Антрацит , также известный как каменный уголь и черный уголь , представляет собой твердую, плотную разновидность угля с полуметаллическим блеском . Он имеет самое высокое содержание углерода , наименьшее количество примесей и самую высокую плотность энергии среди всех типов угля и является самым высокосортным углем.
Угольный регион северо -восточной Пенсильвании в США имеет крупнейшие известные месторождения антрацитового угля в мире с предполагаемыми запасами в семь миллиардов коротких тонн . [2] На Китай 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 миллионов тонн. [3]
Антрацит является наиболее метаморфизованным типом угля, но все еще представляет собой низкосортный метаморфизм, [a] в котором содержание углерода составляет от 86% до 97%. [1] [5] [6] Термин применяется к тем разновидностям угля, которые не выделяют смолистых или других углеводородных паров при нагревании ниже точки воспламенения . [7] Антрацит трудно воспламеняется, и горит коротким, синим и бездымным пламенем.
Антрацит подразделяется на несколько сортов. Стандартный сорт используется в основном в электроэнергетике, а высокий сорт (HG) и ультравысокий сорт (UHG) используются в основном в металлургическом секторе. Антрацит составляет около 1% мировых запасов угля [8] и добывается только в нескольких странах мира.
Антрацит происходит от греческого anthrakítēs ( ἀνθρακίτης ), буквально «подобный углю». [9] Другие термины, которые относятся к антрациту, — это черный уголь , каменный уголь , каменный уголь , [10] [11] темный уголь , кофейный уголь , слепой уголь (в Шотландии), [7] уголь Килкенни (в Ирландии), [10] ворона или уголь крэ и черный алмаз . «Голубой уголь» — это термин для некогда популярной и зарегистрированной марки антрацита, добываемого компанией Glen Alden Coal Company в Пенсильвании и покрываемого синим красителем на шахте перед отправкой на северо-восточные рынки США, чтобы отличить его от конкурентов. [ требуется ссылка ]
Culm имеет разные значения в британском и американском английском . В британском английском culm — это несовершенный антрацит, расположенный преимущественно на севере Девона и Корнуолла , который использовался в качестве пигмента . Термин также используется для обозначения некоторых слоев углеродистых пород, обнаруженных как в Британии, так и в странах Рейнского нагорья, также известных как Culm Measures . [7] В Британии он также может относиться к углю, экспортируемому из Британии в 19 веке. [10] В американском английском «culm» относится к отходам или шлаку от добычи антрацита, [7] в основном к пыли и мелким кускам, не пригодным для использования в домашних печах.
.jpg/1280px-Anthracite_coal_(Photo_by_John_Mortimore).jpg)
Антрацит внешне похож на минералоидный гагат и иногда используется в качестве его имитации.
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, который часто является полуметаллическим со слегка зеленым отблеском. Он содержит высокий процент связанного углерода и низкий процент летучих веществ. Он также свободен от включений мягких или волокнистых насечек и не пачкает пальцы при растирании. [7] Антрацитизация — это превращение битуминозного угля в антрацит.
Содержание влаги в свежедобытом антраците обычно составляет менее 15 процентов. Теплосодержание антрацита колеблется от 26 до 33 МДж/кг (от 22 до 28 миллионов БТЕ / тонна ) на влажной, без минеральных веществ основе. Теплосодержание антрацитового угля, потребляемого в Соединенных Штатах, в среднем составляет 29 МДж/кг (25 миллионов БТЕ/тонна) на основе как получено, содержащей как внутреннюю влагу, так и минеральные вещества.
С 1980-х годов антрацитовые отходы или шахтные отходы использовались для производства угольной энергии в форме переработки . Практика, известная как рекультивация, применяется к отвалам штыба еще 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 , полученную путем более или менее полного устранения летучих компонентов первого, и он наиболее распространен в районах, которые подвергались значительным напряжениям и давлениям, например, на склонах больших горных хребтов. [7] Антрацит связан с сильно деформированными осадочными породами , которые подвергались более высоким давлениям и температурам (но без метаморфических условий), так же как битуминозный уголь обычно связан с менее деформированными или горизонтально залегающими осадочными породами. Сжатые пласты антрацита, которые добываются на большой глубине в складчатой провинции хребтов и долин Аппалачей угольного региона Восточно -центральной Пенсильвании, являются продолжением тех же пластов битуминозного угля, которые добываются на в целом плоских и недеформированных осадочных породах дальше на запад на плато Аллегейни в Кентукки и Западной Вирджинии , Восточном Огайо и Западной Пенсильвании .
