Тверді горючі копалини

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук

Тверді горючі копалини (ТГК) (рос. твердые горючие ископаемые) — частина горючих корисних копалин, які поширені в природі у твердому стані — кам'яне та буре вугілля, торф, горючі сланці, сапропеліти.

Опис[ред.ред. код]

Тверді горючі копалини – вуглеводневі осадові породи, переважно рослинного походження, що мають здатність горіти. Серед ТГК розрізняють сапропеліти, які утворилися в результаті накопичення і перетворення на дні водойм нижчих рослин і планктону, та гумоліти – продукти перетворення відмерлих залишків вищих наземних рослин. Гумоліти поділяють на гуміти2, які утворилися переважно з лігніно-целюлозної речовини (всі види вугілля та торфу) і ліптобіоліти, які складаються з найбільш стійких речовин рослин (спори, кутикули, смоли та тканини кори). У органічній масі сапропелітів переважають аліфатичні та гідроароматичні сполуки, у органічній масі гумітів – конденсовані ароматичні сполуки. Вміст Н у цих породах відповідно складає 7-9 і 3,5-5,5 мас.%, вміст С – 60-70 і 75-95%, співвідношення (Н+С):О – 9 і 20.

За ступенем перетворення вихідних біогенних матеріалів в результаті вуглефікації розрізняють такі види ТГК: торф, буре вугілля, кам’яне вугілля, антрацити, горючі і вуглисті сланці.

Систематизація і класифікація ТГК.[ред.ред. код]

Розрізняють такі класифікації ТГК:

  • - загальні класифікації включають основні параметри (істотні властивості), що відображають внутрішню спільність кожного класу і класів серед всіх ТГК, охоплюваних класифікацією. Такі класифікації мають головним чином пізнавальне теоретичне значення;
  • - технологічні (промислові) класифікації розподіляють ТГК за показниками властивостей, знання яких необхідне для використання їх в тій або іншій конкретній галузі промисловості;
  • - комбіновані класифікації (наприклад, промислово-генетична) ґрунтуються на показниках, що використовуються і в загальних, і в технологічних класифікаціях.

Загальна наукова класифікація ТГК[ред.ред. код]

Стадії хімічної зрілості
Класи ТГК
Торф'яна Буровугільна Кам'яновугільна Антрацитна
I. Гуміти
(переважно з вищих рослин)
Торфи:
а) верхових боліт
б) низинних боліт
в) захоронені
Буре вугілля:
а) землисте
б) щільне (блискуче, матове
смугасте)
в) лігніти
Кам' яне вугілля:
а) зовні однорідне (блискуче, сажа)
б) зовні неоднорідне (смугасте, матове напівблискуче)
Антрацити
II. Ліптобіоліти (із стійких формівних
елементів вищих рослин)
а) фіхтеліт -
з воску
б) копали — із смол
в) фіменіт — з пилку
а) піропісит — з воску
б) бурштин — зі смол
в) спорове вугілля (підмосковне)
г) кутикулове вугілля (підмосковне «паперове» вугілля)
д) барзаське вугілля
а) рабдопісит — із смол
б) ткібульське смоляне вугілля
в) концентрації смол
г) спорове (кізеловське)
д) кутикуліт (Іркутське)
е) «листувате» вугілля (барзаське)
ж) «кеннелі»
з) лопініт — з кори
-
III. Сапропеліти (з нижчих рослин, водоростей (альг), залишків живих організмів — планктону)
1. Власне сапропеліти (стійкі елементи рослин містяться)
2. Сапроколіти
(стійкі елементи рослин відсутні)
а) сапропелі
(прісноводні)
б) куронгіт
в) балхашит
г) сапроколи
а) богхеди
б) торбаніт
в) марагуніт
г) сапропеліти серед бурого вугілля (кеннелі-богхеди, напівбогхеди)


Сапроколіти
серед бурого
вугілля
а) вугілля з Люгау
(богхед)
б) саропеліти серед кам'яного вугілля
(кеннелі-богхеди)


Сапроколіти серед Іркутського кам'яного вугілля (хахарейські, матаганські)
Сапропеліти серед донецьких
антрацитів
IV. Група особливих видів ТГК
а) змішані сапропеліто-гуміти і гуміто-сапропеліти серед підмосковного бурого вугілля
б) змішане гуміто- ліптобіолітове вугілля серед бурого вугілля Дніпровського басейну
в) кенелі
а) змішані гуміто- сапропеліти серед Іркутського кам'яного
вугілля
б) змішані гуміто-ліптобіоліти серед кам'яного вугілля Західного Донбасу і Кізеловського басейну
в) кеннелі
Антрацити змішаного походження і складу серед донецьких гумусних антрацитів



