Технологические свойства и марки углей. Основные факторы катагенеза углей и нефтей

Месторождения углей – это фитогенные образования, т.е. связанные с жизнедеятельностью древних растений. В хлорофильных зернах этих растений под влиянием световой энергии происходил синтез из CO2 и H2O первичного органического вещества, аккумулирующего солнечную энергию. При последующем неполном разложении отмерших растений, осуществляющемся при дефиците кислорода, происходило постепенное накопление органической массы, представляющей собой исходный материал для углеобразования. Первичная органическая масса ископаемых углей разделяется на сапропелевую и гумусовую.

Сапропелевые осадки формировались при накоплении на дне водоемов отложений простейших, главных образом планктонных водорослей, ткани которых состоят преимущественно из белков и жиров при незначительном количестве клетчатки.

Гумусовые осадки возникали при накоплении и последующем преобразовании на дне водоемов отмерших высших растений. Эти растения накапливались автохтонно на месте их произрастания или аллохтонно, сносясь в пониженные части рельефа водными потоками. Если такими депрессиями были озера, то возникали лимнические, а если прибрежные части морей, то паралические месторождения угля. В прибрежных зонах водоемов и в болотах происходило первичное разложение растительной массы, или их гумификация, сопровождавшаяся накоплением слабее разрушающихся компонентов, из смеси которых возникал торф, исходный материал для гумусовых углей, имеющих наибольшее практическое значение.

В соответствие с этими двумя процессами накопления исходной органической массы, необходимой для углеобразования, выделяются две группы ископаемых углей – гумулиты и сапропелиты. Гумулиты в свою очередь делятся на гумиты, представляющие собой продукты слабого разложения, и липтобиолиты, состоящие из сильно разложенной массы со значительной концентраией в ней наиболее устойчивых продуктов. Сапропелиты подразделяются на гумито-сапропелиты и чистые сапропелиты.

Захоронение органической массы под перекрывающими осадками, диагенез и последующий метаморфизм приводили к ее углефикации и образованию ископаемых углей. При этом происходило уплотнение, обезвоживание, цементация и полимеризация исходного рыхлого и влажного осадка. Вследствие этого исходная растительная масса сапропеля и торфа претерпевала следующий ряд постепенного и необратимого изменения: бурый уголь, антрацит, шунгит и графит. Такое изменение достигает наибольшей степени в геосинклинальных условиях и слабее проявляется на платформах.

В составе углей различаются органическая и минеральная массы. Органическая масса углей состоит из C (60-90%), H (1-12%), O(2-20% и более), N (1-3%), незначительного количества S и P. В состав минеральной массы входят Si, Al, Fe, Ca, Mg, K, Na и другие элементы.

Структуры углей определяется вхождением в их состав четырех ингредиентов – двух матовых (фюзен и дюрен) и двух блестящих (витрен и кларен).

Микроструктура углей определяется комбинацией микрокомпонентов, обычно различаемых лишь под микроскопом. Среди них выделяется основная масса и форменные элементы. Основная масса представляет собой аморфное вещество, сформированное при глубоком разложении растительных остатков. Форменные элементы сохраняют признаки первичной растительной структуры.

Для технических целей в составе углей выделяют балластную (негорючую) и горючую массы. В негорючую массу входят влага и зола. Горючая масса состоит из летучих компонентов, кокса и серы с разделением ее на органическую, сульфидную и сульфатную. Для этих же целей производится характеристика спекаемости и теплотворной способности углей.

Спекаемость определяется как способность угля переходить при высокой температуре в пластическую массу, затвердевающую при остывании в механически прочный кокс. Теплотворная способность угля оценивается в Дж на кг топлива. Техническое разделение углей с учетом этих характеристик:

Группа углей	Органический состав, %	Летучие компоненты, %	Влага, %	Теплота сгорания, кДж/кг
C	H	O+H
Бурые	60-78		17-30	40-60	15-30	14,6-32
Каменные	75-92	3-6	3-17	10-42	4-15	30-37,6
Антрациты	92-97	1-3	1-3			33,5-35