Принципы обогащения сырья

Содержание

1. Принципы обогащения сырья
2. История развития отрасли
3. Нефть
4. Уголь
5. Природный газ
6. Известняк

Сырьем называют природные  материалы, используемые в производстве промышленных продуктов. Сырье —  один из основных элементов технологического процесса, который определяет в значительной степени экономичность процесса, технику производства и качество продукта. 
Для химической промышленности характерны высокие материалоемкость и расход сырья; затраты на сырье составляют 60—70% себестоимости продукции. 
Вследствие роста промышленного производства и увеличения ассортимента химической продукции возникает необходимость в новых видах сырья. Развитие техники добычи, подготовки, обогащения сырья позволяет использовать новые виды сырья, полезные ископаемые, содержащие малые количества полезных компонентов. Таким образом, сырьевая база химической промышленности непрерывно расширяется. Исходным материалом многих производств является сырье, уже подвергшееся промышленной переработке, которое называют полупродуктом (полуфабрикатом или основным материалом). Некоторые химические производства используют в качестве сырья отходы и побочные продукты других производств. 
 
 
I. Характеристика и запасы сырья. 
Сырье химической промышленности классифицируют по различным признакам. По происхождению его делят на минеральное, растительное и животное. Преобладает минеральное сырье, т. е. полезные ископаемые, добываемые из земной коры. По агрегатному состоянию различают твердое, жидкое (нефть, рассолы) и газообразное (воздух, природный газ) сырье. По составу оно подразделяется на органическое и неорганическое. Минеральное сырье в свою очередь делится на рудное, нерудное и горючее (органическое). Рудным минеральным сырьем называют горные породы или минеральные агрегаты, содержащие металлы, которые могут быть экономически выгодно извлечены в технически чистом виде. Так, например, железо содержится в магнитном железняке в виде Fe304, в красном железняке Fe2O3, буром железняке Fe(OH)3 и др. Медные руды обычно содержат сернистые соединения меди CiijS, CuS, FeCuS2 и т. п. Кроме минералов, включающих основной металл, руды всегда имеют примеси. Те примеси, которые не используются в производстве для получения продуктов, называются пустой породой. 
Руды, содержащие несколько металлов в количествах, достаточных для их извлечения, называются полиметаллическими. Например, к ним относятся руды, содержащие сульфиды нескольких цветных металлов: медно-цинковые, свинцово-цинково-серебряные и Др. 
 
Нерудным (или неметаллическим) называют все неорганическое сырье, используемое в производстве химических, строительных и других неметаллических материалов, но не являющееся источником получения металлов. Большая часть видов нерудного сырья также содержит металлы (например, сульфаты и фосфаты металлов, алюмосиликаты и т. п.). Горючее минеральное сырье, т. е. органические ископаемые — уголь, торф, сланец, нефть и т. п., используют как энергетическое топливо или как химическое сырье. Следует отметить условность приведенной классификации, так как горючие ископаемые не являются типичными минералами. 
Наиболее общими и распространенными видами сырья являются воздух и вода. Сухой воздух состоит из (объемное содержание) 78% N2, 21% О2, 0,94% Аг, 0,03% С02, незначительных количеств водорода, метана, неона, гелия, криптона и ксенона. Кроме того, в воздухе имеются переменные количества водяных паров, пыли и газообразных загрязнений. Кислород воздуха широко используется для процессов окисления (например, топлива), азот воздуха — для синтеза аммиака, в качестве инертной среды в промышленности и в исследовательской работе и др. Воздух используют как хладагент при охлаждении воды (в градирнях) и других жидкостей, а также газов в теплообменниках. Нагретый воздух применяют как теплоноситель для нагрева газов или жидкостей. 
Растительное и животное сырье (древесина, хлопок, масла и жиры, молоко, кожа, шерсть и пр.) перерабатывают или в продукты питания (пищевое сырье), или в продукты бытового и промышленного назначения (техническое сырье). В некоторых производствах пищевое сырье применяют для получения технического продукта и, наоборот, технический продукт перерабатывают в продукты питания. Использование различных элементов и веществ в качестве сырья зависит от их ценности для народного хозяйства, содержания в земной коре, доступности для добычи и характера соединений, в которые входит данный элемент. Все эти показатели относительны и меняются со временем. 
Ценность сырья зависит от уровня развития техники. Например, многие редкие металлы раньше не имели применения, а в последнее время стали необычайно ценными в качестве добавок к сплавам, в технике полупроводников и т. п. Уран был три десятилетия тому назад обременительным отбросом при получении радия, а ныне он— основа атомной техники. 
Хлорид калия в конце прошлого века был неиспользуемым отходом при извлечении хлорида натрия из сильвинита (минерал KCl-NaCl). В настоящее время хлорид калия, полученный переработкой сильвинита, — исходный материал для производства калийных солей и минеральных удобрений.

