Главная / Рефераты / Рефераты по химии
Реферат: Происхождение ископаемых углей
Notice: Undefined variable: ref_img in /home/area7ru/area7.ru/docs/referat.php on line 323
Содержание
Введение 3
1. Происхождение углей 4
2. Источники образования твёрдых горючих ископаемых 5
3. Стадии превращения органических веществ 7
4. Петрографическая характеристика углей 9
5. Классификация углей 11
6. Основные угольные бассейны страы 14
Литература 15
Введение
Практически невозможно установить точную дату, но десятки тысяч лет назад человек, впервые познакомился с углём, стал постоянно соприкасаться с ним. Так, археологами найдены доисторические разработки залежей углей.
Известно, что с каменным углём люди были знакомы в период древней культуры, но факты об его использовании отсутствуют. Позже, в Риме, предпринимались пути использования его, но лишь во времена Аристотеля появилось описание некоторых других свойств угля, а в 315 г. до н. э. его ученик описывает уголь как горючий материал и называет его «антраксом» (позже появилось название «антрацит»).
1. Происхождение углей
наука о генезисе твёрдых горючих ископаемых на основании многочисленных фактов (обнаружение в угольных пластах отпечатков листьев, коры, стволов деревьев, спор и т. д., использование изотопного метода анализа) неоспоримо доказала и обосновала теорию об их органическом происхождении. Вместе с тем сложность природных процессов углеобразования и влияния на эти процессы таких факторов, как климат, условия среды отложения, температура, давление и др., привели к выделения химических, микробиологических и геологических аспектов теории генезиса. До сих пор нет единого мнения о том, какие компоненты органических веществ являются исходным материалом при образовании различных углей, нет единой схемы и его генетических преобразований. Предполагают, что общая схема имеет вид:
Высказывались соображения, что генезис твёрдых горючих ископаемых описывается: a) последовательно протекающими стадиями 1>2>3>4>5>6 b) превращением исходного органического материала 1>2, 1>3>4>5>6 и
1>4>5>6.
2. Источники образования твёрдых горючих ископаемых
Палеографические условия геологических эпох определяли возникновение органических веществ, их развитие, накопление и различные преобразования.
Известно, что в состав растений входит целлюлоза, гемицеллюлоза, лигнин, смолы, воски, жиры, белки, углеводы, пектиновые вещества. Вполне вероятно, что состав этих компонентов и их соотношение в древних растениях различного вида и в зависимости от палеографических условий геологических эпох претерпевал определённые изменения. Тем не менее, многочисленные исследования позволили установить, что роль различных частей современных растений и механизма их превращения в условиях углефикации существенно не отличается от роли растений ранних геологических эпох. В табл. 1 приведен элементный состав основных компонентов растений, участвующих в углеобразовании.
Таблица 1
Элементный состав углеобразующих компонентов растений (%)
Компонент С Н О Компонент С Н О
Воски 81 13,5 5,5 Белки* 537 22
Смолы 79 10 11 Целлюлоза 446 50
Жиры 76-7911-1310-12Пектины 435 52
Лигнин 63 6 31
В состав восков помимо сложных эфиров высокомолекулярных жирных кислот и высших алифатических спиртов входят кислоты С24 – С34, спирты С24 – С34 и иногда углеводы. Растительные воски являются твёрдыми веществами, способными сохранять свой состав и свойства не подвергаться изменениям под действием микроорганизмов. Благодаря их высокой стойкости они встречаются в неизменном состоянии в составе бурых углей.
Смолы состоят из сложных эфиров кислот с одноатомными спиртами.
