Антрацит , также известный как каменный уголь и черный уголь , представляет собой твердую, компактную разновидность угля , имеющую субметаллический блеск . Он имеет самое высокое содержание углерода , наименьшее количество примесей и самую высокую энергетическую плотность среди всех типов угля и является углем самого высокого ранга .
Угольный регион на северо-востоке Пенсильвании в США располагает крупнейшими известными запасами антрацитового угля в мире с предполагаемыми запасами в семь миллиардов коротких тонн. [2] На долю Китая приходится большая часть мирового производства; Другие производители включают Россию , Украину , Северную Корею , Южную Африку , Вьетнам , Австралию , Канаду и США . Общий объем производства в 2020 году составил 615 млн тонн. [3]
Антрацит является наиболее метаморфизованным типом угля, но все же представляет собой метаморфизм низкой степени, [a] в котором содержание углерода составляет от 86% до 97%. [1] [5] [6] Этот термин применяется к тем разновидностям угля, которые не выделяют смолистых или других углеводородных паров при нагревании ниже точки воспламенения . [7] Антрацит трудно воспламенить, он горит коротким синим и бездымным пламенем.
Антрацит подразделяется на несколько сортов. Стандартные марки используются преимущественно в электроэнергетике, а высокие марки (HG) и сверхвысокие марки (UHG) используются преимущественно в металлургическом секторе. Антрацит составляет около 1% мировых запасов угля [8] и добывается лишь в нескольких странах мира.
Антрацит происходит от греческого anthrakítēs ( ἀνθρακίτης ), буквально «угольоподобный». [9] Другими терминами, обозначающими антрацит, являются черный уголь , каменный уголь , каменный уголь , [10] [11] темный уголь , кофейный уголь , слепой уголь (в Шотландии), [7] Уголь Килкенни (в Ирландии), [10] ] вороний уголь или зобовый уголь и черный алмаз . «Голубой уголь» — это термин, обозначающий некогда популярную марку антрацита, зарегистрированную под торговой маркой, добываемую угольной компанией Glen Alden в Пенсильвании и распыляемую на шахте синюю краску перед отправкой на рынки северо-востока США , чтобы отличить ее от конкурентов. . [ нужна цитата ]
Culm имеет разные значения в британском и американском английском . В британском английском языке солома — это несовершенный антрацит, встречающийся преимущественно на севере Девона и Корнуолла , который использовался в качестве пигмента . Этот термин также используется для обозначения некоторых пластов каменноугольных пород , обнаруженных как в Великобритании, так и в странах Рейнских холмов, также известных как Меры Калма . [7] В Британии это может также относиться к углю, экспортированному из Великобритании в 19 веке. [10] В американском английском «штыб» означает отходы или остатки добычи антрацита, [7] в основном пыль и мелкие кусочки, не подходящие для использования в домашних печах.
.jpg/1280px-Anthracite_coal_(Photo_by_John_Mortimore).jpg)
Антрацит внешне похож на минералоидную струю и иногда используется как имитация струи.
Антрацит отличается от обычного битуминозного угля большей твердостью (2,75–3 по шкале Мооса ), [12] более высокой относительной плотностью 1,3–1,4 и блеском, часто полуметаллическим со слабозеленым отблеском. Он содержит высокий процент связанного углерода и низкий процент летучих веществ. Он также не имеет мягких или волокнистых насечек и не пачкает пальцы при трении. [7] Антрацитизация – это превращение битуминозного угля в антрацит.
Содержание влаги в свежедобытом антраците обычно составляет менее 15 процентов. Теплоемкость антрацита колеблется от 26 до 33 МДж/кг (от 22 до 28 миллионов БТЕ / короткая тонна ) на влажной, не содержащей минеральных веществ основе. Теплоемкость антрацитового угля, потребляемого в Соединенных Штатах, составляет в среднем 29 МДж/кг (25 миллионов БТЕ/тонну) в состоянии поставки, при этом он содержит как присущую влагу, так и минеральные вещества.
С 1980-х годов антрацитовые отходы или отходы шахт используются для производства угольной энергии в форме переработки . Практика, известная как рекультивация , применялась к отвалам до принятия законов, требующих от владельцев шахт восстанавливать земли до их приблизительного первоначального состояния.