 
II. Принципы обогащения  сырья. 
 
Химические производства стремятся, как правило, применять возможно более концентрированное сырье, что позволяет интенсифицировать процессы и получать продукцию лучшего качества с меньшими затратами. Применение концентрированного сырья в одних процессах уменьшает затраты топлива на нагревание реагирующих масс, а в других процессах позволяет эффективно использовать теплоту реакции, например, для производства пара. Содержание полезных компонентов в природном сырье часто бывает недостаточным для его эффективного применения, поэтому производится предварительное обогащение сырья, т. е. повышение содержания в нем ценного компонента или разделение его на несколько компонентов, являющихся сырьем для различных производств. При обогащении сырья на месте его добычи сокращаются транспортные расходы на перевозку его к месту переработки пропорционально увеличению концентрации полезного компонента в сырье. Обогащение необходимо также потому, что запасы концентрированного сырья в природе постепенно истощаются и промышленность вынуждена отделять полезные компоненты бедного сырья от большого количества еще не используемой пустой породы. В местах добычи сырья нередко строят крупные обогатительные фабрики, комплексно применяющие различные способы обогащения сырья. Методы обогащения принципиально различны для твердых материалов, жидкостей и газов *. 
Твердое минеральное сырье находится в земной коре в составе горных пород, представляющих собой агрегаты минералов более или менее постоянного состава. Минералами называют физически обособленные вещества или смеси веществ в природе. Насчитывается более 2500 минералов, включающих органические и неорганические вещества. Одни и те же элементы могут быть в составе различных минералов. Методы механического обогащения твердого сырья основаны на различных физических и физико-химических свойствах минералов, составляющих горную породу. Методы химического обогащения твердого сырья, основанные на различных химических свойствах его составляющих (окис-ляемость, реакционная способность по отношению к различным реагентам), специфичны и рассматриваются главным образом при описании конкретных производств. Методы термического обогащения, основанные на различных температурах плавления компонентов сырья, применяются сравнительно редко. 
Для обогащения горная порода измельчается так, чтобы нарушить связь между кристаллами или зернами различных минералов, которые затем и разделяются различными способами. При этом получаются две или несколько фракций. Фракция (или несколько фракций), обогащенная одним из полезных компонентов горной породы, называется концентратом. Фракции, состоящие из минералов, еще не используемых в данном производстве, т. е. из пустой породы, называются хвостами. 
Применяются главным образом механические способы обогащения твердых материалов: рассеивание (грохочение), гравитационное разделение, электромагнитная и электростатическая сепарация и флотация. На обогатительных фабриках обычно используют последовательно несколько способов обогащения, например грохочение, электромагнитный и гравитационный способы. 
Рассеивание материалов по крупности их зерен как метод обогащения применяется в тех случаях, если порода состоит из прочных (вязких) и непрочных (хрупких) минералов; последние измельчаются легче, чем прочные, и при рассеивании проходят через отверстия сита. Так, например, отделяется фосфорит от пустой породы. Рассеивание минерального сырья называется грохочением, а применяемые металлические сита — грохотами. Можно пропустить материал через несколько грохотов со все уменьшающимися отверстиями и получить несколько фракций. Рассеивание применяется также для сортировки по крупности зерен (ситовая классификация) более или менее однородного (по составу) материала; так, например, делят на несколько фракций уголь и кокс. 
Применяются плоские и цилиндрические грохоты. Плоский грохот устанавливается с небольшим наклоном для скольжения по нему крупной фракции. При работе грохот при помощи различных механизмов качается или вибрирует, что способствует быстрому прохождению через отверстия мелких зерен. Реже применяют неподвижные плоские грохоты. Цилиндрические грохоты рассеивают материал, поступающий внутрь вращающегося цилиндра с отверстиями. Для разделения минералов, сильно отличающихся формой кристаллов, например асбеста, от пустой породы применяются грохоты с соответствующей формой отверстий. 
Гравитационное обогащение (мокрое и сухое) основано на разной скорости падения частиц различной плотности и крупности в потоке жидкости или газа или на действии центробежной силы. Данным способом можно разделить минералы, значительно отличающиеся по прочности (как и при рассеивании) или по плотности. Мокрое обогащение чаще всего проводится в потоке воды. Если вода может растворить или испортить материал, то применяют другие инертные жидкости или же сухое обогащение. Для сухого обогащения нужен более мелкий помол, чем для мокрого.