Благодаря ненасыщенной полиизопреновой структуре они способны полимеризоваться и окисляться, что снижает их растворимость, повышает молекулярную массу, превращает в неплавкие соединения. Жиры – сложные эфиры высокомолекулярных насыщенных и ненасыщенных кислот и глицерина. Интересно отметить, что наземные исходные соединения содержат ненасыщенные кислоты
С18 – С22 и насыщенную кислоту С16, тогда как среди морских источников углеобразования преобладают непредельные кислоты С16 – С22. Жиры легко гидролизуются, изменяются под воздействием микроорганизмов, нагревания и др., а непредельные кислоты – окисляются с образованием полимеров.
Белки являются высокомолекулярными веществами, обладающими коллоидными свойствами. Содержание их в бактериях, водорослях и древесных растениях достигает соответственно 80, 25, 1 – 10 %. Белки гидролизуются с выделением аминокислот, которые связываются с содержащимися в растениях моносахаридами.
Целлюлоза (С6Н10О5) относится к классу углеводов с регулярной линейной структурой, обладает сложным составом и молекулярной массой от десятков тысяч до нескольких миллионов. Будучи весьма стойкой к воздействию давлений и температуры, целлюлоза сравнительно легко подвергается воздействию ферментов. Гемицеллюлозы являются углеводными соединениями, которые легко подвергаются гидролизу и растворяются в кислотах и щелочах. Это гетерополисахариды, образующие при гидролизе в отличии от целлюлозы не глюкозу, а манозу, фруктозу, галактозу и уроновые кислоты.
Пектиновые вещества повышают механическую прочность стенок растительных клеток, они состоят из остатков D-галактуроновой кислоты, способных легко гидролизоваться минеральными кислотами. Карбоксильные группы в этих остатках находятся в виде солей магния и кальция, а также в виде метиловых эфиров. Прочность клеток высших растений объясняется также присутствием в их составе лигнина, который в отличии от целлюлозы не подвергается гидролизу, стоек к воздействию химических реагентов, нерастворим в воде и органических растворителях. Лигнин является полимером нерегулярного строения, в состав которого входят ароматические и жирноароматические фрагменты. Кислород присутствует в виде карбоксильных и гидроксильных групп, ароматические ядра содержат метокси-группы и связаны между собой пропильными группами. Молекулярная масса лигнина колеблется от 700 до 6000, его высокая химическая стойкость обусловлена накоплением гуминовых кислот.
Таким образом, можно предполагать, что в результате процессов углеобразования появляются химически стойкие компоненты, а менее стойкие участвуют в этих процессах как полупродукты распада.
3. Стадии превращения органических веществ
болота являются наиболее благоприятными местами для накопления и переработки органических продуктов в торф. Заболачивание водоёмов происходит различными путями, и зависит от рельефа дна и берегов, проточности воды и т. д. Как в тропической, так и в умеренных зонах болота делятся на верховые и низинные. Верховые образуются при условии превышения количества годовых атмосферных осадков над объёмом испарения и характеризуется недостатком питательных веществ для растений. Низинные болота имеют пологие берега, заросшие тростником и камышами, покрыты плавающими и подводными растениями. Их происхождение связано с понижением рельефа и они распространены в основном в северных областях. При умеренном климате годовой прирост торфа в низинных болотах составляет 0,5 – 1,0 мм, а на верховых 1 – 2 мм.
Угольные пласты характеризуются следующими основными характеристиками: тип отложений: автохтонный (autos – сам, chtnon – земля) образуется на месте отмирания первичных организмов, аллохтонный – из перемещённых органических остатков и характеризуется повышенным содержанием в углях минеральных примесей. условия отложения. Состав и свойства угля зависят от условий отложения торфа в пресноводных, озёрных или солоноватых морских водах. При воздействии морской воды в битуминозных углях повышается содержание серы, азота, водорода, летучих. Известковые воды способствуют уменьшению кислотности торфа. В аэробных условиях совместное действие кислорода и кальция ускоряет разложение. Большинство обогащённых кальцием углей отличается высоким содержанием серы и пирита, что объясняется высокой активностью бактерий.
