Антрацит , также известный как каменный уголь , представляет собой твердую компактную разновидность угля с субметаллическим блеском . Он имеет самый высокий углерод содержание, наименьшее количество примесей, и самую высокую плотность энергии всех видов угля и является самой высокой ранга углей.
Метаморфическая порода | |
Состав | |
---|---|
Углерод , 86–98% [1] |
Антрацит является наиболее метаморфизованным типом угля (но все же представляет собой низкосортный метаморфизм), в котором содержание углерода составляет от 86% до 98%. [2] [3] [4] Этот термин применяется к тем разновидностям угля, которые не выделяют смолистые или другие углеводородные пары при нагревании ниже точки воспламенения . [5] Антрацит горит с трудом и горит коротким голубым бездымным пламенем.
Антрацит подразделяется на стандартные сорта, которые используются в основном в электроэнергетике, [ противоречивые ] и высокосортные (HG) и сверхвысокие (UHG), которые в основном используются в металлургическом секторе. На антрацит приходится около 1% мировых запасов угля [6], и его добывают лишь в нескольких странах мира. На Китай приходится большая часть мирового производства ; другие производители - Россия , Украина , Северная Корея , Южная Африка , Вьетнам , Великобритания , Австралия , Канада и США . Общий объем добычи в 2010 году составил 670 миллионов тонн. [7]
Имена
Антрацит происходит от греческого слова anthrakítēs ( ἀνθρακίτης ), что буквально означает «подобный углю». [8] Другие термины, относящиеся к антрациту: черный уголь , каменный уголь , каменный уголь , [9] [10] темный уголь , кофейный уголь , слепой уголь (в Шотландии ), [5] уголь Килкенни (в Ирландии ), [9 ] вороной уголь или гусеничный уголь и черный алмаз . «Голубой уголь» - это термин, обозначающий некогда популярную торговую марку антрацита, добываемого компанией Glen Alden Coal в Пенсильвании и распыляемого синим красителем на шахте перед отправкой на северо-восточные рынки США, чтобы отличить его от конкурентов. .
Culm имеет разные значения в британском и американском английском . В британском английском «кульм» - это несовершенный антрацит северного Девона и Корнуолла , который использовался в качестве пигмента . Этот термин также используется для обозначения некоторых пластов каменноугольных пород, обнаруженных как в Великобритании, так и в странах Рейнских холмов ( меры Калма ). [5] Наконец, это может относиться к углю, экспортированному из Великобритании в 19 веке. [9] В американском английском «соломка» означает отходы или отходы добычи антрацита [5], в основном пыль и мелкие частицы, не подходящие для использования в домашних печах.
Характеристики
Антрацит внешне похож на минералоидную струю и иногда используется как имитация струи.
Антрацит отличается от обычного битуминозного угля большей твердостью (2,75–3 по шкале Мооса ) [11], более высокой относительной плотностью 1,3–1,4 и блеском, который часто является полуметаллическим с умеренно коричневым отражением. Он содержит высокий процент связанного углерода и низкий процент летучих веществ. На нем также отсутствуют мягкие или волокнистые зазубрины, и он не пачкает пальцы при трении. [5] Антрацитизация - это превращение битуминозного угля в антрацит.
Влажность свежедобытого антрацита обычно составляет менее 15 процентов. Теплосодержание антрацита колеблется от 26 до 33 МДж / кг (от 22 до 28 миллионов БТЕ / короткая тонна ) на влажной основе без минеральных веществ. Теплосодержание антрацитового угля, потребляемого в Соединенных Штатах, составляет в среднем 29 МДж / кг (25 миллионов БТЕ / тонну) в исходном состоянии (т. Е. Он содержит как внутреннюю влагу, так и минеральные вещества). С 1980-х годов антрацитовые отходы или отходы шахт использовались для производства угля в форме вторичной переработки . Практика, известная как рекультивация , применяется к сваям в соломе еще до принятия законов, требующих от владельцев шахт восстановления земель до их приблизительного первоначального состояния.
