| Головна » Статті » Хімія | [ Додати статтю ] |
Петрографія вугілля
|
У більшості випадків вугілля макроскопічно не цілком однорідне, а складається з складових частин (інгредієнтів, літотипів), які в площинах, перпендикулярних нашаруванню, помітні неозброєним оком. У 1919 році М. Стокс поділила інгредієнти (літотипи) гумусових вугіллях на вітрен, кларен, дюрен і фюзен (табл. 2.7). Вітрен (блискучий) являє собою чорні шари з дуже сильним блиском і раковистим зламом. Часто він крихкий і розітнений безліччю тонких тріщин, внаслідок чого розшаровується на кубики, а при добуванні дрібно подрібнюється. У гумусовому вугіллі зустрічається у вигляді шарів потужністю понад 3-10 мм. Кларен (проміжний) за блиском займає проміжне положення між вітреном і дюреном і складається з шарів, що чергуються вітрена, дюрена, а іноді і фюзена. Дюрен (матовий) може бути чорного або сірого кольору, але завжди матовий. Він дуже міцний і тому розколюється при руйнуванні на великі шматки з шорстким зламом. Шари дюрена зустрічаються рідше, ніж шари вітрена і кларена, але іноді вони мають відносно велику потужність (до 10 см) і добре витримані за простяганням. Таблиця 2.7 - Класи і літотипи кам'яного вугілля Клиси вугілля Літотип Макроскопичні особливості Гуміт Вітрен Блискучий, чорний, звичайно крихкий, часто тріщинуватий. Кларен Напівблескучий, чорний, тонкошаруватий. Дюрен Матовий, чорний або сіро--чорний, твердий з грубою поверхнею. Фюзен Шовковистий блиск, чорний, волокнистий, м,який, кричкий. Сапропеліт Кеннель Матовий або з легким масним блиском, чорний, гомогений, нешаруватий, дуже твердий, з раковистим зломом. Богхед Схожий на каннель, але трохи буруватий, з коричневою рисою. Фюзен (чорний, пухкий) має шовковистий блиск, чорний колір. М'який і пухкий бруднить руки при дотику. Звичайно фюзен зустрічається у пласті у формі лінз товщиною декілька міліметрів і довжиною декілька сантиметрів. У пластах особливо багатих фюзеном зустрічаються шари фюзена потужністю до 20 см і довжиною декілька метрів. У більшості вугілля фюзен грає лише другорядну роль. Сапропелеве вугілля (сапропеліти) істотно відрізняється від гумітів відсутністю шаруватості, однорідним складом і дуже високою густиною. Сапропеліти низького ступеня углефікації відрізняються високим вмістом водню і великим виходом летких речовин з високим виходом газу і смоли. Їх розділяють на кеннелі, богхеди і перехідні різновиди. Кеннель - вугілля чорного кольору, матове, однорідне і компактне, розколюється з раковистим зламом, під мікроскопом має правильну микрошаруватість. Найбільш характерна особливість всіх кеннелей - майже однаковий розмір складовиих частинок. Кеннелі зустрічаються у більшості вугільних басейнів світу. У вигляді прошарків від декількох міліметрів до десятків сантиметрів знайдені в гумусовому вугіллі Донбасу. Бокхеди візуально дуже схожі на кеннелі, але відрізняються від них буруватим кольором і коричневою рисою. Їх характерною складовою частиною є альгініт, якого майже немає в справжніх кеннелях. Існує багато перехідних форм від кеннелей до богхедів. Якщо в кеннелях міститься велика кількість водоростей, але не більше, ніж спор, то це вказує на перехідний тип. Справжній богхед майже не містить спори. Ліптобіоліти, що утворилися з найбільш стійких частин рослин (воску, смол), складають невеликі за потужністю шари у вугіллі нижнього карбону Західного Донбасу і окремі пласти Ткібульського родовища в Грузії. Ткібульскі ліптобіоліти легко запалюються від сірника, що пов'язано з особливостями їх складу. Основним матеріалом для їх утворення слугували смола хвойних рослин, кутикули листя і пагінці вищих наземних рослин. Смолисті ліптобіоліти характеризуються підвищеною пористістю, вони містять вуглецю на 3-6 % менше, а водню на 0,5-3,0 % більше, ніж сусідні пласти гумітів. При високих температурах ліптобіоліти розкладаються з виділенням великої кількості газоподібних органічних речовин, у зв'язку з чим легко запалюються. При низьких температурах вони хімічно більш інертні, ніж гуміти. Початковий матеріал, його біохімічні і геохімічні перетворення в різних умовах обумовили формування