Виды угля

В этой статье мы расскажем, какие виды угля существуют и чем они отличаются друг от друга. Ведь этот материал уже на протяжении многих лет традиционно является одним из наиболее известных видов топлива не только в нашей стране, но и в мире. Вот почему так важно уметь разбираться в его разновидностях.

Прежде всего отметим, что в нашей стране и за рубежом приняты похожие системы классификации видов угля. Различаются они не очень сильно. Однако из-за разницы в терминологии путаница все равно возникает.

Итак, в России, в зависимости от степени углефикации (фазы углеобразования), уголь принято делить на:

• Бурый
• Каменный
• Антрацит

Некоторые ученые также добавляют в эту классификацию графит. Однако мы этого делать не будем, так как графит, по сути, представляет собой минерал из класса самородных элементов.

Информацию о главных параметрах, по которым угли делят на виды (по ГОСТ 25543-2013), вы найдете в таблице ниже.

Отметим также, что степень углефикации косвенным образом указывает на возраст угля. Как правило, чем выше фаза углеобразования, тем древнее материал.

За рубежом распространена несколько иная классификация углей. Она основана на проценте содержания углерода в материале. Самым чистым и ценным является уголь, в котором содержится максимальная доля этого химического элемента. И наоборот: чем меньше содержание углерода в материале, тем он менее ценен. Это связано с тем, что в нем больше сторонних примесей и воды, а его температура сгорания ниже.

Зарубежные ученые выделяют:

• Лигниты
  Это самые «молодые» угли коричневого цвета с высоким содержанием серы (до 45%) и повышенной влажностью. Некоторые страны не относят лигнит к углям в принципе, так как он гораздо рыхлее других разновидностей и на открытом воздухе со временем легко рассыпается в порошок.
• Суббитуминозные угли
  Их еще называют «черными лигнитами». Это материал черного цвета с содержанием влаги около 20-30%.
• Битуминозные угли
  Так за рубежом называют материал, который в отечественной классификации именуется как каменный уголь.
• Антрациты
  Это самый чистый и «концентрированный» уголь. У него глубокий черный цвет с блестящей поверхностью. Содержание влаги в нем – менее 15%.

Дальше мы опишем угли из отечественной классификации.

Бурый уголь

Как мы уже отметили выше, между классификациями, принятыми в крупных угледобывающих странах, присутствуют терминологические различия. Так, в Великобритании и Евросоюзе бурый уголь и лигнит являются одним и тем же продуктом. В США (первой в мире стране по запасам угля) определения лигнита и бурого угля различаются, причем предельно четко. В нашей стране наиболее распространен термин «бурый уголь», а «лигнит» иногда используют как его синоним. В редких случаях под бурым углем у нас подразумевают материал с более высокой степенью углефикации, чем лигнит.

По своей сути бурый уголь является самым молодым углем с самой низкой степенью метаморфизма. Он также занимает промежуточное положение между торфом и каменным углем. Он содержит много влаги (до 40%), из-за чего имеет довольно низкую теплоту сгорания. Также он может содержать значительный объем летучих веществ.

Содержание углерода в буром угле колеблется в пределах от 50 до 77%. На открытом воздухе вода из него быстро испаряется, поэтому он теряет плотность и рассыпается в порошок.

Виды бурого угля

Существует несколько классификаций, согласно которым бурый уголь делится на классы, категории, типы и подтипы. Они технические и достаточно сложные, прописаны в ГОСТ 25543-2013. На практике ими почти не пользуются. Поэтому мы лишь коротко пробежимся по ним, не вдаваясь в подробности.

Итак, на классы бурые угли делятся в зависимости от среднего показателя отражения витринита. Информацию об этом мы разместили в следующей таблице.

С повышением степени метаморфизма в бурых углях повышаются содержание углерода, удельная теплота сгорания, а вот содержание кислорода, гуминовых кислот и смол, наоборот, снижается.

На категории уголь делится в зависимости от суммы фюзинизированных компонентов.

По типам бурая разновидность классифицируется по максимальной влагоемкости на беззольное состояние. Информацию об этом мы разместили в следующей таблице.

На подтипы бурый уголь делится в зависимости от процента выхода смолы полукоксования.