С химической точки зрения антрацит можно рассматривать как переходную стадию между обычным битуминозным углем и графитом , полученным путем более или менее полного устранения летучих компонентов первого, и он наиболее часто встречается в районах, которые подвергались значительным нагрузкам и нагрузкам. , например, склоны великих горных хребтов. [7] Антрацит связан с сильно деформированными осадочными породами , которые подвергались более высоким давлениям и температурам (но без метаморфических условий), точно так же, как битуминозный уголь обычно ассоциируется с менее деформированными или плосколежащими осадочными породами. Сжатые слои антрацита, которые добываются глубоко в складчатой провинции Ридж и Долина Аппалачей угольного региона восточно-центральной Пенсильвании, представляют собой продолжение тех же слоев битуминозного угля, которые добываются на обычно плоских и недеформированных осадочных породах. дальше на запад на плато Аллегейни в Кентукки и Западной Вирджинии , Восточном Огайо и Западной Пенсильвании .
Точно так же антрацитовый регион Южного Уэльса ограничен искривленной частью к западу от Суонси и Лланелли , центральной и восточной частями, производящими энергетический , коксующийся и бытовой уголь. [13]
Антрацит демонстрирует некоторые изменения в результате развития вторичных плоскостей разделения и трещин, так что первоначальные линии наслоения не всегда легко различимы. Теплопроводность также выше; кусок антрацита ощущается заметно холоднее, если держать его в теплой руке, чем аналогичный кусок каменного угля при той же температуре. [7]
Антрацит уже давно используется в доменных печах для выплавки железа; однако ему не хватало порового пространства металлургического кокса , который со временем заменил антрацит. [14]
На юго-западе Уэльса антрацит использовался в качестве бытового топлива, по крайней мере, со средневековья, [15] когда его добывали недалеко от Сондерсфута . Совсем недавно крупномасштабная добыча антрацита велась в западной части угольного месторождения Южного Уэльса до конца 20 века.
В Соединенных Штатах история антрацитового угля началась в 1790 году в Поттсвилле, штат Пенсильвания , с открытия угля, добытого охотником Нечо Алленом в месте, известном сейчас как Угольный регион . Легенда гласит, что Аллен заснул у подножия Броуд-Маунтин и проснулся, увидев большой пожар, потому что его костер зажег обнажение антрацитового угля. К 1795 году на реке Шуйлкилл была построена железная печь, работающая на антраците .
Впервые антрацит был экспериментально сожжен в качестве топлива для отопления жилых домов в США 11 февраля 1808 года судьей Джесси Феллом в Уилкс-Барре, штат Пенсильвания , на открытой решетке камина. Антрацит отличается от дерева тем, что ему нужна тяга снизу, и судья Фелл своей конструкцией решетки доказал, что это жизнеспособное топливо для отопления. [ нужна цитата ] Весной 1808 года Джон и Абия Смит отправили первую коммерческую партию антрацита по реке Саскуэханна из Плимута, штат Пенсильвания, что ознаменовало зарождение коммерческой добычи антрацита в Соединенных Штатах. Начиная с этой первой шахты , в 1917 году добыча выросла до рекордно высокого уровня - более 100 миллионов тонн .
Трудность воспламенения антрацита препятствовала его раннему использованию, особенно в доменных печах для выплавки железа. С появлением в 1828 году горячего дутья , в котором для предварительного нагрева воздуха для горения использовалось отходящее тепло, антрацит стал предпочтительным топливом, на долю которого в течение 15 лет приходилось 45% производства чугуна в США. [16] Выплавка антрацитового железа позже была заменена коксом .
С конца 19-го века до 1950-х годов антрацит был самым популярным топливом для отопления домов и других зданий на севере США, пока его не вытеснили системы сжигания нефти, а в последнее время и системы природного газа. Многие крупные общественные здания, такие как школы, в 1980-е годы отапливались антрацитовыми печами.
Во время Гражданской войны в США участники блокады Конфедерации использовали антрацит в качестве бездымного топлива для своих котлов, чтобы не раскрыть свою позицию блокаторам. [17]
Изобретение топки Вуттена позволило локомотивам эффективно сжигать антрацит напрямую, особенно штыбы. В начале 20-го века в США компании Делавэр, Лакаванна и Западная железная дорога начали использовать в своих пассажирских локомотивах только более дорогой антрацитовый уголь, назвали себя «Дорогой антрацита» и широко рекламировали, что путешественники на их линиях могут путешествовать по железной дороге, не получая при этом никаких повреждений. их одежда испачкана сажей. В рекламе фигурировала одетая в белое женщина по имени Фиби Сноу и были написаны стихи, содержащие такие строки, как «Мое платье остается белым / С утра до ночи / По дороге Антрацита». Точно так же Великая Западная железная дорога в Великобритании смогла использовать свой доступ к антрациту (она доминировала в антрацитовом регионе), чтобы заработать репутацию компании по эффективности и чистоте, не имеющей себе равных среди других британских компаний.
