Кам'яне вугілля: відмінності між версіями

'''Кам'яне́ вугі́лля''' ({{lang-en|black, bitoumi-nous, mineral coal}}; {{lang-de|Stein-kohle}})  — тверда горюча [[корисні копалини|корисна копалина]], один з видів [[вугілля]] викопного, проміжний між [[буре вугілля|бурим вугіллям]] і [[антрацит]]ом (Див. статтю: [[Класифікація вугілля]]).

Кам’янеКам'яне вугілля було відоме ще в стародавньому світі. Перше згадування про нього пов’язуютьпов'язують з [[Аристотель|Аристотелем]] (IV &nbsp;ст. до н. &nbsp;е.)<ref>Аристотель. Метеорологика // Соч. Т. 3. –&nbsp;— М.: Мысль, 1981. –&nbsp;— С. 441–558441—558</ref>. Кількома десятиріччями пізніше, його учень [[Теофраст Ересський]] в «Трактаті про каміння» писав:

«…звуться ці викопні речовини антрацитом (або вугіллям)… вони спалахують та горять подібно до деревного вугілля…»<ref>Наумов Л. &nbsp;С. &nbsp;На орбите кокса. / Л. &nbsp;С. &nbsp;Наумов, Л. &nbsp;Д. &nbsp;Соболев. –&nbsp;— М. : Металлургия, 1984. –&nbsp;— 96 с</ref>

Стародавні римляни видобували кам’янекам'яне вугілля для опалення на території нинішньої Великої Британії. У І ст. до р. х. в китайській провінції Юннань вугілля нагрівали без доступу повітря та отримували [[кокс]]<ref>Харлампович Г. &nbsp;Д. &nbsp;Черный хлеб металлургии. / Г. &nbsp;Д. &nbsp;Харлампович, А. &nbsp;А. &nbsp;Кауфман –&nbsp;— М. : Металлургия, 1983. –&nbsp;— 160 с.</ref>.

Щільна [[гірська порода|порода]] чорного, іноді сіро-чорного кольору. Блиск смоляний або металічний. В органічній речовині кам'яного вугілля міститься 75-92 &nbsp;% [[Вуглець|вуглецю]], 2,5-5,7 &nbsp;% [[H|водню]], 1,5-15 &nbsp;% [[Кисень|кисню]]. Містить 2-48 &nbsp;% летких речовин. Вологість 1-12 &nbsp;%. Вища теплота згоряння в перерахунку на сухий беззольний стан 30,5-36,8 МДж/кг. Кам'яне вугілля належить до [[гумоліти|гумолітів]]; [[сапропеліти]] і [[гумітосапропеліти]] присутні у вигляді лінз та невеликих прошарків.

Утворення кам'яного вугілля характерне майже для всіх геологічних систем &nbsp;— від [[Девонській період|девону]] до [[Неогеновий період|неогену]] (включно); воно активно утворювалося в [[Кам'яновугільний період|карбоні]], [[Пермській період|пермі]], [[Юрській період|юрі]]. Залягає кам'яне вугілля у формі пластів і лінзовидних покладів різної потужності (від десятків см до декількох десятків і сотень м) на різних глибинах (від виходів на поверхню до 2500 &nbsp;м і глибше).

Головні технологічні властивості кам'яного вугілля, що визначають його цінність: спікливість і коксівна здатність. Стандартний показник спікливості &nbsp;— [[індекс Рога]] (RI) і товщина пластичного шару в апараті [[Сапожніков Леонід Михайлович|Л. &nbsp;М. &nbsp;Сапожникова]].

При зануренні вугленосної товщі на глибину в умовах підвищення тиску і температури відбувається послідовне перетворення органічної маси, зміна її хімічного складу, фізичних властивостей і молекулярної будови. Всі ці перетворення позначаються терміном «[[регіональний метаморфізм]] вугілля». На кінцевій (вищій) стадії метаморфізму кам'яне вугілля перетворюється в [[антрацит]] з яскраво вираженою кристалічною структурою [[графіт]]у. Крім регіонального метаморфізму, іноді (рідше) мають місце перетворення під впливом тепла вивержених порід, що розташовані поряд з вугленосними товщами (перекривають або підстилають їх) &nbsp;— [[термальний метаморфізм]], а також безпосередньо у вугільних пластах &nbsp;— [[контактовий метаморфізм]]. Зростання міри метаморфізму в органічній речовині кам'яного вугілля прослідковується послідовним збільшенням відносного вмісту вуглецю і зменшенням вмісту кисню і водню. Послідовно знижується [[вихід летких речовин]] (від 50 до 8 &nbsp;% в перерахунку на сухий беззольний стан); змінюються також теплота згоряння, здатність спікатися і фізичні властивості вугілля. Зокрема лінійно змінюються блиск, відбивна здатність вітриніту, насипна маса вугілля та інші властивості. Інші важливі фізичні властивості (пористість, густина, щільність, спікливість, теплота згоряння, пружні властивості та ін.) змінюються або виразно за яскраво вираженим параболічним законом або за змішаним.