Аналогичным образом антрацитовый регион Южного Уэльса ограничен искаженной частью к западу от Суонси и Лланелли , в то время как в центральной и восточной частях добывается энергетический уголь , коксующийся уголь и уголь для бытовых нужд. [13]
Антрацит демонстрирует некоторые изменения в развитии вторичных плоскостей разделения и трещин, так что первоначальные линии стратификации не всегда легко увидеть. Теплопроводность также выше; кусок антрацита ощущается ощутимо холоднее, если держать его в теплой руке, чем такой же кусок битуминозного угля при той же температуре. [7]
Антрацит имеет историю использования в доменных печах для выплавки чугуна; однако, у него не было пористого пространства металлургического кокса , который в конечном итоге заменил антрацит. [14]
На юго-западе Уэльса антрацит сжигался в качестве бытового топлива по крайней мере со времен Средневековья, [15] когда его добывали около Сондерсфута . В последнее время крупномасштабная добыча антрацита велась по всей западной части Южного Уэльского угольного месторождения до конца 20-го века.
В Соединенных Штатах история антрацитового угля началась в 1790 году в Поттсвилле, штат Пенсильвания , с открытия угля охотником Нечо Алленом в том, что сейчас известно как Угольный регион . Легенда гласит, что Аллен уснул у подножия горы Брод и проснулся от вида большого пожара, потому что его костер поджег выход антрацитового угля. К 1795 году на реке Скулкилл была построена железная печь, работающая на антраците .
Антрацит был впервые экспериментально сожжен в качестве топлива для отопления жилых помещений в США 11 февраля 1808 года судьей Джесси Феллом в Уилкс-Барре, штат Пенсильвания , на открытой решетке в камине. Антрацит отличается от древесины тем, что ему нужна тяга снизу, и судья Фелл доказал с помощью своей конструкции решетки, что это жизнеспособное топливо для отопления. [ необходима цитата ] Весной 1808 года Джон и Эбиджа Смит отправили первую партию антрацита, добытого в коммерческих целях, по реке Саскуэханна из Плимута, штат Пенсильвания, что ознаменовало рождение коммерческой добычи антрацита в Соединенных Штатах. С того первого рудника производство выросло до рекордного уровня в более чем 100 миллионов тонн в 1917 году. [ необходима цитата ]
Трудность воспламенения антрацита сдерживала его раннее использование, особенно в доменных печах для выплавки железа. С развитием горячего дутья в 1828 году, которое использовало отходящее тепло для предварительного нагрева воздуха для горения, антрацит стал предпочтительным топливом, составив 45% производства чугуна в США в течение 15 лет. [16] Выплавка антрацитового железа позже была заменена коксом .
С конца 19 века до 1950-х годов антрацит был самым популярным топливом для отопления домов и других зданий на севере США, пока его не вытеснили системы на мазуте, а в последнее время и системы на природном газе. Многие крупные общественные здания, такие как школы, отапливались печами на антраците вплоть до 1980-х годов.
Во время Гражданской войны в США блокадники Конфедерации использовали антрацит в качестве бездымного топлива для своих котлов, чтобы не выдавать свою позицию блокадникам. [17]
Изобретение топки Вуттена позволило локомотивам напрямую эффективно сжигать антрацит, особенно шлак. В начале 20-го века в США Delaware, Lackawanna and Western Railroad начали использовать только более дорогой антрацитовый уголь в своих пассажирских локомотивах, окрестив себя «Дорогой антрацита», и широко рекламировали, что пассажиры на их линии могут совершать железнодорожные поездки, не пачкая свою одежду сажей. В рекламе была изображена одетая в белое женщина по имени Фиби Сноу и стихотворения, содержащие строки вроде «Мое платье остается белым / С утра до ночи / На дороге антрацита». Аналогичным образом Great Western Railway в Великобритании смогла использовать свой доступ к антрациту (она доминировала в регионе антрацита), чтобы заработать репутацию эффективности и чистоты, непревзойденную другими британскими компаниями.
