Каменный уголь

236

Каменный уголь, см. приложение.

Каменный уголь и кокс. 

Каменный уголь принадлежит к ископаемым углям. Ископаемый уголь, представляя химически измененные остатки растений, в которых гистологические элементы последних, сохранившие свою структуру, пропитаны аморфным веществом, — есть минеральная порода, твердая, более или менее горючая, темно-бурого или черного цвета, непрозрачная, хрупкая, неплавкая без разложения, нерастворимая в  большей своей части в углеродистых жидкостях (эфире, бензоле, хлороформе, скипидаре, пиридине) и с таким содержанием золы, которое не исключает употребления его в обыкновенных топках (Любавин). Это определение ископаемого угля отличает его от торфа, горючих сланцев, янтаря и битумов: торф не хрупок, горючие сланцы содержат большое количество минеральных веществ, янтарь прозрачен, битумы плавятся и содержат много веществ, растворимых в углеродистых жидкостях. К ископаемым углям, кроме каменного угля, принадлежит также бурый уголь. Между торфом, различными бурыми углями, каменным углем и антрацитом нельзя провести резких границ. Вообще можно сказать, что по времени происхождения каменные угли старше (древнее) бурых углей; последние старше торфа; так: каменные угли находятся в пластах земной коры, которые носят название «каменноугольной» формации, в и некоторых соседних с ними слоях, как более древних, так и более новых; бурые  же угли — в третичной формации. Но и это не всегда оправдывается; так: торф в нижних своих слоях, в виде так называемого смолистого торфа, не представляет существенного различия с землистыми бурыми углями. В числе бурых углей, встречаемых в третичной формации (например, на острове Сахалине), попадаются вещества черного цвета, ничем не отличающиеся от того, что принято называть каменным углем. А также, в нижнем ярусе каменноугольной формации подмосковного бассейна находятся угли, описываемые геологами как каменные угли, но принадлежащие по своему виду и элементарному составу к бурым углям. Таким  образом различение бурых и каменных углей у геологов не совпадает с различением их у техников. Геолог Рот определяет бурый уголь так: «Ископаемые горючие вещества, встречающиеся в третичной формации и состоящие из измененных более или менее растительных веществ, называются бурым углем. Это понятие есть поэтому геологическое, а не основанное на определенных физических или химических свойствах: ископаемое топливо, находимое в более древних формациях, может иметь те же свойства, как и бурый уголь». И другие геологи также различают каменные и бурые угли лишь по геологическим и палеонтологическим признакам, и бурыми углями признают такие, которые встречаются не ниже третичной формации; каменные же угли находятся большей частью в формациях более древних, чем третичная.

Оставляя рассмотрение существующих теорий происхождения каменных углей под конец статьи, можно сказать, что ископаемые угли образовались при разложении вымерших растений и дерев, засыпанных землей, за счет измельчения клетчатки, являющейся главной их частью, и других органических составных частей растений. Процесс разложения клетчатки при недостаточном притоке или при отсутствии кислорода воздуха может быть охарактеризован, как внутричастичное окисление ее, происходящее за счет ее кислорода и сопровождающееся выделением воды, углекислоты и водорода; в результате получается в твердом остатке постепенное увеличение содержания углерода и таковое же уменьшение кислорода и водорода. Процесс такого внутричастичного окисления клетчатки, протекающий самопроизвольно, выражается (по Фр. Бергиусу) следующим химическим равенством:

25С₆Н₁₀О₆ (клетчатка) = 24СО₂ (углекислота) + 65Н₂О (вода) + 18Н₂ (водород) + 6С₂₁Н₁₄О₂ (углистый остаток)

Твердое вещество С₂₁Н₁₄О₂ весьма близко по своему составу к природным жирным углям с 83—84% углерода. Изображая процесс разложения клетчатки по вышеуказанному равенству, Бергиус предполагает, что этот процесс доведен почти до конца; если же рассматривать тот же процесс изменения в более ранней стадии его протекания, то получающиеся твердые углистые остатки уже содержат меньше углерода, но более водорода и кислорода. Таким образом, химический состав ископаемого топлива определяется стадией процесса разложения вымерших растений, что видно из следующей таблицы, в которой приведены средние результаты анализа органической части различных видов топлива.

%	Дерево	Торф	Бурый уголь	Каменный уголь	Антрацит
Углерода	50	60	70	82	94
Водорода	6	6	5	5	3
Кислорода	43	32	24	12	3
Азота	1	2	1	1	-

 

Профессор Алексеев предложил следующую схему образования каменных углей из клетчатки. С этой схемой почти сходны и другие схемы, предложенные позднее (например, Штремме, Потонье).

Из этой схемы нетрудно усмотреть, что каменный уголь является промежуточным продуктом разложения клетчатки, а антрацит - окончательным продуктом ее разложения. Химическое различие бурых углей от каменных сводится к следующему: 1) при сухой перегонке из бурого угля получается кислый (от присутствия уксусной кислоты) дистиллят (перегон); из каменного же угля — щелочные (от аммиака и других оснований). 2) При нагревании с раствором едкого кали, бурый уголь дает коричневый, а каменный уголь по большей части неокрашенный раствор. 3) При сплавлении с твердым едким кали, из бурого угля получается пирокатехин. 4) Содержание излишнего (сверх того количества, которое может связать кислород и воду) водорода в буром угле всегда меньше, в каменном же — больше. 5) Бурые угли, извлеченные из копи, содержат 40—60% гигроскопической воды; воздушно-сухие они заключают 10—20% влаги; вполне высушенные при 100° и потом оставленные лежать во влажном воздухе, они снова поглощают до 10%, даже до 20% влажности. Каменные угли при равных условиях редко обнаруживают водное содержание более 7%. 6) При нагревании с разбавленной азотной кислотой на водяной бане бурые угли, но не каменные, — дают коричнево-красный раствор с сильным газообразованием (лигниновая реакция).

