Принципы обогащения сырья

Уголь образуется в условиях, когда гниющий растительный материал накапливается быстрее, чем происходит его бактериальное разложение. Идеальная  обстановка для этого создается  в болотах, где стоячая вода, обеденная  кислородом, препятствует жизнедеятельности  бактерий и тем самым предохраняет растительную массу от полного разрушения. На определенной стадии процесса выделяемые в ходе его кислоты предотвращают  дальнейшую деятельность бактерий. Так  возникает торф — исходный товар  для образования угля. Если затем  происходит его захоронение под  другими наносами, то торф испытывает сжатие и, теряя воду и газы, преобразуется  в уголь.

Под давлением толщи осадков  мощностью в 1 километр из 20-метрового  слоя торфа получается пласт бурого угля толщиной 4 метра. Если глубина  погребения растительного материала  достигает 3 километров, то такой же слой торфа превратится в пласт  каменного угля толщиной 2 метра. На большей глубине, порядка 6 километров, и при более высокой температуре 20-метровый слой торфа становится пластом антрацита толщиной в 1,5 метра.

Добыча угля

Способы добычи угля зависят  от глубины его залегания. Разработка ведется открытым способом в угольных разрезах, если глубина залегания угольного пласта не превышает 100 метров. Нередки и такие случаи, когда при всё большем углублении угольного карьера далее выгодно вести разработку угольного месторождения подземным способом. Для извлечения угля с больших глубин используются шахты. Самые глубокие шахты на территории Российской Федерации добывают уголь с уровня чуть более 1200 метров.

В угленосных отложениях наряду с углем содержатся многие виды георесурсов, обладающих потребительской значимостью. К ним относятся вмещающие  породы как сырье для стройиндустрии, подземные воды, метан угольных пластов, редкие и рассеянные элементы, в том числе ценные металлы и их соединения. Например, некоторые угли обогащены германием.

Уголь в качестве топлива

Роль угля в  энергетическом балансе

В России в 2005 году доля угля в энергобалансе страны составляла около 18 процентов (в среднем по миру 39 %), в производстве электроэнергии — немногим более 20 процентов. Доля угля в топливном балансе РАО ЕЭСсоставила в 2005 году 26 %, а газа  — 71 %. В связи с высокими мировыми ценами на газ российское правительство намеревалось увеличить долю угля в топливном балансе РАО ЕЭС до 34 % к 2010 году , однако данным планам не суждено было сбыться из-за прекращения деятельности РАО ЕЭС в 2008 году.

Трудности использования  угля в качестве энергетического  топлива

Несмотря на происходящие экономические изменения, стоимость 1 тонны условного топлива (тут) на угле в большинстве случаев является самой низкой по сравнению с мазутом  и газом. Основная трудность использования  угля состоит в высоком уровне выбросов от сжигания угля — газообразных и твёрдых (зола). В большинстве развитых стран, в прочем, и в России, действуют жёсткие требования по уровню выбросов, допустимых при сжигании угля. В странах ЕС используются жёсткие штрафные санкции к ТЭЦ, превышающим нормы (вплоть до 50 евро за каждый выработанный МВт*ч электроэнергии). Выходом из ситуации является использование различных фильтров (например, электрофильтров) в газоходах котлов, либо сжигание угля в виде водоугольных суспензий .В последнем случае из-за более низкой температуры горения угля существенно (до 70 %) снижаются выбросы оксидов NO_x (температурный NO_x). Зола, получаемая от сжигания угля, в ряде случаев может быть использована в строительной индустрии. Ещё в СССР были разработаны ГОСТы, предусматривающие добавку золы в шлакопортландцементы. Трудностью использования золы является то, что удаление золы происходит в большинстве случаев путём гидрозолоудаления, что затрудняет её погрузку для дальнейшей транспортировки и использования.

 

 

 

Запасы  угля

Общегеологические запасы каменного  угля, в СССР около 4700 млрд. т (по подсчётам 1968), в том числе по маркам (в  млрд. т): Д — 1719; Д—Г — 331; Г — 475; ГЖ — 69,4; Ж — 156; КЖ — 21,5; К — 105; ОС — 88,2; СС — 634; Т — 205; Т—А — 540; ПА, А — 139.