численних однорідних за своїми оптичними і фізико-хімічними властивостями мікрокомпонентів вугілля, виділенням і описом яких займається вугільна петрографія. Мікрокомпоненти вугілля, на відміну від мінералів, широко варіюють за хімічними складом і фізичними властивостями. У сучасному значенні термін "мікрокомпонент" ("мацерал" за міжнародною термінологією) використовується для характеристики форми і походження мікроскопічних компонентів вугілля. Міжнародний комітет по петрології вугілля встановив стандартні правила петрографічної мікроскопії. В Україні існує державний стандарт, що регламентує визначення петрографічного складу кам'яного вугілля. Відповідно до цього стандарту органічні і мінеральні мікрокомпоненти об'єднані в сім груп (табл. 2.8).Вітриніт є найбільш поширеною і тому найважливішою групою мікрокомпонентів в кам'яному вугіллі. Мікрокомпоненти цієї групи мають рівну поверхню і сірий колір різних відтінків, рельєф виражений слабше, ніж у інших мікрокомпонентів. Компоненти групи вітриніту на середній стадії вуглефікації (Ro від 0,64 до 1,85) при нагріванні переходять в пластичний стан. Їх поведінка в процесі коксування залежить від ступеня вуглефікації. У групу вітриніту входять колініт і телініт. Коллініт є безструктурним компонентом вітриніту. У структурному вітриніті чарунки часто заповнені коллінітом, а стінки чарунок побудовані з теллініту. У вугіллі не зустрічаються вітринітові шари з чистого, істинного безструктурного коллініту, також рідко зустрічається чистий теллініт. Вітриніт звичайно утворюється з стовбурів, гілок, коріння і листя дерев. Якщо в шарах вітриніту структура не виявляється ні у відбитому, ні в прохідному світлі, то в багатьох випадках це пояснюється маскуванням чарункової структури внаслідок заповнення їх колоїдним гумусовим гелем. У формі вітренових шарів вітриніт характеризується ступінчастим або борозчатим раковистим зламом із скляним або смолистим блиском на зламі. Під мікроскопом у вітриніті спостерігаються тріщини, зумовлені зменшенням об'єму і тектонічними порушеннями. У залежності від ступеню вуглефікації справжня густина вітриніту змінюється від 1,27 до 1,86 г/см3, причому мінімальна густина встановлена при вмісті вуглецю 87 %. Густина графіту 2,25 г/см3. Питомий об'єм (величина зворотна густині) є лінійною функцією вмісту водню у вітриніті. Таблиця 2.8 Класифікація мікрокомпонентів кам'яного вугілля Групи мікрокомпонентів Мікрокомпоненти Назва Позначення Назва Позначення Вітриніт Vt Колініт Vt1 Телініт Vt2 Семівітриніт Sv Семіколлініт Sv1 Семітеллініт Sv2 Фюзиніт F Семіфюзиніт F1 Мікриніт F2 Фюзиніт F3 Склеротиніт F4 Лейптиніт L Спориніт L1 Кутиніт L2 Резиніт L3 Альгініт Alg Кальгініт Alg1 Тельгініт Alg2 Мікстиніт M Мікстиніт M Мінеральні домішки Ml Глиниста речовина Ml1 Сульфіди заліза Ml2 Карбонати Ml3 Кварц Ml4 Інші мінеральні домішки Ml5 Вітриніт має середню в порівнянні з іншими групами мікрокомпонентів відбивну здатність, і вона зростає по мірі збільшення вуглефікації. Частіше відбивна здатність телініту вище, ніж у колініту, але зусрічається і навпаки, якщо оболонки первинних клітин містили велику кількість целюлози. Для вітрініту характерне подвійне відбиття (анізотропія відбивної здатності), яку можна спостерігати навіть у вітриніта молодого кам'яного вугілля, а із збільшенням ступеня вуглефікації вона виявляється особливо виразно. Твердість вітриніту змінюється в ряді вуглефікації за екстремальною кривою, з мінімумом для вугілля з виходом летких речовин біля 15 %. Вітриніт крихкий і при натисненні легко тріскається і розколюється на прямокутні призми або кубики великих розмірів, а також на дуже дрібні уламки, що скупчуються у вигляді тонкого пилу. Опір вітриніту стисненню меншає від довгополум'яного вугілля до коксівного, потім при підвищенні ступеня углефікації знов зростає. Пористість вітриніту, визначена за ізотермами адсорбції, змінюється в залежності від ступеня вуглефікації від 0,05 см3/г для вітриніту із вмістом вуглецю 71 % до 0,03 см3/г для вітриніту Cdaf= 94 % з мінімумом, що дорівнює 0,025 см3/г, у вітриніта із вмістом вуглецю 89 %. Вміст вітриніта у вугіллі Донбасу