Реферат на тему:
Походження твердих горючих копалин
Вугільні пласти, вугілля взагалі, утворилося зі скупчень рослинного
матеріалу, який зберігся завдяки поєднанню необхідних первинних умов і
змін в процесі біохімічних і хімічних перетворень до стану органічної
породи (власне вугілля).
У геологічній історії землі утворення вугільних пластів пов’язане з
виникненням і розвитком світу рослин. Найдревніші з твердих горючих
копалин — сапропелітове вугілля і горючі сланці, утворилися зі скупчень
ще примітивних підводних рослин (водорості) і планктону на дні водойм.
Родовища такого вугілля відомі з початку палеозою, тобто, вони
утворилися близько 500 млн. років тому.
Серед більш пізніх родовищ сапропелітового вугілля відомі перехідні
відміни, які містять матеріал вищих наземних рослин.
Дрібні родовища гумусового вугілля, утвореного з матеріалу вищих
наземних рослин, відомі у відкладах девону. Серед рослин цього періоду
описані порівняно високоорганізовані види вищих рослин, розквіт яких
відбувся у наступні кам’яновугільний і пермський періоди. До відкладів
кам’яновугільного і пермського періодів відносять багато великих родовищ
найбільш цінного кам’яного вугілля.
Нагромадження сапропелітів починається з кембрійського періоду, який є
першим, найбільш раннім періодом, з якого можна простежити поступову
еволюцію фауни і флори. В ордовику утворилися Прибалтійські сланці,
силурійське гумусове зольне вугілля відоме в декількох районах країн СНД
і далекому зарубіжжі. У середині девонського періоду виникли перші
небагаточисленні поклади гумусового вугілля промислового значення
(барзасити).
Загальновизнано, що вугільні пласти утворюються з торфу. При утворенні
торф’яних боліт істотну роль відіграють наступні основні фактори:
а) еволюція розвитку флори;
б) клімат;
в) палеогеологічні і тектонічні умови.
У ранньому девоні у затоплених водою мілководних лагунах виростали
рослини псилофіти, з яких утворилися малопотужні вугільні пласти у
вигляді тонких прошарків вітриніту. При подальшому розвитку земних
рослин у середньому і пізньому девоні, коли рослинність дуже швидко
поширилася по всіх континентах, почали формуватися власне вугільні
пласти. Піздньодевонське вугілля утворилося з рослин, подібних до тих, з
яких виникло вугілля в карбоні, однак воно ще не має промислового
значення. Тільки в ранньому карбоні сформувалися найважливіші родовища
вугілля (Карагандинський, Підмосковний басейни, Західний Донбас).
Найважливіші пермські вугільні басейни в СНД (Кузбас і Тунгуський
басейн) виникли головним чином за рахунок голонасінних, які відігравали
істотну роль у торфоутворенні й у верхніх частинах пізнього карбону. У
мезозої, особливо в юрський і ранній крейдовий періоди, голонасінні є
основною вуглеутворюючою рослинністю.
Для утворення торфу необхідно, щоб рівень ґрунтової води протягом року
стояв над земною поверхнею чи близько до неї, і рослинний матеріал, що
відмирає, не міг розкладатися. Подібні умови найбільш часто
зустрічаються на рівних прибережних ділянках, де морська вода підпирає
прісну воду, що притікає із суші, у зв’язку з чим більшість боліт
зв’язана з морськими узбережжями чи з берегами великих озер.
Протягом усіх геологічних періодів відбувалося постійне підняття й
опускання земної кори з різною інтенсивністю. Усі вугленосні формації в
цьому відношенні поділяють на дві групи: крайові (геосинкліналі) і
платформні. Платформні басейни мають малу потужність вугленосної товщі,
2-3 пласта вугілля низького ступеня вуглефікації і горизонтальне
залягання.
Відклади торфу зберігаються тільки в районах занурення, багаті родовища
вугілля приурочені до областей крайових прогинів, причому утворення
торфу зв’язане із часом існування континентальних умов. Для вугільних
родовищ, які утворилися в крайових прогинах, характерні потужні осадові
товщі, що включають пласти вугілля, потужністю до 2 м, розповсюджені на
величезних площах і перешаровані численними прошарками морських осадів
(Донбас, Рур). У районах великих складчастих гірських поясів, у тилових
ділянках моря, де занурення йде звичайно повільніше, кількість вугільних
пдастів невелика.