 
Химическая промышленность. 
 
Химическая промышленность — отрасль промышленности , включающая производство продукции из углеводородного ,минерального и другого сырья путём его химической переработки. 
Валовой объём производства химической промышленности в мире составляет около 2 трлн. долл. Объем промышленного производства химической и нефтехимической промышленности России в 2004 году составил 528156 млн. рублей.

III. История развития  отрасли

 
Химическая промышленность выделилась в отдельную отрасль с начало промышленного переворота . Первые заводы по производству серной кислоты— важнейшей из минеральных кислот, применяемых человеком, были построены в 1740 (Великобритания), в 1766 (Франция), в 1805 (Россия), в 1810 (Германия). Для обеспечения потребностей развивающихся текстильной и стекольной промышленности возникло производство кальцинированной соды. Первые содовые заводы появились в 1793 (Франция), в 1823 (Великобритания), в 1843 (Германия, Шёнебек-на-Эльбе), в 1864 (Россия). С развитием в середине XIX в. сельского хозяйства появились заводы искусственных удобрений: в 1842 в Великобритании, в 1867 в Германии, в 1892 в России. 
Сырьевые связи, раннее возникновение индустрии способствовали становлению Великобритании, как мирового лидера в химическом производстве, на протяжении трёх четвертей XIX в. С конца XIX в. с ростом потребности экономик в органических веществах лидером в химической промышленности становится Германия. Благодаря быстрому процессу концентрации производств, высокому уровню научно-технического развития, активной торговой политике Германия к началу XX в. завоёвывает мировой рынок химической продукции. 
В США химическая промышленность начала развиваться позже, чем в Европе, но уже к 1913 по объёму производства химической продукции США заняли и с тех пор удерживают 1-е место в мире среди государств. Этому способствуют богатейшие запасы полезных ископаемых, развитая транспортная сеть, мощный внутренний рынок. Лишь к концу 80-х годов химическая индустрия стран ЕС в общем исчислении превысила объёмы производства в США.

Экономика химической промышленности

 
Основными путями (в порядке снижения значимости) повышения экономической  эффективности производства в химической промышленности являются:снижение ресурсоёмкости (за счёт увеличения выхода целевого продукта из сырья, переработки отходов производства/балласт в сопутствующие продукты), снижение удельных амортизационных отчислений (за счёт внедрения производственных установок с повышенной единичной мощностью), снижение энергоёмкости (за счёт внедрения энергосберегающих технологий, энерготехнологических схем, использующих вторичные энергоресурсы ), снижения затрат на персонал (путём комплексной автоматизации и сплошной механизации производства). 
Таким образом, предприятия топливной промышленности центральных районов страны, использующие привозные нефть и газ, выбрасывают сырье для химической промышленности, являющееся уже как бы их собственным сырьем

Теперь рассмотрим  подробнее  некоторые виды сырья. Я решила взять  под обзор: каменный уголь, нефть, природный газ и известняк.

IV. Нефть.

Нефть— природная маслянистая горючая жидкость, состоящая из сложной смеси углеводородов и некоторых других органических соединений. По цвету нефть бывает красно-коричневого, иногда почти чёрного цвета, хотя иногда встречается и слабо окрашенная в жёлто-зелёный цвет и даже бесцветная нефть; имеет специфический запах, распространена в осадочных породах Земли. Сегодня нефть является одним из важнейших для человечества полезных ископаемых.

