Чем полезен каменный уголь для человека

Главная > Часто задаваемые вопросы > Применение каменного угля

Каменный уголь накапливается в природе в течение миллионов лет. Человечество знает о нем с давних времен. Но активно он начал использоваться всего 270 лет назад. И хватит его еще на 500 лет при современных темпах добычи уже разведанных запасов.

Как топливо каменный уголь использовали еще в древней Греции и Китае, где его добывали примитивными способами. Известно, что в Украине люди добывали и использовали его в качестве топлива для создания бытовых предметов уже в IX-X столетиях. А поиск, разведка и промышленное применение каменного угля в России началось в XVIII столетии.

Каменный уголь имеет различные технологические и генетические характеристики, что дает возможность применять его как в качестве топлива, так и в других сферах. Так, он нашел свое применение в сельском хозяйстве и химической промышленности. Например, из него изготавливают кристаллические решетки и коксовый газ. Из последнего делают углеводороды, которые идут на производство красок, лаков, линолеума и так далее.

Это далеко не все области применения, которыми может похвастаться каменный уголь. С каждым днем добыча и использование этого полезного ископаемого растут, поэтому и увеличиваются возможности его внедрения.

Сферы применения

Около 25% потребляемого объема каменного угля используется для технологических целей на промышленных предприятиях. Его перерабатывают либо применяют как сырье для производства кокса. Остальные 75% идут на выполнение энергетических задач. При этом больше половины этого объема используется в тепловых электрических станциях, а оставшаяся часть – в районных и промышленных котельных, а также для коммунально-бытовых, сельскохозяйственных, строительных и иных нужд.

Каменный уголь востребован во многих странах мира. С каждым годом объемы его использования только возрастают.

Таблица потребления каменного угля согласно последним статистическим данным (за 2015 год)

Таким образом, на первом месте по потреблению находится Китай, а Россия занимает пятую позицию.

Для наглядности, ниже представлены статистические данные о добыче каменного угля по всему миру в миллионах тонн.

Таблица добычи каменного угля согласно последним статистическим данным (за 2015 год)

Как и в таблице по потреблению, первое место по добыче занимает Китай. Россия расположилась на 6 месте.

А теперь перечислим основные сферы применения каменного угля:

Для отопления
Для удобрения почвы
Для получения жидкого топлива
Другие области использования

Ниже мы расскажем более подробно о каждом предназначении.

Для отопления

Основное применение каменного угля – это отопление зданий и помещений. Его используют и для печного отопления частных домов, и для промышленных котельных.

У нас вы можете купить каменный уголь для:

Промышленных котлов
Домашних котлов

Пройдя по ссылкам, вы сможете узнать, какой именно вид топлива подходит для домашнего и промышленного отопления.

В этой сфере каменный уголь обладает массой преимуществ:

Одна закладка топлива в котел горит в течение 10-12 часов.
Сырье можно использовать и в стационарных печках, и в переносных котлах.
У каменного угля высокая теплота сгорания – лучшим считается тот, у которого показатель теплоотдачи выше 4700 ккал/кг.
Топливо легко перевозить и хранить.
Для отопления каменным углем не нужно сооружать сложные конструкции. Так, например, для газа прокладывают газопровод, для электрического отопления – электрическую сеть. В случае с углем все это не требуется.

Рассматривая преимущества использования каменного угля, нельзя не сказать о том, что при сгорании из него образуются парообразные и газообразные летучие продукты. Они негативно влияют на окружающую среду. При сгорании можно увидеть серовато-желтый, светло-серый или темно-серый дым. У древесного топлива он легкий и поднимается вверх, а у каменного угля он более темный и тяжело рассеивается в атмосферных слоях.

Негативные последствия использования каменного угля проявляются тем, что в почве оседают вредные соединения. Затем они попадают в растительные культуры, а потом по пищевой цепочке в организм животных и человека. Поэтому применение каменного угля низкого качества может негативно сказаться на здоровье людей. По этой причине перед продажей материал проверяются специалистами Роспотребнадзора.

