Статьи

На образование угля, равно как и других распространенных ископаемых видов топлива, нужны миллионы лет. Источником столь ценного минерала является обильная растительная масса, погребенная в недрах земной коры.

 

Уголь образуется при от­сутствии кислорода в результате окамене­ния растительных остатков различного происхождения. Под воздействием биохими­ческих процессов, так назы­ваемой карбонизации, расти­тельность проходит естест­венный процесс обогащения углеродом при потере кисло­рода, водорода и азота. Про­цесс этот длительный, проте­кает в несколько стадий, вследствие чего образуются определенные виды угля: торф, бурый уголь, каменный уголь и антрацит.

 

Представляет собой первую стадию превращения расти­тельного материала в уголь. Накапливается в болотах из остатков отмерших расте­ний, подвергшихся неполно­му разложению в условиях повышенной влажности и не­достатка кислорода. Торф имеет волокнистую структу­ру, в естественном состоянии содержит 80-95% воды. Зале­гает на поверхности земли или на глубине первых десят­ков метров. Залежи могут до­стигать мощности 9-Ю мет­ров. Торф хорошо горит, но дает мало тепла.

 

Твердая и волокнистая гор­ная порода, часто ассоцииру ющаяся со сланцами и приоб­ретающая слоистый вид. Бу­рый уголь — результат карбонизации обширных ле­сов, в первую очередь хвой­ных, поэтому в нем часто на­ходят остатки флоры и фау­ны того периода. И хотя развит он сильнее торфа, со­держание углерода в нем так­же невысокое, поэтому при хорошем горении он дает ма­ло тепла.

 

Ископаемый уголь высокой степени углефикации. Имеет черный блестящий цвет,

среднюю хрупкость, раковис­тый излом и раскалывается на плоские куски. Содержит 70-97% углерода. Каменный уголь хорошо горит, выделяя при этом газы, дающие много тепла и образующие порис­тое вещество, получившее на­звание «кокс».

 

 

Это уголь высшего качества. В горючей массе содержится 90-95% углерода. Антрацит горит без дыма и пламени и практически не оставляет отходов. Имеет высокую плот­ность и электропроводность.

Содержание водорода, кис­лорода и азота в угле уменьшается пропорцио­нально содер­жанию угле-рода. Лишние ингредиенты после сгора­ния минерала переходят в золу

 

Открытие паровой машины ознаменовало начало промышленной революции, а уголь стал основным видом топлива вплоть до появления нефти.

 

Несмотря на то что высокая удельная теплота сгорания и горючесть угля были извест­ны еще в V веке до н. э., его примене­ние ограничивалось использовани­ем в быту — в хлебопекарнях и куз­ницах. В середине XVII века расположенные в Уэльсе (Велико­британия) крупные месторождения угля производили 200 000 тонн гор­ной породы в год для обеспечения внутреннего спроса и экспорта на континент. Однако в 1776 году британец Джеймс Уатт изобрел уни­версальную паровую машину, изме­нившую облик нашей планеты и по­ложившую начало промышленной революции, которая привела к со­зданию западной цивилизации в том виде, в каком мы ее знаем сегодня.

 

 

Паровой двигатель обусловил рез­кий взлет добычи угля, особенно после того, как усо­вершенствование этого изобретения позволило резко сократить количество человеческо­го труда и существенно увеличить доходность. Весь мир опутали желез­ные дороги, ускорившие перевозку товаров и пассажиров. В не меньшей степени облагодетель­ствовал паровой двигатель судо­строительную отрасль, ведь благода­ря ему стало возможным создание гораздо более быстрых и безопас­ных судов, во многом превосходя­щих использовавшиеся до той поры парусники.

Широкое использование нефти, вы­шедшей на передний план из-за лег­кости в добыче, очистке и транспор­тировке, резко снизило добычу угля. Дошло до того, что встал вопрос о целесообразности сохранения уг­ледобывающей отрасли. Однако пе­риодические кризисы, охватываю­щие рынок жидкого топлива, спо­собствовали возрождению угольной отрасли как альтернативы нефти в получении энергии.