У помірному кліматі середньорічна швидкість росту торфу на болотах
0,55-1,0 мм, а на верхових болотах 1-2 мм. У тропічному кліматі вона
значно вище. При переході від стадії утворення торфу через стадію бурого
вугілля до кам’яного спостерігається значне ущільнення торфу, ступінь
якого залежить від фації. Лісовий торф ущільнюється менше, ніж
очеретяний, у якому міститься велика кількість води. Вважають, що
ущільнення вихідної рослинної речовини до торфу, а потім до бурого і
кам’яного вугілля виражається співвідношенням 6:3:1, тобто 1м торфу дає
20 см кам’яного вугілля.
Умови утворення торфу обумовлюють генетичний тип вугілля чи вугільну
фацію, яка визначається вмістом мацералів і мінералів у вугіллі,
хімічними властивостями, які в основному не залежать від ступеня
метаморфізму (вміст сірки й азоту, відношення водню до вуглецю у
вітриніті та ін.), а також рядом текстурних особливостей.
Основні властивості вугілля у пластах визначаються способом
нагромадження, рослинним матеріалом, який утворює торф, умовами
середовища відкладення (надходженням вихідних речовин, рН середовища,
життєдіяльністю бактерій, надходженням сірки, температурою торфу й
окиснювально-відновним потенціалом).
Торф, що сформувався з різного рослинного матеріалу, є причиною
утворення різних літотипів і мікролітотипів вугілля, що мають різні
фізичні, хімічні і технологічні властивості.
Утворення (діагенез) торфу відбувається під впливом мікробів і хімічних
реакцій. Найбільш істотні зміни відбуваються при обмеженому доступі
кисню на поверхні матеріалу, який розкладається, і в безпосередній
близькості від неї в так званому торфогенному шарі, приблизно до глибини
0,5 м. У цій області активно діють аеробні бактерії, актиноміцени і
нижчі гриби. Зі збільшенням глибини їх заміняють анаеробні бактерії,
діяльність яких згасає на глибині до 10 м. Нижче відбуваються тільки
хімічні зміни — головним чином реакції відновлення, полімеризації і
поліконденсації.
У верхньому шарі розрізу торфу вміст вуглецю зростає з 45-50 до 55-60 %
і потім зі збільшенням глибини майже не змінюється. Вміст вологи з
глибиною різко падає, характеризуючи ступінь діагенезу торфу. Кількість
вільної (не змішаної з лігнітом) целюлози також є показником ступеня
діагенезу торфу.
Оскільки перехід торфу в буре вугілля відбувається поступово, важко
встановити чітку границю між ними, хоча рекомендуються показники, що
дозволяють відрізняти торф від землистого бурого вугілля (табл. 2.1).
Таблиця 2.1. Розходження між торфом і бурим вугіллям
Показник Торф Буре вугілля
Вміст вологи, %
Вміст вуглецю (Сdaf), %
Наявність вільної целюлози
Здатність розрізатися >75
в основному 60
відсутня
не розрізається
Наявність різного вихідного матеріалу в минулі геологічні періоди,
варіації умов його розкладання і перетворення в торф є однією з причин
утворення вугілля з неоднаковими хімічними, фізичними і технологічними
властивостями при однаковому ступені вуглефікації.
Наступною стадією перетворення торфу у вугілля є геохімічна
вуглефікація, чи просто вуглефікація. Вона протікає в анаеробних умовах
і в ній не беруть участь мікроорганізми.Маса органічної речовини (ОР) за
період геохімічної історії від торфоутворення до графітизації постійно
зменьшується, що супроводжується виділенням леткчих речовин. Зміни
молекулярної структури, які відбуваються при цьому, уявляються лише
загалом, а сутність і кількісна сторона відповідних процесів залишаються
поки недостатньо конкретизованими. Зі зростанням ступеня вуглефікації
внаслідок втрати води, кисню у формі СО2 і водню у формі метану в
вугіллі збільшується вміст вуглецю і співвідношення його з воднем і
киснем. Як показники ступеня вуглефікації використовуються відбивна
здатність вітриніту (R0), вміст вуглецю, віднесений до сухої беззольної
маси (Сdaf), вихід леткчих речовин (Vdaf), атомні співвідношення Н/С и
О/С, технологічні властивості вугілля.
Різні компоненти торфу і типи вугілля мають різні властивості і
по-різному змінюються при вуглефікації. Збільшення ступеня вуглефікації
на стадії бурого вугілля характеризується зменшенням загального вмісту
вологи, що зв’язано зі зменшенням пористості, руйнуванням гідрофільних
функціональних груп, особливо гідроксильних, число яких помітно
скорочується на ранній стадії бурого вугілля. Крім гідроксильних
відщеплюються карбоксильні, метоксильні і карбонільні групи, у
результаті чого росте вміст вуглецю.
