Ископаемые угли [4, 13, 71 — 751 подразделяются на сапропелевые и гу­мусовые.

Сапропелевые угли образовались, по-видимому, в основном из планктона т. е. простейших водорослей и мельчайших животных организмов. В застой­ных водоемах происходит биохимическое разложение отмерших органических остатков и образование гниющего ила — сапропеля (по гречески заргов — гниющий, ре1оэ — ил). В результате длительного процесса углефикации сап­ропеля, изолированного от доступа воздуха слоями почвы, образуются сап­ропелевые угли.

Сапропелевые угли характеризуются большим содержанием водорода (6,5—9%) и высоким выходом летучих веществ. Они легко зажигаются и горят ярким коптящим пламенем.

С повышением степени углефикации сапропелевых углей содержание во­дорода в них и выход летучих веществ уменьшаются, оставаясь, однако, зна­чительно большими, чем у сопровождающих их гумусовых углей [73].

К числу сапропелевых углей принадлежат богхеды, полубогхеды, Кен­неди, кеннель-богхеды. Наиболее распространены кеннель-богхеды. Горю­чая масса кспнель-богхедов, залегающих в нижней части пластов Подмос­ковного бассейна, содержит около 6,8% водорода, выход летучих веществ составляет около 70%.

К числу горючих ископаемых сапропелевого происхождения принадлежат также сланцы.

Гумусовые угли образовались из остатков высших растений, в том числе деревьев и гигантских папоротников, произраставших миллионы лет тому назад (рис. 15и 16). Известны разновидности бурых углей с отчетливо сохра­нившейся древесной структурой — лигниты. Однако большая часть углей не имеет столь резко выраженного характера и принадлежит к числу проме­жуточных классов — сапропелево-гумусовых или гумусово-сапропелевых.

В отличие от образования торфа из остатков растений, которое рассмат­ривается в настоящее время как биохимический процесс, основанный на раз­ложении материнской массы и синтезе гуминовых кислот и других сложных органических соединений, последующий процесс метаморфизма и характер образования ископаемых углей обусловлен в значительной степени глубиной залегания пластов, температурой и давлением в зоне углеобразования.

В зависимости от этих факторов изменяется степень метаморфизма мате­ринской массы [13, 71—73, 76].

Органическая масса наиболее молодых по химическому возрасту ископае­мых углей отличается от органической массы растений ббльшим содержанием углерода и меньшим содержанием кислорода при сравнительно малом изме­нении процентного содержания водорода. Содержание водорода в органиче­ской массе гумусовых углей обычно ниже, чем в органической массе сапропе­левых.

При более глубоком процессе углефикации процентное содержание угле­рода увеличивается уже не только за счет дальнейшего снижения содержания кислорода, но и вследствие значительного уменьшения содержания водорода.

В зависимости от степени метаморфизма ископаемые угли подразделяют на бурые угли, каменные угли, полуантрациты и антрациты.

Наименее обуглероженные виды ископаемого топлива залегают обычно вблизи от поверхности, а сильно обуглероженные — на значительной глу­бине. В соответствии с этим месторождения ряда бурых углей, а также неко­торых сравнительно мало обуглероженных каменных углей можно разраба­тывать открытым способом в угольных разрезах. Более обуглероженные ка­менные угли, предназначенные для выработки кокса, залегают глубоко, и их приходится добывать шахтным методом. Еще глубже залегает антрацит, наиболее обуглероженный, т. е. сильнее метаморфизированньш, ископаемый уголь.

Бурые угли содержат значительное количество гумусовых и других ор­ганических кислот. Однако гумусовые кислоты, содержащиеся в бурых уг­лях, отличаются от гумусовых кислот торфа меньшим количеством боковых цепей и более высоким содержанием углерода.

Т. А. Кухарепко приводит следующее содержание (в %) углерода в гу­мусовых кислотах различных видов ископаемого топлива [60]: торф — 52—60, бурые угли землистые — 60—66, бурые угли блестящие — 61—72.

При нагревании бурых углей с раствором КОН или NaOH щелочной раст­вор окрашивается в бурый цвет, при обработке раствора минеральной кисло­той из него выделяются гуминовые кислоты. При действии на бурые угли раз­бавленной азотной кислоты образуется окрашенный в бурый цвет раствор. Большинство бурых углей склонно к самовозгоранию и не пригодно для дли­тельного хранения и дальнего транспортирования.