 

 

Джеймса Уатта (1736-1819) называют изобретателем паро­вого двигателя. Однако действи­тельным создателем является его соотечественник Томас Нью-комен (1663-1729). Правда, изоб­ретение Ньюкомена оказалось чрезвычайно малоэффектив­ным, поскольку большая часть энергии рассеивалась беспо­лезно. Уатт, выдающийся инже­нер и настоящий технический гений, убедился в этом на собс­твенном опыте, когда был вынужден ремонтировать одну из таких машин. В1765 году он предложил решение, позволяв­шее сократить потери: Уатт использовал конденсатор, при­думанный и созданный совмес­тно с его другом Ройбэком. Изобретение Уатта положило начало промышленному исполь­зованию пара, которое оконча­тельно утвердилось после создания машины двойного действия в 1874 году.

 

 

Гагат — это одна из разновид­ностей бурого угля. Пролежав шестьдесят миллионов лет в земле, он превращается в красивый черный камень, который ценят за блеск, лег­кость и мягкость. В древности гагат ставился в один ряд с другими драгоценными кам­нями, чему в немалой степени способствовала его редкость.

 

 

К настоящему времени технология добычи угля значительно усовершенствовалась, однако работа шахтеров остается еще крайне опасной. Как и прежде, спуск в шахту сопряжен с большим риском для жизни.

 

Разработка угольных месторождений пред­ставляет собой вид де­ятельности, в котором коли­чество несчастных случаев и человеческих смертей на­иболее высоко. Даже сегодня, когда правила безопасности в строительстве шахт, обу­стройстве штолен и систем вентиляции существенно усовершенствованы, шахте­рам по-прежнему угрожают взрывы, оползни и завалы угольных пластов. Поскольку уголь чрезвычайно пластич­ная порода, то оползни и за­валы, приводящие к катаст­рофе, могут происходить да­же в хорошо обустроенных штольнях.

 

Атмосфера в шахте далека от здоровой, что обусловле но окислением и разложени­ем железа, дерева, угля и вы­делением таких газов, как ди­оксид углерода, монооксид углерода, метан и сульфид водорода. Однако наиболь­шую опасность представляет концентрация взрывоопас­ного рудничного газа. Каж­дый год в мире фиксируется несколько случаев взрыва рудничного газа с последую­щим завалом шахт. Рудничный газ состоит из метана, азота и углекислого газа и образуется при извле­чении угля из пласта. Взры­вается газ от источника теп­ла, каким бы маленьким тот ни оказался. Для взрыва вполне достаточно искры. Для уменьшения опасности (но не ее исключения) была изобретена безопасная лам­па Дэви Гемфри (1815).

 

 

Есть два типа угольных раз­работок: открытые (поверх­ностные) и закрытые (шахт­ные). В первом случае необ­ходимо снять слой земли и переместить его к краям мес­торождения, что наносит не­поправимый вред окружаю­щей среде. В прошлом по за­вершении разработки открытого месторождения оно просто бросалось. Се­годня карьер, образованный в ходе добычи угля, засыпают обратно. И все же большая часть разработок — шахтная, что пагубно сказывается на окружающей среде: даже 200-метровая шахта сущест­венно меняет структуру поч­вы, не говоря уже об утечках и загрязнении, вызываемых работой шахты.

 

Добыча угля обходится очень дорого. Однако под­считано, что при современ­ных уровнях производства известных запасов угля хватит на период в четыре раза больший, чем при использо­вании нефти и газа вместе взятых. Основ­ная современ­ная тенденция заключается в поиске аль­тернативных возобновляе­мых источни­ков энергии для сохране­ния запасов ископаемых видов топ­лива.

 

 

Общий уровень добычи угля существенно сократился из-за использования нефти и природного газа, однако уголь по-прежнему применяется в металлургии и производстве электрической энергии.

 

Кокс представляет собой легкий уголь серого или черного цвета и являет­ся остаточным продуктом переработки каменных уг­лей определенных марок или смеси углей (коксовой ших­ты). Кокс природный — это ошлакованная горная поро­да, образующаяся в условиях метаморфизма, а также при подземных пожарах. Велика ценность кокса для металлургической промыш­ленности. Его применение в этих целях началось еще в XIX веке и существенно по­высило рентабельность до­менных печей, поскольку кокс обладает высокой удель­ной теплотой сгорания. Ис­пользуется он и для отоп­ления, так как при сгора­нии не выделяет дыма.

 

 

В XX веке уголь нашел широкое применение в химической промыш­ленности — в производс­тве пластмасс, красителей, растворителей и получении аммиака. Каменный уголь, выделяющий при горении летучие вещества, использу­ется в производстве различ­ных газов.

 

Залежи угля есть практически везде, однако самые крупные месторождения находятся в Европе, Азии, Австралии и Северной Америке.