Елементний склад ТГК різної природи і зрілості[ред.ред. код]

Назва Вміст %, на суху і беззольну масу
C H O So N
Деревина 49,7 6,1 44,0 0,1 0,1
І. Гуміти
торфи 53-62 5,7-6,5 29-40 0,1-0,4 0,6-4,0
буре вугілля:
землисте 63-72 5,5-6,5 18-30 1,2-1,5 0,6-0,8
щільне матове 67-75 5,0-6,5 15-27 1,0-2,0 0,5-1,2
кам'яне вугілля Донбасу, марка:
Д 76-86 5,0-6,0 10-17 2,0-2,5 1,8
Г 78-89 4,5-5,5 7-16 1,0-1,5 1,7
Ж 84-90 4,0-5,4 5-10 1,5-2,0 1,6
К 87-92 4,0-5,2 3-8 1,5-2,0 1,5
ПС 89-94 3,8-4,9 2-5 1,5-2,0 1,4
П 90-95 3,4-4,4 1,6-4,5 1,,5-2,0 1,2
антрацит (Донбас) 91-96 1,3-3,0 1-2 1,0-1,5 0,1-1,3
графіт ~100 Соті частки відсотка - - -
ІІ. Екзиніти
піропісит 74-77 9-12 9-16 1,5 -
ліптобіоліти (для підмосковного бурого вугілля) спорові 73 6,0-7,0 16 3-4 0,54
кутикулові 72 6,0-7,0 18 2-3 0,67
рабдопісит 80 7,5 11,5 0,4 0,6
ліповецький і ткібульський ліптобіоліти 79 9,9 10,1 0,4 0,6
ІІІ. Сапропеліти
сапропелі 49-60 6-9 24-41 0,3-0,31 2,0-5,7
балхашит 69-76 10-11 12-21 0,6-1,1 0,6-1,0
богхеди 72-78 9-10 9-16 2,0-3,0 0,7-1,0
сапропеліт Будаговський (басейн Іркутська) 70-77 8-10 10-20 0,7-0,9 1,0-1,6
сапропеліти (Іркутськ) 70-82 7-10 7-18 0,2-1,2 0,7-2,6
IV. Група особливих видів ТГК
барзаські сапроміксити 78-86 7-10 3-12 0,1-2,3 0,1-0,8
гагат (кримський) 82,43 6,31 8,89 1,34 1,03
кероген горючих сланців волзький (кашпірський) 64-70 7-8 19-25 3,0-7,0 0,6-1,3
ленінградські 69-78 7-10 12-16 2,0-3,0 0,3-0,9
естонські(кукерсити) 77-79 9-10 11-13 1,0-2,0 0,2-0,6
Характер факельного горіння вугільно-газових паливних сумішей.

Оцінка горючих властивостей твердого палива[ред.ред. код]

Методика дослідження горючих властивостей вугільних зерен, вуглемасляних агрегатів тощо полягає з одночасній фото та кінорегістрації процесу вигорання частинки палива. По фото- і кіноплівках визначається відсоток «вибухаючих» паливних зерен і характер цього процесу, по кіноплівках — тривалість окремих стадій горіння.

Вихідний матеріал ТГК.[ред.ред. код]

Рослини як основа для утворення ТГК містять ряд природних вищих молекулярних сполук. У них здійснюється безперервний біохімічний синтез вищих полісахаридів (целюлози) і лігніну. Каталізаторами, які збільшують у сотні тисяч і мільйони разів швидкість реакцій синтезу вищих молекулярних сполук у рослинах, служать ферменти (або ензими) – речовини білкової природи.

Ліпіди (бітумоутворювачі). До ліпідів відносять жири, воски, смоли й бальзами, а також (до деякої міри умовно) – спорополеніни, кутин, суберин і фосфатиди. Більша частина ліпідів перебуває переважно всередині клітин організму.

Жири й жирні масла – це суміші естерів гліцерину та одноосновних жирних кислот (тригліцериди) загальноїформули СН2(OCOR)-CH(OCOR' )-CH2(OCOR' ' ), де R, R' , R' ' - залишки аліфатичних кислот. Серед жирних кислот можуть бути як граничні кислоти, напр., пальмітинова С15Н31СООН і стеаринова С17Н35СООН, так і неграничні кислоти з одним подвійним зв’язком, напр., олеїнова С17Н33СООН, а також із потрійним зв’язком, напр., тариринова кислота С17Н31СООН. У рослинному й тваринному світі налічується близько 1300 видів жирів, але елементний склад їх відносно мало коливається й дорівнює в середньому, %: С – 76-79, Н – 11-13, О – 10-12.

