Физические свойства, петрографический и химический состав углей и методы их определения

07.11.2020

В понятие «физические свойства углей» входят: цвет, блеск, удельный вес, плотность (или рыхлость), твердость (или мягкость), хрупкость (или вязкость), излом и др. Сюда же следует присоединить отдельность и макроструктуру угля. Видимую текстуру угля также можно рассматривать как физическое свойство.

Физические свойства отражают внутреннюю структуру угольного вещества, которая зависит от исходного растительного материала и условий его превращения, метаморфизма минеральных примесей и характера распределения последних.

Цвет. Как правило, цвет углей от бурого и темно-серого до черного. Бурый цвет, или оттенок, зависит от низкой степени углефикации угля и является характерным для бурых углей и сапропелитов. Каменные угли имеют черный или темно-серый цвет. Антрациты — темно-серый или серый. Различаются угли и по цвету черти, оставляемой на фарфоровой пластинке, а именно: бурые угли дают бурую черту, каменные — коричневато-черную или темно-серую и черную черту, антрацит оставляет черную черту.

Блеск. Блеск является одним из самых характерных свойств углей. Различают оттенки блеска: смолистый (жирный), стеклянный, алмазный и шелковистый. Смолистый блеск у кларена, стеклянный у витрена, шелковистый у фюзена, матовый у дюрена, Блеск угля усиливается по мере увеличения степени углефикации т.е. от бурых углей к каменным и далее к антрацитам.

Удельный вес. Имеет большое значение для решения многих теоретических и практических вопросов. Так, например, на различии в удельных весах петрографических компонентов чистых и зольных разностей углей основано гравитационное обогащение. Удельный (или объемный) вес учитывается при подсчете запасов.

Удельный вес углей изменяется довольно заметно. Он зависит от петрографического состава, степени обуглероживания (углефикации), количества и характера минеральных примесей, количества влаги и, наконец, от природы углей.

Средний удельный вес (для углей одинаковой средней зольности) зависит от петрографического состава, количества влаги, степени метаморфизма. У бурых углей он равен 0,8—1,25, у каменных — 1,26—1,35, у антрацитов — 1,36—1,50 до 1,65 (повышается почти вдвое от бурых углей к антрациту).

Плотность. Плотностью (или рыхлостью) углей наливается отношение их массы к объему. Она зависит главным образом от степени углефикация и от петрографического состава углей. От торфа к антрациту плотность непрерывно возрастает.

Твердость. По шкале Mooca твердость углей находится в пределах 1—2 и повышается со степенью углефикации. Наименьшая микротвердость у углей марок ПЖ и К.

Хрупкость. Определяется по степени их сопротивления раздавливанию, истиранию и удару. Наиболее хрупкими являются угли фюзеновые, далее следуют витреновые и клареновые и наиболее стойкими являются дюреновые угли.

Хрупкость углей связана со степенью метаморфизма. Наиболее хрупкими являются коксовые угли, а от антрацитов к газовым углям хрупкость понижается.

Излом. Изломом называется форма поверхности, получаемая в результате раскалывания угля вне плоскостей напластования. Для угля характерны следующие изломы: раковистый, землистый, волокнистый, листоватый, занозистый, зернистый и неровный. Раковистый излом присущ сапропелевым углям, некоторым блестящим гумусовым углям, иногда антрацитам; зернистый (крупно-и мелкозернистый) наблюдается у каменных углей и антрацитов, землистый и неровный излом встречается у бурых углей.

В табл. 13 показано, как, пользуясь дальнейшими макроскопическими признаками, можно отличить друг от друга типичные гумусовые угли и сапропелевые.

Структура (строение) угля тесно связана с его вещественным составом и характеризует изменения однородности угля, зависящие от величин слагающих уголь частиц и от их формы.

Различают лигнитовую структуру бурых углей, сохраняющую ясно видимое древесное строение.

Листоватая структура присуща кутикуловому «бумажному» углю Подмосковного бассейна и «рогожке» барзасских углей.

Волокнистая структура в виде вытянутых в одном направлении волокон отличает волокнистый уголь (фюзен).

Полосчатая структура представляет собой чередование полосок матового и блестящего угля. Эта структура встречается среди каменных и бурых углей.