Як оптичний критерій стадії метаморфізму вугілля використовується показник відбивної здатності вітриніту; він застосовується також і в [[геологія нафти|нафтовій геології]] для встановлення стадії катагенного перетворення осадової товщі, що вміщає органічну речовину. Відбивна здатність вітриніту в масляній імерсії (R0) послідовно зростає від 0,5-0,65 &nbsp;% для вугілля [[маркування вугілля|марки]] Д до 2-2,5 &nbsp;% для вугілля марки Т.

Щільність та густина кам'яного вугілля залежать від петрографічного складу, кількості і характеру мінеральних домішок та міри метаморфізму. Найбільшою густиною (1300—1500 кг/м³) характеризуються компоненти групи [[фюзиніт]]у, найменшою (1280—1300 кг/м³) &nbsp;— групи [[вітриніт]]у. Зміна густини з підвищенням міри метаморфізму відбувається за параболічним законом з інверсією в зоні переходу до групи жирних; в малозольних відмінах вона знижується від вугілля марки Д до марки Ж в середньому від 1370 до 1280 кг/м³ і потім послідовно зростає для вугілля марки Т до 1340 кг/м³.

Загальна пористість вугілля змінюється також за екстремальним законом; для донецького вугілля марки Д вона становить 22-14 &nbsp;%, вугілля марки К 4-8 &nbsp;% і збільшується (мабуть, внаслідок розпушення) до 10-15 &nbsp;% для вугілля марки Т. Пори у вугіллі розділяють на макропори (сер. діаметр 500х10-10 &nbsp;м та мікропори (5-15)х10-10 &nbsp;м. Проміжок займають мезопори. Макропористість зменшується зі збільшенням стадії метаморфізму, а мікропор &nbsp;— навпаки. Ендогенна (розвинена в процесі утворення вугілля) тріщинність, що оцінюється кількістю [[тріщина|тріщин]] на кожні 5 &nbsp;см блискучого вугілля, контролюється стадією метаморфізму вугілля: вона зростає до 12 тріщин при переході бурого вугілля в довгополуменеве, має максимум в 35-60 для коксівного вугілля і послідовно меншає до 12-15 тріщин при переході до антрацитів. Такій же закономірності підлеглі зміни пружних властивостей вугілля &nbsp;— [[модуль Юнга|модуля Юнга]], [[Коефіцієнт Пуассона|коефіцієнту Пуассона]], [[Модуль зсуву|Модуля зсуву]] (зрізу), швидкості [[ультразвук]]у. Механічна міцність кам'яного вугілля характеризується їх дробимістю, крихкістю та [[твердість|твердістю]], тимчасовим опором стисненню.

Існує багато видів класифікації кам'яного вугілля: за речовинним складом, петрографічним складом, генетичні, хіміко-технологічні, промислові та змішані. Генетичні класифікації характеризують умови накопичення вугілля, речовинні і петрографічні &nbsp;— його речовинний та петрографічний склад, хіміко-технологічні &nbsp;— хімічний склад вугілля, процеси формування та промислової переробки, промислові &nbsp;— технологічне групування видів вугілля в залежності від вимог [[промисловість|промисловості]]. Класифікації вугілля в пластах використовуються для характеристики вугільних [[родовище|родовищ]].

За основу промислової класифікації кам'яного вугeлля в окремих країнах приймаються різні параметри властивостей і складу вугілля: в [[Сполучені Штати Америки|США]] кам'яне вугілля класифікують за теплотою згоряння, вмістом зв'язаного вуглецю і відносним вмістом летких речовин, в [[Японія|Японії]] &nbsp;— за теплотою згоряння, так званим паливним коефіцієнтом і міцністю [[кокс]]у або нездатністю до коксування. У [[СРСР]] до [[1954]] &nbsp;р. як основна промислова класифікація діяла розроблена в [[1930]] &nbsp;р. В. &nbsp;С. &nbsp;Кримом так звана <tt>Донецька класифікація</tt>. Вона називається іноді «марочною», одночасно є і генетичною, оскільки покладені в її основу зміни властивостей вугілля віддзеркалюють їх зв'язок з генетичним розвитком органічної речовини вугілля.