Наибольшие запасы каменного  угля в СССР находятся в Тунгусском бассейне. Самыми крупными разрабатываемыми бассейнами каменного угля в СССР являются Донецкий, Кузнецкий, Печорский, Карагандинский; в США — Аппалачский  и Пенсильванский, в Польше —  Верхнесилезский и его продолжение  в Чехословакии — Остравско-Карвинский, в ФРГ— Рурский, в Китайской Народной Республике (КНР) — Большой Хуанхэбасс, в Англии — Южно-Уэльсский, во Франции — Валансьеннский и в Бельгии — Брабантский. Применение каменного угля многообразно.

Он используется как бытовое, энергетическое топливо, сырьё для  металлургической и химической промышленности, а также для извлечения из него редких и рассеянных элементов.

Два десятилетия подряд уголь  находился в тени нефтяного бума. Горы не находившего сбыт угля росли в небо. Закрывались многочисленные шахты, сотни тысяч горняков теряли свое рабочее место. Район Аппалачей США, когда-то цветущий угольный бассейн, превратился в один из наиболее мрачных районов бедствий. Беспорядочный, проходящий под нажимом монополистов переход на дешевую, импортированную – в основном с Ближнего Востока – нефть обрек уголь на роль “золушки”, лишенной будущего. Однако это не произошло в ряде стран, в том числе и в бывшем СССР, которые учитывали преимущества энергоструктуры, опирающейся на национальные ресурсы. 

Угольные запасы рассредоточены по всему миру. Большинство промышленных стран ими не обделено. Землю опоясывают две богатые угольные зоны. Одна простирается через страны бывшего  СССР, через Китай, Северную Америку до Центральной Европы. Другая, более узкая и менее богатая, идет от Южной Бразилии через Южную Африку в Восточную Австралию.  

Наиболее значительные залежи каменного угля находятся в странах  бывшего СССР, США и Китайской Народной Республике (КНР). Каменный уголь доминирует на западе Европы. Главные каменноугольные бассейны в Евразии: Южный Уэльс, Валансьен-Льеж, Саарско-Лотаргинский, Рурский, Астурийский, Кизеловский, Донецкий, Таймырский, Тунгусский, Южно-Якутский, Фуньшуньский; в Африке: Джерада, Абадла, Энугу, Уанки, Витбанк; в Австралии: Большая Синклиналь, Новый Южный Уэльс; в Северной Америке:американский рубль-ривер , Юннта, Сан-Хуан-ривер, Западный, Иллинойский, Аппалачский, Сабинас, Техасский, Пенсильванский; впылающему континенту : Караре, Хунин, Санта-Катарина, Консепсьон. На Украине следует отметить Львовско-Волынский бассейн и богатый месторождениями Донбасс.  

 

 

 

 

 

 

 

         VI. Природный газ.

Приро́дный газ — смесь газов, образовавшаяся в недрах земли при анаэробном разложении органических веществ. Природный газ относится к полезным ископаемым. Часто является попутным газом при добыче нефти. Природный газ в пластовых условиях (условиях залегания в земных недрах) находится в газовом состоянии в виде отдельных скоплений (газовые залежи) или в виде газовой шапки нефтегазовых месторождений — это свободный газ, либо в растворенном состоянии в нефти или воде (в пластовых условиях), а в стандартных условиях (0,101325 МПа и 20 °С) — только в газовом состоянии. Также природный газ может находиться в виде газогидратов.

Химические свойства

Основную часть природного газа составляет метан (CH₄) — до 98 %. также могут входить более тяжёлые углеводороды: этан (C₂H₆),пропан (C₃H₈),бутан (C₄H₁₀)

— гомологи метана, а также  другие неуглеводородные вещества: водород (H₂),сероводород (H₂S),диоксид углерода (СО₂),азот (N₂),гелий (Не).

Природный газ не имеет  цвета и запаха. Чтобы можно  было определить утечку по запаху, в  газ добавляют небольшое количество меркаптанов, имеющих сильный неприятный запах.

Физические свойства

Физические свойства 
Плотность: ρ = 0,7 кг/м³ (сухой газообразный) либо 400 кг/м³ (жидкий). 
Температура возгорания: t = 650 °C. 
Теплота сгорания: 16 – 35 МДж/м³ (для газообразного). 
Октановое число при использовании на двигателях сгорания: 120 – 130