Нефть обнаруживается вместе с газообразными углеводородами на глубинах от десятков метров до 5—6 км. Однако на глубинах свыше 4,5—5 км преобладают газовые и газоконденсатные залежи с незначительным количеством лёгких фракций. Максимальное число залежей нефти располагается на глубине 1—3 км. На малых глубинах и при естественных выходах на земную поверхность нефть преобразуется в густую мальту, полутвёрдый асфальт и др. образования — например, битуминозные пески и битумы.

По химическому составу  и происхождению нефть близка к естественным горючим газам, озокериту, а также асфальту. Эти ископаемые объединяют под общим названием петролитов. Петролиты относят к ещё более обширной группе так называемых каустобиолитов — горючих минералов биогенного происхождения, которые включают также ископаемые твердые топлива.

Происхождение нефти

Нефть — результат литогенеза. Она представляет собой жидкую (в своей основе) гидрофобную фазу продуктов фоссилизации (захоронения) органического вещества (керогена) в водно-осадочных отложениях.

Нефтеобразование — стадийный, весьма длительный (обычно 50—350 млн лет) процесс, начинающийся ещё в живом веществе. Выделяется ряд стадий:

• Осадконакопление — во время которого остатки живых организмов выпадают на дно водных бассейнов;
• биохимическая — процессы уплотнения, обезвоживания и биохимические процессы в условиях ограниченного доступа кислорода;
• протокатагенез — опускание пласта органических остатков на глубину до 1,5—2 км, при медленном подъёме температуры и давления;
• мезокатагенез или главная фаза нефтеобразования (ГФН) — опускание пласта органических остатков на глубину до 3—4 км, при подъёме температуры до 150 °C. При этом органические вещества подвергаются термокаталитической деструкции, в результате чего образуются битуминозные вещества, составляющие основную массу микронефти. Далее происходит отгонка нефти за счёт перепада давления и эмиграционный вынос микронефти в песчаные пласты-коллекторы, а по ним в ловушки;
• апокатагенез керогена или главная фаза газообразования (ГФГ) — опускание пласта органических остатков на глубину более 4,5 км, при подъёме температуры до 180—250 °C. При этом органическое вещество теряет нефтегенерирующий потенциал и реализовывает метаногенерирующий потенциал.
• И. М. Губкин выделял также стадию разрушения нефтяных местозарождений.

Убедительные доказательства биогенной природы нефте-материнского вещества были получены в результате детального изучения эволюции молекулярного  состава углеводородов и их биохимических  предшественников (прогениторов) в  исходных организмах, в органическом веществе осадков и пород и  в различных нефтях из залежей. Важным явилось обнаружение в составе  нефти хемофоссилий — весьма своеобразных, часто сложно построенных молекулярных структур явно биогенной природы, то есть унаследованных (целиком или в виде фрагментов) от органического вещества. Изучение распределения стабильных изотопов углерода (¹²C, ¹³C) в нефти, органическом веществе пород и в организмах (А. П. Виноградов, Э.М.Галимов) также подтвердило неправомочность неорганических гипотез.

Тем не менее, и в настоящее  время некоторые ученые (преимущественно  в России) отстаивают неорганические гипотезы происхождения нефти. В  частности, утверждается, что к образовавшейся в древние эпохи органическим путем нефти постоянно добавляется  нефть, образующаяся неорганическим путем. Если это верно, то это означает практическую неисчерпаемость запасов нефти.