становить 85-95 %. Група семівітриніту за фізичними, фізико-хімічними і хіміко-технологічними властивостями займає проміжне положення між групами вітриніту і фюзиніту, знаходячись ближче до вітриніту. Мікрокомпоненти цієї групи (семіколініт і семітелініт) не мають рельєфу, колір у них сірий або білувато-сірий, але завжди більш світлий, ніж у ізометаморфних мікрокомпонентів групи вітриніту. У процесі коксування семівітриніти здатні розм'якшуватися, не переходячи в пластичний стан, і володіють здатністю спікатися з іншими мікрокомпонентами. Семіколініт є безструктурним мікрокомпонентом, а семітелініт характеризується наявністю клітинної структури різного ступеня збереження. Оскільки їх важко розрізнити при клітинній структурі, що погано збереглася, то при масових підрахунках обидва мікрокомпоненти визначаються спільно. Мікрокомпоненти групи фюзиніту характеризуються високою відбивною здатністю і різко вираженим мікрорельєфом. Їх колір змінюється від білого до жовтого у відбитому світлі, а в прохідному світлі він чорний. Структура рослинної тканини в фюзиніті найбільш збереглася. Іноді навіть можна виразно бачити внутрішньоклітинний простір. Порожнини клітин звичайно пусті, але іноді заповнені мінералами. У фюзиніті третинного і мезозойського вугілля можна розрізнювати річні кільця за чергуванням клітин з широкими і вузькими порожнинами.У торфі, бурому і кам'яному вугіллі зустрічаються різні кількості фюзиніту. Частіше його частка незначна і не перевищує декількох процентів. Як правило, в торфі і бурому вугіллі фюзиніту міститься набагато менше, ніж в кам'яному вугіллі. Багаті фюзинітом деякі пермські і юрські пласти родовищ Росії. Фюзиніт володіє високою абразивною твердістю і мікротвердістю за рахунок чого в аншліфах виявляється високий рельєф. Дійсна густина фюзиніту біля 1,5 г/см3, тобто вища, ніж у вітриніту. Для фюзиніту характерний високий вміст вуглецю і низький - водню. Зі зростанням ступеня вуглефікації вихід летких речовин меншає, під час коксування він не плавиться. Істотною особливістю фюзиніту є незначна зміна фізичних властивостей в ряді вуглефікації. Мацерали групи лейптиніту (спориніт, кутиніт і резиніт) складаються зі спор кутину, суберину, воску, жирів і масел рослинного походження і розрізнюються між собою за морфологічними ознаками, зумовленими їх походженням. Їх форма і розмір також залежать від початкового матеріалу. Вони мають найнижчу відбивну здатність, і починаючи зі стадії вугілля, що коксується їх колір стає подібний вітриніту і ця група буває практично невиразна при підрахунку. Мікротвердість менше, ніж у вітриніту і фюзиніту. При коксуванні мікрокомпоненти цієї групи утворюють більш рухливу пластичну масу, чим вітриніти. Мікрокомпонент спориніт утворений оболонками екзин макро- і мікроспор, що складаються з воскоподібної речовини. У палеозойському вугіллі спориніт зустрічається у великих кількостях і складає основний компонент лейптиніту, будучи найбільш важливим мікрокомпонентом цієї групи. У вугіллі низької стадії вуглефікації відбивна здатність спориніту набагато менше, ніж у вітриніту. Спориніт є найлегшим компонентом вугілля, в ряді вуглефікації його дійсна густина коливається в межах 1,18-1,28 г/см3. У противагу вітриніту спориніт має високу абразивну твердість, яка із зростанням стадії вуглефікації стає такою ж як у вітриніту. При піролізі в реторті Фішера спориніт завдяки підвищеному вмісту водню виділяє підвищену кількість смоли і газу. Мікрокомпонент кутиніт представляє речовину схожу на спориніт, але не ідентичну йому. Він утворився із залишків кутикул, що представляють кутинізований шар листя і молодих паростків. У вугіллі зустрічається у вигляді смуг різної ширини, одна з яких більш або менш рівна, а друга зубчата або волосиста. Фізичні властивості кутиніту майже аналогічні таким у спориніту. Кутиніт звичайно трохи блідніший, ніж пов'язаний з ним спориніт, в ряді вуглефікації кутикули зникають раніше, ніж спори. У антрацитах кутикули ясніші, ніж вітриніт. Міцність кутиніта майже така ж, як у спориніту. Основною речовиною в кутиніті є кутин, тісно пов'язаний з суберином. Обидві речовини