Низкая себестоимость и обширные запасы - главные факторы, обуславливающие увеличение количества сфер применения бурого угля. Этот вид ископаемого твердого топлива, самый ранний вид угля, добывается человеком уже не одну сотню лет. Уголь бурый - продукт метаморфизма торфа, в стадии между лигнитом и каменным углем. По сравнению с последним, данный вид топлива менее популярен, тем не менее в силу своей низкой себестоимости довольно широко применяется для производства электроэнергии, отопления и получения иных видов топлива.

Строение

Уголь бурый - плотная, землистая или волокнистая углистая масса бурого или смоляно-черного цвета с большим содержанием летучих битуминозных веществ. Как правило, в нем хорошо сохраняются растительная структура, раковистые изломы, древесные массы. Горит легко, пламя коптящее, при этом выделяется своеобразный неприятный запах гари. Вступая в реакцию с гидроксидом калия, образует жидкость темно-бурого цвета. При сухой перегонке бурый уголь образует аммиак с уксусной кислотой. Химический состав (в среднем), за вычетом золы: углерод - 63%, кислород - 32%, водород 3-5%, азот 0-2%.

Происхождение

Уголь бурый образуют слои залежей осадочных пород - флецы, часто большой мощности и протяженности. Материалом для формирования бурого угля служат различного рода пяльпы, кониферы, деревья и торфяные растения. Отложения этих веществ постепенно разлагаются без доступа воздуха, под водой, под шапкой смеси глины и песка. Процесс тления сопровождается постоянным выделением летучих веществ и постепенно приводит к обогащению растительных остатков углеродом. Уголь бурый - одна из первых стадий метаморфизма таких растительных отложений, после торфа. Дальнейшие стадии - каменный уголь, антрацит, графит. Чем длительней процесс, тем ближе состояние к чистому углерод-графиту. Так, графит относится к азойской группе, каменный уголь - к палеозойской, бурый уголь - преимущественно к мезозойской и кайнозойской.

Каменный и бурый уголь: отличия

Как можно заметить из самого названия, бурый уголь отличается от каменного цветом (более светлым или более темным). Существуют и черные разновидности, но в порошкообразном виде оттенок такого угля все равно бурый. Цвет каменного и антрацита всегда остается черным. Характерные свойства бурого угля заключаются в большем содержании углерода, по сравнению с каменными углями, и меньшем содержании битуминозных веществ. Это объясняет то, почему бурый уголь горит легче и при этом образуется большое количество дыма. Большое содержание углерода также объясняет упомянутую реакцию с гидроксидом калия и своеобразный неприятный запах во время горения. Содержание азота, по сравнению с каменными углями, также значительно ниже. При долгом пребывании на воздухе бурый уголь стремительно теряет влагу, рассыпаясь в порошок.

Разновидности

Сортов и разновидностей бурого угля достаточно много, среди которых выделяют несколько основных:

1. Обычный бурый уголь, консистенция плотная, матового бурого цвета.
2. Бурый уголь землистого излома, легко стирающийся в порошок.
3. Смолистый, очень плотный, темно-бурый, иногда даже иссиня-черный. В изломе напоминает смолу.
4. Лигнит, или битуминозное дерево. Уголь с хорошо сохранившейся растительной структурой. Иногда встречается даже в виде целых стволов деревьев с корнями.
5. Дизодил - бурый бумажный уголь в виде истлевшей тонкослоистой растительной массы. Легко разделяется на тонкие листы.
6. Бурый торфяной уголь. Напоминающий торф, с большим количеством посторонних примесей, иногда напоминающий землю.

Процентное соотношение золы и горючих элементов у различных видов бурого угля варьируется в широких пределах, что и определяет достоинства горючего материала той или иной разновидности.

Добыча

Способы добычи бурого угля аналогичны для всех ископаемых углей. Различают открытый (карьерный) и закрытый. Наиболее старый метод закрытой добычи - штольни, наклонные скважины до угольного пласта небольшой мощности и неглубокого залегания. Применяется в случае финансовой неэффективности устройства карьера.

Шахта - вертикальная или наклонная скважина в толще породы от поверхности до угольного пласта. Данный способ используется при глубоком залегании угленосных пластов. Характеризуется высокой себестоимостью добываемых ресурсов и высокой аварийностью.