Віск, кутин, суберин. Воски – складні ефіри (естери) одноосновних жирних кислот і вищих одноатомних спиртів, напр., монтан-віск – це етер монтанової кислоти С27Н55СООН і церилового спирту С26Н53СООН. Сьогодні відомо близько 300 видів твердих і рідких восків. Вони належать до дуже стійких складових частин рослин, хоча, як і жири, здатні піддаватися гідролізу. Біологічне призначення восків – вкривати найтоншим шаром стебла, листя, оболонки плодів наземних рослин, захищаючи їх від зовнішніх впливів. У нижчих рослин воски зосереджені в оболонках клітин. У порівнянні з жирами воски більшбагатівуглецем (80-82%) і воднем(13-14%) і, отже, містять менше кисню (4-7%). Дуже близько до восків стоїть кутин, який просочує зовнішній шар епідермісулистя імолодих бруньок, утворюючи кутикули, а також суберин – речовина коркової тканини в корі деяких рослин. З хімічної точки зору кутин є різновидом восків, але утворений жирними кислотами з більш низькою молекулярною масою. Міститься він у рослинах у невеликій кількості (до 3,5%), головним чином у листі, шкірочці плодів і корових частин. Кутин і суберин дуже стійкі до дії гідролізуючих агентів і мікроорганізмів. Ще більшою стійкістю щодо дії кисню, бактерій, мінеральних кислот, розчинів лугів і нагрівання (до температури близько 200 °С) наділені близькі до восків, кутину й суберину високомолекулярні речовини – споронін і поленін, які утворюють оболонки спор та пилку.

Фосфатиди. До групи ліпідів входять також жироподібні розчинні в спирті речовини – фосфатиди. Вони, крім вуглецю, водню, кисню, містять також фосфор, азот, іноді сірку. Розглядаються як похідні фосфорної кислоти, пов’язаної з гідроксильними групами багатоатомних спиртів. Зосереджуються фосфатиди переважно в насінні й пилку.

Смоли й бальзами. Смоли – це секреторні виділення вищих (головним чином хвойних) рослин. Їх призначення полягає в тому, щоб служити пластиром у випадку поранення рослин, причому смоли виділяються у вигляді бальзамів, тобто в суміші з ефірними оліями. При витіканні бальзаму з пораненого дерева легколеткі ефірні олії випаровуються, а на рослинах накопичуються напливи смол – майбутні конкреції смол у викопному вугіллі. Смоли мають подібність із восками, оскільки до їх складу входять естери. Але воски належать до числа аліфатичних сполук, а смоли в основному складаються зі сполук циклічних, частина яких має ароматичний характер. У складі смол розрізняють такі групи сполук: смоляні кислоти, одно- або багатоатомні спирти (резиноли), ефіри смоляних кислот і резинолів або одноатомних фенолів (таннолів), інертні вуглеводні (резени). Нерідко в рослинних смолах наявні також речовини вуглеводного характеру – камеді. Подібні смоли називаються смолокамедями. Елементний склад смол (%):С – 79, Н– 10,О – 11. Рослинні смоли хімічно більш стійкі, ніж жири й воски, але деякі з них здатні гідролізуватися, утворюючи ароматичні кислоти (бензойну, коричну) і спирти, напр., бензиловий. Частина смол може окиснюватися, полімеризуватися й здобувати при цьому ще більшу стійкість.

Вуглеводи (карбогідрати). Поширена в природі група багатоатомних спиртів (цукрів, целюлози, крохмалю тощо). У вищих рослинах вуглеводів міститься більше, ніж інших речовин. Деревина, наприклад, містить понад 50% найбільш складних вуглеводів, до яких належить целюлоза. Водночас у деревині містяться прості вуглеводи, пектинові речовини й геміцелюлози.

Прості вуглеводи. До цієї групи вуглеводів належать розчинні в холодній воді найпростіші моносахариди – гексози С6Н12О6 і пентози С5Н10О6. Пентози поширені в рослинах, входять до складу речовини клітин.

Пектинові речовини здатні розчинятися в гарячій воді до 100°С. Вони містяться як у багатоклітинних, так і в нижчих рослинах, а також в альгах (водоростях Phaeophyta). У хімічному відношенні пектинові речовини – високомолекулярні ангідриди пентоз і гексоз. Вони досить стійкі до дії бактерій, але піддаються гідролітичному розщепленню в природних умовах під впливом ферментів, у результаті чого утворюються пентозани (С5Н8О4)n і гексозани (С6Н10О)n.