Двигатели внутреннего сгорания, приводимые в движение так называемым «смешанным», «бедным», «полуводяным» или « газом Доусона », получаемым путем газификации антрацита воздухом (и небольшой долей пара), были в свое время наиболее экономичными. метод получения мощности, требующий всего 1 фунт на лошадиную силу-час (0,6 кг / кВтч ) или меньше. Большие количества антрацита для энергетических целей раньше экспортировались из Южного Уэльса во Францию, Швейцарию и некоторые части Германии. [18] По состоянию на апрель 2013 года [update]широкомасштабная коммерческая добыча антрацита в Уэльсе прекратилась, хотя осталось несколько крупных открытых карьеров , а также некоторые относительно небольшие горные работы. [ нужна цитата ]
Антрацит обычно стоит в два-шесть раз дороже обычного угля. В июне 2008 года оптовая стоимость антрацита составляла 150 долларов США за короткую тонну [19] , а в 2021 году она упала до 107 долларов США за тонну; он составляет 1% добычи угля в США. [20]
Сегодня антрацит в основном используется в качестве бытового топлива в печах с ручным нагревом или в автоматических топочных печах. Он обеспечивает высокую энергию при своем весе и сгорает чисто, с небольшим количеством копоти, что делает его идеальным для этой цели. Его высокая стоимость делает его непомерно дорогим для использования на электростанциях. Другие области применения включают мелкие частицы, используемые в качестве фильтрующего материала, а также в качестве ингредиента в угольных брикетах . Антрацит был разрешенным топливом [21] в соответствии с Законом Великобритании о чистом воздухе 1993 года, а это означает, что его можно было использовать в специально отведенных зонах контроля дыма, таких как центральные районы Лондона.
Сегодня Китай добывает наибольшую долю мирового производства антрацита, на его долю приходится более трех четвертей мирового производства. [3] Большая часть китайского производства производится из антрацита стандартного качества, который используется в производстве электроэнергии. [ нужна цитата ] Повышенный спрос в Китае превратил эту страну в нетто-импортера топлива, в основном из Вьетнама, еще одного крупного производителя антрацита для производства электроэнергии, хотя увеличение внутреннего потребления во Вьетнаме означает, что экспорт может быть сокращен. [22]
Текущее производство антрацита в США составляет в среднем около пяти миллионов тонн в год. Из них около 1,8 млн тонн было добыто в штате Пенсильвания. [23] Добыча антрацитового угля продолжается и по сей день в восточной Пенсильвании и составляет до 1% валового государственного продукта. В 1995 году в добыче антрацитового угля было занято более 2000 человек. На тот момент большая часть добычи заключалась в утилизации угля из шлаковых отвалов (отвалов от прошлой добычи угля) на близлежащих закрытых шахтах. Также ведется подземная добыча антрацита.
Страны-производители антрацита HG и UHG включают Россию и Южную Африку. Антрациты HG и UHG используются в качестве заменителя кокса или угля в различных металлургических применениях угля ( агломерация , PCI , прямая загрузка доменной печи , окомкование ). Он играет важную роль в снижении затрат в процессе производства стали, а также используется в производстве ферросплавов , силикомарганца, карбида кальция и карбида кремния . Южная Африка экспортирует антрацит более низкого качества и с более высоким содержанием золы в Бразилию для использования в производстве стали. [ нужна цитата ]
Антрацит перерабатывается в различные размеры с помощью так называемого брейкера . Крупный уголь поднимают из шахты и пропускают через дробилки с зубчатыми валками, чтобы измельчить комки на более мелкие кусочки. Меньшие кусочки разделяются на разные размеры с помощью системы градуированных сит, расположенных в порядке убывания. [18] Определение размеров необходимо для разных типов печей и топок.
Антрацит подразделяется на три сорта в зависимости от содержания углерода. Стандартный сорт используется в качестве бытового топлива и в промышленной энергетике. Более редкие высшие сорта антрацита более чистые, т. е. имеют более высокое содержание углерода, и используются в сталелитейной и других отраслях металлургической промышленности. Технические характеристики различных сортов антрацита следующие: [ нужна ссылка ]
Антрацит делится по размеру, главным образом, на области применения, для которых необходимы куски (обычно более 10 мм) – различные промышленные процессы, в которых он заменяет металлургический кокс и бытовое топливо – и те, для которых требуется мелочь (менее 10 мм), например, агломерация и окомкование. [22]
Общеамериканская классификация по размеру выглядит следующим образом :
Кусковые, пароходные, яичные и печные угли, причем последние имеют два или три размера, причем все три имеют размер выше 1.+Размер 1 ⁄ дюйма (38 мм) на ситах с круглыми отверстиями.
Антрациты высокого качества (HG) и сверхвысокого качества (UHG) являются высшими сортами антрацитового угля. Это самые чистые формы угля, имеющие самую высокую степень углефикации, самое высокое содержание углерода и энергии и наименьшее количество примесей (влаги, золы и летучих веществ).