Добыча открытым способом ведется при относительно небольшой (до 100 м) глубине залегания угольного пласта. Открытая или карьерная добыча наиболее экономичная, на сегодняшний день таким способом добывается примерно 65% всего угля. Главный минус карьерной выработки - большой урон окружающей среде. Добыча бурого угля преимущественно ведется открытым способом ввиду небольшой глубины залегания. Первоначально осуществляется удаление вскрыши (слоя пород над угольным пластом). После этого производится отбойка угля буровзрывным методом и его транспортировка специализированным (карьерным) автотранспортом с места добычи. Вскрышные работы, в зависимости от величины и состава слоя, могут осуществляться бульдозерами (при рыхлом слое незначительной толщины) или роторными экскаваторами и драглайнами (при более толстом и плотном слое породы).

Применение

В качестве топлива уголь бурый используется значительно реже, чем каменный. Применяется для отопления частных домов и на мелких электростанциях. Путем т. н. сухой перегонки из бурого угля получают горный воск для деревообрабатывающей, бумажной и текстильной промышленности, креозот, карболовую кислоту и другие подобные продукты. Также он перерабатывается в жидкое углеводородное топливо. Гуминовые кислоты в составе бурого угля позволяют использовать его в сельском хозяйстве в качестве удобрения.

Современные технологии позволяют производить из бурого угля синтетический газ, который выступает аналогом природного газа. Для этого уголь нагревают до 1000 градусов Цельсия, вследствие чего происходит газообразование. На практике применяется довольно эффективный способ: по просверленной скважине к залежам бурого угля через трубу подается высокая температура, а по другой трубе уже выходит готовый газ - продукт подземной переработки.

Бурый уголь - это самый молодой вид угля, образовавшийся из торфа на глубине не более 1 километра под воздействием высоких температур и давления. Бурый уголь значительно уступает по содержанию углерода каменному углю и антрациту (доля углерода в буром угле варьируется от 65% до 70%). Имеет достаточно пористую структуру и высокое содержание влаги (43% воды), за счет чего обладает незначительной теплотой сгорания. Хорошо воспламеняется из-за высокого уровня содержания летучих веществ. Бурый уголь содержит в себе достаточно значительную долю гуминовых кислот, что делает его уязвимым для щелочей.

История добычи угля

Начало промышленного использования угля относится к XI веку. Уже к концу XVII века в развитых странах добыча угля стала важным элементом горнодобывающей отрасли.

В России залежи угля были открыты в XV веке. Затем в конце XVII и начале XVIII века были обнаружены крупные угольные месторождения в Сибири. Долгое время отечественные месторождения не разрабатывались, а уголь завозился из-за границы, преимущественно из Англии.

Первые попытки организовать угольный промысел в России относятся к концу XIX века, однако, эти попытки не увенчались успехом. Еще в 1913 году большая часть промышленного угля импортировалась в Россию из развитых стран Европы, а для бытовых нужд людей использовались архаичные виды топлива, такие как дрова и солома.
Одной из важнейших в добывающей отрасли, разработка угольных месторождений стала в советское время(1920-е). СССР не только, стал одним из лидеров по добыче угля, но и долгое время лидировал по запасам в разведанных месторождениях

На данный момент России располагает значительными запасами угля в разведанных месторождениях.

Объемы добычи бурого угля в России

В целом, в 2006-2011 гг. можно отметить положительную динамику объема добычи бурого угля (увеличение на 1,1%).
После значительного снижения объемов выпуска в 2009 году (на 16%), наблюдался рост в 2010 году, а 2011 год демонстрировал стагнацию объемов добычи бурого угля.
По оценкам аналитиков Intesco Research Group в 2012 году произойдет рост добычи бурого угля на 5%, объем составит около 80 млн тонн.

Первая половина 2011 года характеризовалась стремительным спадом производства (более чем на 40% в июне по сравнению с январем). Во второй половине года произошло не менее стремительное увеличение объемов выпуска бурого угля (почти в два раза в декабре по сравнению с июнем).

Динамика показателя по месяцам в первой половине 2012 года, в целом схожа с динамикой аналогичного периода предыдущего года. В январе 2012 года было добыто на 10% меньше бурого угля, чем в январе 2011 года. В июле 2012 года зафиксировано минимальное значение объема производства бурого угля в России в динамике 2011 июль 2012 гг. - более 4 млн тонн.