В Україні використовувалася стандартизована класифікація вугілля. За середнім виходом летких речовин (V^daf) і характеристикою нелеткого залишку з урахуванням спікливості і величини теплоти згоряння кам'яне вугілля поділяли на 10 основних марок: довгополуменеве (Д), газове (Г), газовожирне (ГЖ), жирне (Ж), коксове жирне (КЖ), коксівне (К), коксове друге (К2), слабкоспікливе (СС), опіснене спікливе (ОС)<ref>піснувато-спікливе</ref> і пісне (П). Від марки Д до марки П вміст вуглецю послідовно збільшується від 76 до 92 &nbsp;%, а вихід летких речовин зменшується з 42 до 7-12 &nbsp;%. У кожній з марок, крім Д і Г, за технологічними властивостями виділяють декілька технологічних груп. Для [[Донбас]]у виділяють такі марки вугілля: Д, Г, ГЖ, Ж, К, ОС, П; для [[Львівсько-Волинський басейн|Львівсько-Волинського басейну]]: Д, Г, ГЖ, Ж.

Класифікація вугілля весь час удосконалюється. Однією з перспективних вважається геолого-промислова класифікація, концепція якої запропонована в останні роки ХХ ст. українськими вченими (С. &nbsp;Д. &nbsp;Пожидаєв та ін.). Останній варіант класифікації вугілля унормовано За Стандартом України «Вугілля буре, кам'яне та антрацит» ([[ДСТУ]] 3472-96) &nbsp;— див. [[викопне вугілля]].

За кордоном &nbsp;— в [[Карагандинській вугільний басейн|Карагандинському]], [[Південно-Якутський вугільний басейн|Південно-Якутському]], [[Мінусинський вугільний басейн|Мінусинському]], [[Буреїнський вугільний басейн|Буреїнському]], [[Тунгуський вугільний басейн|Тунгуському]], [[Ленський вугільний басейн|Ленському]], [[Таймирський вугільний басейн|Таймирському]], [[Аппалачський вугільний басейн|Аппалачському]], [[Пенсильванський вугільний басейн|Пенсильванському]], Нижньорейнсько-Вестфальському ([[Рурський вугільний басейн|Рурському]]), [[Верхньосілезький вугільний басейн|Верхньосілезькому]], [[Остравсько-Карвінськмй вугільний басейн|Остравсько-Карвінському]], [[Шаньсі]], [[Південно-Уельський вугільний басейн|Південно-Уельському]] басейнах.

Серед найбільших кам’яновугільнихкам'яновугільних басейнів, промислова розробка яких розпочалась у XVIII–XIX XVIII—XIX&nbsp;ст., виділяють Центральну Англію, Південний Уельс, Шотландію та [[Ньюкасл]] (Велика Британія); Вестфальський (Рур) та Саарбрюккенський басейни (Німеччина); родовища Бельгії та Північної Франції; басейни Сент-Етьєна (Франція); Сілезії (Польща); Донецький ба-сейн (Україна).

Один з найперспективніших напрямів використання кам'яного вугілля &nbsp;— скраплення (зрідження) &nbsp;— [[гідрогенізація вугілля]] з отриманням рідкого палива.

* [[активне вугілля]], штучний [[графіт]] і &nbsp;т. &nbsp;д.;

Існують різні схеми неенергетичного використання кам'яного вугілля на основі термохімічної, хімічної та іншої переробки з метою їх повного комплексного використання і забезпечення охорони довкілля. Для задоволення потреб економіки Україна щорічно використовує близько 100 &nbsp;млн т вугілля, з яких майже 80 &nbsp;млн т видобувається вітчизняними підприємствами.

* Білецький В.&nbsp;С. &nbsp;Вугілля в сучасному світі і Україні // Донец. вісн. Наук. т-ва ім. Шевченка. Т. 3 : Хімія, технічні науки, науки про землю, медицина та психологія. –&nbsp;— Донецьк, 2003. –&nbsp;— С. 58–66.