Двигатели внутреннего сгорания, работающие на так называемом «смешанном», «бедном», «полуводном» или « газе Доусона », получаемом путем газификации антрацита с воздухом (и небольшой долей пара), были в свое время самым экономичным методом получения энергии, требуя всего 1 фунт на лошадиную силу-час (0,6 кг / кВтч ) или меньше. Большие количества антрацита для энергетических целей ранее экспортировались из Южного Уэльса во Францию, Швейцарию и 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 несколько относительно небольших горных работ. [ требуется ссылка ]
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] , снизившись до 107 долларов США за тонну в 2021 году; он составляет 1% от добычи угля в США [20] .
Сегодня антрацит в основном используется в качестве бытового топлива в печах с ручным розжигом или автоматических топках. Он обеспечивает высокую энергию на единицу своего веса и сгорает чисто с небольшим количеством сажи, что делает его идеальным для этой цели. Его высокая стоимость делает его непозволительно дорогим для использования на электростанциях. Другие области применения включают использование мелких частиц в качестве фильтрующего материала и в качестве ингредиента в брикетах древесного угля . Антрацит был разрешенным топливом [21] в соответствии с Законом о чистом воздухе Соединенного Королевства 1993 года, что означает, что его можно использовать в пределах обозначенной зоны контроля дыма, такой как центральные районы Лондона.
Сегодня Китай добывает самую большую долю мирового производства антрацита, на долю которого приходится более трех четвертей мирового производства. [3] Большая часть китайского производства — это антрацит стандартного сорта, который используется в производстве электроэнергии. [ требуется ссылка ] Повышенный спрос в Китае превратил эту страну в чистого импортера топлива, в основном из Вьетнама, еще одного крупного производителя антрацита для производства электроэнергии, хотя рост внутреннего потребления во Вьетнаме означает, что экспорт может сократиться. [22]
Текущее производство антрацита в США составляет в среднем около пяти миллионов тонн в год. Из них около 1,8 миллиона тонн было добыто в штате Пенсильвания. [23] Добыча антрацитового угля продолжается и по сей день в восточной Пенсильвании и составляет до 1% от валового продукта штата. Более 2000 человек были заняты в добыче антрацитового угля в 1995 году. Большая часть добычи на тот момент включала извлечение угля из шлаковых отвалов (отвалов отходов от прошлой добычи угля) на близлежащих закрытых шахтах. Также ведется подземная добыча антрацитового угля.
Страны, производящие антрацит HG и UHG, включают Россию и Южную Африку. Антрацит HG и UHG используется в качестве заменителя кокса или угля в различных металлургических угольных применениях ( спекание , PCI , прямая загрузка доменной печи , гранулирование ). 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 с более высокой зольностью в Бразилию для использования в сталелитейном производстве. [ требуется ссылка ]
Антрацит обрабатывается до различных размеров с помощью того, что обычно называют дробилкой . Крупный уголь поднимается из шахты и пропускается через дробилки с зубчатыми валками, чтобы уменьшить комки до более мелких кусков. Более мелкие куски разделяются на различные размеры с помощью системы градуированных сит, расположенных в порядке убывания. [18] Калибровка необходима для различных 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 чище, т. е. они имеют более высокое содержание углерода, и используются в сталелитейной и других отраслях металлургической промышленности. Технические характеристики различных сортов антрацита следующие: [ необходима цитата ]
Антрацит делится по размеру в основном на области применения, где требуются куски (обычно крупнее 10 мм) – различные промышленные процессы, где он заменяет металлургический кокс и бытовое топливо – и те, где требуются мелкие частицы (менее 10 мм), такие как агломерация и гранулирование. [22]
Общепринятая американская классификация по размеру выглядит следующим образом: [ необходима цитата ]
Кусковой, пароходный, яичный и печной уголь, последний бывает двух или трех размеров, все три выше 1+Размер 1 ⁄ 2 дюйма (38 мм) на ситах с круглыми отверстиями.
Антрациты высшего сорта (HG) и сверхвысокого сорта (UHG) являются высшими сортами антрацитового угля. Это самые чистые формы угля, имеющие самую высокую степень углефикации, наибольшее количество углерода и содержание энергии, а также наименьшее количество примесей (влага, зола и летучие вещества).