В Красноярском крае добывалось более половины российского бурого угля. Около десятой части российской продукции данного сегмента добыли в Приморском и Забайкальском краях. На третьем месте по объему добычи находилась Иркутскую область.

Бурым углём называют осадочную породу, которая образуется при разложении остатков древних растений (древовидных папоротников, хвощей и плаунов, а также первых голосеменных растений). Процесс образования и состав бурого угля сходен с , но бурый является менее ценным. Однако месторождений бурого угля на планете больше, а залегают он на меньшей глубине. Бурый уголь состоит из смеси высокомолекулярных ароматических соединений (главным образом углерода – до 78%), а также воды и летучих веществ с небольшим количеством примесей. В зависимости от состава угля меняется и количество теплоты, выделяющееся при его сгорании, а также количество образующейся золы.

Для образования также необходимо было соблюдение следующего условия: гниющий растительный материал должен был накапливаться быстрее, чем происходит его разложение. Бурый уголь образовывался в основном на древних торфяных , где накапливались углеродные соединения, а доступ кислорода практически отсутствовал. Исходным материалом для образования угля является торф, который также раньше активно использовался в качестве топлива. Уголь же появлялся в том случае, если пласты торфа оказывались под другими наносами. Торф при этом спрессовывался, терял и воду, в результате чего образовывался уголь.

Бурый уголь возникал при залегании спрессованных торфяных пластов на небольшой глубине (при залегании их глубже образовывался каменный уголь). Поэтому месторождений бурого угля больше, а расположены они ближе к поверхности. Пласты угля также приподнимались во время , в результате чего некоторые из них оказались на глубине нескольких метров от поверхности. Благодаря этому, большинство буроугольных месторождений разрабатывается открытым способом.

Различают 3 основных разновидности бурого угля: лигнит (с ясно различимой древесной структурой материнских растений), рыхлый землистый и плотный блестящий. Бурый уголь распространён в отложениях различного возраста, начиная от девона и карбона, но наиболее богатые месторождения относятся к мезозойскому и третичному возрастам.

Бурый уголь используются в качестве энергетического топлива и как химическое сырьё для получения жидкого топлива и разных синтетических веществ, газа и удобрений. При специальной обработке из бурого угля получают кокс, пригодный для производства.

Крупнейшие месторождения бурого угля в России:

Солтонское месторождение

Единственное угольное месторождение, расположенное на . Прогнозируемые запасы оцениваются в 250 миллионов тонн. Уголь здесь добывается открытым способом.

В настоящее время разведанные запасы бурого угля на двух разрезах составляют 34 миллиона тонн. В 2006 году здесь было добыто100 тысяч тонн угля. В 2007 году объемы добычи должны составить 300 тысяч тонн, в 2008 году – уже 500 тысяч тонн.

Канско-Ачинский бассейн

Угольный бассейн, расположен на несколько сотен километров восточнее Кузнецкого бассейна на территории Красноярского края и частично в Кемеровской и Иркутской областях. Этот Центрально-Сибирский бассейн обладает значительными запасами энергетического бурого угля. Добыча ведётся в основном открытым способом (открытая часть бассейна составляет 45 тысяч км2 - 143 миллиардов тонн угля пласты мощностью 15 - 70 м.). Встречаются также месторождения каменного угля.

Общие запасы составляют около 638 миллиардов тонн. Мощность рабочих пластов от 2 до 15 м., максимальная — 85 м. Угли сформировались в юрский период.

Площадь бассейна поделена на 10 промышленно-геологических районов, в каждом из которых разрабатывается по одному месторождению:

• Абанское
• Ирша-Бородинское
• Берёзовское
• Назаровское
• Боготольское
• Бородинское
• Урюпское
• Барандатское
• Итатское
• Саяно-Партизанское

Ленский угольный бассейн

Располагается на территории Республики Саха (Якутия) и Красноярского края. Основная часть его располагается в Центрально-якутской низменности в бассейне и её притоков (Алдана и Вилюя). Площадь около 750 000 км2. Общие геологические запасы до глубины 600 м – более 2 триллионов тонн. По территория угольного бассейна подразделяется на две части: западную, которая занимает Вилюйскую синеклизу Сибирской , и восточную, входящую в краевую зону Верхояно-Чукотской складчатой области.