Месторождение

Месторождения природного газа

Метан и некоторые другие углеводороды широко распространены в  космосе. Метан третий по распространенности газ вселенной, после водорода и  гелия. В виде метанового льда он участвует  в строении многих удаленных от солнца планет и астероидов, однако такие  скопления, как правило не относят  к залежам природного газа, и они  до сих пор не нашли практического  применения. Значительно количество углеводородов присутствует в мантии Земли, однако они тоже не представляют интереса.Огромные залежи природного газа сосредоточены в осадочной  оболочке земной коры. Согласно теории биогенного происхождения нефти  они образуются в результате разложения останков живых организмов. Считается, что природный газ образуется при больших температурах и давлениях чем нефть. С этим согласуется тот факт, что месторождения газа часто расположены глубже, чем месторождения нефти.Огромными запасами природного газа обладает Россия (Уренгойское месторождение), США, Канада. Из других европейских стран стоит отметить Норвегию, но её запасы невелики. Среди бывших республик Советского Союза большими запасами газа владеет Туркмения, а также Казахстан (Карачаганакское месторождение)

Добыча и транспортировка

Природный газ находится  в земле на глубине от 1000 метров до нескольких километров. Сверхглубокой скважиной недалеко от города Новый Уренгой получен приток газа с глубины более 6000 метров. В недрах газ находится в микроскопических пустотах, называемых порами. Поры соединены между собой микроскопическими каналами — трещинами, по этим каналам газ поступает из пор с высоким давлением в поры с более низким давлением до тех пор, пока не окажется в скважине. Движение газа в пласте подчиняется определённым законам. Газ добывают из недр земли с помощью скважин. Скважины стараются разместить равномерно по всей территории месторождения. Это делается для равномерного падения пластового давления в залежи. Иначе возможны перетоки газа между областями месторождения, а так же преждевременное обводнение залежи.Газ выходит из недр вследствие того, что в пласте находится под давлением, многократно превышающем атмосферное. Таким образом, движущей силой является разность давлений в пласте и системе сбора.В 2005 году в России объём добычи природного газа составил 548 млрд. м³. Внутренним потребителям было поставлено 307 млрд. м³ через 220 региональных газораспределительных организаций. На территории России расположено 24 хранилища природного газа. Протяжённость магистральных газопроводов России составляет 155 тыс. км.

Подготовка природного газа к транспорту

Газ, поступающий из скважин, необходимо подготовить к транспортировке  конечному пользователю — химический завод, котельная, городские газовые  сети. Необходимость подготовки газа вызвана присутствием в нём кроме  целевых компонентов (целевыми для  различных потребителей являются разные компоненты) примесей, вызывающих затруднения  при транспортировке либо применении. Так, пары воды, содержащейся в газе, при определенных условиях могут  образовывать гидраты или, конденсируясь, скапливаться в различных местах (изгиб трубопровода, например), мешая продвижению газа; сероводород вызывает сильную коррозию газового оборудования (трубы, ёмкости теплообменников и т. д.).Газ подготавливают по различным схемам. Согласно одной из них, в непосредственной близости от месторождения сооружается установка комплексной подготовки газа (УКПГ), на котором производится очистка и осушка газа. Такая схема реализована на Уренгойском месторождении.Если газ содержит в большом количестве гелий либо сероводород, то газ обрабатывают на газоперерабатывающем заводе, где выделяют гелий и серу. Эта схема реализована, например, на Астраханском месторождении.

 

 

 

Транспортировка природного газа

В настоящее время основным видом транспорта является трубопроводный. Газ под давлением 75 атмосфер движется по трубам диаметром до 1,4 метра. По мере продвижения газа по трубопроводу он теряет энергию, преодолевая силы трения как между газом и стенкой трубы, так и между слоями газа. Поэтому через определенные промежутки необходимо сооружать компрессорные станции (КС), на которых газ дожимается до 75 атм. Сооружение и обслуживание трубопровода весьма дорогостояще, но тем не менее — это наиболее дешёвый способ транспортировки газа и нефти.Кроме трубопроводного транспорта используют специальные танкеры — газовозы. Это специальные корабли на которых газ перевозится в сжиженном состоянии при определенных термобарических условиях. Таким образом для транспортировки газа этим способом необходимо протянуть газопровод до берега моря, построить на берегу сжижающий газ завод, порт для танкеров, и сами танкеры. Такой вид транспорта считается экономически обоснованным при отдаленности потребителя сжиженного газа более 3000 км.В 2004 международные поставки газа по трубопроводам составили 502 млрд. м³, сжиженного газа - 178 млрд. м³.Также есть и другие проекты транспортировки газа, например с помощью дирижаблей, или в газогидратном состоянии, но эти проекты не нашли широкого применения в силу различных причин.

Применение

Природный газ широко используется в химической промышленности как  исходное сырьё. Также используется в качестве горючего, для отопления  жилых домов, топливо для машин, электростанций и др.