Для того чтобы отопление каменным углем было эффективным, при выборе учитывается много факторов:

Площадь объекта
Толщина и материал стен
Тип и состояние дверей и окон
Вид котла или печи
Схема закладки сырья
Продолжительность холодного периода и температура в регионе

Для удобрения почвы

Для почвы каменный уголь используют в виде золы. Ее вносят при выращивании растений, которые сильно нуждаются в сере.

К культурам, которые можно удобрять золой каменного угля, относятся:

Лук
Горчица
Бобовые
Чеснок
Капуста
Хрен
Редька

При внесении угольной золы нужно учитывать, что в глинистые и тяжелые грунты ее вкапывают на глубину 20 см. Из-за вымывания осадками ее вносят в глинистые почвы под зиму, а в песчаные – весной.

Каменноугольное удобрение применяют в виде:

Раствора
Он готовится следующим образом: на 10 л воды добавляют 100 г угольной золы. Им поливают растения под корень. Перед применением раствор обязательно нужно разболтать, так как на дне емкости образуется осадок.
Настоя
10-литровое ведро наполняют на 1/3 золой и до краев наливают горячую воду. Смесь настаивают 2 дня, процеживают и используют для опрыскивания или внекорневой подкормки огородных и садовых культур.
Сухого удобрения
Его вносят не более 3 кг на 100 м2, раскидывая по участку и перекапывая на глубину минимум 10 см.

Подкормка каменным углем содержит сульфиты, которые могут негативно повлиять на растения. Но сульфиты под воздействием кислорода окисляются, и отрицательное воздействие нивелируется. По этой причине золу после сгорания сразу не вносят, а просеивают и просушивают в сухом месте около 7-10 дней. После этого ее нужно или сразу вносить, или хранить в герметично закрытой таре.

В золе каменного угля содержатся окислы кремния, благодаря которым можно разрыхлить тяжелые глинистые и мокрые земли. Они усиливают структуру однородного грунта, увеличивая его влагопропускную способность и плодородие. Еще одной важной особенностью считается практически полное отсутствие хлора, который в больших количествах губительно воздействует на растения.

Каменноугольное удобрение не используется в песчаных грунтах и земле с высокой кислотностью. Дело в том, что в нем много серы, которая преобразуется в соли серной кислоты и способствует повышению кислотности. Рекомендуется сочетать золу с органическими (навоз, помет, перегной), аммониевыми и содержащими кальций подкормками.

Стоит отметить, что вносить золу каменного угля нужно в объеме не больше 5% от общей массы земли. Дело в том, что после сгорания в ней образуются тяжелые металлы и радиоактивные элементы. Избыточное внесение может привести к накоплению этих веществ, которые поглотят растения. Таким образом, только соблюдая пропорции, можно повысить плодородность грунта без вреда для растений.

О том, как еще можно улучшить плодородность земли, читайте на странице Плодородие почвы: как его сохранить и повысить.

Для получения жидкого топлива

Главная проблема при использовании каменного угля – это много остаточных продуктов горения. Это привело к тому, что ученые создали способы получения жидкого топлива из угля. Такой синтетический топливный продукт имеет более удобную форму сжигания и не содержит много вредных компонентов.

Есть два проверенных способа:

Гидрогенизация
Газификация

Далее мы рассмотрим каждый способ.

Гидрогенизация

Для получения 800 кг топлива берут 1 т каменного угля. Для процесса главное, чтобы в угле содержалось 35% летучих элементов. Процесс гидрогенизации предполагает, что в уголь добавляют недостающий водород. С этой целью сырье помещают в автоклав и нагревают. Внутри температура составляет 500°С, а давление – 200 Бар. При такой методике получения жидкого топлива сырье проходит в автоклаве две фазы – жидкую и паровую. Уголь насыщается водородом, и происходит распад сложных органических соединений на простые. На выходе получается синтетический бензин или дизельное топливо. Теперь можно понять, насколько сложно такое производство. Самостоятельно наладить его не получится.