Антрациты высокого и сверхвысокого качества тверже, чем антрацит стандартного сорта, и имеют более высокую относительную плотность. Примером химической формулы высококачественного антрацита может быть C 240 H 90 O 4 NS, [24] представляющий 94% углерода. [25] Антрацит UHG обычно имеет минимальное содержание углерода 95%.
Они также отличаются по использованию от антрацита стандартного сорта (используемого в основном для производства электроэнергии) и используются в основном в металлургии в качестве экономичного заменителя кокса в таких процессах, как агломерация и окатыш , а также впрыскивание пылевидного угля (PCI) и прямое впрыскивание. в доменные печи . Их также можно использовать при очистке воды и в быту в качестве бездымного топлива .
Антрациты HG и UHG составляют небольшой процент от общего рынка антрацита. Основными странами-производителями являются Россия, Украина, Вьетнам, Южная Африка и США.
Основными размерами, используемыми в Соединенных Штатах для отопления домов, являются каштан, горох, гречка и рис, причем наиболее популярными являются каштан и рис. Каштан и горох используются в печах с ручным обогревом, а рис и гречка меньшего размера используются в автоматических печах с топкой. Рис в настоящее время является наиболее востребованным размером из-за простоты использования и популярности этого типа печи.
В Южном Уэльсе принята менее сложная классификация, но большое внимание уделяется ручному сбору и очистке угля от частиц пирита высшего качества, известных как лучшие солодовые угли, которые используются для камерной сушки солода. [18]
Антрацитовая пыль может быть переработана в брикеты и продается в Соединенном Королевстве под торговыми марками, такими как Phurnacite , Ancit и Taybrite.
На противоположном конце от высококачественного антрацита, полуантрацит определяется как уголь, который занимает промежуточное положение между антрацитом и битуминозным углем, и, в частности, уголь, который приближается к антрациту по нелетучим свойствам. [26]
Исторически сложилось так, что время от времени подземные угольные пласты загорались, часто в результате неосторожной или неудачной деятельности по добыче полезных ископаемых. Карман с воспламенившимся углем снабжается кислородом через вентиляционные пути, которые еще не обнаружены. Они могут тлеть годами. Обычно выхлопные отверстия в населенных районах вскоре обнаруживаются и закрываются, в то время как вентиляционные отверстия в необитаемых районах остаются необнаруженными. Иногда вентиляционные отверстия обнаруживаются по дыму, ощущаемому прохожими, часто в лесных районах. Попытки потушить оставшиеся порой оказывались тщетными, и сегодня существует несколько таких очагов возгорания. Зимой иногда можно обнаружить подземное место горения, где видно, как выпавший снег тает под действием тепла, передаваемого снизу. Предложения по использованию этого тепла в качестве геотермальной энергии не увенчались успехом.
Жила антрацита, загоревшаяся в Централии, штат Пенсильвания , в 1962 году, горит до сих пор, превратив некогда процветающий район в город-призрак . [27]
С геологической точки зрения самое большое и наиболее концентрированное месторождение антрацита в мире находится в угольной шахте Лакаванна на северо-востоке Пенсильвании , США, в Скрэнтоне , штат Пенсильвания, и его окрестностях. Месторождение, называемое на местном уровне Угольным регионом , содержит 480 квадратных миль (1200 км 2 ) углесодержащей породы, в которой первоначально содержалось 22,8 миллиарда коротких тонн (20,68 миллиарда тонн) антрацита. [28] Географический регион составляет примерно 100 миль (161 км) в длину и 30 миль (48 км) в ширину. По оценкам, из-за исторической добычи и разработки земель, покрывающих уголь, осталось 7 миллиардов коротких тонн (6,3 миллиарда тонн) извлекаемых запасов. В Соединенных Штатах также есть несколько небольших месторождений антрацита, например, те, которые исторически добывались в Крестед-Бьютте, штат Колорадо .
Среди нынешних производителей Россия, Китай, Польша и Украина обладают крупнейшими оценками извлекаемых запасов антрацита. Другие страны со значительными запасами включают Вьетнам и Северную Корею. [29]
Месторождение антрацита Сурок в Британской Колумбии , Канада, является крупнейшим в мире ранее неразработанным месторождением антрацита. Он принадлежит австралийской публичной компании Atrum Coal и имеет 1,57 миллиарда тонн высококачественного антрацита. [30]
Антрациты более нового третичного или мелового возраста встречаются в районе перевала Кроуснест в Скалистых горах в Канаде и в различных местах Анд в Перу. [18]
{{cite book}}: CS1 maint: location missing publisher (link)– Полезный обзор отрасли в 20 веке; беспристрастный с точки зрения оператора
