Генетическая классификация углей

Под генетической классификацией ископаемых углей понимают разделение углей по исходному материалу и петрографическому составу, связанному с процессами первичного превращения растительных остатков.

Генетическая классификация твердых горючих ископаемых основывается на их природе и происхождении. Под происхождением твердых горючих ископаемых следует понимать не только исходный материал, который послужил для их образования, но и конечный результат, связанный с процессами его первичного превращения. Здесь подчеркивается именно первичное превращение, не зависящее от метаморфизующих агентов (например, температура и давление), повышающих «зрелость угля».

Существует много классификаций горючих ископаемых, основы которых были заложены немецким палеоботаником Г. Потонье. Генетическая классификация твердых горючих ископаемых Г. Потонье является простой и достаточно выразительной. Сущность ее заключается в следующем:

Акаустобиолиты представляют собой неорганический остаток после полного разложения органического вещества растительных и животных остатков, например, мел, диатомит.

Сапровелиты образуются при восстановительном разложении преимущественно остатков высших организмов за счет сапропеля (гниющего яла). Представителями могут служить богхеды и горючие битуминозные сланцы.

Гумусовые каустобиолиты образуются в результате разложения остатков высших растений чаще всего в болотных условиях. К ним относятся большинство углей и торфа.

Липтобиолиты (остаточные биолиты) образуются из наиболее устойчивых составных частей растений, трудно разлагающихся в окислительных условиях и поэтому накапливающихся после разложения всех составных частей. К ним относятся рабдописсит, янтарь и пр.

Эта схема в общем сохранила свое значение и в наше время и послужила основой для всех позднейших классификаций.

В настоящее время еще нет общей генетической классификации твердых горючих ископаемых, несмотря на то, что это имеет очень важное практическое значение.

Общие генетические классификации горючих ископаемых нами рассмотрены выше. Здесь мы остановимся только лишь на некоторых классификациях твердых горючих ископаемых.

Геолого-генетические классификации. Классификация Г. Потонье (ее принципы) была развита Ю.А. Жемчужниковым, который в своей классификации учел исходный материал и условия его превращения (табл. 17).

По этой классификации гумолиты разделяются нa класс гумитов и липтобиолитов. Сапропелиты делятся на собственно сапропелиты, характеризующиеся сохранившимися в них остатками водорослей с хорошо выраженным анатомическим строением и сапроколлиты, в которых водоросли превратились в бесструктурную массу.

Дальнейшую детализацию гумитов Ю.А. Жемчужников производит по их петрографическому составу, формирующемуся на начальной стадии гумификации и сталии углеобразования в виде торфяной, буроугольной и каменноугольной.

Исходным материалом для липтобиолитов послужили оболочки макро- и микроспор, кутикула, смоляные тельца и некоторые коровые ткани, содержащие суберин. В зависимости от этого получаются споровые кутикуловые, смоляные или коровые липтобиолиты.

Основным недостатком классификации является отсутствие в ней промежуточной группы углей, происшедших из высших и низших растений и животных организмов.

Существуют и другие геолого-генетические классификации, которые, по существу, мало тем отличаются от классификации Ю.А. Жемчужникова.

Химико-генетическая классификация. Эта классификация построена на основе изучения химической природы углей. Сюда относятся классификации Фукса (W. Fuchs), А.Ф. Добрянского, Г.Л. Стадникова, Л.Л. Нестеренко и др.

В основу классификации Фукса положены характерные особенности растений, послуживших исходным веществом для образования углей (табл. 18).

При описании классов углей Фукс обращает внимание на угли, имеющие промежуточный характер между бурыми и каменными, а также угля сапропелитового происхождения и пытается установить для них отличительные признаки.

В классификации А.Ф. Добрянского, которая детально нами рассмотрена выше, под генезисом подразумевается ход химических прекращений органического вещества при углеобразовании.