С химической точки зрения антрацит можно рассматривать как переходную стадию между обычным битуминозным углем и графитом , полученный путем более или менее полного удаления летучих компонентов первого, и наиболее часто он встречается в областях, которые подвергались значительным нагрузкам и давлениям. , например, на склонах великих горных хребтов. [5] Антрацит ассоциируется с сильно деформированными осадочными породами , которые подвергались более высоким давлениям и температурам (но не соответствовали метаморфическим условиям), так же как битуминозный уголь обычно ассоциируется с менее деформированными или плоскими осадочными породами. Например, спрессованные слои антрацита, которые глубоко добываемые в сложенном хребте и долина провинции из Аппалачи в угольном регионе Восточно-центральной Пенсильвания являются продолжением тех же слоев каменного угля, которые добываются на обычно прилегающем и недеформированные осадочные породы дальше на запад на плато Аллегейни в Кентукки и Западной Вирджинии , Восточном Огайо и Западной Пенсильвании. Таким же образом антрацитовый регион Южного Уэльса ограничен искривленной частью к западу от Суонси и Лланелли , центральной и восточной частями, производящими энергетический уголь , коксующийся уголь и домашний уголь. [12]
Структурно антрацит показывает некоторые изменения в результате развития вторичных плоскостей разделения и трещин, так что исходные линии стратификации не всегда легко увидеть. Теплопроводность также выше; кусок антрацита ощущается заметно холоднее, когда его держат в теплой руке, чем подобный кусок битуминозного угля при той же температуре. В статье уголь приведен химический состав некоторых типичных антрацитов . [5]
Антрацит уже давно используется в доменных печах для выплавки чугуна; однако ему не хватало порового пространства металлургического кокса , который в конечном итоге заменил антрацит. [13]
История добычи и использования
На юго-западе Уэльса антрацит сжигали как домашнее топливо, по крайней мере, со времен средневековья [14], когда его добывали недалеко от Сондерсфута . Совсем недавно крупномасштабная добыча антрацита велась прямо через западную часть угольного месторождения Южного Уэльса до конца 20-го века. Добыча продолжается, но уже в меньших масштабах.
В Соединенных Штатах история антрацитового угля началась в 1790 году в Поттсвилле, штат Пенсильвания , с открытия угля, сделанного охотником Нечо Алленом на территории, ныне известной как Угольный регион . Легенда гласит, что Аллен заснул у подножия Брод-Маунтин и проснулся от вида большого огня, потому что его походный костер зажег выступ антрацитового угля. К 1795 году на реке Шуйлкилл была построена железная печь с антрацитовым обогревом .
Антрацит был впервые экспериментально сожжен в качестве топлива для отопления жилых помещений в США 11 февраля 1808 года судьей Джесси Феллом в Уилкс-Барре, штат Пенсильвания , на открытой решетке камина. Антрацит отличается от дерева тем, что ему нужен сквозняк снизу, и судья Фелл доказал своей конструкцией решетки, что это жизнеспособное топливо для отопления. [ необходима цитата ]
Весной 1808 года Джон и Абиджа Смит отправили первую коммерчески добытую партию антрацита вниз по реке Саскуэханна из Плимута, штат Пенсильвания, что ознаменовало зарождение коммерческой добычи антрацита в Соединенных Штатах. С этой первой шахтой, производство выросло до рекордно высокого уровня в более чем 100 миллионов тонн в 1917 году [ править ]
Использование антрацита сдерживалось трудностью его воспламенения. Это было особенно важно при выплавке чугуна в доменной печи . С изобретением в 1828 году горячего дутья, в котором отработанное тепло использовалось для предварительного нагрева воздуха для горения, антрацит стал предпочтительным топливом, на долю которого в течение 15 лет приходилось 45% производства чугуна в США. [15] Антрацит для выплавки железа позже был вытеснен коксом .
С конца 19 века до 1950-х годов антрацит был самым популярным топливом для отопления домов и других зданий на севере США, пока его не вытеснили системы сжигания нефти, а в последнее время - системы природного газа. Многие крупные общественные здания, такие как школы, отапливались антрацитовыми печами в течение 1980-х годов.