Физические свойства

Нефть — жидкость от светло-коричневого (почти бесцветная) до тёмно-бурого (почти чёрного) цвета (хотя бывают образцы даже изумрудно-зелёной нефти). Средняя молекулярная масса 220—300 г/моль (редко 450—470). Плотность 0,65—1,05 (обычно 0,82—0,95) г/см³; нефть, плотность которой ниже 0,83, называется лёгкой, 0,831—0,860 — средней, выше 0,860 — тяжёлой Плотность нефти, как и других углеводородов, сильно зависит от температуры и давления. Она содержит большое число разных органических веществ и поэтому характеризуется не температурой кипения, а температурой начала кипения жидких углеводородов (обычно >28 °C, реже ≥100 °C в случае тяжёлых не́фтей) и фракционным составом — выходом отдельных фракций, перегоняющихся сначала при атмосферном давлении, а затем под вакуумом в определённых температурных пределах, как правило до 450—500 °C (выкипает ~ 80 % объёма пробы), реже 560—580 °C (90—95 %). Температура кристаллизации от −60 до + 30 °C; зависит преимущественно от содержания в нефти парафина(чем его больше, тем температура кристаллизации выше) и лёгких фракций (чем их больше, тем эта температура ниже). Вязкость изменяется в широких пределах (от 1,98 до 265,90 мм²/с для различных не́фтей, добываемых в России), определяется фракционным составом нефти и её температурой (чем она выше и больше количество лёгких фракций, тем ниже вязкость), а также содержанием смолисто- асфальтеновых веществ (чем их больше, тем вязкость выше). Удельная теплоемкость 1,7—2,1 кДж/(кг∙К); удельная теплота сгорания (низшая) 43,7—46,2 МДж/кг; диэлектрическая проницаемость 2,0—2,5; электрическая проводимость [удельная] от 2∙10⁻¹⁰ до 0,3∙10⁻¹⁸ Ом⁻¹∙см⁻¹.

Нефть — легковоспламеняющаяся жидкость; температура вспышки от — 35 до +121 °C (зависит от фракционного состава и содержания в ней растворённых газов). Нефть растворима в органических растворителях, в обычных условиях не растворима в воде, но может образовывать с ней стойкие эмульсии . В технологии для отделения от нефти воды и растворённой в ней соли проводят обезвоживание и обессоливание.

Химический состав

Общий состав

Нефть представляет собой  смесь около 1000 индивидуальных веществ, из которых большая часть — жидкие углеводороды (> 500 веществ или обычно 80—90 % по массе) и гетероатомные органические соединения (4—5 %), преимущественно сернистые (около 250 веществ), азотистые (> 30 веществ) и кислородные (около 85 веществ), а также металлоорганические соединения (в основном ванадиевые и никелевые); остальные компоненты — растворённые углеводородные газы (C₁-C₄, от десятых долей до 4 %), вода (от следов до 10 %), минеральные соли (главным образом хлориды, 0,1—4000 мг/л и более), растворы солей органических кислот и др., механические примеси.

Углеводородный  состав

В основном в нефти представлены парафиновые (обычно 30—35, реже 40—50 % по объёму) и нафтеновые (25—75 %). В меньшей степени — соединения ароматического ряда (10—20, реже 35 %) и смешанного, или гибридного, строения (например, парафино-нафтеновые, нафтено-ароматические).

Элементный состав нефти и гетероатомные компоненты

Наряду с углеводородами в состав нефти входят вещества, содержащие примесные атомы. Серосодержащие —H2S, меркаптаны, моно- и дисульфиды, тиофены и тиофаны, а также полициклические и т. п. (70—90 % концентрируется в остаточных продуктах —мазуте и гудроне); азотсодержащие — преимущественно гомологи пиридина, хинолина, индола, карбазола, пиррола, а также порфирины (большей частью концентрируется в тяжёлых фракциях и остатках); кислородсодержащие —нафтеновые кислоты, фенолы, смолисто-асфальтеновые и др. вещества (сосредоточены обычно в высококипящих фракциях). Элементный состав (%): 82-87 C; 11-14,5 Н; 0,01-6 S (редко до 8); 0,001-1,8 N; 0,005—0,35 O (редко до 1,2) и др. Всего в нефти обнаружено более 50 элементов. Так, наряду с упомянутыми, в нефти присутствуют V(10⁻⁵ — 10⁻²%), Ni(10⁻⁴−10⁻³%), Cl(от следов до 2·10⁻²%) и т. д. Содержание указанных соединений и примесей в сырье разных месторождений колеблется в широких пределах, поэтому говорить о среднем химическом составе нефти можно только условно.