Автор приводит эмпирическую формулу C42H60O28, принятую как средний состав древесины. Средний состав различных торфов и углей рассматривается как состав древесины, из которого выделялись вода и углекислота в постоянном отношении 5:1. Отнимая воду и углекислоту из приведенной формулы частями, получают комплекс остатков с падающим содержанием кислорода, т. е. формулы, отражающие состав гумусовых углей с последовательным изменением его от древесины до каменных углей включительно. Например, при потере 50% всего кислорода получается состав, близкий к алиментарному составу бурого угля, а при потере 84,5% кислорода — состав, близкий к каменному углю марки ПЖ (Донбасс).

В классификации углей Г.Л. Стадникова по характеру исходного материала выделяется четыре класса: сапропелиты, гумусовые угли, сапропелито-гумусовые и гумусо-сапропелитовые угли, отличающиеся по содержанию водорода, гуминовых кислот составу дегтя, свойствам кокса и полукокса. В этой классификации заложена рациональная идея рассмотрения углей по исходному материалу, условиям превращения к углефикации (табл. 19).

В классификации Г.Л. Стадникова отражено стадийное развитие углей.

В классификации Л.Л. Нестеренко, построенной по химическим и петрографическим данным, уголь характеризуется двумя величинами: отношением углерода к кислороду и выходом летучих веществ на горючую массу при температуре до 550° С. Класс угля, нанесенный по этим данным в виде точки в прямоугольной системе координат (рис. 13), уточняется путем определения петрографического состава и относится к сапропелевым или гумусовым, а среди последних — к углям с преобладанием витрена, фюзена или экзин.

В последнее время на основании физических и физико-химических методов исследований Д. ван-Кревелен разработал метод статического структурного анализа по данным элементарного состава углей, выраженным в атомных coотношениях с одновременным использованием показателей некоторых их свойств (молярный вес, плотность и др.) (рис. 14). В основу расчетов принято положение о той, что разные виды связей (в молекулах) и структурных форм соединений C, H, O и S в углях носят характерные для них изменения в свойствах вещества.

В 1955 г. Я.М. Черноусое предложил генетическую классификацию углей, в основу которой положены стадии углеобразования: торфяная к угольная (табл. 20).

По этой классификации угли разбиты на четыре группы: гумолиты. липтобиолиты, сапропелит и угли смешанного исходного материала. По количеству и содержанию групп она близка к классификации Г.Л. Стадникова. Выделенными классами охвачены все гумусовые угли, а также угли сапропелиевого и смешанного исходного материала.

Промышленная классификация углей. При исследовании углей определилась необходимость в их классификации по тем или иным свойствам и признакам, отвечающий вопросам промышленности. В Западной Европе широким распространением пользуется промышленная классификация Грюнера. Она основана на степени углефикации углей и включает ряд таких показателей, которые имеют большое практическое значение (табл. 21).

По классификации Грюнера, каменные угли разбиваются на пять групп на основании элементарного состава, выхода нелетучего остатка при нагревании в его характера, а также по удельному весу угля. Особое внимание обращается на отношение О:H, которое закономерно уменьшается при переходе от молодых к более зрелым углям.

С развитием технологии углей и в связи с новыми направлениями использования их в промышленности классификация эта устарела и была значительно переработана. В новом виде она в настоящее время известна под названием Донецкой классификации углей (табл. 22).

Из табл. 22 наглядно видно влияние степени углефикации на все показатели отдельных марок углей: снижение выхода летучих, водорода и кислорода от углей длиннопламенных к углям тощим (наиболее углефицированным) и, наоборот, одновременное постеленное обуглероживание углей.

В 1957 г. на Всесоюзном угольном совещании в Ленинграде была принята новая маркировка углей для каждого угольного бассейна в отдельности (видоизмененная Донецкая классификация углей) (табл. 23). Условия классификации изложены в ГОСТах.

Из табл. 23 видно, что при сравнении углей различных месторождений цифровые значения классификационных показателей для одной и той же марки угля могут колебаться в широких пределах. Одни и те же промышленные марки каменных углей различных бассейнов отличаются друг от друга по спекаемости и выходу летучих веществ, что зависит от неодинакового петрографического состава углей.