Угольные пласты сложены из осадочных от нижнеюрского до палеогенового периодов. Залегание угленосных пород осложнено пологими поднятиями и впадинами. В Приверхоянском прогибе угленосная толща собрана в складки, осложнённые разрывами, мощность её 1000-2500 м. Количество и мощность угольных пластов мезозойского возраста в различных частях бассейна разнообразны: в западной части от 1 до 10 пластов мощностью 1-20 м, в восточной до 30 пластов мощностью 1-2 м. Встречаются не только бурые, но и каменные угли.

В бурых углях содержится от 15 до 30% влаги, зольность углей 10-25% теплота сгорания 27,2 Мдж/кг. Пласты бурого угля имеют линзовидный характер, мощность меняется от 1-10 м до 30 м.

Месторождения бурого угля часто располагаются рядом с каменноугольными. Поэтому он добывается также в таких известных бассейнах как Минусинский или Кузнецкий.

Бурый уголь представляет собой горючую осадочную породу, своеобразное звено между переходом торфа в состояние каменного угля. Бурый уголь по-другому еще называют суббитуминозным углем или черным лигнитом. Само определение лигнит (от лат. «дерево», «древесина») говорит о том, что это самый «молодой» вид угля, и его структура похожа на волокнистую структуру древесины. Окрашен он от светло-бурого цвета до почти черного, но если провести куском угля по фарфоровой плитке, то полоса будет всегда бурой.

Происхождение

Согласно «растительной» версии происхождения, источник для формирования бурого угля – хвойные, лиственные деревья и растения. Оказавшись под значительным слоем воды, практически полностью лишенные доступа кислорода, прикрытые глиной, песком и другими слоями грунта эти растительные остатки тлели. Причем с течением времени количество углерода в них только накапливалось. И, после образования из этих останков торфа, наступила следующая стадия, когда сформировался бурый уголь (в дальнейшем он превращается в каменный уголь и антрацит). Обнаружен был бурый уголь впервые в России в 1720х годах в районе Подмосковья.

Запасы

На долю бурого угля по одним данным приходится примерно 35 % суммарного запаса угля в России, а это примерно 1616 млрд. т. (в эту цифру входят разведанные запасы и предполагаемые). Доказанные же запасы бурого угля на 2009 год составляют 107922 млн.т. Причем, 95 % разведанных и неразведанных запасов находится в Азиатской части России. Бассейны, богатые залежами бурого угля: Ленский, Канско-Ачинский, Тунгусский, Кузнецкий, Тургайский, Таймырский, Подмосковный и др. Стратегические бассейны с большим содержанием бурого угля – Канско-Ачинский и Кузбасский.
Большая часть бурого угля залегает на небольшой глубине до 500 метров пластами. Средняя толщина пластов 10-60 метров, но встречаются и залежи в 100-200 метров толщиной. В связи с этим считается, что добывать его безопасно и эффективно, а, следовательно, не так затратно, как, например, каменный уголь. То есть добыча бурого угля ведется практически всегда открытым способом, с помощью карьеров и разрезов. К слову, по добыче бурого угля, Россия занимает второе место в мире. Так, например, на 2010 г. добыча бурого угля составила 76 млн. т. В «Энергетической стратегии России на период до 2020 года» отмечена несомненная важность бурого угля для энергетического будущего страны. Также нужно сказать о том, что часто залежи бурого соседствуют с залежами каменного.

Учитывая процесс образования бурого угля, можно назвать его основные свойства и состав:

Удельная теплота сгорания (калорийность) - 22-31 МДж/кг (в среднем 26 МДж/кг) или 5400-7400 Ккал/кг.

Содержание углерода в буром угле ниже, чем в каменном, поэтому его и относят к низкой степени углефикации. При большом содержании влаги обладает свойством на воздухе быстро ее терять, растрескиваться и превращаться в порошок. Плотность бурого угля равна 0,5-1,5 г/см 3 . Обычно структура его достаточно плотна, но бывает и рыхлой. Из-за присутствия в большом количестве летучих веществ, воды и низкого содержания углерода, бурый уголь легко горит, но при этом выделяет дым и своеобразный запах гари.
Состоит бурый уголь из гуминовых кислот (чего абсолютно нет в каменном угле) с примесью углеводородов и карбоидов. Содержание гуминовых кислот колеблется от 64% до 2-3% в зависимости от местоположения залежи. Также от этого фактора зависит и наличие смол (от 25% до 5%). В некоторых месторождениях в составе бурого угля обнаруживается бензольный экстракт (5-15%), воск (50-70%), а также содержание урана и германия.