Десять ведущих  стран-производителей газа

10 ведущих стран-производителей  природного газа (данные 2005 г.)
Страна	Доказанные запасы (трлн. куб. м.)	Добыча (млрд. куб. м.)
Россия	47,82	598,0
Иран	26,74	87,0
Катар	25,78	43,5
Саудовская Аравия	6,90	69,5
ОАЭ	6,04	46,6
США	5,45	525,7
Нигерия	5,23	21,8
Алжир	4,58	87,8
Венесуэла	4,32	28,9
Ирак	3,17	1,75

В начале 2007 Россией инициирован процесс создания газового картеля по примеру ОПЕК. Этот вопрос был ключевой темой на переговорах Владимира Путина с королем Саудовской Аравии и эмиром Катара.

 VII. Известняк.

Известняк — осадочная карбонатная горная порода, состоящая в основном из кальцита или кальцитовых скелетных остатков организмов, редко — из арагонита. Химический состав чистых известняков близок к кальциту, где CaO 56% и CO₂ 44%. Известняк в ряде случаев включает примеси глинистых минералов, доломита, кварца, реже гипса, пирита и органических остатков, которые определяют название известняков. Доломитизированный известняк содержит от 4 до 17% MgO, мергелистый известняк — от 6 до 21% SiO₂+R₂О₃. Известняк песчанистый и окремнелый имеет примеси кварца, опала и халцедона. Принято отражать в названии известняков также преобладающее присутствие органогенных остатков (мшанковый, водорослевый), либо его структуру (кристаллический, сгустковый, детритусовый), или форму породообразующих частиц (оолитовый, брекчиевидный).

Происхождение

Известняк разделяются на две группы: 1) пресноводные и 2) морские. Первые представляют чисто химическое отложение известковых ключей, из которых углекислая известь отлагается по мере выделения свободной углекислоты, и перехода вследствие этого двууглекислой растворимой соли в нерастворимую простую углекислую известь. Вторые органического происхождения, а именно зоогенного, т. е. являются скоплениями известковых частей погибших животных. Наглядным примером такого образования И. является мел и глубоководные известковые осадки; позднейшая их метаморфизация и перекристаллизация постепенно превращает эти скопления остатков корненожек, моллюсков и т. п. в плотную и даже кристаллическую массу. Первоначально принимали химическое осаждение углекислой извести из морской воды, забывая, что углекислая известь растворима только в воде, содержащей углекислоту, а таковая в морской воде отсутствует. Бишоф и Мор на этом основании отвергли эту гипотезу и дали объяснение происхождения морских И. и теперь принимаемое большинством ученых; морские животные (корненожки, кораллы, моллюски), нуждающиеся в извести для своих твердых покровов, получают ее из морской воды, где имеется в растворе сернокислая известь; в организме животных она перерабатывается в углекислую; после смерти этих организмов их твердые покровы, скопляющиеся на дне моря, дают начало И. Некоторые ученые поддерживают еще взгляд, по которому И. могут и непосредственно осаждаться из морской воды, напр., вследствие реакции двойного разложения между СаCl ₂, находящейся в морской воде и приносимыми реками углекислыми солями. Происхождение мрамора, кристаллического И., с конца прошлого столетия, когда Блок доказал присутствие углекислоты в И., занимало умы геологов. После опыта Джемса Голля , повторенного Г. Розе, которым удалось в запаянном ружейном стволе перекристаллизовать при сильном накаливании мел в кристаллическую массу, считали несомненно доказанным участие высокой температуры в образовании кристаллических И. Многие выдающиеся геологи приписывали мрамору вулканическое происхождение, другие считали его за продукт перекристаллизации под влиянием контактного действия изверженных пород. Бишоф первый указал на необходимость объяснения образования кристаллических известняков из мела и мелоподобных И. медленной перекристаллизацией действием воды, гидрохимическим путем. Переходы от мела и аморфных И. к мрамору, нахождение органических остатков в кристаллических И., их сложность и условия залегания, наконец, наблюдения последнего времени над перекристаллизацией коралловых И., частей нуллипоровых рифов и известкового дюнного песка Бермудских островов являются надежными иллюстрациями и подтверждениями этого господствующего теперь воззрения. Применения И. чрезвычайно обширны: они обжигаются на известку, идут на приготовление цемента ("цементные" - глинистые и кремнистые И.), служат флюсом при выплавке руд, являются широко распространенным строительным материалом, употребляются в скульптуре, для мелких поделок, орнаментации и т. д.