Целюлоза або клітковина6Н7О2(ОН)3]n належить до полісахаридів, гетероланцюгових вищих молекулярних сполук з макромолекулярною будовою. Вона – головна складова частина деревини. Геміцелюлози є супутниками целюлози в стінках рослинних клітин, в деяких рослинах складають переважну частину вуглеводів. Геміцелюлози зараховують до вищих молекулярних сполук, вони займають проміжне місце між целюлозою й крохмалем. Геміцелюлози здатні гідролізуватися 2-4%-м розчиномНСl з утворенням пентозанів, гексозанів і поліуронідів, причому, у свою чергу, пентозани й гексозани при подальшому гідролізі утворюють відповідно пентози й гексози.

Лігнін. Поряд із целюлозою в стінках клітин більшості вищих рослин перебуває лігнін, будова якого ще не повністю з’ясована. Вважають,що лігнін – нерегулярно побудована вища молекулярна сполука із тривимірною структурою розгалужених макромолекул. Спроби представити будову лігніну у вигляді хімічних формул відбивають лише загальні принципи його будови. Не з’ясовано ще, чи складається лігнін із цілком ідентичних макромолекул, а також не встановлена його молекулярна маса, яку приймають від 682 до 1 000 000. Для лігніну з молекулярною масою 784 (виділеного із сосни) запропонована формула:

Лігнін.jpg

Елементний склад лігніну різних рослин приблизно такий, % мас.: С – 63, Н – 6 і О – 31. Лігнін – нерегулярний полімер з розгалуженими макромолекулами, побудованими головним чином із залишків заміщених фенолоспиртів. Велика кількість активних функціональних груп різного типу робить лігнін здатним до численних хімічних перетворень. Він легко нітрується, хлорується й окиснюється. Лігнін легше руйнується мікроорганізмами в живих рослинах, але більш стійкий у відмерлих рослинах. Целюлоза, навпаки, має високу стійкість до дії мікроорганізмів у живих рослинах, але порівняно легко піддається бактеріальному розпаду у відмерлих рослинах. Білки є складними азотвмісними вищими молекулярними сполуками, широко розповсюдженими в природі, складовими основи всіх процесів життєдіяльності. Вони побудовані з α - амінокислот, сполучених амідними зв’язками, і належать до природних поліамідів. Амідний зв’язок, що з’єднує залишки α-амінокислот у білках, називають пептидним, а полімери α - амінокислот – поліпептидами.

До складу поліпептидних ланцюгів білків можуть входити до 20 α-амінокислот, що розрізняються будовою радикала R, наприклад, аланін, треонін, цистеїн та ін. Хімічні властивості білків залежать від природи амідного зв’язку й функціональних груп (карбоксильної, гідроксильної, амінної, дисульфідної), що входять до складу амінокислот. Білки в більшості випадків мають амфотерні властивості. Білки тваринних організмів розпадаються з утворенням аміаку, а білки рослин, руйнуючись (гідроліз), переходять в основному в амінокислоти,що мають як аліфатичний, так й ароматичний і гетероциклічний характер. При всьому різноманітті будови й розмірів макромолекул різних білків елементний склад їх коливається в порівняно вузьких межах, %: С – 50,6-54,5; Н – 6,5-7,3; N – 15,0–17,6; O – 21,5-23,5; S + Р – 0,3-2,5. У складі білків є не тільки вуглець, водень, кисень, що властиво всім іншимрозглянутимвище хімічним складовим частинам рослин, але також сірка, фосфор і, що особливо важливо, азот. Якщо сірка й фосфор можуть бути й серед мінеральних речовин рослин і вугілля, то азот – тільки в органічній масі рослин, у першу чергу, у білках. Про кількісний вміст білків у рослинах (%) можна судити за вмістом у рослинах азоту, помноживши останній на число 6,14. У клітинах рослин білкові речовини входять у протоплазму, становлячи часто більше половини останньої. Вони здатнінакопичуватися особливо в тих частинах рослини, у яких фізіологічні процеси протікають найбільш енергійно, наприклад, у листі. У різних видах рослин білки містяться в неоднакових кількостях: у деревних породах 1– 10%, у мікроводоростях 20–30%, але особливо багато білків у бактеріях – до 80%.