Газификация

Она представляет собой разложение твердотопливной продукции на газы. Для получения топлива их потом трансформируют в жидкий вид. Есть несколько способов газификации угля.

Первый метод – Фишера-Тропша. Он трудоемок и требует наличия сложного оборудования. Это нерентабельно, потому как тратится много каменного угля. И получается, что готовый бензин купить куда дешевле. К тому же, в процессе газификации выделяется огромное количество углекислого газа, а это небезопасно.

Второй способ – термический. Он подразумевает нагрев сырья без кислорода. Для него тоже нужно специальное оборудование, поскольку температура трансформации угля в газ равна 1200°С. Главное преимущество термической газификации состоит в том, что одна часть газа идет на подогрев сырья, а другая на синтезирование топлива. Это минимизирует затраты, ведь каменный уголь подогревает себя сам.

Все способы получения топлива из каменного угля организуются только в промышленных условиях. Дома это сделать невозможно и совсем небезопасно.

Другие области использования

Каменный уголь нашел свое применение и в других областях.

После первичной переработки из него получают:

Кокс
Каменноугольную смолу
Аммиак

Затем на основе этого сырья изготавливают толуол, бензол, карбид кальция, нафталин, антрацен. В свою очередь эти компоненты входят в состав такой продукции как парфюмерные средства, растворители, пластмассы, лекарственные препараты, уксусная кислота, краски, взрывчатые вещества. То есть даже такие привычные нам духи, столовый уксус и некоторые лекарства – это производное каменного угля.

В остальных сферах жизни использовать каменный уголь нужно крайне осторожно. В некоторых случаях применять его нежелательно. Так, этот материал не подходит для мангала, на нем нельзя жарить шашлык, его не используют для розжига обычных костров, не добавляют в кальян. С чем это связано?

Дело в том, что у каменного угля высокая температура горения и большое содержание летучих веществ. А чтобы его разжечь своими силами, надо сильно постараться. К тому же, в материале есть примеси тяжелых металлов и опасных веществ. Да, их процент крайне мал, но он есть. По этой причине, кстати, не стоит давать золу каменного угля в качестве подкормки животным. В этом случае лучше использовать золу безопасного древесного угля.

Также каменный уголь не применяется в строительных и дорожных работах, в благоустройстве территории.

Каменный уголь – неотъемлемая часть нашей жизнедеятельности. Его использование оправдано в самых разных сферах, начиная от отопления, и заканчивая народным хозяйством и медициной.

Хотите узнать больше?

О том, что такое каменный уголь, какие у него есть виды и свойства, читайте на странице Каменный уголь.

Другие полезные статьи и советы по этому материалу вы найдете в разделе Все о каменном угле.

Хотите узнать, какой материал подойдет для ваших целей?

Тогда рекомендуем изучить нижеуказанные страницы. На них вы найдете подробную информацию о том, как выбрать каменный уголь для тех или иных работ.

Каменный уголь для домашних котлов
Каменный уголь для промышленных котлов

Источник

Для обогрева помещений, получения химических соединений, редких элементов, производства лаков, красок, пластмассы и прочих нужных продуктов используется каменный уголь. Он недорог, несложен в обработке и незаменим в промышленности.

Каменный уголь

Что такое каменный уголь

Каменный уголь – это полезное ископаемое, добыча которого необходима для жизнедеятельности человека. С его помощью осуществляются многие процессы, где требуется тепловое воздействие, добываются редкие химические элементы. Ранее им топили печи, но это уходит все дальше в прошлое.

Внешне это блестящий или матовый, неровный черный или темно-бурый экземпляр, напоминающий камень, но не являющийся таковым. В отличие от камня, он крошится в руках при нажиме и горит.

