Твердые горючие ископаемые

Стадии образования

В настоящее время различают три стадии (или три возраста) образования твердых горючих:

1. торфяная
2. буроугольная
3. каменноугольная

Торфяная стадия

Торфяная стадия характеризуется наличием химически неизменных мало форменных элементов растений в основной аморфной, иногда в пластической массе. Растительный материал претерпевает разложение трех типов: тление, перегнивание и образование торфа, причем последнее – превращение органического вещества практически без доступа воздуха под действием анаэробных бактерий под слоем волы.

Торф в естественном состоянии это довольно сухая рассыпчатая масса бурого цвета или обводненная пластическая масса до черно-бурого цвета. Она является продуктом разложения опавших листьев, хвои, веток и поваленных деревьев.

В отличие от торфа сапропели (или жировые торфы) представляют собой мягкие резиноподобные образования, легко горят с выделением густого черною дыма. Исходным веществом сапропелей служат водоросли и мельчайшие мик­роорганизмы. Торф содержит,  углерода 70 – 80, водорода 10 – 12, азота 0,6 – 0,7, кислорода 7 – 14 и 0,1 – 10 %.

Буроугольная стадия

Буроугольная стадия характеризуется кислотными свойствами всей или части аморфной массы, потерей пластичности и полным отсутствием неразложившихся элементов растений. Бурый уголь может представлять собой: однородную, землистого вида бурую или черную массу, микроскопически однородную и не со­держащую включений. Он содержит много влаги и на ощупь похож на свежевыкопанную землю.

Есть разновидность бурых углей – богхеды, или чисто сапропелитовые угли.

Каменноугольная стадия

Угли имеют черный цвет, бывают матовыми или блестящими, в них полностью отсутствуют вещества, растворимые в горячей водной щелочи. Ряд каменных углей заканчивается антрацитами – совершенно черными блестящими образованиями с высокой твердостью и плотностью. Они содержат самый высокий процент углерода. Встречаются каменные угли, имею­щие вид серовато-черной массы (матовые угли), угли с меняющимися слоями (полосчатые) и угли, похожие на древесный уголь (волокнистые угли).

Сланцы

Сланцы занимают обособленное место среди твердых горючих ископаемых из-за высокого содержания в них минеральных веществ. По составу органической массы они относятся к сапропелитовым образованиям (но условия их про­исхождения отличаются).

Месторождений сланцев много и делятся они на малосернистые (до 2 % серы) и сернистые (2-8 % серы). К первым относятся эстонские сланцы, ко вторым – сланцы Среднего и Нижнего Поволжья. Органическую массу сланцев называют керогеном, причем содержание его в сланцах от светлого до темно-бурого цвета составляет 35 % (до 55 %), в коричневых и черных сланцах – до 35 %, а золь­ность их в среднем равна 60-65 %. Органическая масса сланцев состоит из угле­рода (66-77 %), водорода (7,5-9,5 %), серы (1,8-10 %), кислорода (11-15 %) и азота (0,4-1 %).

Битумы

Твердые горючие ископаемые существенно различаются по элементному со­ставу и еще больше по химическому анализу продуктов их экстракции (биту­мов) различными растворителями. В зависимости от природы твердого топлива выход и свойства битумов сильно меняются.

Как воски, так и смолы торфяных битумов содержат свободные кислоты и омыляемые вещества. Среди неомыляемых обнаружены триаконтан С₃₃Н₆₈ и пентатриаконтан С₃₅Н₇₂, а также предельный спирт С₂₇Н₅₀ОН и другие кисло­родсодержащие соединения. В торфах кроме перечисленных веществ содержат­ся органические кислоты, начиная с гомологов уксусной кислоты и кончая слож­ными.

Битумы богхедов, выделенные спирто-бензольной смесью, представляют со­бой смесь высокомолекулярных кислот и их ангидридов в неполимеризованном виде. Битумы слоистых богхедов почти целиком состоят из насыщенных угле­водородов и ангидридов насыщенных кислот, кетонов и лактонов.

В битумах бурых углей в больших количествах входят смеси кислот и омыляемых веществ. Были выделены спирты С₂₄Н₄₉ОН (тетракозан), С_2бН₅₃ОН (цериловый) и СзоН₆₁ОН (мирициловый), а также кислоты С₂₅ – С₃₀.

Битумы более зрелых бурых углей отличаются от битумов землистых бурых углей: они заметно заполимеризованы, поэтому сохраняют кислотные свойства, типичные для битумов буроугольной стадии.

Битумы каменных углей нейтральны, т.е. не содержат ни свободных ки­слот, ни ангидридов. Нейтральна и гумусовая составная часть этих углей. Выделенные из битумов каменных углей циклические углеводороды представляют составную часть бальзамов растений, превратившихся в уголь и оставшихся без всяких изменений.

Было показано, что если экстракцию бензолом или спирто-бензольной смесью проводить при 250 – 270^оС  и давлении 5,0 – 5,5 МПа, выход битумов может быть существенно повышен (до 2,4 – 5,0%).

Из каменных и бурых углей экстракцией растворителями выделяют воски – высокомолекулярные высокоплавкие (температура плавления 80 – 120^оС) воски. Они представляют собой твердые кристаллические преимущественно н-алкановые углеводороды.

В настоящее время под каменным углем понимают уголь, имеющий высшую теплоту сгорания более 5700 ккал/кг. Угли классифицируют на классы по выходу летучих (от 0 – 3 до > 33%), теплоте сгорания (от 5700 – 6100 до 7750 ккал/кг) и на группы – по способности углей спекаться.