Высокосортный и ультравысокосортный антрацит тверже, чем стандартный антрацит, и имеет более высокую относительную плотность. Примером химической формулы для высокосортного антрацита может быть C 240 H 90 O 4 NS, [24] представляющий 94% углерода. [25] UHG антрацит обычно имеет минимальное содержание углерода 95%.
Они также отличаются по использованию от стандартного сорта антрацита (используемого в основном для выработки электроэнергии), поскольку используются в основном в металлургии как экономически эффективный заменитель кокса в таких процессах, как спекание и гранулирование , а также впрыскивание пылевидного угля (PCI) и прямое впрыскивание в доменные печи . Их также можно использовать для очистки воды и в быту в качестве бездымного топлива .
Антрациты HG и UHG составляют небольшой процент от общего рынка антрацита. Основные страны-производители: Россия, Украина, Вьетнам, Южная Африка и США.
Основные размеры, используемые в Соединенных Штатах для отопления жилых помещений, это Chestnut, Pea, Buckwheat и Rice, причем Chestnut и Rice являются самыми популярными. Chestnut и Pea используются в ручных печах, в то время как меньшие Rice и Buckwheat используются в автоматических печах-стокерах. Rice в настоящее время является самым востребованным размером из-за простоты использования и популярности этого типа печей.
В Южном Уэльсе принята менее сложная классификация, но при этом особое внимание уделяется ручному сбору и очистке угля от частиц пирита в углях более высокого качества, известных как лучшие солодовые угли, которые используются для сушки солода в печи. [18]
Антрацитовую пыль можно перерабатывать в брикеты , которые продаются в Соединенном Королевстве под такими торговыми наименованиями, как Phurnacite , Ancit и Taybrite.
На противоположном конце от высококачественного антрацитового угля находится полуантрацитовый уголь, который определяется как уголь, который является промежуточным между антрацитовым углем 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 из-за неосторожной или неудачной горнодобывающей деятельности. Карман с зажженным углем питается кислородом через вентиляционные каналы, которые еще не были обнаружены. Они могут тлеть годами. Обычно вентиляционные отверстия в населенных районах вскоре обнаруживаются и запечатываются, в то время как отверстия в необитаемых районах остаются необнаруженными. Иногда вентиляционные отверстия обнаруживаются по дыму, который чувствуют прохожие, часто в лесных районах. Попытки потушить оставшиеся порой были тщетными, и сегодня существует несколько таких зон возгорания. Существование подземного места возгорания иногда можно определить зимой, когда выпавший снег тает под воздействием тепла, проводимого снизу. Предложения по использованию этого тепла в качестве геотермальной энергии не увенчались успехом.
Антрацитовая жила, загоревшаяся в Сентрейлии, штат Пенсильвания , в 1962 году, с тех пор горит и по сей день, превратив некогда процветающий район в город-призрак . [27]
Геологически крупнейшее наиболее концентрированное месторождение антрацита в мире находится в угольной шахте Лакаванна на северо-востоке Пенсильвании , США, в Скрантоне , штат Пенсильвания, и вокруг него. Местные жители называют это месторождение Угольным регионом , оно содержит 480 квадратных миль (1200 км2 ) угленосной породы, которая изначально содержала 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. Из-за исторической добычи и разработки земель, залегающих над углем, по оценкам, осталось 7 миллиардов коротких тонн (6,3 миллиарда тонн) пригодных для разработки запасов. Другие районы Соединенных Штатов также содержат несколько более мелких месторождений антрацита, таких как те, которые исторически добывались в Крестед-Бьютт, штат Колорадо .
Среди нынешних производителей Россия, Китай, Польша и Украина имеют самые большие предполагаемые извлекаемые запасы антрацита. Другие страны со значительными запасами включают Вьетнам и Северную Корею. [29]
Месторождение антрацита Groundhog в Британской Колумбии , Канада, является крупнейшим в мире ранее неразработанным месторождением антрацита. Оно принадлежит австралийской публичной компании Atrum Coal и содержит 1,57 млрд тонн высококачественного антрацита. [30]
Антрациты более позднего третичного или мелового возраста обнаружены в районе перевала Кроуснест в Скалистых горах в Канаде и в различных местах в Андах в Перу. [18]
{{cite book}}: CS1 maint: location missing publisher (link)– Полезный обзор отрасли в 20 веке; беспристрастный и с точки зрения оператора