Классификация каменных углей

В основе классификации лежат химические и физические свойства ископаемого. Общее разделение:

Бурый уголь – образовался позднее других видов. Отличается низкой температурой сгорания.
Каменный – самый распространенный и используемый вид. Добывается открытым способом или в шахтах.
Антрацит – наиболее древний и твердый представитель. Имеет самую большую температуру сгорания из всех видов.

Бурый уголь отличается от каменного:

цветом;
меньшим содержанием азота и углерода;
тем, что легче горит;
дает больше дыма;
выделяет меньше тепла.

Минерал разделяется по степени углефикации и размерам. На основе этих параметров была придумана и внедрена маркировка, отражающая характеристики конкретного сорта ископаемого. Это удобно для использования в промышленности.

Смотрите познавательный видеообзор про минерал:

По степени обогащения

Перед использованием добытую породу подвергают обработке – обогащению. Это увеличение содержания углерода за счет очищения от минеральных примесей, что повышает горючесть.

Часто применяется мокрый способ – ископаемое загружают в водную среду, в которой идет расслоение на примеси и камень. Это происходит из-за того, что минеральные добавки имеют меньшую плотность. Машины для такого обогащения называются отсадочными.

Промышленное разделение по степени обогащения минерала:

Промпродукты. Используются в металлургии.
Концентраты. Из них получают энергию для электростанций, отопления.
Шламы – мелкая угольная пыль. Идет для нужд населения, для этого ее прессуют в брикеты.

По степени углефикации

Углефикация – процесс превращения торфа в бурый уголь или каменного – в антрацит. Это степень насыщения углеродом конкретного куска ископаемого, определяющая его свойства – горючесть, спекаемость, теплоту сгорания. Зависит от возраста – чем он меньше, тем ниже степень углефикации.

Наивысшей степенью углефикации обладает антрацит, низкой – блестящие угли марок М и Д, остальные типы относятся к средней степени.

По размерам

Добываемые ископаемые отличаются по длине и ширине (это называется фракция), потому существует классификация, где куски определенного размера имеют свое название, сокращенно обозначаемое одной буквой.

Иногда такое разделение называется сортом. Хотя используется буквенное обозначение, к маркам это не имеет отношения.

Классификация по размерам (фракциям):

Название	Размер, мм
Плитный (П)	Более 100
Крупный (К)	51–99
Орех (О)	25–50
Мелкий (М)	13–24
Семечко (С)	6–12
Штыб (Ш)	Менее 6
Рядовой (Р)	Несортированный, имеющий в составе куски разного размера

Марки каменного угля

Минерал подразделяют на марки, деление основано на составе и способности к горению:

длиннопламенные (Д);
газовые (Г);
газовые жирные (ГЖ);
жирные (Ж);
коксовые жирные (КЖ);
коксовые (К);
отощенные спекающиеся (ОС);
тощие (Т);
слабоспекающиеся (СС);
полуантрациты (ПА);
антрациты (А).

Каменный уголь марки Д чаще других используется в ЖКХ и энергетике благодаря следующим свойствам:

много летучих веществ (от 39 %);
мало серы (менее 0,5 %);
мало золы;
теплота сгорания 4700–5400 ккал/кг – это хороший показатель;
содержание воды – 15–16 %;
высокая теплоотдача.

Камень отличается ярким блеском, добывается на территориях Красноярского края и Хакасии.

Происхождение каменного угля

Минерал начал образовываться задолго до появления человека. Примерный возраст – 400–200 миллионов лет. До сих пор у ученых нет однозначного мнения касательного того, растения какой группы образовали залежи каменного угля. Большинство считают, что это папоротниковидные.