Каменный уголь представляет вещество плотное, твердое, более или менее хрупкое, непрозрачное, матовое или с жирным блеском, черного или черно-бурого цвета с такой же чертой; некоторые его виды марки, другие же нет; излом гладкий или раковистый или занозистый; часто разбивается на кубические или ромбические куски, но кристаллического строения не имеет; удельный вес от 1,1 до 1,4; в среднем 1,3. Каменный уголь содержит в органической части от 75 до 93% углерода, 6—4% водорода и 19—3% кислорода + азота; 0,1—2,7 азота и большее или меньшее количество золы. Горит большей частью с пламенем, более или менее коптящим; дым с ароматическим смолистым запахом. При нагревании в закрытом пространстве оставляет значительный углистый остаток, называемый коксом (см. ниже), а выделяющиеся при этом летучие вещества содержат, между прочим, углекислый аммоний и летучие щелочи, и отгон имеет обыкновенно щелочную реакцию. Количество остающегося кокса при этом равняется в среднем 68%, но может значительно изменяться (от 50 до 90%) в зависимости от состава органической составной части угля. Каменный уголь мало окрашивает раствор едкого кали; при нагревании с S в пробирке выделяет сероводород. Относительно элементарного состава надо заметить, что угли одной и той же партии показывают нередко значительные разницы в содержании углерода; но наименьшее содержание углерода в каменных углях обыкновенно больше наибольшего его содержания в бурых углях, а для кислорода замечается обратное: в бурых углях его всегда больше, чем в каменных.

Каменный уголь встречается в земной коре в значительных количествах, часто в виде толстых пластов, тянущихся иногда на громадных пространствах (например, в Пенсильвании), иногда в виде тонких прослоек или в виде гнезд. Обыкновенно замечают, что количество прослоек каменного угля на одном и том же разрезе бывает обратно пропорционально его толщине. Параллельно простиранию пласта уголь обнаруживает ясную слоистость, по которой и отделяют куски его. Часто плоскости угля по этой слоистости бывают матовые, между тем как другие поверхности излома блестящи; матовые поверхности бывают покрыты тонким слоем маркого вещества, похожего на толченый древесный уголь: это — волокнистый уголь. Толщина пластов каменного угля изменяется от ½  дюйма до 3—4 футов. Так называемые толстые слои угля, доходящие до 8—10 фут. и даже до 30—40 ф., на самом деле представляют не один слой, а 2—3 и более, разделенных между собой тонкими прослойками глины или другими минеральными веществами (сланцами). Перпендикулярно плоскости пласта уголь разбит трещинами, заполненными газом или серным колчеданом. Растения, остатки которых образуют каменный уголь, принадлежат преимущественно к папоротникам (частью древовидным), каламитам, лепидодендрам, сигилариям и стигмариям; пальмы встречаются редко; найдено вообще до 200—300 видов растений. Характер растений, образовавших каменные угли, по-видимому, соответствует климату очень влажному, равномерному, теплому, без сильных холодов, но не тропическому. Флору каменноугольной формации находят сходной с флорой южных берегов Новой Зеландии. Растения, образующие каменный уголь, большей частью сухопутные, и остатки их тогда встречаются на том месте, где они росли, на что указывают остатки их корней, находимых в их нормальном положении, а в самых пластах угля находили много вертикально стоящих стволов деревьев. Каменный уголь залегает на очень различной глубине, иногда на столь значительной, что добывание его становится невозможным: принимая во внимание, что с углублением в землю на 30 метров, температура повышается на 1°С, надо полагать, что в местности со средней годовой температурой +40°С  на глубине 900 м должна быть температура +40°С. Допускают, что 40°С  во влажной атмосфере (и 50° в сухой) есть предельная температура, при которой возможна продолжительная работа. Самые глубокие шахты в 1159 м (в Бельгии), в которых производится в настоящее время работа; но последняя в них уже очень тяжела. При помощи разных холодильных приспособлений для вентилируемого воздуха в шахтах возможно будет работать на большей глубине, чем 1200 м от земной поверхности. Толщина разрабатываемого пласта (с точки зрения экономичности; для разных местностей различна; в Бельгии не разрабатывают пластов меньше 40 см толщиной, в Германии не считают возможным разрабатывать меньше 60 см, в Северной Америке разрабатывают пласты больше 1 м толщиной. Следовательно все зависит от местных экономических условий; богатства залежей каменного угля, цен на него, дороговизны рабочих рук и т. д.