Нуклеїнові кислоти. У життєдіяльності тваринних організмів і рослин винятково важливу роль відіграють високомолекулярні нуклеїнові кислоти, поліефіри фосфорної кислоти і N-рибозидів. Вони належать до природних вищих молекулярних сполук і беруть участь безпосередньо у біо- синтезі білку. Молекулярна маса їх коливається в дуже широких межах – приблизно від десятків тисяч до кількох мільйонів. У тваринних організмах і рослинах містяться як рибонуклеїнові кислоти (РНК), так і дезоксирибонуклеїнові кислоти (ДНК), які розрізняються послідовністю чергування різноманітних комбінацій мономерних одиниць (нуклеотидів). При гідролізі нуклеїнові кислоти розпадаються на відповідні нуклеотиди.

Змішані високомолекулярні сполуки відкриті порівняно недавно. Вони поширені в рослинному й тваринному світі. До них належать білки, що містять одночасно вуглеводний або ліпідний компонент, або пов’язані з нуклеїновими кислотами, а також полісахариди, що містять білковий, ліпідний або обидва компоненти. Деякі ферменти належать до змішаних вищих молекулярних сполук.

Процеси утворення ТГК.[ред.ред. код]

Для перетворень відмерлих рослинних матеріалів, занурених у воду, певне значення мало хімічне середовище, у якому вони перебували; важливу роль відіграли, фізико-хімічні фактори та бактеріальні процеси пов’язані з діяльністю ферментів мікроорганізмів, що викликають і спрямовують хід хімічних перетворень і реакцій (гідроліз, окиснення, відновлення, полімеризація, поліконденсація й ін.). Розрізняють перетворення хімічних складових частин рослин при аеробних (з більшимдоступомповітря) та анаеробних умовах (з малим доступом або зовсім без доступу повітря) з відповідною дією аеробних й анаеробних мікроорганізмів. З урахуванням цих факторів Г. Потоньє розрізняв такі основні види первинних перетворень рослинних залишків:

1. Тління – перетворення залишків вищих рослин при достатньому доступі повітря в присутності води; при цьому всі органічні речовини переходять у кінцеві продукти окиснювання – вуглекислий газ і воду. Цей процес аналогічний повільному горінню, і тверді органічні залишки в результаті його протікання, як правило, не утворюються; тверді залишки можуть давати в цих умовах лише найбільш стійкі хімічні складові частини рослин. Тліннюпіддаються целюлоза, лігнін, білки, але не рослинні смоли, воски, елементи, утворені зі спорополеніну, кутину й суберину (спори, пилок, кутикули). У результаті тління або зовсім не утворюється вугілля, або ж виходять первинні продукти, із яких утворюються ліптобіолити.

2. Гниття (гуміфікація) – цей процес відрізняється від тління недостатнім доступом повітря й малою вологістю: його уподібнюють неповному згорянню. У результаті перетворень у таких умовах органічні речовини рослинних залишків лише частково перетворюються в СО і Н2О, причому одночасно утворюється також невеликий твердий залишок, що містить більше вуглецю, ніж вихідний матеріал. Його називають звичайно перегноєм або гумусом – бурі або чорні горючі речовини, що утворюються в результаті неповного розкладу вищих рослин. Гумус можна спостерігати у вологому ґрунті полів і лісів, де він має бурий або чорний колір (лісовий торф). Певна частина гумусу легко розчиняється у воді, утворюючи колоїдні розчини, відомі під назвою “чорні води”. Бурі кольори води в деяких річках пояснюють звичайно значною кількістю “чорних вод”, принесених потоками води з лісів.

3. Оторфеніння (торфоутворення) – розповсюджений у природі процес, який протікає при великий вологості, спочатку при недостатньому доступі кисню повітря, а потім – при майже повній ізоляції від нього. У початковій стадії процес оторфеніння подібний до гниття, а надалі він має специфічні особливості: увнаслідок перекриття рослинних залишків, що нагромадилися, товстим шаром води припиняється доступ повітря до них, а на їхній поверхні знову розвивається багата рослинність, яка утворює, у свою чергу шар, що ізолює від повітря. Окисні процеси під цим шаром тривають як з виділенням Н2О і СО, так і з утворенням твердого залишку (болотного торфу), але вони дуже уповільнені, і джерелом необхідного для цього кисню є самперетворюваний рослинний матеріал. Процес оторфеніння, як і гниття, зводиться в основному до підвищення відносного вмісту вуглецю в гумусових твердих продуктах, які можуть накопичуватися у великих кількостях.