В зависимости от содержания питательных веществ болота подразделяются на эвтрофные, мезотрофные и олиготрофные. Низинные болота, питающиеся насыщенными питательными веществами подземными водами, являются эвтрофными, их растительность более пышная и разнообразная. Верховые болота олиготрофны, в них образуется кислый торф с низким содержанием минеральных веществ, и соответственно уголь с малым количеством золы. жизнедеятельность бактерий зависит от кислотности торфа. Торф верховых болот имеет рН = 3,3 – 4,6, а низинных 4,8 – 6,5. степень кислотности зависит от притока воды, типа основания болота, поступления кислорода и концентрации гуминовых кислот. Бактерии хорошо развиваются при рН = 7,0 –
7,5, поэтому чем кислее торф, тем меньше в нём бактерий и лучше сохраняется структура исходных растений.
Температура торфа. Разложение торфа зависит от температуры, так как в тепле бактерии проявляют повышенную активность. Так при 35 – 40 0С бактерии разлагают целлюлозу с наибольшей скоростью.
Окислительно-восстановительный потенциал. Жизнедеятельность бактерий зависит от потенциала. Процессы превращения остатков органических соединений при свободном доступе кислорода (аэробные условия) и воды аналогичны медленному горению и называются тлением. Гумификация
(перегнивание) характеризуется недостаточным доступом воздуха (анаэробные условия) и влаги. Этот процесс приводит к накоплению зауглероженного остатка (гумуса), часть которого может растворяться в воде. Превращение органических веществ в условиях избытка влаги и отсутствия кислорода широко распространено в природе и называется оторфением; оно приводит к появлению твёрдых гумусовых продуктов. Образование сапропелей из водорослей и планктона протекает в отсутствие кислорода под слоем воды
(восстановительные реакции) и известно как процессы гниения, или гнилостного брожения.
Превращение органических веществ в торф происходит в результате протекающих химических реакций и деятельности бактерий, поэтому называется биохимической углефикацией. Превращение торфа через стадию бурых углей в антрациты называется углефикацией. Степень углефикации характеризуется уплотнением (повышением плотности), изменением содержания С, О, Н и выхода летучих. Процесс углефикации ускоряется с ростом температуры и глубина его зависит от времени; давление замедляет химические реакции, протекающие при этом.
4. Петрографическая характеристика углей
результаты петрографического исследования углей (от греческого petros – камень, grapho – пишу) позволяют установить природу исходных органических материалов, их генезис, классификацию ТГИ и выбор рационального использования в народном хозяйстве. В настоящее время петрографические исследования углей широко применяются при разведочных и поисковых работах, а петрографические характеристики являются обязательными при утверждении запасов. Так, в результате исследования углей установлено, что они не являются гомогенным веществом. Мецералы (macerare – размягчать) не обладают кристаллическим строением, различаются по химическому составу и физическим свойствам. В углях обнаружены превращённые частицы растительного и животного происхождения (например, водоросли, пыльца, споры, кутикулы, смоленые тельца), которые получили название форменных элементов. Другие вещества, которые претерпели более глубокие изменения не могут быть отнесены к каким-либо определённым исходным веществам, называют основной массой, которая в тонких шлифах разделяется на прозрачную и непрозрачную
(опакмассу).
Все мацералы делятся на три группы – витринит, экзинит (липтинит) и инертинит, причём в основе объединения оп группам лежит присущий им химический состав, происхождение и свойства.
Чаще всего встречаются ассоциации мацералов, причём такие сочетания называются микролитотипами. Последние подразделяются на моно-, би- и тримацеральные; при их отнесении к той или иной группе действует «правило
5%»: примесь нетипичных мацералов не должна превышать 5 % на полированной поверхности 50Ч50 мкм. Разновидности литотипов углей можно различить невооруженным глазом. Витрен – блестящий, кларен – полублестящий, дюрен – матовый и фюзен – волокнистый уголь. Сапропелевые угли в отличии от гумусовых не содержат слоистостей, однородные по составу и более прочные.
