурский, Германия), Альберта (Канада), Карагандинский, Экибастузский (Казахстан), Витбанк (ЮАР), Донецкий, Львовско-Волынский (Украина), Верхнесилезский, Люблинский (Польша), Остравско-Карвинский (Чехия), Зонгулдакский (Турция).

Мировые общие запасы каменного угля (89 стран, 2004)составляют 4,34 триллионов тонн, разведанные - 593,7 миллиардов тонн. Крупнейшими общими запасами (млрд. тонн) обладают: Китай (857,9), США (568,3), Австралия (271,2), Великобритания (230,4), Индия (196,0), Германия (125,6), Россия (124,8), Канада (115,4), Казахстан (113,0), ЮАР (83,9); разведанными - США (111,3), Индия (92,3), Россия (92,0), Китай (62,2), Австралия (55,800), ЮАР (48,750), Чили (30,8), Казахстан (28,2), Украина (16,3), Польша (14,0). Мировая добыча каменного угля 4,6 миллиардов тонн, главные угледобывающие страны: Китай (1,96), США (0,93), Индия (0,37), Австралия (0,29), ЮАР (0,24), Россия (0,19), Индонезия (0,13), Польша (0,1), Казахстан (0,08), Украина (0,06). Главные экспортёры (млн. тонн) - Австралия (223,7), Индонезия (105), Китай (102), Россия (72), ЮАР (67,8),Колумбия (49), США (43,5), Канада (27,1), Казахстан (22), Польша (20,8); импортёры - Япония (179,8), Германия (41,6), Великобритания (36,1), США (24,7), Италия (24,7), Испания (24,5), Индия (23,5), Нидерланды (22,6), Канада (22,5), Россия (20).

Каменный  уголь используется как бытовое и энергетическое топливо, сырьё при производстве кокса и полукокса с получением большого количества химических продуктов (нафталин, фенолы, пек и др.), на основе которых производят удобрения, пластмассы, синтетические волокна, лаки, краски и т. п. При переработке каменного угля получают также активные угли, искусственные графиты и т. д.; в промышленных масштабах извлекается ванадий, германий и сера; разработаны методы получения галлия, молибдена, цинка, свинца. Перспективное направление использования каменного угля - гидрирование угля для получения синтетического жидкого топлива, а также газификация угля.

Лит.: Еремин И. В., Броновец Т. М. Марочный состав углей и их рациональное использование. М., 1984; Угольная база России / Под редакцией В. Ф. Череповского. М., 1996-2004. Т. 1-6; Волков В. Н. Основы геологии горючих ископаемых. СПб., 2005; Российская угольная энциклопедия: В 3 т. / Под редакцией Е. А. Козловского и др. СПб., 2004-2007.