Классификация

Официальная классификация подразделяет его на марки и технологические группы. Деление осуществляется за счет того, как уголь действует во время термической обработки. В России все бурые угли относятся к марке Б. При делении на технологические группы учитываются спекающие способности угля. Идентифицируются группы следующим образом: к марке прибавляют цифру, которая указывает на самый маленький размер пласта угля, например, Г6, Г17 и пр.

В России принято несколько классификаций бурого угля (еще со времен СССР).
Также по ГОСТу 1976 г. бурый уголь делят по степени углефикации на три стадии: О 1 , О 2 и О 3 . Стадии зависят от отражательной способности угля в масляной иммерсии: О 1 – менее 0,30%, О 2 – 0,30-0,39%, О 3 – 0,40-0,49%.
По влажности бурый уголь подразделяется на шесть групп: до 20%, 20-30%, 30-40%, 40-50%, 50-60% и 70% влажности.
По выходу первичной смолы полукоксования бурые угли делятся на четыре группы: свыше 25%, 20-25%, 15-20%, 15% и менее.

Также различают следующие виды бурых углей:

• Плотный бурый уголь – бурого цвета с матовым блеском и землистым изломом.
• Землистый бурый уголь – легко стирающийся в порошок.
• Смолистый бурый уголь – плотный, темно-бурого, даже черного цвета, в изломе с блеском как у смолы.
• Бумажный бурый уголь (дизодил) – истлевшая растительная масса, которую легко можно расслоить на тонкие листы.
• Торфяной бурый уголь – очень похож на торф.

Применение

К такому виду полезного ископаемого как бурый уголь с каждым годом растет интерес. Дело в том, что низкая себестоимость и большой запас разведанного и неразведанного угля дают о себе знать, и сфера применения бурого угля становится более обширной. Как топливо этот вид угля менее популярный, чем каменный. Но, опять же, в силу низкой стоимости используется в мелких котельных и ТЭЦ, а также для отопления индивидуальных домов и коттеджей.

Путем перегонки из бурого угля получают жидкое углеводородное топливо. Остаток же используют для того, чтобы получить сажу. Из него также выделяются при переработке горючий газ и горный воск, который используют в бумажной, текстильной, деревообрабатывающей промышленности и дорожном строительстве.

Также бурый уголь служит сырьем для получения газа. Процесс этот называется газификацией угля. Заключается он в том, что бурый уголь в специальных газогенераторах при больших температурах (до 1000 °С) нагревают. В результате этого процесса образуется газ, состоящий из метана, водорода и окиси углерода. Этот газ впоследствии перерабатывают в синтетический – аналог природного газа. В свою очередь специалисты изобрели новый способ получения газа – подземная газификация, где весь процесс проходит под землей без непосредственного извлечения угля. Для этого роют вертикальные каналы, подходящие к залежам бурого угля и подпускают по ним высокие температуры. По другим каналам выходит результат воздействия температур – газ.

Еще один процесс переработки бурого угля – гидрогенизация. Проходит он так: бурый уголь смешивают с тяжелым маслом и под воздействием катализатора соединяют с водородом при температуре 450 °С. Вследствие этого получается синтетические газовые продукты и жидкие фракции топлива. Полученное еще раз подвергают процессу гидрогенизации и получают бензин очень хорошего качества.

Также бурый уголь является сырьем и в процессе полукоксования. Здесь при температуре 500-600 °C и исключая доступ воздуха путем нагрева бурого угля получается полукокс, первичная смола, вода и полукоксовый газ. Полукокс (или кокс средней температуры) применяется в металлургии при получении ферросплавов, фосфатов, карбида кальция и как технологическое топливо.

Не стоит забывать и о том, что бурый уголь содержит гуминовые кислоты, которые повышают плодородность почвы и улучшают урожаи.