Классификация нефти  по углеводородному составу

Класс углеводородов, по которому нефти даётся наименование, должны присутствовать в количестве более 50 %. Если присутствуют углеводороды также и других классов и один из классов составляет не менее 25 %, выделяют смешанные типы нефти: метано-нафтеновые, нафтено-метановые, ароматическо-нафтеновые, нафтено-ароматические, ароматическо-метановые и метано-ароматические; в них первого компонента содержится более 25 %, второго — более 50 %.

Химические свойства  

По химическому составу  каменный уголь представляет собой  смесь высокомолекулярных ароматических  соединений с высокой массовой долей  углерода, а также воды и летучих  веществ с небольшими количествами минеральных примесей. Таковые примеси  при сжигании угля образуют золу. Ископаемые угли отличаются друг от друга соотношением слагающих их компонентов, что определяет их теплоту сгорания. Ряд органических соединений, входящих в состав каменного  угля, обладает канцерогенными свойствами.

Большинство залежей каменного  угля было образовано в палеозое, преимущественно  в каменноугольном периоде, примерно 300—350 миллионов лет тому назад. По химическому составу каменный уголь  представляет смесь высокомолекулярных полициклических ароматических  соединений с высокой массовой долей  углерода, а также воды и летучих  веществ с небольшими количествами минеральных примесей, при сжигании угля образующих золу. Ископаемые угли отличаются друг от друга соотношением слагающих их компонентов, что определяет их теплоту сгорания. Ряд органических соединений, входящих в состав каменного  угля, обладает канцерогенными свойствами. Содержание углерода в каменном угле, в зависимости от его сорта, составляет от 75 % до 95 %.

Каменный уголь, твёрдое  горючее полезное ископаемое растительного  происхождения; разновидность углей  ископаемых с более высоким содержанием  углерода и большей плотностью, чем у бурого угля. Представляет собой плотную породу чёрного, иногда серо-чёрного цвета с блестящей, полуматовой или матовой поверхностью. Содержит 75—97% и более углерода; 1,5—5,7% водорода ; 1,5—15% кислорода; 0,5—4% серы; до 1,5% азота; 45—2% летучих веществ; количество влаги колеблется от 4 до 14%; золы — обычно от 2—4% до 45%. Высшая теплота сгорания, рассчитанная на влажную беззольную массу Каменный уголь, не менее 23,8 Мдж/кг (5700 ккал/кг).

Уголь – это остатки  растений, погибших многие миллионы лет  назад, гниение которых было прервано в результате прекращения доступа  воздуха. Поэтому они не смогли отдать в атмосферу отобранный у нее  углерод. Доступ воздуха прекращался  особенно резко там, где болота и  заболоченные леса опускались в результате тектонических подвижек и изменения  климатических условий и покрывались  сверху другими веществами. При этом растительные останки превращались под воздействием бактерий и грибов ( углефицировались) в торф и дальше в бурый уголь, каменный уголь, антрацит и графит.

По составу основного  компонента – органического вещества угли подразделяются на три генетические группы: гумолиты, сапропелиты, сапрогумолиты. Преобладают гумолиты, исходным материалом которых явились остатки высших наземных растений. Отложение их произошло  преимущественно в болотах, занимавших низменное побережье морей, заливов, лагун, пресноводных бассейнов. Накапливающийся  растительный материал в результате биохимического разложения перерабатывался  в торф, при этом значительное влияние  оказывали обводнённость и химический состав водной среды. Содержание углерода в каменном угле колеблется от 75 до 90 процентов. Точный состав обуславливается  месторасположением и условиями  преобразования угля. Минеральные примеси  находятся либо в тонкодисперсном  состоянии в органической массе, либо в виде тончайших прослоек и  линз, а также кристаллов и конреций. Источником минеральных примесей в ископаемых углях могут быть неорганические части растений – углеобразователей, минеральные новообразования, выпадающие из растворов вод, циркулирующих в торфяниках и т.д.

В результате длительного  воздействия повышенных температур и давления бурые угли преобразуются  в каменные угли, а последние –  в антрациты. Необратимый процесс постепенного изменения химического состава, физических и технологических свойств органического вещества на стадии превращения от бурых углей до антрацитов носит название метаморфизма углей.  