На стадії бурого вугілля останні залишки лігніну і целюлози переходять у
гумусові речовини, а гумінові кислоти, конденсуючись і втрачаючи
кислотні властивості, утворюють нерозчинні в лугах вітриніти. Вихід
леткчих речовин на стадії бурого вугілля змінюється слабко, а леткі
продукти на цій стадії в основному представлені вуглекислим газом, водою
і деякою кількістю метану. При геліфікації (вітринізації) гумусових
речовин, відбуваються найбільш істотні зміни, вугілля стає чорним і
глянсовим і дуже схожим на кам’яне вугілля.
У кам’яному вугіллі гумінові кислоти відсутні. Процес вуглефікації
кам’яного вугілля протікає аналогічно процесу вуглефікації бурого
вугілля; зменшується вміст вологи і росте теплота згоряння. На більш
пізніх стадіях кам’яного вугілля вихід летких речовин, представлених в
основному продуктами розкладання неароматичних складових вугілля, швидко
зменшується і зростає ступінь ароматизації гумусових комплексів. На цій
стадії вуглефікації відбивна здатність росте пропорційно зниженню виходу
летких речовин, що зв’язано, мабуть, зі ступенем ароматизації
структурних елементів вітриніту.
Антрацитова стадія характеризується різким падінням вмісту водню,
атомного співвідношення Н/С, сильним збільшенням відбивної здатності й
оптичної анізотропії.
Процес вуглефікації обумовлюється підвищенням температури, тиском і
тривалістю їхнього впливу. Нормальне збільшення ступеня вуглефікації з
глибиною відомо як правило Хілта і спостерігається в розрізах
свердловин. З підвищенням температури з глибиною в залежності від
геотермічного градієнта і теплопровідності порід росте ступінь
вуглефікації. Розрахунок змін кількості і складу летких продуктів у ряді
вуглефікації дозволяє одержати криві спаду компонентів у розрахунку на
ОР початку ранньобуровугільної стадії (Сdaf = 60 %). Аналіз отриманих
даних свідчить про нерівномірність процесу втрати кисню і його форм на
різних стадіях вуглефікації і переходом кисню з однієї форми в іншу. Це
свідчить про стадійність процесу вуглефікації, яка супроводжується
стрибкоподібними переходами у властивостях вугілля. Аналогічні дані
отримані і при розрахунку газовиділення при утворенні гумусового
кларенового вугілля у ряді вуглефікації. На кривій, яка описує суму
летких продуктів вуглефікації, є чотири максимуми, що відповідають
стадіям вуглефікації, на яких спостерігається перехід від бурого до
кам’яного вугілля, поява і втрата спікливих властивостей. Це свідчить
про те, що процеси газовиділення і структурування вугілля протікали
одночасно і вони обумовили основні властивості вугілля.
ЛІТЕРАТУРA
Саранчук В.И., Айруни А.Т., Ковалев К.Е. Надмолекулярная организация,
структура и свойства углей.- К.: Наукова думка.
Саранчук В.И., Бутузова Л.Ф., Минкова В.Н. Термохимическая деструкция
бурых углей.- К.: Наукова думка, 1984.
Нестеренко Л.Л., Бирюков Ю.В., Лебедев В.А. Основы химии и физики
горючих ископаемых.- К.: Вища шк., 1987.-359с.
Бухаркина Т.В., Дигуров Н.Г. Химия природных энергоносителей и
углеродных материалов.-Москва, РХТУ им. Д.И. Менделеева,-1999.-195с.
Агроскин А. А., Глейбман В. Б. Теплофизика твердого топлива.– М. Недра
1980.– 256 с.
Глущенко И. М. Теоретические основы технологии твердых горючих
ископаемых.– К. : Вища шк. Головное изд-во, 1980.– 255 с.
Еремин И. В., Лебедев В. В., Цикарев Д. А. Петрография и физические
свойства углей. — М. : Недра, 1980. — 266 с.
Касаточкин В. И., Ларина Н. К. Строение и свойства природных углей.– М
: Недра, 1975.– 159 с.
Раковский В. Е., Пигулееская Л. В. Химия и генезис торфа.–М. : Недра,
1978.–231 с.
Саранчук В. И. Окисление и самовозгорание угля.– К. : Наук. думка,
1982.– 166 с.
Стрептихеев А. А., Деревицкая В. А. Основы химии высокомолекулярных
соединений.– 3-е изд., перераб. и доп.– М. : Химия, 1976.– 436 с.
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