Существуют 4 основные теории, пытающиеся объяснить, как образовался каменный уголь:

Самая распространенная – образование торфа, а затем угля произошло из-за распада папоротников, плаунов, хвощей. Однако эта теория не может объяснить пласты ископаемых толщиной в 400–700 метров. Ведь для образования 500 метров ископаемых требуется 2000 метров торфа, т. е. растения одних видов должны были произрастать на территории миллионы лет без изменений погодных условий.
Термическая теория – медленное тление растительных остатков в условиях среды с малым содержанием кислорода с постепенным превращением в обычный уголь, а затем – в каменный. Однако при этом внутри ископаемых не сохранились бы части растений.
Версия с морской водой. Упав в океан, растения подвергались длительному процессу углефикации, находясь под давлением и без кислорода. Теория подтверждается морскими находками – водорослями, песком.
Абиогенная – уголь появлялся путем нагревания метана в присутствии водорода и углекислого газа. По этой теории, находки в пластах являются не остатками растений, а пиролитическим графитом, потому нельзя достоверно определить возраст добываемых ископаемых.

При добыче и обработке в пластах ископаемого иногда встречаются удивительные находки:

вертикально стоящие стволы деревьев;
огромные каменные глыбы весом до 73 кг, имеющие метаморфическое или вулканическое происхождение;
изделия из золота и металла, что указывает на продолжающийся процесс углеобразования;
моллюски, раковины, кольчатые черви;
округлые предметы, напоминающие яйца динозавров.

За происхождение каменный уголь называют консервами солнечной энергии – растения способны накапливать ее в листьях, побегах.

Месторождения и добыча породы

Ископаемое широко распространено – его запасы составляют 15 % от всей суши. Тройка стран-лидеров по добыче каменного угля:

США – мировой лидер. Процент залежей составляет 23 – это более 1600 миллиардов тонн.
Россия. Залежи оцениваются в 13 %.
Китай. Показатель стремится к 11 %.

В России каменный уголь добывают в Кемеровской области, в Кузнецком месторождении, где находится 640 миллиардов тонн ископаемых. Открытие произошло в 1721 году М. Волковым. В 1842 году П. Чихачев оценил запасы бассейна. Во 2-й половине XIX века в Кузбассе начали добывать каменный угль.

В Якутии находится Эльгинское месторождение, его запасы составляют около 2 миллиардов тонн, в Тыве перспективны для разработки Элеготсткие залежи. Другие бассейны – Ленский, Тунгусский, Иркутский, Южно-Якутский, Печерский.

В США самые большие залежи расположены в штате Иллинойс (запас более 360 миллионов тонн).

В Казахстане находится 162 миллиарда тонн ископаемого. Одно из самых крупных месторождений – Экибастузское, другие бассейны:

Шубарколь и Кызылтал – по 2 миллиарда тонн;
Шоптыколь, Мамыт и Эгинсай – по 1 миллиарду тонн;
Каражыра – 890 миллионов тонн.

Месторождения каменного угля обозначают на карте в виде определенного символа – черного квадрата, а бурого – заштрихованного.

В республике Хакассия основное месторождение находится в Минусинской котловине. Разработки ведутся с 1904 г. Хакасский каменный уголь добывают в Изыхском и Черногорском бассейнах.

В Африке добывают минерал на территориях:

Зимбабве;
Мозамбика;
ЮАР.

Страны-экспортеры каменного угля по рейтингу, объем указан в миллионах тонн в год:

Австралия – 193;
Китай – 91;
ЮАР – 69,3;
Индонезия – 66,4;
США – 44,1;
Россия – 41;
Колумбия – 37,1;
Канада – 30,6;
Казахстан – 28;
Польша – 23.