Бурые угли. Они характеризуются содержанием углерода в горючей массе 64—78%, водорода 3,8—6,5% и кислорода 15—26%, высоким выходом летучих (40—60% на горючую массу) и сравнительно низкой теплотой сго­рания горючей массы (теплота сгорания горючей массы в калориметриче­ской бомбе 6150—7150, низшая теплота сгорания горючей массы 6000— 7000 ккал/кг).

Бурые угли характеризуются высоким содержанием влаги — от 15 до 60 %. Приведенная влажность [6] (в пересчете на 1000 ккал низшей теплоты сгорания) — от 5 до 30%. После отгонки из бурых углей летучих веществ образуется порошкообразный остаток.

Высшая теплота сгорания горючей массы — С000—7000 ккал/кг. Высшая теплота сгорания рабочей массы беззолъного воздушносухого бурого угля (<2)в менее 5700 ккал/кг.

Низшая теплота сгорания, отнесенная к 1 нм3 сухих продуктов полного сгорания, не разбавленных воздухом, за редким исключением менее 900 ккал (790—900).

Жаропроизводителыюсть £’тах ниже 2000° (1400—2000°) [6]. R02mai су­хих продуктов сгорания бурых углей [7] более 19% (19,0—19,9%).

Каменные угли. Каменные угли более метаморфизированы по сравнению с бурыми углями. Они в большинстве случаев не содержат гуминовых кислот и в

Соответствии с этим по дают окрашенных в бурый цвет вытяжек при обработке раствором щелочи или азотной кислотой. В табл. 44 сопоставлены диагнос­тические признаки каменных и бурых углей [13, 73].

Каменные угли характеризуются содержанием в горючей массе углерода

— 75—90%, водорода —4—0% и кислорода — 2—15%. Выход летучих ве­ществ по отношению к горючей массе каменных углей различных марок ко­леблется в широких пределах — от 9 до 50%. Весьма различен также неле­тучий остаток (кокс), образующийся после отгонки из каменных углей лету­чих веществ. Он может быть порошкообразным, слипшимся или спекшимся. Теплота сгорания горючей массы каменных углей выше, чем бурых, большей частью = 7600—8600; (% = 7300—8300 ккал/кг. Содержание влаги в каменных углях 5—15%, т. е. значительно ниже, чем в бурых. Приведенная влажность каменных углей ~ 0,7—3" Высшая теплота сгорания рабочей

Массы воздушносухого беззольного каменного угля ^@5 ) ^оле0

5700 ккак/кг. Низшая теплота сгорания каменных углей, отнесенная к 1 нмя сухих продуктов полного сгорания, бе: избытка воздуха, т. е. величина Р, превышает 900 ккал и находится в узких пределах от 920 до 940 ккал/нм3. Жаропроизводительность £тах выше 2000" (2020—2120°). К02ТПах сухих про­дуктов сгорания каменных углей колеблется от 18,8 до 19,3% [0].

Антрациты и полуантрациты. Полуантрациты характеризуются содержа­нием углерода в горючей массе 90—94"о, нодорода 3—4% и кислорода 1,5— 5%. Теплота сгорания горючей массы полуаитрацитов в калориметрической бомбе 8200—8500, низшая теплота сгорания горючей массы 8000—8200 ккал/кг. Выход летучих веществ составляет 0—9% от веса горючей массы, т. о. от 200 до 300 см’-* па 1 г горючей массы. Нелетучий остаток порошкооб­разный. Теплота сгорания горючей массы в калориметрической бомбе 1 более 8350 ккал/кг. Низшая теплота сгорания горючей массы -~8000—8200 ккал/кг.

Содержание влаги в полуантрадитах — 5—6%, приведенная влаж­ность ~ 0,8—1%. Низшая теплота сгорания, отнесенная к 1 нм3 сухих про­дуктов сгорания Р, около 920 ккал/кг. Жаропроизводительность гша1 2120° С. Й02тах сухих продуктов сгорания 19,3—19,4% [6].

Антрациты являются наиболее углефицированным видом ископаемых углей. Содержание углерода в горючей массе антрацита превышает 93%, ■содержание водорода — около 2%, кислорода — менее 2%. Выход летучих менее 4% от веса горючей массы, т. е. менее 200 см3/г. Нелетучий остаток по­рошкообразный. Теплота сгорания горючей массы антрацита в калоримет­рической бомбе — 8150 ккал/кг. Низшая теплота сгорания горючей массы

— 8000 ккал/кг. Низшая теплота сгорания, отнесенная к 1 нм3 сухих про­дуктов сгорания, у антрацита 910—915 ккал. Содержание влаги 4—6%, при­веденная влажность 0,5—1,2%. Жаропроизводительность антрацита 2140 —

— 2160°. Н02тахантрацита 20,2% [6]. В табл. 45 приведен средний сос­тав горючей массы ископаемых углей и других видов твердого топлива.

