Химическая энциклопедия

КАМЕННЫЕ УГЛИ , класс твердых горючих ископаемых растит. происхождения; разновидность каустобиолитов , занимающая промежут. положение (по метаморфизму) между бурыми углями и антрацитом . К.у. - неоднородные плотные образования черного, реже серо-черного цвета, в к-рых по внеш. признакам различают макроингредиенты: блестящие (витрен), полублестящие (кларен), матовые (дюрен), волокнистые (фюзен). Эти составляющие чаще всего располагаются слоями, придавая К. у. полосчатую структуру. Под микроскопом идентифицируют след. петрографич. группы мацералов (микрокомпонентов): витринит, семивитринит, инертинит, липтинит. Перечисл. группы образовались из разных частей растит. материалов (лигнина, смол, белков, жиров, углеводов) в результате физ.-хим. и биохим. процессов (диагенез) и под действием геол. факторов - повышенных т-р и давлений в земных недрах (метаморфизм). Составные части К. у.: основная - горючая, или органическая, масса угля (ОМУ), влага и минер. включения, образующие при сжигании золу. Неодинаковые количеств. соотношения групп мацералов, элементов ОМУ и минер. примесей, а также различие степени метаморфизма обусловили все многообразие встречающихся в природе К. у. и их св-в. С возрастанием степени метаморфизма изменяются: элементный состав ОМУ, степень ее термич. неустойчивости, оцениваемая выходом летучих в-в (образуются при нагр. от 840 до 860 °С без доступа воздуха); общая пористость (от 4 до 8% по объему); плотность (от 1,16-1,31 до 1,36-1,47 г/см³ соотв. в группах витринита и инертинита); содержание гироскопич. влаги (от 7-9 до 0,2-0,4% по массе), уд. теплоемкость и теплота сгорания. По степени метаморфизма К. у. классифицируют на марки (см. табл.). Зольность К. у. составляет 5-30% по массе и более и, как правило, не зависит от степени метаморфизма. Для улучшения качества К. у. минер. примеси м.б. отделены от горючей части спец. методами (см. Обогащение полезных ископаемых , Флотация ). Главные составляющие золы: оксиды Si, Fe и Аl, редкие и рассеянные элементы (Ge, V, W, Ti и т.д.), а также драгоценные металлы (Au, Ag). Горючая масса содержит С, Н, N, О и S, входящую также в состав минер. части. ОМУ - сложная гетерог. смесь разл. высокомол. соединений или полиассоциированных олигомеров с небольшим кол-вом легко экстрагируемых битумов. Эта смесь имеет сложную относительно устойчивую общую структуру, элементами к-рой являются мол. и надмол. образования. Широкое распространение получили представления о гибридном характере мол. структуры, состоящей из пространственных, плоскостных и линейных фрагментов. Последние включают преим. макроалифатич. радикалы и О-, N- и S-содержащие функц. группы (см. также Гидрогенизация угля ). В связи с различием состава и строения К. у. понятие о мол. структуре относят не к ним в целом, а к отдельным группам мацералов (см. выше). наиб. существ. отличие друг от друга их мол. структур заключается в увеличении доли и степени конденсированности ароматич. структур в инертините и витрините по сравнению с липтинитом. Надмол. структура - агрегаты макромолекул, связанных гл. обр. донорно-акцепторными взаимодействиями.

По совр. представлениям, именно надмол. структура К. у. в значит. степени ответственна за мн. специфич. св-ва, в т.ч. главные технологические - спекаемость и коксуемость (см. Кокс каменноугольный , Коксование , Полукоксование ). Наиб. крупнотоннажные потребители К. у. - топливно-энергетич. комплекс и коксохим. произ-во (более 25%, преим. угли марок Г, Ж, К, ОС) с получением кокса, коксового газа и ценных хим. продуктов (см. Каменноугольная смола , Каменноугольные масла , Коксохимия ). Перспективное направление использования К. у. - гидрирование угля для выработки синтетич. жидкого топлива. Представляют интерес процессы газификации К. у. (см. Газификация твердых топлив , Газификация твердых топлив подземная ). Переработкой К. у. извлекают в пром. масштабах V, Ge и S, получают активный уголь и т.д. К. у. залегают в пластах и линзовидных образованиях разл. мощности (от долей метра до неск. десятков и сотен метров) на разной глубине (от выхода на пов-сть до 2500 м и глубже) в отложениях почти всех геол. систем - от девона до неогена и широко распространены в карбоне, перми и юре. Самые крупные зарубежные угольные бассейны: Аппалачский и Пенсильванский (США), Рурский (ФРГ), Верхнесилезский (ПНР), Остравско-Карвинский (ЧССР), Шаньси (КНР), Южно-Уэльский (Великобритания). Геол. запасы К. у. в СССР ок. 3,9 трлн. т (до 45% мировых) условного топлива (1984). наиб. разведанные запасы сосредоточены в Кузнецком, Донецком, Карагандинском, Южно-Якутском, Минусинском и Буреинском бассейнах; крупные потенциальные ресурсы имеются в Тунгусском, Ленском и Таймырском бассейнах. Общая добыча К. у. в СССР превышает 760 млн. т/год (1987). Лит.: Аронов С. Г., Нестеренко Л. Л., Химия твердых горючих ископаемых, Хар., 1960; Касаточкин В. И., Ларина Н. К., Строение и свойства природных углей, М., 1975; Грязное Н. С., Основы теории коксования, М., 1976; Скляр М. Г., Физико-химические основы спекания углей, М., 1984. М. Л. Улановский.