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. [12]
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 ), [13] 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 каменным 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 каменный уголь обычно связан с менее деформированными или плоско 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 центральной и восточной частях добывается энергетический уголь , коксующийся уголь и уголь для бытовых нужд. [14]
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. [15]
На юго-западе Уэльса антрацит сжигался в качестве бытового топлива по крайней мере со времен Средневековья, [16] когда его добывали около Сондерсфута . В последнее время крупномасштабная добыча антрацита велась по всей западной части Южного Уэльского угольного бассейна 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. [17] 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. [18]
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. [19] 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 [20] , снизившись до 107 долларов США за тонну в 2021 году; он составляет 1% от добычи угля в США [21] .
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 [22] 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. [23]
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. [24] 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 заключалась в извлечении 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. [19] Калибровка необходима для различных типов печей и горнов.
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. [23]
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 ячеек 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, [25] представляющий 94% углерода. [26] 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. [19]
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. [27]
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 . [28]
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. [29] 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. [30]
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. [31]
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. [19]
{{cite book}}: CS1 maint: location missing publisher (link)– Полезный обзор отрасли в 20 веке; беспристрастный и с точки зрения оператора