4. Гнильне шумування, або бродіння, – перетворення рослинних залишків, при якому процес здійснюється в спокійній воді при повній ізоляції від кисню повітря. Для цього процесу характерна перевага відновних реакцій, причому тверді продукти, що утворюються (гнильний мул, або сапропель) збагачуються не стільки вуглецем, як у раніше описаних процесах, скільки воднем. Гниттю піддаються в основному нижчі рослини – (водорості) і тваринні рештки. Тління, гниття, торфоутворення, гнильне шумування являють собою перші стадії вуглеутворення. У природних умовах вони тільки в рідкісних випадках протікають окремо: одні з цих процесів обов’язково супроводжують інші, завдяки чому вони переплітаються й накладаються. Білки в аеробних умовах швидко піддаються повному розкладу з утворенням газоподібних продуктів (аміаку), а також, можливо, амінокислот. В анаеробних умовах відбувається гідролітичне розщеплення білків, у результаті чого виходять в основному також амінокислоти, подальше перетворення яких можейтирізнимишляхами залежно від характерунавколишнього середовища. Частина амінокислот розчинна уводі й, отже, може легко видалятися з перетворених залишків рослин. Завдяки властивій амінокислотамвисокій реакційній здатності вони через аміногрупу або оксигрупу можуть легко вступати також у реакції конденсації, напр., із продуктами гідролізу деяких вуглеводів, утворюючи при цьому стійкі азотисті й сірчисті сполуки. Таким чином, не виключена можливість протікання реакцій синтезуміж продуктами змін білків й інших складових частин рослинних залишків. Гнильне шумування білків супроводжується виділенням Н2S й NН3. Жири в умовах природного нагромадження відмерлих рослин здатні швидко піддаватися омиленню й пере- творюватися на суміші жирних кислот і гліцерину. В аеробних умовах жирні кислоти, як і жири, розкладаються порівняно легко. В анаеробних умовахжирні кислоти змінюються значно менше: винятково стійкими є насичені жирні кислоти й ті з ненасичених, які містять один подвійний зв’язок. У деяких випадках високомолекулярні граничні (насичені) жирні кислоти, їхні ангідриди й солі можуть перебувати серед продуктів перетворень відмерлих рослин навіть у вільному вигляді. Ненасичені жирні кислоти з більшою кількістю подвійних зв’язків в анаеробних умовах здатні полімеризуватися й утворювати стійкі сполуки, частина якихмає гідроароматичний й ароматичний характер. У порівнянні із жирами воски значно більш стійкі як в аеробних, так і в анаеробних умовах, чим пояснюється те, що вони виявляються в торф’яних покладах інавіть у бурому вугіллі. Спорополініт, кутин і суберин у природних умовах є також досить стійкими до дії біохімічних аґентів.Дуже стійкимищодо дії мікроорганізмів в аеробних й анаеробних умовах є смоли й продукти їх перетворень. Після втрати ефірних олій, у яких звичайно розчинені смоли, в останніх протікали процеси полімеризації, при яких ускладнювалися молекули, смоли перетворювалися на тверді, ще більш стійкі, нерозчинні й тугоплавкі речовини. Значна стійкість смол протягом геологічних періодів зумовлює те, що їх знаходять як у вигляді окремих включень (конкрецій) у викопному вугіллі, так й у формі самостійних скупчень. При підвищенні температури в процесі вуглеутворення смоли здатні розкладатися з виділенням кислоти й різних вуглеводнів; тому в природних умовах у смолах можуть перебувати також вуглеводні. Усі менш складні вуглеводи в аеробних умовах легко розкладаються; у першу чергу це стосується найпростіших вуглеводів, причому вони малостійкі й в анаеробних умовах. Відносно більш стійкими в цих умовах виявляються геміцелюлози й пектинові речовини. Ще частіше в скупченнях перетворених рослинних залишків виявляють продукти гідролітичного розщеплення геміцелюлоз іпектинових речовин – пентозани й ексозани. Целюлоза порівняно легко руйнується мікроорганізмами з утворенням метану, води, вуглекислого газу й найпростіших розчинних у воді органічних кислот (головним чином оцтової). Характер і швидкість розкладу целюлози залежать від виду наявних мікроорганізмів й особливостей навколишнього середовища:при впливіаеробних й анаеробнихмікроорганізмів, у тому числі грибків, а також термофільних й інших бактерій, целюлоза зазнає повного розпаду (із виділенням СО2 і Н2О) або піддається шумуванню з утворенням жирних кислот і газоподібних продуктів – СН4 (метанове шумування) або Н2 (водневе шумування). У ряді випадків вміст целюлози в перетворюваних рослинних залишках при гнитті й торфоутворенні зменшується зі збільшенням ступеня розкладу. Цей факт нерідко вважають доказом того,що целюлоза не брала участі в утворенні вугілля. Однак спостерігаються випадки, коли навіть сильно розкладенийторф містить целюлози більше, ніжвідносноменшрозкладений. Томупокищонеможна вважати доведеним, що в процесі оторфеніння целюлоза не утворювала твердого залишку й служила тільки «їжею» для мікроорганізмів. Можливо, що при біохімічних перетвореннях целюлоза могла давати проміжніпродукти, яківзаємодіяли з іншими речовинами, утворюючи різні стійкі сполуки, аж до ароматичних. Не менша увага, ніж целюлозі, приділяється й лігніну,що є досить стійким до дії різнихбіохімічних аґентів в аеробнихй анаеробних умовах. Саме внаслідок цього при первинних процесах руйнування рослинних залишків може мати місце нагромадження лігніну, вміст якого, однак, при триваючому процесі торфоутворення зменшується, оскільки утворюються нові речовини, що становлять органічну масу торфу й бурого вугілля.