Структурно-молекулярная перестройка  органического вещества при метаморфизме сопровождается последовательным повышением в угле относительного содержания углерода, снижением содержания кислорода, выхода летучих веществ; изменяются содержание водорода, теплота сгорания, твердость, плотность, хрупкость, оптичность, электричность  и др. физические свойства. Каменные угли на средних стадиях метаморфизма приобретают спекающие свойства – способность гелифицированных и липоидных компонентов органического  вещества переходить при нагревании в определенных условиях в пластическое состояние и образовывать пористый монолит –кокс.В зонах аэрации и активного действия подземных вод вблизи поверхности Земли угли подвергаются окислению.

Глубина окисления ископаемых углей в зависимости от современного и древнего рельефа, положения зеркала  грунтовых вод, характера климатических  условий, вещественного состава  и метаморфизма колеблется от 0 до 100 метров по вертикали. 

Удельный вес каменного  угля 1,2 – 1,5 г/см3 ,теплота сгорания 35000 кДж/кг. Каменный уголь считается  пригодным для технологического использования если после сгорания зола составляет 30% или менее. Примитивная  добыча ископаемых углей известна с  древнейших времён (Китай,Греция). Существенную роль в качестве топлива уголь стал играть в Британии в 17 веке. Становление угольной промышленности связано с использованием углей, как кокса при выплавке чугуна. Начиная с 19 века крупный приобретатель угля – транспорт. Основные направления промышленного использования угля : производство электричества , металлургического кокса, сжигание в энергетических целях, получение при химической переработке разнообразных (до 300 наименований) продуктов. Возрастает потребление углей для получения высокоуглеродистых углеграфитовых конструкционных материалов, горного воска, пластических масс, синтетического, жидкого и газообразного высококалорийного топлива, ароматических продуктов путём гидрогенизации, высоко азотистых кислот для удобрений. Получаемый из каменного угля кокс, необходим в больших количествах металлургической промышленности. 

Получение кокса осуществляется на коксохимических заводах. Каменный уголь подвергается сухой перегонке (коксованию) путём нагревания в  специальных коксовых печах без  доступа воздуха до температуры  С. При этом получается кокс – твердое  пористое вещество. Кроме кокса при  сухой перегонке каменного угля образуются также летучие продукты, при охлаждении которых до 25-75 С  образуется каменноугольная смола, аммиачная вода и газообразные продукты. Каменноугольная смола подвергается фракционной перегонке, в результате чего получают несколько фракций:

легкое масло (температура  кипения до 170 С) в нем содержится ароматические углеводороды (бензол, толуол , кислоты и др. вещества;

среднее масло (температура  кипения 170-230 С). Это фенолы, нафталин;

тяжелое масло ( температура  кипения 230-270 С). Это нафталин и его  гомологи

антраценовое масло –  антрацен, фенатрен и др. 

В состав газообразных продуктов (коксового газа) входят бензол, толуол, ксиолы, фенол, аммиак и другие вещества. Из коксового газа после очистки от аммиака, сероводорода и цианистых соединений извлекают сырой бензол, из которого выделяют отдельные углеводороды и ряд других ценных веществ.

Аморфный углерод в  виде каменного угля, а также многие соединения углероды играют важнейшую  роль в современной жизни как  источники получения различных  видов энергии. При сгорании угля выделяется тепло, которое используется для отопления, изготовления пищи и для многих производственных процессов. Большая же часть получаемого тепла превращается в другие виды энергии и затрачивается на совершение механической работы. Каменный уголь – твердое горючее, полезное ископаемое растительного происхождения. Он представляет собой плотную породу черного, иногда темно-серого цвета с блестящей матовой поверхностью. Содержит 75-97% углерода, 1,5-5,7% водорода, 1,5-15% кислорода, 0,5-4% серы, до 1,5% азота, 2-45% летучих веществ, количество влаги колеблется от 4 до 14%. Высшая теплота сгорания, рассчитанная на влажную беззольную массу каменного угля не менее 238МДж/кг. Каменный уголь образуется из продуктов разложения органических веществ высших растений, претерпевших изменения в условиях давления различных пород земной коры и под воздействием температуры. С возрастанием степени метаморфизма в горючей массе каменный уголь увеличивает содержание углерода и одновременно уменьшает количество кислорода, водорода, летучих веществ. Изменяется также теплота сгорания угля. 