являють собою складний гліцериновий ефір жирних кислот. Характерною його особливістю є високий вміст водню, який перевищує 5 % атомних процентів. Вихід летких речовин складає біля 80 % на горючу масу, вміст вуглецю 70,6-76,4 %, водню 7,6-11,8 %, кисню 11,8-21,7 %. Розчинність у суміші бензолу і спирту дуже мала або нульова, сумішшю хлороформу і спирту з нього можна витягнути невелику кількість воску. Резиніт складається з різноманітних смоляних включень у вигляді окремих тілець, відмінних як за формою, так і за розмірами. Вони зустрічаються у вигляді зерен, овальних тіл неправильної форми, паличок, іноді резиніт заповнює порожнини клітин в телініті. Поширення у вугіллі карбону нерівномірне, місцями він зустрічається в третинному бурому вугіллі. Відбивна здатність резиніту у вугіллі низького спупеня вуглефікації завжди нижче, ніж у відповідного вітриніту. У прохідному світлі він білувато-жовтого, лимонно-жовтого і жовтувато-червоного кольору. У аншліфах він має темно-сірий колір. Дійсна густина його змінюється від 1,0 до 1,2 г/см3. Резиніт не виявляє рельєф на полірованих поверхнях, що свідчить про його однакову абразивну твердість з вітринітом. Резиніт у бурому вугіллі містить від 77 до 85 % вуглецю, від 8,8 до 11,0 % водню і від 2,7 до 13 % кисню на горючу масу. Велика частина резиніту бурого вугілля може розчинятися в суміші бензолу зі спиртом, тоді як екстракція зі спориніту і кутиніту дуже незначна або дорівнює нулю. Кількість і характер витягу залежить від ступеня вуглефікації, характеру розчинника і умов витягання. Кількість смоли, що екстрагується зростає з підвищенням температури. Резиніт здатний поглинати кисень, а по мірі окиснення гірше розчиняється і стає менш плавким при нагріванні. Теплота згоряння резиніту бурого вугілля становить 39 мДж/кг. Відбивна здатність резиніту росте із збільшенням стадії вуглефікації.Група альгініту включає мікрокомпоненти, що складають сапропеліти (кальгініт і тальгініт). У відбитому світлі колір і відбивна здатність альгініту аналогічні таким у мікрокомпонентів групи лейптиніта. Кальгініт представлений безструктурною сапропелевою основною масою, що цементує у вугіллі формені елементи і мінеральні речовини. Тальгініт представлений колоніями водоростей, що мають певну форму і розмір. Мікстиніт являє собою тонку суміш компонентів групи вітриніту з мінеральними, в основному глинистими домішками або з мікринітом з розміром частинок до 2 мкм. Хоч він є літотипом, при підрахунку його враховують як мікрокомпонент. Мінеральні домішки у вугіллі представлені глинистим матеріалом, сульфідами, кальцитом, кварцом і іншими мінералами, і їх визначають у відбитому світлі без імерсії при загальному збільшенні мікроскопа в 200-300 раз. У цих умовах вони у більшості випадків добре відрізняються від органічної речовини вугілля. ЛІТЕРАТУРA 1. Саранчук В.И., Айруни А.Т., Ковалев К.Е. Надмолекулярная организация, структура и свойства углей.- К.: Наукова думка. 2. Саранчук В.И., Бутузова Л.Ф., Минкова В.Н. Термохимическая деструкция бурых углей.- К.: Наукова думка, 1984. 3. Нестеренко Л.Л., Бирюков Ю.В., Лебедев В.А. Основы химии и физики горючих ископаемых.- К.: Вища шк., 1987.-359с. 4. Бухаркина Т.В., Дигуров Н.Г. Химия природных энергоносителей и углеродных материалов.-Москва, РХТУ им. Д.И. Менделеева,-1999.-195с. 5. Агроскин А. А., Глейбман В. Б. Теплофизика твердого топлива.-- М. Недра 1980.-- 256 с. 6. Глущенко И. М. Теоретические основы технологии твердых горючих ископаемых.-- К. : Вища шк. Головное изд-во, 1980.-- 255 с. 7. Еремин И. В., Лебедев В. В., Цикарев Д. А. Петрография и физические свойства углей. -- М. : Недра, 1980. -- 266 с. 8. Касаточкин В. И., Ларина Н. К. Строение и свойства природных углей.-- М : Недра, 1975.-- 159 с. 9. Раковский В. Е., Пигулееская Л. В. Химия и генезис торфа.--М. : Недра, 1978.--231 с. 10. Саранчук В. И. Окисление и самовозгорание угля.-- К. : Наук. думка, 1982.-- 166 с. 11. Стрептихеев А. А., Деревицкая В. А. Основы химии высокомолекулярных соединений.-- 3-е изд., перераб. и доп.-- М. : Химия, 1976.-- 436 с. | |
| Переглядів: 464 | |
| Всього коментарів: 0 | |