За Ю.А. Жемчужниковим, нагромадження вищих рослин складаються головним чином із двох типів речовин:

  • 1) лігніно-целюлозних тканин;
  • 2) кутинізованих елементів (кутикула, оболонки спор, пилок, коркова тканина).

Ці два типи речовин можуть переважати або мати підлегле значення як матеріал, із якого утворилися ті або інші викопні палива, але в усіх випадках такимматеріалом будуть речовини вищихрослин,що дають на певній стадії розкладання гумус. Таке вугілля називають гумолітами на противагу сапропелітам, що утворилися переважно з нижчих рослин (водоростей). При переважанні в гумолітах похідних лігніноцелюлозних тканин вугілля називають гумітами, у випадку ж переваги кутинізованих елементів або смоляних тілець – ліптобіолітами. Останні можуть накопичуватися як при повному руйнуванні лігніно- целюлозних тканин, так й у результаті місцевого збагачення рослинних залишків кутинізованими елементами (напр., спорами) при самому нагромадженні. Групу сапропелітів також поділяють на два класи. У першому класі в паливі збереглися ще залишки водоростей, планктонів. В іншому класі водорості не збереглися, і все вугілля перетворилося в безструктурну масу – сапроколіти.

Теорії походження горючих копалин.[ред.ред. код]

За сучасними уявленнями основними процесами перетворення рослинних залишків були:

Більшість дослідників дотримується думки про участь усіх складових частин рослин в утворенні ТГК, а ступінь їх участі залежить від умов нагромадження. Напрямок перетворення рослинного матеріалу істотно залежить від умов: рН середовища, наявності кисню, життєдіяльності бактерій, мінералогічної обстановки. У морському середовищі, що містить йони сульфатів, при досить обмеженому доступі кисню утворення кислот незначне. Унаслідок цього рН середовища перебуває в межах 7,0-7,5, що створює сприятливі умови для життєдіяльності анаеробних бактерій, які засвоюють кисень органічних речовин, і наявні гумінові кислоти містять підвищені кількості водню, сірки й азоту.Упрісноводних болотахгумінові кислоти, що утворюються при окиснюванні рослинного матеріалу, нейтралізуються кальцієм, що підвищує рН середовища й сприяє життєдіяльності бактерій, у тому числі сірчаних, активному розвитку планктонів і молюсків, багатих білками. Унаслідок цього більшість збагаченого кальціємвугілля відрізняється високим вмістом піриту, органічної сірки й азоту. У маловодних болотах створюються умови для припливу кисню й більш інтенсивного нагромадження продуктів окиснювання, гумінових кислот. Це формує кислотне середовище, яке перешкоджає життєдіяльності бактерій і сприяє консервації гумінових кислот і збереженню їх у більшій кількості.