Во время Гражданской войны в США сторонники блокады Конфедерации использовали антрацит в качестве бездымного топлива для своих котлов, чтобы не отдать свою позицию блокирующим. [16]
Изобретение топки Wootten позволило локомотивам эффективно сжигать непосредственно антрацит, особенно стружку. В начале 20-го века в США Delaware, Lackawanna & Western Railroad начали использовать в своих пассажирских локомотивах только более дорогой антрацитовый уголь, получивший название «Дорога антрацита», и широко рекламировали, что путешественники на их линии могут путешествовать по железной дороге, не получая их одежда испачкана сажей. В рекламе фигурировала одетая в белое женщина по имени Фиби Сноу и стихи, содержащие строки вроде «Мое платье остается белым / С утра до ночи / По дороге антрацита». Точно так же Великая Западная железная дорога в Великобритании смогла использовать свой доступ к антрациту (он доминировал в антрацитовом регионе), чтобы заработать репутацию компании по эффективности и чистоте, не имеющей себе равных среди других британских компаний.
Двигатели внутреннего сгорания, приводимые в действие так называемым "смешанным", "бедным", "полуводным" или " газом Доусона ", полученным путем газификации антрацита воздухом (и небольшой долей пара), когда-то были самыми экономичными. метод получения мощности, требующий всего 1 фунт на каждую лошадиную силу в час (0,6 кг / кВтч ) или меньше. Ранее большое количество антрацита для энергетических целей экспортировалось из Южного Уэльса во Францию, Швейцарию и некоторые части Германии. [17] По состоянию на апрель 2013 г.[Обновить], широко распространенная промышленная добыча антрацита в Уэльсе в настоящее время прекращена, хотя остается несколько крупных открытых карьеров , а также некоторые относительно небольшие операции по дрейфовой добыче . [ необходима цитата ]
Антрацит сегодня
Антрацит обычно стоит в два-три раза дороже обычного угля. В июне 2008 года оптовая стоимость антрацита составляла 150 долларов США за короткую тонну . [18]
В основном антрацит сегодня используется в качестве бытового топлива либо в ручных печах, либо в автоматических топках. Он обеспечивает высокую энергию на свой вес и горит чисто с небольшим количеством сажи, что делает его идеальным для этой цели. Его высокая стоимость делает его слишком дорогим для использования на электростанциях. Другие применения включают мелкие частицы, используемые в качестве фильтрующих материалов и в качестве ингредиента в брикетах древесного угля . Антрацит был разрешенным топливом [19] в соответствии с Законом Соединенного Королевства о чистом воздухе 1993 года , что означает, что его можно было использовать в обозначенной зоне контроля дыма, например, в центральных районах Лондона.
Добыча
Сегодня Китай добывает самую большую долю мирового производства антрацита, составляя более трех четвертей мировой добычи. [7] Большая часть китайского производства состоит из стандартного антрацита, который используется в производстве электроэнергии. [ необходима цитата ] Повышенный спрос в Китае превратил эту страну в нетто-импортера топлива, в основном из Вьетнама, еще одного крупного производителя антрацита для производства электроэнергии, хотя увеличение внутреннего потребления во Вьетнаме означает, что экспорт может быть сокращен. [20]
Текущее производство антрацита в США составляет около 5 миллионов тонн в год. Из них около 1,8 миллиона тонн было добыто в штате Пенсильвания. [21] Добыча антрацитового угля продолжается по сей день в восточной Пенсильвании и составляет до 1% от валового государственного продукта. В 1995 году на добыче антрацитового угля было занято более 2000 человек. Большая часть добычи на эту дату включала рекуперацию угля из отвалов шлака (отвалы от прошлой добычи угля) на близлежащих закрытых шахтах. Также ведется добыча подземного антрацита.
Страны, производящие антрацит HG и UHG, включают Россию и Южную Африку . HG и UHG антрацит используются в качестве кокса или угля замены в различных металлургических угольных приложений ( спекание , PCI , прямой BF заряда, гранулирование ). Он играет важную роль в снижении затрат в процессе производства стали, а также используется в производстве ферросплавов , силикомарганца , карбида кальция и карбида кремния . Южная Африка экспортирует в Бразилию более низкокачественный антрацит с более высокой зольностью, который будет использоваться в производстве стали. [ необходима цитата ]
Калибровка и сортировка
Антрацит перерабатывается в различные размеры с помощью того, что обычно называют дробилкой . Крупный уголь поднимается из шахты и проходит через дробилки с зубчатыми валками, чтобы измельчить куски на более мелкие куски. Более мелкие части разделяются на разные размеры с помощью системы градуированных сит, расположенных в порядке убывания. [17] Калибровка необходима для различных типов печей и печей.