По внешнему виду и связанным с этой внешностью внутренним свойствам разными авторами разделяются угли на разное число групп или видов. Различают: блестящий уголь, матовый уголь, кенельский уголь, псевдокенельский, волокнистый уголь и горючий сланец. Блестящий уголь отличается густым черным цветом, сильно стеклянным блеском, хрупок, с хорошей спайностью, большей частью беден золой, дает больший выход кокса, чем матовый уголь. Он встречается во всех ярусах, и глубже лежащие слои состоят только из него. Глубоко лежащий блестящий уголь бывает как спекающийся, так и неспекающийся; тогда как блестящий уголь в верхних ярусах обыкновенно спекающийся. Антрацит можно причислить к блестящим углям; это разновидность их, не отделенная резко от каменных углей. Блестящие угли можно считать самыми древними углями. Матовый уголь обыкновенно не встречается в отдельности, а только сросшись с блестящим углем, с которым чередуется в виде слоев, причем получается полосатый уголь. Он мало блестящ, самое большее, если имеет матовый жирный цвет. Излом его неровный или раковистый. Матовый уголь большей частью содержит меньше углерода, больше водорода и кислорода, чем блестящий уголь, но особенно характерно для него более значительное содержание не окисленного (излишнего) водорода. Выход кокса меньше, а содержание золы больше, чем у блестящего угля, кокс бывает менее спекающийся. Матовый уголь представляет по составу и по внешности переход к кенельскому углю. Кенельский, или свечной уголь (так называемый потому, что вследствие большого содержания не окисленного водорода легко загорается и продолжает гореть светлым пламенем, как свеча) по внешности похож на матовый, но без прослоек (полосатости) блестящего угля, содержит больше золы, чем матовые угли; кенельский уголь находится в верхних ярусах каменноугольных залежей; он встречается во многих местах в Англии, Франции, западной Германии, Богемии. С ним близки гагат и богхет, которые по возрасту причисляются к смолистым бурым углям. Псевдокенельский уголь похож на кенельский уголь по излому, по отсутствию спайности и слоистости и по цвету, но отличается от него хрупкостью. По элементарному составу резко отличается от предыдущего вида: всегда содержит больше углерода, чем кенельский уголь, содержание же не окисленного водорода в псевдокенельском угле большей частью меньше, чем в кенельском. Выход кокса также больше, чем у кенельских.

Горючий сланец (угольный сланец) представляет глинистый сланец, пропитанный более или менее углистым веществом; по сжигании органического вещества, остаток золы сохраняет форму первоначального куска сланца. Содержание золы в горючих сланцах обыкновенно большое: 43—75%. По внешности они очень похожи па кенельские угли: только содержание золы в коксе разрешает это сомнение.

Волокнистый уголь (сажистый уголь) — рыхлая землистая, маркая масса, состоящая из коротких волокон или пыли, легко растирается, дает неспекающийся кокс. Сюда принадлежит волокнистый уголь, встречающийся между слоями плотных углей; но сажа может попадаться и самостоятельно; при микроскопическом исследовании обнаруживает заметную растительную структуру; он образовался из древесины хвойных и древовидных споровых растений.

По употреблению, на которое преимущественно пригоден уголь, отличают в Англии: газовый уголь, домашний уголь, паровой уголь: к этому можно было бы прибавить кузнечный и коксовый уголь.

По качеству кокса, получающегося из угля, различают угли спекающиеся и песчанистые. Спекающиеся угли, во время сухой перегонки, подвергаются размягчению, отчего отдельные кусочки угля склеиваются и соединяются в отдельный кусок. Песчанистые угли дают кокс, не склеивающийся в одну массу, в или порошковатый, или в виде кусков, сохранивших первоначальную форму угля. По Грюнеру, надо отличать 2 вида песчанистых углей: сухие, в которых отсутствие спекаемости есть следствие большего содержания кислорода, и которые приближаются к бурым углям, и тощие, неспекаемость которых происходит от слишком большого содержания углерода и малого содержания водорода, и которые приближаются к антрацитам. Спекающиеся угли при нагревании до известной температуры начинают размягчаться, пучиться и выделяют в полусплавленном, тестообразном состоянии пузыри газа, горящего блестящим пламенем. Свойство спекаться встречается во всех степенях от едва заметного соединения частиц до почти полного сплавления их. Спекаемость сохраняется при крайне высоком и крайне низком содержании летучих составных частей, иначе: она не находится в прямом соотношении с составом угля, а зависит от присутствия или отсутствия некоторых углеводородистых соединений, о природе которых мы мало знаем. По Данату, явление спекаемости зависит от нескольких составных частей угля, из которых одни являются продуктом разрушения протеиновых веществ растений, послуживших материалом для образования угля, другие же - такой же продукт разрушения клетчатки, камедей и ароматической части лигнина; в некоторых же случаях, кроме того, имеют значение продукты превращения естественного асфальта или каменноугольного пека первых отгонов, которые при некоторых, иногда местно действующих условиях, могли произойти при самом образовании каменных углей. Попытки отыскать связь между спекаемостью углей и их элементарным составом были мало удачны: можно наметить только пределы, между которыми встречаются спекающиеся угли: эти пределы — сухие и тощие угли по классификации Грюйера (см. дальше). Рихтерс нашел в нижнесилезском угле пласт, в одном конце которого был спекающийся уголь, а в другом — не спекающийся, хотя элементарный состав и внешний их вид одинаковы. Некоторые угли теряют очень быстро способность спекаться после того, как уголь полежал на воздухе. В техническом отношении заслуживает внимания классификация Грюйера, в основу которой были положены: 1) элементарный составь органической части угля и отношение суммы кислорода и азота к количеству водорода, так как это отношение тем меньше, чем больше удалено данное топливо от клетчатки; 2) выход и качества кокса; 3) относительные количества дегтя, воды и газа, получаемых при перегонке, и 4) теплотворная способность угля. Эта классификация каменных углей такова:

Типы углей	Удельный вес	Состав органической части угля в %			(O+N)/H	Выход кокса в %	Тепло производительная способность	Свойства кокса
		Углерода (С)	Водорода (Н)	Кислорода и азота (O+N)
I. Сухие угли с длинным пламенем	1,25	75-80	5,5-4,5	19,5-15	4-3	50-60	8200-8300	Порошок или едва спекшийся
II. Жирные угли с длинным пламенем. Газовые угли.	1,28-1,30	80-85	5,8-5	14,2-10	3-2	60-68	8500-8800	Сплавленный, но сильно вспучен.
III. Жирные угли с средним пламенем. Кузнечные угли.	1,30	84-89	5-5,5	11-6,5	2-1	68-74	8800-9300	Сплавленный средней плотности
IV. Жирные угли с коротким пламенем. Коксовые угли.	1,3-1,35	88-91	5,5-4,5	6,5-5,5	1	74-82	9300-9600	Сплавленный очень плотный.
V. Тощие угли с коротким пламенем. Антрацитовые угли.	1,35-1,4	90-93	4,5-4	5,5-3	1	82-90	8800-9500	Спекшийся или порошок
VI. Антрацит	1,5-1,75	93-95	4	3	0,75	87-90	8200-8400	Порошок

 

Достоинство этой технической классификации каменных углей заключается в том, что для типичных каменных углей сразу определяется их применение в промышленности, т. е. прямо говорится, что каменный уголь такого-то состава есть коксовый, газовый и т. д. Недостаток этой технической классификации каменных углей заключается в том, что совершенно упущена из вида возможность наличности каменных углей, имеющих одинаковый процентный состав органической части их, но дающих различный выход кокса или образующих кокс разного свойства; а также иногда содержание золы оказывает влияние на качества кокса. Весьма полную характеристику каменных углей, согласно приведенной таблице, дает профессор Любавин, которую мы приводим в кратком извлечении.

I. Сухие угли с длинным пламенем, или пламенные угли. Имеют черный или темно-бурый цвет. Тверды и трудно истираются. Излом неровный, иногда раковистый. Удельный вес 1,25. Элементарный состав органической части: С: 75—80%; Н 4,5 — 5,5%; (О+N): 15—19,5. Кокс получается или в виде порошка, или слегка спекается. При сухой перегонке дают 50—60% кокса, 5—12% аммиачной золы, 15—18% дегтя, 20—30% газа. Теплотворная способность органической части 8200—8300 кал.; 1 килограмм угля в его натуральном виде испаряет 6,0—6,3 кг воды. Употребляются в металлургических производствах, для пламенных печей. Для коксования мало пригодны. В топках дают коптящее пламя и много дыма. Из углей Донецкого бассейна к этому классу относят лисичанский уголь и уголь изюмского уезда Харьковской губернии. Из Домбровского бассейна к этому классу принадлежит большинство углей.

II. Жирные угли с длинным пламенем, или газовые угли. Имеют черный цвет и блеск сильнее, чем у углей предыдущего класса, обладают слоистым сложением; тверды, но менее углей предыдущего класса; удельный вес 1,28—1,3. Элементарный состав органической части: С: 80—85%; Н: 5—5,8%; (О+N): 10-14,2%. Кокс получается спекающийся, но довольно рыхлый. При сухой перегонке оставляют 60—68% кокса, 3—5% аммиачной воды, 12—15% дегтя и 17—20% газа. Теплотворная способность органической части 8500—8800 кал.; 1 килограмм угля в его натуральном виде испаряет 7—7,5 кг воды. Употребительны для газового производства. Для металлургических целей и коксования малопригодны. В топках дают коптящее пламя и много дыма. Из углей донецких к этому классу относят Голубовский, брянский, петромарьевский, а из английских — ньюкестльский.

III. Жирные угли с средним пламенем, или кузнечные угли. Имеют черный цвет, сильный блеск; обладают слоистым сложением. Удельный вес 1,3. Элементарный состав органической части: С: 84—89%; Н: 5—5,5% и (О+N): 6,5—11%. Кокс получается спекающийся. При сухой перегонке дают 68—74% кокса, 1—3% аммиачной воды, 10—13% дегтя, 15—16% газа. Теплотворная способность органической части 8600—9300 калорий: 1 кг угля в его натуральном виде испаряет 7,5—8,3 кг  воды. Употребительны для коксового производства и для топки паровых котлов. В топках горят длинным блестящим пламенем; в жару размягчаются и плавятся, причем сильно   вспучиваются. Из углей Донецкого бассейна к этому классу относят карповский, щербиновский, новороссийский.

IV. Жирные угли с коротким пламенем, или коксовые угли. Имеют черный цвет, но блеск слабее углей предыдущего класса; обладают слоистым сложением; легко ломаются; удельный вес 1,3—1,35. Элементарный состав органической части: С: 88—91%; Н: 4,5—5,5%; (О+N): 5,5—6,5%. Кокс получается плотный и твердый, т. е. хорошо спекающийся. При лежании на воздухе многие из углей этого класса теряют способность спекаться. При сухой перегонке дают 74—82% кокса, 1% аммиачной воды, 5—10% дегтя, 12—15% газа. Теплотворная способность органической части 9300—9600 калорий; 1 кг угля в его натуральном виде испаряет 9—9,5 кг воды. Употребительны для коксового производства и для топки паровых котлов. В топках загораются трудно, дают пламя короткое и светлое; образуют мало дыма. Из углей Донецкого бассейна к этому классу относят смоляниновский, прохоровский, а из английских — кардифский.