Физические свойства

содержание углерода (С,%) - 75-97;

плотность (г/см3) – 1,28-1,53;

механическая прочность (кг/см2) – 40-300;

удельная теплоемкость С (Ккал/г град) – 026-032;

коэффициент преломления  света – 1,82-2,04.

Наиболее крупные по объему добычи месторождения каменного  угля в мире это Тунгусский, Кузнецкий, Печорский бассейны – в России; Карагандинский – в Казахстане; Аппалачский и Пенсильванский бассейны – в США; Рурский – в Германии; Большой Хуанхэ – в Китайской Народной Республике (КНР); Южно-Уельский – в Англии; Валансьен – во Франции и др.

Применение каменного  угля многообразно. Он используется как  бытовое, энергетическое топливо, сырье  для металлургической и химической промышленности, а также для извлечения из него редких и рассеянных элементов. Угольная, коксохимическая промышленность, отрасли тяжелой промышленности осуществляют переработку каменного угля методом коксования. Коксование- промышленный метод переработки угля путем нагревания до 950-1050 С без доступа воздуха. Основынми коксохимическими продуктами являются: коксовый газ, продукты переработки сырого бензола, каменноугольной смолы, аммиака.

Из коксового газа углеводороды извлекают промывкой в скрубберах жидкими поглотительными маслами. После отгонки от масла, разгонки из фракции, очистки и повторной  ректификации получают чистые товарные продукты, как-то: бензол, толуол, ксилолы  и др. Из непредельных соединений, содержащихся в сыром бензоле, получают кумароновые  смолы, использующиеся для производства лаков, красок, линолеума и в резиновой  промышленности. Перспективным сырьем является также циклопентадиен, который также получают из каменного угля. Каменный уголь – сырье для получения нафталина и других индивидуальных ароматических углеводородов. Важнейшими продуктами переработки являются пиридиновые основания и фенолы.

Путем переработки в общей сложности можно получить более 400 различных продуктов, цена которых, по сравнению ,со ценой самого угля, возрастает в 20-25 раз, а побочные продукты, получаемые на коксохимических заводах, превосходят цена самого кокса. Очень перспективным является сжигание (гидрогенизация) угля с образованием жидкого топлива. Для производства 1т черного золота расходуется 2-3т каменного угля. Из каменных углей получают искусственный графит. Используются они в качестве неорганического сырья. При переработке каменного угля из него в промышленных масштабах извлекают ванадий, германий, серу, галлий , молибден, цинк,свинец.Зола от сжигания углей, отходы добычи и переработки используются в производстве стройматериалов, керамики, огнеупорного сырья, глинозема, абразивов. С целью оптимального использования угля производится его обогащение (удаление минеральных примесей).Каменный уголь содержит до 97% углерода, можно сказать, лежит в основе всех углеводородов, т.е. в их основе лежат атомы углерода. Часто приходится встречаться с аморфным углеродом в виде угля. По строению аморфный углерод – это тот же графит, но в состоянии тончайшего измельчения. Практическое применение аморфных форм углерода разнообразно. Кокс и уголь – как восстановитель в металлургии при выплавке железа.

Образование угля

Образование каменного угля характерно для всех геологических систем начиная от силура и девона, очень широко Каменный уголь распространены в отложениях каменноугольной, пермской и юрской систем. Залегают Каменный уголь в виде пластов различной мощности (от долей м и до нескольких десятков и более м). Глубина залегания углей различна — от выхода на поверхность до 2000—2500 м и глубже. При современном уровне горной техники добыча rаменного угля может производиться открытым способом до глубины 350 м.

Для образования угля необходимо обильное накопление растительной массы. В древних торфяных болотах, начиная  с девонского периода, накапливалось  органическое вещество, из которого без  доступа кислорода формировались  ископаемые угли. Большинство промышленных месторождений ископаемого угля относится к этому периоду, хотя существуют и более молодые месторождения. Возраст самых древних углей  оценивается примерно в 350 миллионов  лет.