По понятным причинам, всеми этими классификациями сложно пользоваться на практике и для продукции, предназначенной, в основном, для реализации частным лицам. Поэтому ее используют только промышленники.

Что касается структуры и плотности, бурые угли могут быть:

• Землистыми рыхлыми
  Это рыхлый материал с низкими плотностью и прочностью, который легко истирается в порошок.
• Плотными матовыми
  Их также называют обыкновенными. У них матовая поверхность, землистый излом и насыщенный бурый цвет.
• Блестящими
  Это разновидность темно-бурого цвета (ближе к черному) с высокой плотностью. Поверхность излома у нее блестящая.

Наряду с ними, некоторые классификации также выделяют такие группы бурых углей по структуре:

• Битуминозное дерево (лигнит)
  У такого материала хорошо сохранена древесная структура, нередко в ней присутствуют очертания коры и корней.
• Бумажный листоватый бурый уголь (дизодил)
  Он представляет собой тонкослоистую истлевшую растительную массу. Материал легко разделяется на тонкие листы.
• Торфяной уголь
  Он имеет «войлочную» структуру, содержит много различных примесей и в целом похож на торф.

Однако этой классификацией также редко пользуются на практике.

Применение бурого угля

Основное назначение этого материала – топливная промышленность.

В отличие от каменного угля, бурая разновидность гораздо реже используется в нашей стране в качестве топлива. Главная причина тому – довольно низкая температура сгорания материала. Однако в связи с его невысокой стоимостью, этот уголь часто используют в мелких и частных котельных. Для этого его нередко брикетируют. Этот процесс заключается в прессовании сырья под давлением и получении кусков топлива правильной формы стандартных размеров.

Брикеты бурого угля проще транспортировать и хранить, также они обладают более высокими показателями по выделению тепла. Их используют не только для отопительных котлов, но и для дальнейшего полукоксования.

Что касается зарубежных стран, там бурую разновидность применяют очень широко. Например, в Германии бурый уголь обеспечивает выработку почти 25% электроэнергии на паровых электростанциях. В Греции доля этого материала, используемого для той же цели, достигает целых 50%.

Еще один способ применения бурого угля – извлечение из него полезных веществ. Так, методом перегонки из него получают различные жидкие углеводородные топлива, а из остатка извлекают горючие газы, углещелочные реагенты и некоторые другие вещества.

Каменный уголь

Следующим этапом метаморфизма углей, после бурого, является каменная разновидность. Этот материал образовывается на больших глубинах, под большим давлением и при высокой температуре. Соответственно, его химический состав и физические характеристики существенно отличаются от бурого вида.

В состав каменного угля входят:

• Углерод – от 75 до 95%
• Водород – до 15%
• Сера – до 4%
• Азот – до 1,5%
• Летучие вещества – до 45%
• Влага – от 4 до 14%

Также в материале содержатся некоторые минеральные примеси, которые после сжигания угля образуют золу.

За счет более низкого содержания влаги, чем в буром угле, эта разновидность имеет более высокую теплоту сгорания. А количество летучих веществ в ней обеспечивает неплохое воспламенение. Все это делает каменный уголь ценным сырьем.

Виды каменного угля

В разных странах в основе классификации каменных углей лежат различные параметры состава и свойств угля. Так, в США материал классифицируется в зависимости от теплоты сгорания, содержания связанного углерода и относительного содержания летучих веществ. Япония делит каменный уголь на виды по так называемому топливному коэффициенту (по сути, по той же теплоте сгорания) и крепости получаемого кокса (или неспособности к коксованию).

Россия унаследовала классификацию, которая была выработана в СССР.  Ее называют «марочной». Она является основной и наиболее распространенной в обиходе, закреплена в ГОСТ 25543-2013.

Согласно ей, выделяются такие марки угля:

• Длиннопламенный (Д)
  Он содержит 70-80% углерода, имеет невысокую зольность, благодаря чему активно используется для производства различных химических продуктов и жидкого топлива. Также из него делают формовой кокс. Кроме того, длиннопламенный уголь широко востребован в качестве топливного материала.
• Длиннопламенный газовый (ДГ)
  Он отличается хорошей механической прочностью и активно используется в энергетической отрасли промышленности. Содержание углерода в нем – 70-80%.
• Газовый (Г)
  Содержание углерода в нем – около 83%. В основном он применяется в энергетическом секторе промышленности, а также в ЖКХ, для изготовления формованного кокса и абсорбентов. Кроме того, газовая разновидность может использоваться в производстве жидкого топлива, для полукоксования и газификации. Основные показатели газовых углей, к которым относятся выход летучих веществ и показатель отражения витринита, находятся в пределах 38% и 0,8-0,9% соответственно.
• Газовый жирный (ГЖ)
  Данный вид занимает нишу между газовой и жирной марками. Содержание углерода в нем – 80-85%. От своих соседей данный уголь отличается тем, что обладает лучшим показателем спекаемости и высшим выходом летучих веществ. Основной областью применения марки ГЖ является коксохимическая промышленность.
• Газовый жирный отощенный (ГЖО)
  Содержание углерода в нем – 78-85%. При горении эта марка дает среднюю высоту пламени. Остаток после сжигания у нее рыхлый, легко распадающийся на мелкие частицы. Используют эту разновидность в энергетике и коксохимической промышленности.
• Жирный (Ж)
  Эта марка считается ценной, так как отлично коксуется. Благодаря этому она в основном применяется в коксохимической промышленности. Содержание углерода в этом угле – около 85%. Ее теплота сгорания – 8000 ккал.
• Коксовый жирный (КЖ)
  Содержание углерода в нем – 87-90%, а теплота сгорания – 8500 ккал. Такой уголь практически не содержит примесей. Плюс, он обладают самой высокой степенью коксуемости, поэтому используется исключительно в коксохимической промышленности.
• Коксовый (К)
  Содержание углерода в нем – 88-90%. Эти угли отличаются хорошими показателями спекаемости, а также отражением витринита. Основное их предназначение – производство кокса для металлургической промышленности. Если смешать эту марку с другими смежными, можно получить кокс более высокого качества.
• Коксовый отощенный (КО)
  Содержание углерода в нем – 88-90%. Этот вид обладает отличными отощающими свойствами, относится к группе углей, активно используемых в коксовой промышленности.
• Коксовый слабоспекающийся (КС)
  Содержание углерода в этой марке – 88-89%. Она также обладает низкой спекаемостью. Уголь КС активно используется в роли твердого топлива в различных отраслях промышленности, а также в ЖКХ.
• Коксовый слабоспекающийся низкометаморфизованный (КСН)
  Она содержит 85-88% углерода, имеет черный цвет и матовый блеск. Структура у этой марки плотная, пор в ней практически нет. Применяется она в энергетики и металлургии.
• Отощенный спекающийся (ОС)
  Эта марка, как и КО, обладает отличными отощающими свойствами и относится к группе активно используемых в коксовой промышленности углей. Ее берут для приготовления металлургического кокса. Очень часто этот материал смешивают с другими марками для получения кокса с лучшей степенью усадки.
• Слабоспекающийся (СС)
  Этот уголь относятся к тем видам, которые отлично коксуются. Его влажность редко превышает 10%, а углерод колеблется в пределах 75-90%. Основное назначение данной марки – энергетическая промышленность.
• Тощий (Т)
  Эта марка не спекается, поэтому применяется преимущественно для отопления. Она горит невысоким белым пламенем, покрывается светлой золой. После сгорания в печи остается мелкий рыхлый кокс, который быстро рассыпается в порошок. Содержание углерода в тощих углях – 88-92%.
• Тощий спекающийся (ТС)
  Он содержит 89-91% углерода. Эта марка имеет насыщенный черный цвет, блестящую поверхность. Она пользуется популярностью как топливный материал, так как практически не дымит.

Как вы могли заметить, содержание углерода в углях последовательно увеличивается от 70 до 92% от марки Д до марки Т. Одновременно с этим уменьшается выход летучих веществ.

Кроме того, в данную классификацию углей по маркам входят материалы:

• Антрацит (А)
• Бурый (Б)

Они соответствуют самостоятельным материалам антрациту и бурому углю соответственно.

Кроме того, как и бурая разновидность, каменная разделяется на классы, категории, типы и подтипы по тем же основаниям, что и бурые. В рамках данной статьи мы не будем останавливаться на этих классификациях.

Применение каменного угля

Главные сферы использования этого материала – энергетика и металлургия.

Каменный уголь берут для отопления как частных домов и промышленных зданий, так и инженерных сооружений (например, ГРЭС). Для теплоэнергетики и для бытового отопления в основном используются марки Д, ДГ, СС, Т, а для химической промышленности – Г, Ж, К, которые относятся к коксующимся типам угля.

В целом же каменный уголь используют в качестве технологического, энерготехнологического и энергетического сырья. При производстве кокса и полукокса побочными продуктами переработки каменного угля являются многие химические продукты (например, фенолы, нафталин, лак и другие). На их основе получают пластмассы, синтетические волокна, лаки, краски и прочие ценные продукты.

Еще одно перспективное направление использования каменных углей – это получение жидкого топлива.

Есть два способа его получения:

• Гидрогенизация (сжижение)
• Газификация (разложение твердотопливной продукции на газы)

Кроме того, результатом переработки каменного угля являются активированные угли, искусственные графиты, а также некоторые важные химические элементы (молибден, цинк, ванадий, свинец, галий, германий и другие).

Антрацит

Антрацит – это материал с высшей степенью углефикации при огромном давлении на самой большой глубине. Он отличается глубоким насыщенным черным или серовато-черным цветом с металлическим блеском. У него высокие плотность (1500-1700 кг/м3) и твердость (2,0-2,5), максимальная степень углефикации. Из-за низкого содержания летучих веществ он трудно воспламеняется, зато обладает самой высокой теплотой сгорания среди других видов углей.

Своими особыми свойствами антрацит обязан именно условиям формирования – на большой глубине, при высоком давлении и высоких температурах (350-550°С).

Виды антрацита

Очень давно в нашей стране существовала классификация, согласно которой антрациты делились на две марки:

• ПА (полуантрациты)
• А (антрациты)

В действующем ГОСТ все эти материалы относятся в марке А.

Как и его предшественники, антрацит классифицируется на:

• Классы – по среднему показателю витринита
• Категории – в зависимости от содержания фюзенизированных компонентов на чистый уголь
• Типы – по объемному выходу летучих веществ на сухое беззольное состояние
• Подтипы – по анизотропии отражения витринита

Подробно об этих классификациях вы можете прочитать ГОСТ 25543-2013.

Кроме того, существует международная классификация, в которой антрацит делится на марки по выходу летучих веществ и объемному выходу летучих веществ. В зависимости от этого, у антрацита бывает различное технологическое применение.

Согласно международной классификации, различают антрацит:

• Стандартного качества (SG) – углерод от 73%, влага до 15%
• Высокого качества (HG) – углерод от 75%, влага до 15%
• Сверхвысокого качества (UHG) – углерод от 80%, влага до 13%

Однако в нашей стране этой классификацией пользуются очень редко.

Применение антрацита

Антрацит широко используется как высокоэффективное бездымное топливо. Кроме того, он нашел свое применение в качестве технологического сырья в черной и цветной металлургии, электротехнической, химической промышленности, а также в ряде других производств. Для технологического применения очень важна высокая термическая и технологическая стойкость этой разновидности, низкий выход летучих веществ и электропроводимость.

Способы использования антрацита:

• Отопление коммунальных и бытовых отопительных систем, ГЭС и промышленных котлов
• Производство термоантрацита
• Производство электродов и электрокорунда
• Производство карбида кальция, кремния, извести и цемента
• Производство адсорбентов различного назначения

Несмотря на то, что в технологических целях антрацит используется довольно редко, требования к его качеству предельно высоки. Даже незначительное ухудшение характеристик материала часто крайне отрицательно влияет на результаты производства промышленной продукции.

Теперь вы знаете, какие виды углей существуют.

Если вы хотите узнать больше о разных классификациях ископаемых углей, мы рекомендуем вам следующие статьи:

Виды угля

Классы, категории, типы и подтипы угля

Генетическая классификация угля (петрографический состав)

Марки угля

Фракции угля