Смотрите передачу о добыче камня в России:

Физико-химические свойства камня

Основной элемент камня – углерод, потому он хорошо и долго горит. Помимо этого, в нем содержится вода. Соотношение элементов зависит от возраста минерала:

Название угля	% воды	% углерода	% летучих веществ	Как воспламеняется	Как горит	Теплоотдача
Бурый	До 43	До 45	До 50	Хорошо	Хорошо	Низкая
Каменный	До 12	75–95	До 32	Отлично	Хорошо	Средняя
Антрацит	1–3	85–95	Менее 9	С трудом	Слабо, без дыма из-за малого объема летучих примесей	Высокая

Свойства:

удельный вес – 1,5–1,7 г/см2;
температура горения в печи – 700–1100 °С;
блеск – выраженный, с металлическим оттенком, реже – золотистый;
удельная теплоемкость – 1300 Дж/(кг × К);
удельная теплота сгорания – 5700 ккал/кг;
излом – неровный, раковистый;
твердость угольной золы по шкале Мооса – 2;
срок хранения каменного угля – 6–18 месяцев.

К просмотру передача, где ученый в занимательной форме рассказывает про свойства минерала:

Применение каменного угля в промышленности

В отношении каменного угля, используемого в промышленности, применяется ГОСТ 32464-2013 – постановление, в котором описаны технические требования, методы определения химического состава, классификация по разным параметрам.

В основе использования ископаемого лежит реакция пиролиза каменного угля – нагревание без каких-либо реагентов. В современной промышленности все чаще используются различные химические добавки, ускоряющие реакцию. Этапы пиролиза:

конденсация;
полимеризация;
ароматизация;
алкилирование.

Отдельно выделяют:

Низкотемпературный пиролиз, протекающий при 500–600 °С. Это полукоксование.
Высокотемпературный процесс, или коксование. Идет при 900–1100 °С.

Все продукты коксования делятся на 3 группы:

Твердые – кокс. Используется в черной и цветной металлургии.
Жидкие – каменноугольная смола. Из нее получают более 250 химических соединений. Основные – технические масла, синтетическое топливо, нафталин, бензол, аммиак. Из толуола делают красители, тротил и сахарин.
Газообразные – пиролизный газ. Альтернативный источник энергии и тепла.

При переработке ископаемого можно получить следующие продукты, используемые в промышленности:

ванадий, серу, цинк, свинец;
ксилол и бензол – используются в лакокрасочной промышленности;
твердое топливо, идущее на обогрев домов и обеспечивающее работу предприятий;
жидкое топливо – получается при сжижении твердого;
светильный газ, применяемый для освещения;
золу – применяется в строительстве.

Ископаемое относится к 4-му классу опасности, как легковоспламеняющееся вещество, способное к нагреву.

Для личного использования ископаемые применяют с целью получения тепла. Там, где мало древесины или сложно заготовить дрова, можно топить баню углем. Во многих домах до сих пор стоят печи. Помещения, отапливаемые с помощью каменного угля, хорошо прогреваются и приемлемы даже для суровых зим.

Разжечь каменный уголь непросто – нужны охапка дров, древесная щепа или лучины, солома, бумага. Сначала укладывают несколько дров, на них – щепу (лучины), сверху – солому. Поджигают бумагу, с ее помощью – солому. Далее постепенно загорается древесина. Остальные дрова подкладывают по мере освобождения места. В самый жар кладут каменный уголь. Процесс подготовки окупается длительным временем сгорания и хорошей теплоотдачей.

В качестве удобрения золу каменного угля не применяют – в ней мало питательных веществ, могут быть примеси тяжелых металлов. Единственное приемлемое решение – использование на высоко щелочных почвах для нормализации кислотности – зола закисляет грунт.

Некоторые люди предлагают жарить шашлык на нем, но делать этого не стоит.

Предлагаем посмотреть зарубежную передачу о том, какая ситуация сложилась с полезным ископаемым в Европе:

Стоимость ископаемого

Каменный уголь – недорогое ископаемое. Антрацит стоит от 8000 до 11000 рублей за тонну, длиннопламенный уголь мелкой фракции можно купить за 4000–6000 рублей.

Каменный уголь – универсальное и удивительное по функциональности для человека творение природы. Он помогает производить много используемых повседневно вещей, а также топить дома и бани.

Вам доводилось использовать каменный уголь? Поделитесь статьей с друзьями и знакомыми.

Источник