Штриховатая структура характеризует неоднородные угли, содержащие, кроме основных составляющих угля, мелкие штрихи, тонкие полосочки другого какого-нибудь ингредиента, например фюзена или витрена, которые хорошо прослеживаются по вертикальному разрезу образна.

Однородная структура представлена материалом из одного ингредиента без явных включении каких-либо других составляющих угля.

Текстура (сложение) угля определяет характер пространственного расположения и распределения в нем составных частей, вне зависимости от их формы. Сложение угля связано с его вещественным составом. Слоистость — признак, определяющий текстуру.

Текстуру следует рассматривать, как отклонения или колебания о однородности угля, относящиеся не к образцу или куску угля, а к массе угля в целом. Текстуры подразделяются на слоистые и массивные (неслоистые).

Слоистая текстура угля связана с неравномерностью в отношении угольного вещества и с изменением условий отложения (сложные пласты), вследствие чего произошла замена растительного материала угля минеральными отложениями в большем или меньшем количестве.

Массивная текстура наблюдается у плотных матовых сапропелевых углей, а также у полубохгедов Подмосковного бассейна. Массивное сложение объясняется наличием однородных условии образования угля.

Зернистая текстура угля принадлежу матовым углям, например некоторым углям Кизеловского бассейна, углям о-ва Сахалина. Зернистость матового угля мелкая.

Землистая текстура присуща третичным рыхлым бурым углям, например башкирским, украинским и др.

Эти угли представлены порошкообразной массой, в которой наблюдаются отдельные куски угля, сохранявшие древесное строение (лигниты) и включения пирита. Землистая текстура встречается также среди гумусовых сажистых окисленных углей Пермского бассейна, где наблюдается также плитчатая текстура, образовавшаяся в результате вторичных воздействий на уголь.

К физическим свойствам угля относится также и отдельность. Эго группа параллельных трещин в кусках угля, не совпадающих с первичной слоистостью.

Наблюдаемое при макроскопическом изучении углей свойство раскалываться по определенно ориентированным плоскостям приводит к получению своеобразных го геометрической форме кусков угля, называемых отдельностями. Отдельности образуются обычно при раскалываний угля по плоскости наслоения и по трещинам кливажа.

Различают эндогенную и экзогенную системы трещин в углях и соответствующие им отдельности, причем эндогенная система трещин обусловлена внутренними (первичными) причинами и образуется под влиянием сокращения объема угольной массы в пласте в результате диагенеза и метаморфизма, а экзогенные трещины (кливаж) вызваны внешними (вторичными) силами, зависящими от причин тектонического порядка. Примерами эндогенной отдельности углей являются пластинчатая, призматическая кубическая и глазковая. Примерами экзогенной отдельности могут служить гребенчатая и пирамидальная. Различаются также отдельности конусовидные, чечевицеобразные, шаровые, осколочные (или брекчиевидные).

Трещины кливажа имеют очень важное значение при разработке угольных месторождений. Направление и характер этих трещин определяют производительность горных машин, особенности отбойки угля, посадку кровли, выбросоопасность угля и газа, газообильность и водообильность горных выработок и др.

Большинство встречающихся в природе гумусовых каменных углей и некоторые плотные бурые угли представляют собой внешне неоднородные полосчатые образования. Полосчатыми называются угли, в которых переслаиваются и чередуются в форме полос видимые невооруженным глазом (т. е. макроскопически) различные составные части, называемые обычно макроингредиентами.

Макроингредиенты выделяют по внешним (макроскопическим) отличительным признакам и некоторым физико-механическим свойствам, а также по описаниям под микроскопом. Оба эти метода исследования очень важны для характеристики ископаемых углей.

При макроскопическом изучении углей обычно описываются их основные физические и механические свойства, устанавливаемые по внешнему виду, а также с помощью весьма простых приемов и несложных приспособлений.

Изучение под микроскопом производится в основном в проходящем свете в прозрачных шлифах, в которых можно детально рассмотреть микроструктуру угля, установить его составные части (ингредиенты) и слагающее его вещество.

Угли высокой степени метаморфизма, которые не дают прозрачных шлифов, исследуются в полированных шлифах (аншлифах) в отраженном свете. В этом случае о характере деталей строения можно судить по их форме.

Кроме того, при изучении угля под микроскопом делают тонкие срезы (полированные шлифы), которые переносятся на предметное стекло.