Антрацит подразделяется на три сорта в зависимости от содержания углерода. Стандартный сорт используется в качестве бытового топлива и в промышленной энергетике. Более редкие сорта антрацита более чистые, т. Е. Имеют более высокое содержание углерода, и используются в сталеплавильном производстве и других сегментах металлургической промышленности. Технические характеристики различных марок антрацита следующие: [ необходима цитата ]
Стандартный сорт антрацит | Антрацит высшего сорта | Антрацит сверхвысокого сорта | Кокс | |
---|---|---|---|---|
Влажность (максимальная) | 15% | 15% | 13% | 5% |
Ясень (максимум) | 20% | 15% | 12% | 14% |
Летучие (максимум) | 10% | 10% | 5% | 2% |
Фиксированный углерод (минимум) | 73% | 80% | 85% | 84% |
Сера (максимум) | 1% | 1% | 0,6% | 0,8% |
Антрацит делится по размеру в основном на области применения, в которых требуются куски (обычно более 10 мм) - различные промышленные процессы, в которых он заменяет металлургический кокс и бытовое топливо, - и те, которые требуют мелких частиц (менее 10 мм), таких как спекание и гранулирование. [20]
Общая американская классификация по размеру выглядит следующим образом: [ ссылка ]
Кусковой, пароходный, яичный и печной уголь, последний в двух или трех размерах, все три размера больше 1+ Размер 1 ⁄ 2 дюйма (38 мм) на экранах с круглыми отверстиями.
Высокий класс
Антрацит высшего сорта (HG) и сверхвысокого сорта (UHG) - это высшие сорта антрацитового угля. Это самые чистые формы угля, имеющие самую высокую степень углефикации , самое высокое содержание углерода и энергии, а также наименьшее количество примесей (влаги, золы и летучих веществ).
Антрацит высшего и сверхвысокого качества тверже, чем стандартный антрацит, и имеет более высокую относительную плотность. Примером химической формулы для высококачественного антрацита может быть C 240 H 90 O 4 NS [22], представляющий 94% углерода. [23] Антрацит UHG обычно имеет минимальное содержание углерода 95%.
Они также отличаются по использованию от антрацита стандартного сорта (используемого в основном для выработки электроэнергии), поскольку используются в основном в металлургии как экономически эффективный заменитель кокса в таких процессах, как спекание и гранулирование , а также при вдувании пылевидного угля (PCI) и прямом впрыске. в доменные печи . Их также можно использовать для очистки воды и в быту в качестве бездымного топлива .
Антрацит HG и UHG составляет небольшой процент от общего рынка антрацита. Основными странами-производителями являются Россия, Украина, Вьетнам, Южная Африка и США.
Имя | Имперские (дюймы) | Метрическая (мм) |
---|---|---|
каштан | 7 ⁄ 8 - 1+1 ⁄ 2 дюйма | 22–38 мм |
Горох | 9 ⁄ 16 - 7 ⁄ 8 | 14–22 |
Гречневая крупа | 3 ⁄ 8 - 9 ⁄ 16 | 9,5–14,3 |
Рис | 3 ⁄ 16 - 3 ⁄ 8 | 4,8–9,5 |
Ячмень | 3 ⁄ 32 - 3 ⁄ 16 | 2,4–4,8 |
Основными размерами, используемыми в Соединенных Штатах для отопления жилых помещений, являются каштан, горох, гречка и рис, причем наиболее популярными являются каштан и рис. Каштан и горох используются в печах с ручной топкой, в то время как меньшие по размеру рис и гречка используются в автоматических топочных печах. Рис в настоящее время является самым популярным сортом из-за простоты использования и популярности этого типа печи.
В Южном Уэльсе принята менее продуманная классификация, но большая осторожность проявляется при ручном сборе и очистке угля от частиц пирита более высокого качества, известных как лучшие солодовые угли, которые используются для сушки солода в печи. [17]
Антрацитовая пыль может быть превращена в брикеты и продается в Соединенном Королевстве под торговыми наименованиями, такими как Phurnacite , Ancit и Taybrite.