V. Тощие угли с коротким пламенем, или антрацитовые угли. Представляют переход к антрациту. Имеют черный цвет с матовыми полосами; иногда довольно хрупки: удельный вес 1,35—1,4. Элементарный состав органической части: С: 90—93%; Н: 4—4,5%; (О+N): 3—5,5%. Кокс получается едва спекающийся или порошковатый. При сухой перегонке дают 82—90% кокса, 0—1% аммиачной воды, 2—5% дегтя, 12—18% газа. Теплотворная способность органической части 8800—9500 калорий; 1 кг угля в его натуральном виде испаряет 8,5—9,5 кг воды. Употребительны для металлургических целей. В топках загораются трудно, дают пламя короткое и почти не образуют дыма. Из углей Донецкого бассейна к этому классу можно отнести уголь алексеевский, рутченковский.

Антрацит отличается от каменного угля большим содержанием углерода, большим выходом кокса, причем последний всегда неспекающийся. Отличается значительной твердостью, но хрупок. Имеет бархатно-черный цвет, полуметаллический блеск, раковистый излом. Удельный вес 1,5—1,75. Элементарный состав органической части: С: 94-96%, Н: 1,5—3,5%, О: 2,5%. При сухой перегонке дает 93—99% кокса. Теплотворная способность органической части 8200—8400 калорий. Употребителен для металлургических целей. В топках загорается с большим трудом, горит без пламени или со слабым, не дает дыма, не плавится и не спекается, но иногда растрескивается. Из антрацитов Донецкого бассейна следует указать на грушевский, должанский, хрустальский.

Итак, принимая во внимание технические свойства, разделяют каменные угли на тощие и жирные, короткопламенные и длиннопламенные, неспекающиеся и спекающиеся.

Так как каменные угли произошли из растений, в которых, кроме органической, всегда имеется неорганическая часть, то последняя в них и остается в большинстве случаев, если растение подверглось дальнейшему изменению в засыпанным землей виде: при затоплении же некоторое количество минеральных веществ могло быть выщелочено водой, но часть их все-таки остается внутри клеток погибшего растения; но, кроме того, другая часть неорганического вещества углей происходит от пород, сопровождающих уголь, и от минералов, образовавшихся в самом каменном угле посредством проникновения в пласт угля после его образования. О составе неорганической части углей можно судить по золе. Состав золы каменного угля изменчив не только в зависимости от разных месторождений, но даже в зависимости от разных пластов одной и той же копи. Вот анализ золы четырех образцов каменного угля из разных пластов, лежащих друг на друге:

SiO₂ (%) – 27,36; 10,64; 6,68; 4,66;
Al₂O₃ – 22,55; 15,22; 14,13; 7,65;
Fe₂O₃ – 46,90; 51,37; 74,80; 55,42;
CaO – 2,69; 12,98; 31,12; 21,37;
MgO - -; 6,70; - ; 9,82.

Анализ золы кокса, полученного из разных каменных углей Донецкого бассейна:

SiO₂ (%) – 36,47; 53,50;
Al₂O₃ – 19,92; 30,14;
Fe₂O₃ – 6,94; 28,70;
CaO – 1,76; 12,35;
MgO – 0,70; 2,01.

Из минеральных составных частей каменных углей следует отметить; серный колчедан, известковый шпат, магнезит и углекислую закись железа. Несмотря на значительное иногда содержание серного колчедана в самом угле, в золе его может не оказаться соответственно большого количества серной кислоты, так как сернокислая окись железа при прокаливании ее теряет. Сера, содержащаяся в каменном угле в виде колчеданной серы, признается за вредную составную часть каменного угля: при горении его, сернистокислые соединения разлагаются с образованием сернистой кислоты, которая может разъедающе действовать на железные стенки паровиков; если же каменный уголь подвергается переделке на кокс, то колчеданная сера при коксовании не удаляется вместе с летучими веществами угля целиком, а только некоторой своей частью; большая же часть серы остается в коксе, и последний  тем меньше ценится, чем больше серы он содержит. Отсюда, при технической оценке каменного угля, очень важно знать содержание в нем серы вообще и серы, остающейся в золе. По разности количества первой и второй серы, можно судить о количестве вредной для топок паровиков серы. За норму содержании серы в донецком каменном угле можно принять: для мытого 1,5% летучей и 2% общей и для немытого 2% летучей и 2,5% общей. Что же касается допустимого содержания золы в донецком каменном угле, то за норму можно принять: для мытого 5% и для немытого 7%. Имеет немаловажное значение способность золы каменного угля шлаковаться (сплавляться): чем легкоплавче зола, тем чаще приходится чистить колосники от образовавшихся шлаков, на что тратится лишняя работа, сопровождающаяся потерей тепла топлива, так как каждый раз приходится снова восстанавливать прерванный правильный процесс горения топлива.

Следует различать влагу в каменном угле двух родов: влага воздушная, которая выделяется из каменного угля при лежании тонким слоем при температуре 15°—20°С; влага гигроскопическая — которая выделяется из каменного угля при высушивании при температуре 105—110°С. Как нормы для допустимого содержания воздушной и гигроскопической влаги в каменном угле, можно принять; во-первых, для немытого угля 3% летом и 4% зимой, и, во-вторых, для мытого угля 4% летом и 5% зимой.

Определение золы и влаги и каменных углях весьма существенно, потому что содержание их может оказаться, против ожидания, очень значительным (например, при перевозке и хранении каменный уголь бывает большей частью ничем не прикрыт; из атмосферы может попасть в него влага).