Для изучения угля применяется также метод мацерации, при котором сильноокисляющими веществами растворяют легкорастворимые части угля и выделяют более устойчивые части.

Микроскопические исследования позволяют быстро определять вещественный состав отдельных типов углей, который в известной степени является показателем качества угля. Например, угли, пригодные для сухой перегонки и получения из них дегтя, легко распознаются под микроскопом по наличию в них остатков водорослей, из которых они образовались. По формам и количественному соотношению спор часто представляется возможным судить о положении пласта в нормальном стратиграфическом разрезе, что особенно важно в тектонически сложных месторождениях. По петрографическим признакам можно иногда судить и о степени метаморфизма угля.

Следует иметь в виду, что все названные методы следует рассматривать как взаимно дополняющие друг друга и дающие в комплексе более полное представление о характере и петрографическом составе каждого из исследуемых углей.

С помощью микроскопа удалось установить, что ископаемые угли состоят из так называемых форменных элементов, включенных в основную бесструктурную массу.

В большинстве встречающихся в природе углей чаще всего обнаруживаются комплексы в виде разнообразного сочетания основной массы и форменных элементов. Различают следующие форменные элементы:

1. Лигнинно-целлюлозные, которые состоят из обрывков древесины, коры стеблей, корней и внутренней ткани листьев. Под микроскопом эти остатки растительности непрозрачные, черного, красновато-бурого и реже светло-бурого цвета.

2. Кутиновие форменные элементы — кутикула листьев и оболочки спор — состоит из воска и смолообразных веществ, очень близких между собой по химическим свойствам.

3. Форменными элементами являются остатки водорослей, которые составляют главную массу сапропелитов. Во многих случаях благодаря процессу гелификации клетки под микроскопом не различаются и сапропелит в этом случае представляет собой однородную массу.

4. Смоляные тела являются остатками смолы растений. Под микроскопом в шлифе они прозрачны, лимонно-желтого цвета, овальной формы. Смоляные тела не имеют структуры и этим отличаются от спор и водорослей.

Все наиболее часто встречающиеся в углях форменные элементы можно разделить по окраске в тонких шлифах на две резко отличающиеся группы веществ: желтые (споры, пыльца, кутикулы, водоросли, смоляные тельца) и черные или черно-бурые (древесные, коревые и листьевые ткани).

Основная масса угля (в гумитах) состоит из гумусовых веществ и растительного шлама (дисперсно раздробленные остатки растений). В тонких шлифах она подразделяется на две разновидности: прозрачную и непрозрачную.

Цвет прозрачной основной массы при рассмотрении в проходящем свете под микроскопом зависит от типа углей, но преобладает окраска от желтой и оранжевой до красной, причем «чистота» оттенков очень изменчива. При рассмотрении в отраженном свете, т. е. в аншлифах, прозрачная основная масса обладает различными оттенками серого и белого цвета.

Различают следующие виды структуры прозрачной основной массы в углях: однородная, хлопьевидная, комковатая и зернистая разновидность комковатой основной массы). Кроме того, наблюдается различное сложение основной массы. Наиболее характерной является флюидальность — впечатление застывшей текучести.

Непрозрачная основная масса под микроскопом представляется неоднородной и подразделяется на два вида веществ, неодинаковых по своему происхождению и по форме частичек, а именно: непрозрачные осколки (иголочки) и непрозрачные хлопья. Иголочки имеют признаки древесного строения, а также совершенно черный цвет в тонких шлифах и яркий желтовато-белый цвет — в аншлифах. Хлопья характеризуются отсутствием следов растительных структур и не вполне черным цветом в тонких шлифах. Происхождение хлопьев связано с первоначальным жидким состоянием.

Следует отметить, что в одном и том же угле можно одновременно наблюдать присутствие прозрачной основной массы и обеих разновидностей непрозрачной основной массы, причем нередко обнаруживаются и переходные формы коричневого цвета — полупрозрачная основная масса.

При значительной степени углефикации основная масса будет непрозрачной. В антраците она совершенно непрозрачна. В сапропелитах основная масса угля в шлифе прозрачная, темно-бурая и даже светло-желтая. Примесь гуминовых веществ придает ей светло-коричневую или темно-коричневую окраску.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2020
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна