Стадийность углеобразования

Угли по содержанию в них летучих (газообразных и жидких продуктов), образовавшихся в результате разложения органической массы угля, и по степени углефикации разделяются на бурые, каменные и антрациты (табл. 14).

Процесс углеобразования является единым и стадийным — от молодых образований (торфов) до каменных углей и далее ацтрацитов.

Торфяная стадия углей. В большинстве случаев торфы представляют собой еще непогребенные материалы, накопление и процессы преобразования которых продолжаются в торфяных болотах и в настоящее время. Встречающиеся иногда в природе погребенные торфа могут занимать по ряду свойств промежуточное положение между более зрелыми торфами и менее зрелыми бурыми углями. Следовательно, торф можно относить к наименее зрелым и в химическом и в геологическом отношениях видам твердых горючих ископаемых гумусовой породы, содержащей, по данным Всесоюзной конференции по Болотному Кадастру, не более 50% минеральных веществ.

В соответствии с промышленно-химической классификацией торфов, предложенной В.Е. Раковским, наиболее распространенные торфа можно подразделить по степени разложения на пять групп (табл. 15).

Торфяные залежи отличаются от других органических отложений тем, что процесс торфообразования можно наблюдать и в настоящее время. Наблюдая этот процесс, мы можем в известной мере восстановить историю образования углей.

Буроугольная стадия. Следующей стадией углеобразовательного процесса является буроугольная.

Отличие бурых углей от торфов заключается в более высокой степени превращения остатков отмерших растений и в большем обогащении их углеродом. В результате далеко зашедшего процесса углеобразования в составе бурых углей появляются новые вещества, не обнаруженные в торфах. Это темные аморфные нейтральные вещества, образовавшиеся путем дальнейшего усложнения гумусовых кислот.

Для бурых углей характерна бурая черта, бурое окрашивание щелочи и густо-желтое до красно-бурого окрашивание раствора азотной кислоты. Бурые угли часто имеют рыхлое сложение.

Превращение бурых углей в каменные. Следующая более высокая стадия — образование каменных углей.

Для разграничения бурых и каменных углей пользуются такими свойствами, как черта, окрашивание раствора едкой щелочи (КОН) и окрашивание кипящего раствора разбавленной азотной кислотой.

Вопрос о превращении бурого угля в каменный обсуждался неоднократно и по этому поводу были многочисленные дискуссии. Многие исследователи главную роль в преобразовании бурых углей в каменные отводили температуре и второстепенное значение — давлению. Фактору времени многие исследователи также отводят второстепенное значение, что, по-видимому, является неправильным. Все проделанные в этой области опыты показывают, что процесс изменения углей, как правило, во всех случаях идет в сторону большего обуглероживания исходного вещества за счет уменьшения летучих.

Внешне каменные угли существенно отличаются от бурых. Цвет каменных углей обыкновенно черный; черта черная, удельный вес колеблется от 1,3 до 1,45; угли плотные. При повышении степени углефикации заметно изменяются цвет основной массы (под микроскопом) и отражательная способность, твердость угля, цвет и яркость люминесценции и химико-технологические свойства.

Блеск углей служит одним из основных показателей степени углефикации. И.И. Амосов выделил 24 стадии углефикации, установив при этом, что «увеличение отражательной способности от бурых углей до антрацитов происходит последовательно и закономерно».

Химико-технологические свойства каменных углей отличаются от свойств бурых углей и в то же время они существенно разнятся между собой в пределах каменноугольной стадии.

В стадии каменных встречаются угли различных генетических групп: гумусовые, сапропелевые и смешанного исходного материала.

Антрацитовая стадия. Наиболее углефицированными являются антрациты. До настоящего времени остается еще не совсем понятным процесс превращения углей в антрациты. К числу неясных вопросов надо в первую очередь отнести следующий. Всегда ли при известных условиях возможно превращение того или иного исходного материала в антрацит или конечный продукт при любых условиях преобразования зависит от исходного растительного материала (если понимать под конечным продуктом, в частности битуминозный уголь и антрацит)?

В науке имеются сторонники обоих взглядов, подтвержденных в известной мере экспериментами. По-видимому, процессы, управляющие превращением угля для разного растительного материала при одних и тех же внешних условиях, протекают с разной скоростью и несколько различными путями. Всегда при известных условиях возможно превращение того или иного исходного растительного материала в антрациты.

Антрацит — это высокометаморфизованный уголь, занимающий место между каменным углем и графитом. Цвет антрацита черный с желтоватым (золотистым), иногда с сероватым оттенком. Некоторые антрациты имеют подобно графиту серый цвет. Она почти всегда блестящие, сравнительно однородные. Структура антрацитов плотная. Полосчатости, как правило, не наблюдается вследствие значительных скоплений фюзена или закономерного (полосчатого) распределения минерального вещества.

Под микроскопом в отраженном свете антрацит напоминает однородное витреновое вещество (в проходящем свете шлифы из антрацита непрозрачны), В нем выделяются лишь фюзен и ксилен. Будучи очень стойким к метаморфизму фюзен встречается даже в ограниченных антрацитах и в коксе.

При травлении аншлифов удается выделять и другие ингредиенты — витрен, кларен и дюрен.

При скрещенных николях в поляризованном свете можно изучать микроструктуру антрацита.

Удельный вес антрацита 1,4—1,7, твердость от 2 до 4. Выход летучих веществ менее 10%, водорода до 3%, углерода не менее 95%, азота менее 1%, температура воспламенения 500—600° С, кокс порошковатый.

Шунгит — группа твердых углеводородных минеральных веществ, представляющих в главной массе аморфные разновидности углерода, близкие по составу к графиту; причисляется к группе антраксолита. Химический состав шунгита непостоянен: в среднем содержит 60—70% углерода и 30—40% золы. В золе содержится 35—50% SiO2, 10—25% Аl2O3, 4—6% К2О, 1—5% Na2O, 1—4% TiO2, 0,2% MoOi, 0,5—1,5% V2O3, а также примеси меди, железа, серы, бария к др.

Шунгит встречается в сплошных массах черного (с сильным блеском) или графитового серого цвета с раковистым или мелкозернистым изломом.

Твердость 3—4 удельный вес 1,3—2,0. Шунгит представляет собой органическое и, по-видимому, битуминозное вещество концентрировавшееся в древних (допалеозойских) кремнисто-глинистых и карбонатных осадках, впоследствии превращенных процессами метаморфизма в кремнистые сланцы и доломиты.

Месторождения шунгита известны близ с. Шунга в Карелии, откуда и название.

Шунгит этого месторождения непригоден в качестве горючего материала, но отдельные его разновидности пытались использовать как наполнитель для микрофонов.