Каменные угли всегда содержат газы, выделяющиеся из них свободно, хотя и медленно. Газы эти: метан, углекислота, азот и кислород (примешивающийся к первым трем из воздуха). При химическом исследовании этих газов, признаваемых за продукты дальнейшего изменения каменного угля, полное устранение примеси из атмосферного воздуха представляет большие трудности.

Брокман исследовал газовые смеси, полученные им нагреванием образчиков угля в вакууме (в безвоздушном пространстве) и пришел, к следующим результатам. (См. табл. ст. 9 и 10).

Кроме метана (СН₄), некоторые сорта каменного угля выделяют и другие углеводороды, например, этан. Если уголь взят в виде порошка, то, при вакуумировании, даже при более низкой температуре (50—55°), получается значительно больше газа, чем если уголь взят был в виде кусков. Замечено, что чем старее уголь, тем он больше выделяет газов; больше всего содержат газов антрациты, нагреванием которых до 100° получали до 600 к. с. и более газов на 100 гр. антрацита.

Вестфальские угли (1 – эссенский уголь; 2 – тощий уголь; 3 – жирный или коксовый уголь; 4 – газопламенный уголь; 5 – жирный или коксовый угол; 6 – каннельский уголь; 7 – английский Huttonflota Ryhope; 8 – забрюкенский Camphausen; 9 – верхнесилезский Sattelflotz; 10 - ?; 11 – лесной уголь Backeburg; 12 – Бурый уголь и Габхествальда).

В 100 г угля	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Количество кокса, получаемого при сухой перегонке	77	80	74	60	74	46	63	60	63	62	80	56
Количество газа	23	20	26	40	26	54	37	40	37	38	20	44
Кол-во включенных в угле газов в куб. с.	87	50	100	10	150	7	70	100	30	20	90	50
Состав газов, выделившихся из этих углей при нагревании до 100° в вакууме
Метан	96	75	94	12	87	60	94	84	-	-	94	-
Углеводороды	2	22	6	21	13	40	3	16	60	32	3	31
Азот	2	3	-	67	-	-	-	-	30	61	3	-
Кислород	-	-	-	-	-	-	-	-	5	3	-	-
Углеводороды иного, чем метан, состава	-	-	-	-	-	-	3	-	-	-	-	-
Окись углерода	-	-	-	-	-	-	-	-	5	4	-	9

 

При лежании каменного угля на воздухе происходит, кроме выделения из него газов, изменение угля под влиянием кислорода. Изменение состава и свойств угля при лежании на воздухе называется выветриванием его. При выветривании происходит поглощение кислорода и соответственное выделение СО₃ и Н₂О. В результате уменьшается процентное содержание углерода, увеличивается гигроскопичность, уменьшается спекаемость и теплотворная способность. На основании новейших исследований, это свойство угля находится в связи с присутствием в угле некоторых ненасыщенных углеродистых соединений. Поглощение кислорода каменным углем может быть причиной самовозгорания его. Окисление угля воздухом сопровождается выделением тепла, которое тем выше поднимает температуру угля, чем больше масса угля. Возвышение температуры усиливает окисление, которое еще более поднимает температуру, и таким образом постепенно может дойти до воспламенения. Самовозгорание углей было неоднократно причиной пожаров и гибели кораблей в море. Самовозгоранию содействует присутствие большого количества колчеданов и мелкость угля. Для предупреждения самовозгорания каменных углей на кораблях, они должны лежать под крышей на железном полу, положенном па цементе; все части постройки, находящиеся в прикосновении с углем, должны быть из железа или камня; деревянные же части должны быть цементированы; чрез угольную кучу или вблизи ее не должно проводить паровых труб; уголь не должно складывать в сырую погоду, и т. д.

Исследование каменного угля. Для исследования отбирается средняя проба. Определяют: влажность, золу, выход кокса, серу, фосфор и теплотворную способность.

1. Точно отвешенная навеска угля 3—5 г, нагревается в паровом  сушильном шкафу в продолжение 2—3 часов, потом взвешивается и определяется потеря в весе. В более точных анализах, рекомендуют нагревать в сушильном шкафу при 100°С в струе водорода.

2. Для определения воды, сжигают 1 г угля в платиновом или фарфоровом тигле; причем необходимо нагревать довольно долго сначала на малом огне и потом доканчивать сжигание в сильном жару. Обращают внимание на цвет полученной золы. Бурый цвет указывает на значительное содержание железа. В сожженном угле определяют содержание серной кислоты, связанной основаниями. Для этого содержимое тигля обрабатывают при нагревании соляной кислотой с некоторым количеством брома (для окисления сернокислых соединений, если они образуются), потом после охлаждения отфильтровывают нерастворимый осадок, фильтрат нагревают до кипения и осаждают кипящим раствором хлористого бария. Серная кислота осаждается в виде серно-бариевой соли. Дают последней отстояться; после охлаждения, фильтруют раствор. На фильтре собирается серно-бариевая соль; ее промывают, высушивают, прокаливают в тигле и взвешивают. Прокаленный остаток представляет вес серно-бариевой соли. Количество ее перечисляют на серу. 1 весовая часть BaSО₄ - 0,137 весовых частей S. Сера, определяемая таким образом, соответствует сере, содержащейся в угле в окисленном виде (например, в виде гипса), и сере колчеданов, окисляемой при горении и связываемой в золе основаниями. Это — безвредная сера при сжигании угля в топках паровых котлов.