Подземные пожары
Исторически сложилось так, что время от времени подземные пласты угля загорались, часто в результате небрежной или неудачной добычи полезных ископаемых. В карман с горящим углем подается кислород по еще не обнаруженным вентиляционным каналам. Они могут тлеть годами. Обычно вытяжные вентиляционные отверстия в населенных пунктах быстро обнаруживаются и закрываются, в то время как вентиляционные отверстия в необитаемых районах остаются неоткрытыми. Иногда вентиляционные отверстия обнаруживаются через испарения, которые улавливают прохожие, часто в лесных районах. Попытки потушить оставшиеся порой были тщетными, и сегодня существует несколько таких очагов возгорания. Зимой иногда можно определить наличие подземного очага горения, когда видно, что выпавший снег тает теплом, проводимым снизу. Предложения об использовании этого тепла в качестве геотермальной энергии не увенчались успехом.
Жила антрацита, которая загорелась в Сентралии, штат Пенсильвания, в 1962 году, горит с тех пор, превратив некогда процветающий район в город-призрак . [24]
Основные резервы
Среди действующих производителей Россия, Китай и Украина обладают наибольшими оценочными извлекаемыми запасами антрацита. Другие страны со значительными запасами включают Вьетнам и Северную Корею. [25]
В геологическом отношении самое крупное и наиболее концентрированное месторождение антрацита в мире находится в угольной шахте Лакаванна на северо-востоке Пенсильвании , США, в Скрэнтоне и его окрестностях . Месторождение, называемое Угольным регионом , содержит 480 квадратных миль (1200 км 2 ) угленосной породы, которая первоначально содержала 22,8 миллиарда коротких тонн (20,68 миллиарда тонн) антрацита. [26] Географический регион составляет примерно 100 миль (161 км) в длину и 30 миль (48 км) в ширину. Из-за исторической добычи и освоения земель, лежащих над углем, по оценкам, остается 7 миллиардов коротких тонн (6,3 миллиарда тонн) полезных ископаемых. В Соединенных Штатах также есть несколько более мелких месторождений антрацита, таких как те, что исторически добывались в Крестед-Батт, штат Колорадо .
Месторождение сурка антрацита, расположенное в Британской Колумбии , Канада, является крупнейшим ранее неразработанным месторождением антрацита в мире. Он принадлежит австралийской публичной компании Atrum Coal и содержит 1,57 миллиарда тонн высококачественного антрацита. [27]
Антрациты более нового третичного или мелового возраста обнаружены в части перевала Кроуснест в Скалистых горах в Канаде и в различных местах в Андах в Перу. [17]
Смотрите также
- Антрацит - город в Луганской области, Украина, город в Украине, названный в честь большого запаса антрацита, найденного здесь.
- Битуминозный уголь , более мягкий уголь
- История угольщиков
- История угледобычи
Заметки
- ^ https://www.eia.gov/energyexplained/coal/
- ^ «MIN 454: раздаточный материал по методам подземной добычи; из курса Университета Аляски в Фэрбенксе» . Архивировано из оригинального 26 марта 2009 года . Проверено 5 мая 2009 .
- ^ Р. Стефаненко (1983). Технология добычи угля: теория и практика . Общество горной металлургии. ISBN 0-89520-404-5.
- ^ «Уголь объяснил - Управление энергетической информации США (EIA)» . www.eia.gov . Проверено 26 сентября 2020 .
- ^ a b c d e f g h Бауэрман 1911 , стр. 105.
- ↑ Всемирная угольная ассоциация - Ресурс угля, заархивированный 15 октября 2009 г., на Wayback Machine
- ^ а б «Международная энергетическая статистика» . www.eia.gov .
- ^ "антрацит", Оксфордский словарь английского языка. 2-е изд. 1989. OED Online. Издательство Оксфордского университета. Проверено 26 июня 2010. [1]
- ^ a b c EB (1878 г.) .
- ^ Не путать с немецким Steinkohle [5] или голландским steenkool, которые являются более широкими терминами, означающими все разновидности угля каменной твердости и внешнего вида, такие как битуминозный уголь и часто антрацит, в отличие от лигнита, который более мягкий.
- ^ Геологическая служба США и Министерство горнорудной промышленности США (1968 г.). Минеральные ресурсы Аппалачского региона; Профессиональная бумага USGS 580 . USGS . п. 126.
- ^ Bauerman 1911 , стр. 105-106.
- Перейти ↑ Rosenberg 1982 , pp. 89
- ^ Оуэн, Джордж, описание Пемброкшира , Дилвины Майлса (Ed), Gomer Press, Llandysul, 1994, ISBN 1-85902-120-4 , стр. 60, 69–70, 90–95, 139, 255
- ^ Розенберг, Натан (1982). Внутри черного ящика: технологии и экономика . Кембридж, Нью-Йорк: Издательство Кембриджского университета. п. 88 . ISBN 0-521-27367-6.
- ^ Андервуд, Родман Л. (18 марта 2008 г.). Воды раздора: блокада Союза Техаса во время гражданской войны . Макфарланд. п. 55. ISBN 9780786437764.
- ^ а б в г Бауэрман 1911 , стр. 106.
- ^ Урбина, Ян (10 июня 2008 г.). "Королевская угольная страна обсуждает кощунство, газовую жару" . Нью-Йорк Таймс . Проверено 21 июня 2008 года .
- ^ "uksmokecontrolareas.co.uk" . Архивировано из оригинала на 2009-02-07.
- ^ a b Годовой отчет Petmin за 2011 год. Архивировано 5 мая 2012 г. в Wayback Machine.
- ^ "получено 3 января 2011 г." . Coaldiver.org . Проверено 24 января 2018 .
- ^ «Характеристики угля: Файл основных фактов № 8 Индианского центра исследований угольных технологий» (PDF) . Центр исследований угольных технологий штата Индиана . Проверено 15 мая 2012 года .
- ^ «Молярная масса of C240H90O4NS» . www.webqc.org .
- ↑ Беллоуз, Алан (2006) «Тлеющие руины Централии» DamnInteresting.com (по состоянию на 29 августа 2006 г.)
- ^ «Марстон - Производство и экспорт антрацита: карта мира» (PDF) .
- ^ Эшли, Джордж Х. (декабрь 1945 г.). «Запасы антрацита» . Отчеты и бюллетени PAGS . № 130.
- ^ "Проект Атрум Уголь Сурок - Атрум Уголь" . atrumcoal.com .
Рекомендации
- . Британская энциклопедия . 2 (9-е изд.). 1878. с. 106.
Атрибуция:
- Бауэрман, Хилари (1911). . В Чисхолме, Хью (ред.). Британская энциклопедия . 2 (11-е изд.). Издательство Кембриджского университета. С. 105–106.
дальнейшее чтение
- Чендлер, Альфред Д. (1972). «Антрацитовый уголь и начало промышленной революции в США». Обзор истории бизнеса . 46 (2): 141–181. DOI : 10.2307 / 3113503 . JSTOR 3113503 .
- Hudson Coal Company (1932). История антрацита . Нью-Йорк. п. 425.- Полезный обзор отрасли в 20 веке; справедливый с точки зрения оператора
Основные источники
- Отчет угольной комиссии Соединенных Штатов .... (5 томов из 3; 1925) Официальное расследование правительства США. онлайн том 1-2
- Трайон, Фредерик Гейл и Джозеф Генри Уиллитс, ред. Что обнаружила угольная комиссия: авторитетное резюме персонала (1925 г.).
- Комитет по общей политике операторов антрацита. Забастовка антрацитов и углей 1922 года: изложение ее причин и основных целей (1923 год); Официальное заявление операторов. онлайн
Внешние ссылки
- HD-видео крупным планом, как выглядит антрацит
- Распределение углей Пенсильвании
- История добычи угля антрацита
- «Жемчужина в короне деревни старых шахтеров Короля угля Экли» Тони Весоловски, журнал «Pennsylvania Heritage» , том XXII, номер 1 - зима 1996 г.
- Коалиция Восточной Пенсильвании за рекультивацию заброшенных шахт
- Музей наследия антрацита.
- Северное угольное месторождение Пенсильвании