Образование ископаемых углей в природе проходит, по-видимому, ряд ■стадий: отмершие растения —»■ торф —»■ бурый уголь —у каменный уголь —► —»■ антрацит.

В. Френсис приводит следующую схематическую иллюстрацию процесса образования ископаемых углей из древесины [17].

1. В процессе образования бурых углей из древесины выделяются влага, метан и углекислый газ в соотношении примерно 64Н20 + 8СН4 + С02. При этом на 1 т сухой древесины выделяется около 38 м3 СН4 и 4,2 м3 С02 и из 1 те древесины образуется примерно 730 кг бурого угля.

Образование бурых углей происходило в основном 10—60 млн. лет назад.

2. Вторая стадия углефикации — образование молодых каменных углей из бурых углей — сопровождается в основном выделением С02 в количестве около 145 м3 на 1 те исходной древесины. При этом количество образующихся молодых каменных углей составляет 530 кг на 1 тп исходной древесины.

Процесс образования молодых каменных углей происходил в основном 100—180 млн. лет назад.

3. Третья стадия углефикации — образование полуантрацитов из моло­дых каменных углей — сопровождается выделением Н20, СН4 и С02 в раз­личных соотношениях и может быть подразделена на три этапа с образова­нием промежуточных каменных углей.

А) Примерное соотношение выделяемых летучих веществ: 1,4Н20 4- + 0,4СН4 + С02.

В пересчете на 1 те исходной древесины выделяется 13 м3 СН4 и 35 м3 С02. Количество угля снижается до 470 кг.

Б) Соотношение летучих продуктов: 5Н20 4- ЗСН4 4- С02. Объем газов 15 м3 СН4 и 5 ж3 С02. Количество угля 450 кг.

В) Соотношение летучих продуктов: 1,5Н20 4- 6СН4 4- С02.

Объем газов 73 м3 СН4 и 14 м3 С02. Количество угля снижается примерно до 410 кг.

4. Четвертая стадия процесса — образование антрацита из полуантра — цита — характеризуется образова­нием большого количества (до 150 м3) метана, не сопровождаемого выделе­нием С02 и Н20. В результате этого несколько снижается теплота сгора­ния антрацита по сравнению с полу — антрацитом. Количество образовав­шегося антрацита составляет около 370 кг на 1 те исходной древесины.

Процесс образования каменных углей и антрацитов происходил в основ­ном 200—250 млн. лет назад.

Ископаемые угли не являются однородными.

В 1919 г. М. Стокс отметила наличие в углях следующих ингредиен­тов: витрена, кларена, дюрена и фюзена.

Витрен (уЦгеиэ — стеклянный) представляет собой хрупкую одпородную блестящую черную массу с раковистым изломом, не содержащую различимых под микроскопом растительных остатков. Угли с высоким содержанием вит­рена обладают малой механической прочностью.

Кларен (с1агиз — блестящий) — блестящая или иолублестящая неод­нородная черная масса, часто содержащая вкрапления витрена и фю­зена.

Дюрен (<1игиз — твердый) является твердой прочной неоднородной мато­вой массой буро-черного или бархатисто-черного цвета, содержащей скоп­ления спор и смоляных телец. Часто содержит включения фюзена и вит­рена.

Фюзен — вытянутый) представляет собой однородные пористые

Матовые прослойки, по структуре напоминающие древесный уголь, иногда со значительным содержанием минеральных веществ. Характеризуется ма­лым выходом летучих веществ и не обладает способностью переходить при нагревании в пластическое состояние.

В процессе исследования углей их обрабатывают смесью бспзола и спирта или другими растворителями. При этом в раствор переходят битумы, т. е. смесь углеводородов, жирных кислот, сложных эфиров и некоторых других органических соединений.

Путем обработки раствором едкой щелочи из углей можно извлечь высоко­молекулярные гуминовые кислоты, содержащие несколько карбоксильных групп — СООН, характерных для органических кислот, а также гидроксиль­ные группы — ОН, карбонильные — СО и метаксильные — ОСН3.

После указанных операций получают остаточный уголь, нерастворимый в обычных условиях в органических растворителях и щелочах.