За біохімічною теорією походження вугілля (М. Тейлора) основним фактором в утворенні різних видів викопного палива є бактеріальна дія, що цілком регулюється властивостями порід, які складають покрівлю пласта. Ці породи можуть мати кислу реакцію, якщо вони складені переважно кальцієво- алюмінієвими силікатами, або лужну, якщо в них переважають натрієво-алюмінієві силікати. У процесі гідролізу ґрунтовими водами ці два типи покрівлі поводяться по-різному. При кислій покрівлі гідроліз проходить утруднено, при лужній покрівлі – легко. В останньому випадку водний розчин лугу нейтралізує кислі складові частини, що утворюються при розкладанні торфу, і тим самим сприяє продовженню й розвитку бакте- ріального впливу. При цьому завдяки непроникності для газів покрівлі бактеріальна діяльність відбувається в анаеробних умовах. Торф’яна маса розкладається у відновній атмосфері, у результаті чого утворюється паливо, збіднене киснем. При кислій покрівлі лужного середовища не виходить. Кислі продукти від розкладу торфу й життєдіяльності бактерій, накопичуючись, досягають такої концентрації, при якій подальша діяльність бактерій припиняється. У цьому випадку продукт буде багатим на кисень, покрівля залишається проникною для газів, отже, бактеріальна діяльність протікає в аеробних умовах.Описаними відмінностями ухарактеріпокрівлі теорія Тейлора пояснює походження бурого й кам’яного вугілля й антрацитів. Для утворення бурого вугілля необхідна кисла покрівля, для кам’яного вугілля й антрацитів – лужна покрівля. Фактичний матеріал про характер покрівлі в різних паливних басейнах не підтверджує теорії Тейлора. Недолік теорії Тейлора й у тому, що вона відкидає значення геологічних факторів у процесі утворення вугілля, що є безсумнівним фактом. Тільки бактеріальним впливом, без залучення хімічних, геологічних, інших причин не можна пояснити в цілому процес утворення різноманітних типів викопного палива.

Часові рамки вуглеутворення.[ред.ред. код]

У геологічній історії Землі утворення вугільних пластів пов’язане з виникненням і розвитком світу рослин. Найдавніші з твердих горючих копалин – сапропелітове вугілля й горючі сланці, утворилися зі скупчень ще примітивних підводних рослин (водоростей) і планктону на дні водойм. Родовища такого вугілля відомі з початку палеозою, вони утворилися близько 500 млн років тому. Серед більшпізніх родовищсапропелітового вугілля відомі перехідні різновиди, 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 в наступні кам’яновугільний і пермський періоди. До відкладів кам’яновугільного й пермського періодів відносять багато великих родовищ найбільш цінного кам’яного вугілля.

Найактивніше вуглеутворення відбувалося в Кам'яновугільний період, який настав близько 350 млн років тому і тривав 65-70 млн років. З відкладами карбону пов'язані вугільні басейни: Європи: Донецький і Львівсько-Волинський – в Україні; Південний Уельс, Ланкашир, Нортумберленд, Кент – у Великобританії; Астурійський – в Іспанії; Валансьєн – у Франції; Льєж і Кампін – у Бельгії; Нижньорейнсько- Вестфальський (Рурський) – у Німеччині; Верхньосілезький – у Польщі; Остравський – у Чехії; Азії: Кузнецький, Карагандинський, Екібастузький, Тунгуський та ін. – у Російський Федерації; Датун – у Китаї; Ранігандж, Бакаро, Джхарія – в Індії; Північної Америки: Аппалачський, Ілінойський, Пенсильванський,Мічиганський, Техаський; Австралії: Боуен, Новий Південний Уельс.

У Пермському періоді, який розпочався 280 млн років тому і закінчився 250 млн років тому, сформувалися Печорський, Тунгуський, Кузнецький, Мінусинський вугільні басейни, вугленосні басейни у Сх. Китаї (пр. Шаньсі) і в Індії (шт. Біхар), у Півд. Африці, Бразилії, Австралії. Нагромадження сапропелітів починається з кембрійського періоду, який є першим,найбільшраннімперіодом, з якогоможна простежити поступову еволюцію фауни і флори. В ордовику утворилися прибалтійські сланці, силурійське гумусове зольне вугілля відоме в кількох районах різних країн світу. У середині девонського періоду виникли перші нечисленні поклади гумусового вугілля промислового значення (барзасити).

У ранньому девоні в затоплених водоюмілководних лагунах виростали рослини псилофіти, з яких утворилися малопотужні вугільні пласти у вигляді тонких прошарків вітриніту. При подальшому розвитку рослин у середньому й пізньому девоні, коли рослинність дужешвидко поширилася по всіх континентах, почали формуватися власне вугільні пласти. Пізньодевонське вугілля утворилося з рослин, подібних до тих, із яких виникло вугілля в карбоні, однак воно ще не має промислового значення. Тільки в ранньому карбоні сформувалися важливі родовища вугілля. Найважливіші пермські вугільні басейни 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 вуглеутворювальною рослинністю.

Локалізація родовищ ТГК.[ред.ред. код]

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 пласти 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 пов’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 пластів невелика. Див. вуглеутворення, рослини-вуглеутворювачі, вуглефікація, метаморфізм.

Див. також[ред.ред. код]

Література[ред.ред. код]

Посилання[ред.ред. код]