3. Общее же количество серы в угле определяется по способу Эшка. Для этого 1 г мелкоистертого угля смешивают с 1 г жженой магнезии и ½  г безводной соды и прокаливают смесь в платиновом тигле на пламени обыкновенной спиртовой лампы до исчезновения серой окраски смеси. После прокаливания, содержимое тигля обрабатывают водой с прибавкой бромной воды, профильтровывают, подкисляют соляной кислотой и осаждают кипящий раствор кипящим же раствором хлористого бария. Осадок серно-бариевой соли отфильтровывают, высушивают, прокаливают и взвешивают в виде серно-бариевой соли. 1 весовая часть BaSО₄ - 0,137 весовых частей всей серы. Вычитая из найденного количества серы вес серы в золе, мы получим количество вредной серы, улетучивающейся при сжигании топлива в тоннах вместе с дымогарными газами.

4. Выход кокса. 1 г мелкоистертого угля помещают в платиновый тигель, закрывают крышкой и сразу сильно нагревают на газовой горелке. Мук рекомендует нагревать так: дно тигля должно отстоять от отверстия горелки на 3 см, а высота пламени ее не менее 18 см. Нагреваемый тигель должен обхватываться пламенем со всех сторон. Нагревание продолжают до тех пор, пока горячие летучие продукты из угля не перестанут быть заметными между крышкой и тиглем; со остыванием в эксикаторе, взвешивают. Нелетучий остаток, по вычитании из него золы и отнесении к беззольному углю, называется коксом; потеря в весе обозначает летучие вещества. Получившийся кокс исследуют: представляет ли он бессвязный порошок, свободно высыпающийся из тигля, или связную массу? В первом случае угли и кокс называются неспекающимися, а во втором — спекающимися.

Реже определяют в угле содержание углерода, водорода и кислорода. Для определения этих составных частей угля производят сжигание навески его по всем правилам органического анализа. Кроме указанных определений, очень важно знать теплотворную способность исследуемого каменного угля, т. е. знать количество теплоты, выделяемое им в калориях. В характеристике углей по классификации Грюйера указана была теплотворная способность главных представителей классов. Относительно каменных углей надо заметить, что теплотворная способность их повышается, начиная с пламенных углей, достигает наибольшего значения для коксовых углей, а затем понижается к антрацитовым углям. В доказательство правильности высказанного, приводам нижеследующие данные (по Малеру):

Сорт угля	Состав угля в %					Выход в %		Теплотворная способность 1 кг калориям
	Углерода	Водорода	Кислорода	Влаги	Золы	Летучих веществ	Кокса
Пламенный	74,73	5,17	11,76	3,5	4,85	39,4	60,6	7408
Газовый	76,55	6,01	8,80	3,95	4,70	33,0	67,0	7703
Кузнечный	83,75	4,39	5,76	1,10	5,00	21,5	78,5	8051
Коксовый	85,69	4,17	5,24	0,90	4,00	14,0	86,0	8417
Антрацитовый	84,07	3,63	4,22	0,83	7,25	6,7	93,3	7850
Антрацит	86,46	2,00	2,20	3,45	5,90	3,0	97,0	7484

 

При определении величины теплотворной способности каменного угля пользуются одним из трех методов:

1. Сжигают определенную навеску сухого каменного угля в особом замкнутом металлическом сосуде, окруженном водой, называемом калориметром, например системы Малера и др., причем выделяющееся тепло поглощается водой, а затем, посредством соответствующих вычислений, на основании поднятия температуры воды, находят величину теплотворной способности исследуемого угля.

2. Производят элементарный химический анализ каменного угля, т. е. определяют количество содержащихся в нем углерода, водорода, кислорода, азота, влаги, серы, золы, и на основании полученных результатов, пользуясь соответственной формулой, например, Дюлонга, вычисляют величину теплотворной способности исследуемого угля.

3. Производят технический анализ каменного угля, т. е. определяют содержание в нем влаги, золы, выход кокса и летучих веществ, и на основании полученных результатов вычисляют величину теплотворной способности исследуемого угля, пользуясь соответствующей формулой, например, Гутала.

В настоящее время общепризнано, что теплотворная способность каменного угля должна быть определяема не путем вычислений по химическому составу, а путем экспериментальным в  калориметре, так как это единственный метод, дающий правильные результаты. Значительной простотой отличается определение теплотворной способности каменного угля посредством вычисления по формуле Гутала, на основании результатов технического анализа, но вместе с этим не обладает особой точностью, а потому этим способом можно пользоваться только в случаях, когда приходится анализировать сорта каменного угля, теплотворная способность которых более или менее известна, благодаря определению калориметрическим методом.