Они делятся на кеннельские угли и богхеды.
Витриниты являются основным компонентом типичных блестящих углей; они образуются из лиственных и древесных тканей в основном за счёт углефикации лигнина и целлюлозы. Широкое распространение витринита в твёрдых горючих ископаемых, однородность его состава, физических и химических характеристик обусловили широкое применение его для определения степени и возраста углефикации при сопоставлении различных отложений. По сравнению с группой экзинита витринит содержит меньше водорода и больше кислорода, в его структуру входят алифатические и ароматические фрагменты. Содержание ароматических структур с возрастом органической массы угля увеличивается от
25 до 65 %, доля летучих достигает 35 – 40 %, а смол полукоксования – 12 –
14 %.
Экзинитная группа содержит остатки сине-зелёных водорослей (алгинт), спор и пыльцы (споринит), полимеризованные смолы или углеводороды, жиры, кутикулы листвы и растений (кутинит), воскообразный эпидермис.
Полимеризованные продукты пропитывают древесные ткани или минералы, образуя резенит или диффузный полимеризованный битум. При разложении экзинита выделяется 60 – 90 % летучих веществ, 40 – 50 % смол полукоксования; он практически не растворим, молекулярная масса ? 3000, в основе структуры – ассоциированные нафтеновые и ароматические гетероциклические системы.
Группа инертита включает фюзенит (древесный уголь после пожаров или обугливания), окисленные остатки, грибки, полимеризованные смолы или углеводороды. Элементный состав фюзенита разнороден; он содержит много гидроксильных групп и ароматических ядер, выделяет 8 – 20 % летучих, до 4 % смолы полукоксования.
Витринит при 380 – 450 0С «плавится» и затем образует вспученный кокс.
Экзинит также обладает некоторыми коксующимися свойствами. Мацералы группы инертита обладают низкой химической активностью, которая незначительно меняется при метаморфизме. Отличаясь высоким выходом летучих, витринит определяет коксуемость углей, а экзенит характеризует пластические свойства углей. Подбирая состав шихт из отдельных мацералов в определённом соотношении, можно значительно расширить сырьевую базу для производства кокса.
Для изучения физических и химических свойств петрографических ингредиентов их необходимо выделить из угольной массы. Витрен, фюзен, дбрен и кларен можно разделить вручную, особенно в молодых углях; в зрелых каменных углях трудно отделить кларен от дюрена. Другой метод заключается в растирании угольного вещества. При этом наименее твёрдый дюрен переходит в мелкие классы. Концентраты ингредиентов можно получить разделением их в жидкостях с различной плотностью.
Классификация углей
Рациональное использование твёрдых горючих ископаемых в народном хозяйстве возможно при наличии классификации, учитывающей весь комплекс физических, химических и технологических свойств. Однако, несмотря на многолетние работы в этой области, до сих пор не существует единой промышленно-генетической классификации.
В соответствии с американской классификацией угли разделяют на несколько классов, отличающихся содержанием влаги и летучих, а также теплотой сгорания. В основе классификации Грюнера лежит элементный состав, отношение О/Н, плотность, выход и состав кокса. Близкой к ней является классификация Брокмана, основанная на сопоставлении данных о естественной влажности, элементном составе, плотности, выходе и свойствах кокса.
Немецкий палеоботаник Потонье созда...
ВНИМАНИЕ!
Текст просматриваемого вами реферата (доклада, курсовой) урезан на треть (33%)!
Чтобы просматривать этот и другие рефераты полностью, авторизуйтесь на сайте:
|
|
|
Добавлено: 2010.10.21
Просмотров: 1278
|
Notice: Undefined offset: 1 in /home/area7ru/area7.ru/docs/linkmanager/links.php on line 21
При использовании материалов сайта, активная ссылка на AREA7.RU обязательная! |