Анализы некоторых углей Донецкого бассейна с показанием теплопроизводительной способности каждого из них:

Топливо (№№ по порядку испытаний	Сорт	Летучие вещества	Зола	Сера	Углерод	Водород	Теплотворная способность	Паропроизводительная способность
								Нормальный ход	Усиленный ход
Антрациты: №1 №2 №3 №4 №5 №6 №7	№1-4 Крупный орех №5-6 Полудюйм №7 Семечко	2,11 2,62 2,32 2,68 2,35 2,38 3,44	2,84 2,70 1,54 4,44 3,33 10,93 16,99	1,29 1,49 0,85 1,48 2,02 2,29 2,72	89,26 89,55 88,72 87,40 87,83 81,78 76,24	2,26 3,08 2,07 1,92 1,90 2,28 1,97	7555 7815 7677 7513 7547 6984 6668	1 кг топлива дает паров кг
Донецкие угли №1 №2 №3 №4 №5 №6 №7 №8 №9 №10 №11 №12		16,77 18,40 20,36 19,49 34,36 32,14 19,30 33,34 36,13 37,13 36,59 43,46	7,36 3,68 6,19 7,80 5,55 6,47 12,94 4,71 6,29 3,34 5,01 7,44	0,82 1,68 1,71 3,19 1,84 4,15 3,43 2,95 3,45 2,10 1,22 4,80	85,70 85,70 82,87 80,95 77,74 80,15 75,83 80,22 77,44 78,23 76,82 68,79	4,55 4,65 4,66 4,90 5,65 5,22 4,39 5,05 5,40 5,59 5,42 5,43	7747 8029 7795 7661 7494 7696 7280 7658 7372 7448 7274 6675	8,66 8,80 8,66 8,12 8,01 7,47 7,91 7,78 7,59 7,20 7,14 5,68	8,87 8,54 8,34 7,91 7,96 7,58 7,05 6,91 7,07 7,05 6,29 5,65
Домбровский уголь		37,14	5,80	0,83	71,52	5,61	6550	6,74	6,35
Дубовые дрова		-	0,89	-	45,51	6,25	3971	2,90	3,23

Примечание: Исследования производились в котельной лаборатории Киевского политехнического института.

О размерах каменноугольных формаций на земной поверхности.

По Лозе наиболее значительные площади пластов каменного угля находятся в Китае и Североамериканских Соединенных Штатах. Пространственное распределение запасов каменного угля видно из следующих данных:

Китай – 600 000 кв. км;
США – 517000;
Канада – 168000;
Британская Индия – 91940;
Новый Южный Уэльс – 62160;
Россия (кроме Центральной Азии, Сибири и Кавказа) – 51800;
Великобритания и Ирландия – 30820;
Испания – 14244;
Япония – 12950;
Франция – 5386;
Австро-Венгрия – 4636;
Германия – 4584;
Бельгия – 1320.
Всего – 1566000 кв. км.

Если же включить в список Сибирь, центральную Азию, Африку и другие страны, не упомянутые в списке, то общую поверхность каменноугольной формации земли можно оценить по крайней мере в 2 миллиона квадратных километров. В настоящее время каменный уголь разрабатывается только на поверхности 100 000 кв. километров, т. е. на 1/20  поверхности всего запаса. Если же принять во внимание эти неразрабатываемые области, то в предположении, что мировая производительность достигнет 1 миллиарда тонн, даже по истечении 100 лет, мир обеспечен запасом угля более, чем на 2000 лет (Тюббен).

В следующих двух таблицах представлены данные по статистике добывания и расходования каменного угля в главнейших странах с каменноугольной промышленностью (См. табл. стр. 15/16 и 17/18).

По количеству добываемого каменного угля и антрацита Северо-Американские Соединенные Штаты занимают 1-ое, а по площади каменноугольных богатств 2-ое место в мире. Площадь, занимаемая пластами каменноугольной формации, простирается до 510 000 кв. километров, но далеко не на всей этой площади находится каменный уголь, так: Миссури, Арканзас, Иова, представляя поверхность в 189 000 кв. км, и находясь в области каменноугольной формации, не содержат угля. 100 лет тому назад никто не знал о нахождении минерального топлива в недрах этой страны. Открытие каменного угля совпадает с началом промышленного развития в  Штатах, и рост промышленности вообще шел параллельно с ростом добычи каменного угля и открытием новых залежей, обусловливала влиянием непрерывного взаимодействия. Ныне Соединенные Штаты превзошли в добыче каменного угля Англию и Германию, давая более 1/3  всего мирового производства. Штатом, наиболее богатым углем, является Пенсильвания. Бок о бок с добычей каменного угля, здесь развилась весьма сильная металлургия, пожирающая непомерное количество угля. На долю Пенсильвании падает 1/3 всего угля, добываемого в 20 штатах. В ней сосредоточены громаднейшие антрацитовые пласты, протяжением около 2 200 кв. км. Пенсильвании же принадлежит первое место в коксовом производстве, и одна область Конельсвилль, вблизи Питтсбурга, дает 20 млн. тонн кокса в год. Развитием своей каменноугольной промышленности Америка больше всего обязана европейской эмиграции. Из 700 000 рабочих, занятых, при далеко неблагоприятных условиях, в американской горнопромышленности, не найдется и 1/7 части родившихся в Америке. Расцвет угольной промышленности в Соединенных Штатах объясняется многими благоприятными условиями: громадным протяжением пластов по простиранию, большой мощностью их, доброкачественностью угля, постоянным приливом рабочих и весьма неглубоким залеганием пластов, часто выходящих на поверхность. Дополнением к этому служат дешевые тарифы конкурирующих между собой железных дорог и более дешевые водяные сообщения. Достойно внимания, что в то время, когда в Англии количество добытого угля составляет 300 тонн в год на одного рабочего, а в Германии и того меньше, в Америке оно достигает 520—550 тонн.

2-е по количеству добываемого каменного угля место принадлежит Великобритании и Ирландии, хотя по площади каменноугольной формации они занимают только 7-ое место. Число рабочих на угольных копях (вместе с антрацитовыми) в 1909 г. было 1 013 988 чел., так что на одного рабочего приходится добычи 16 130 пуд., или 248 тонн. Всего добыто было в Великобритании угля (вместе с антрацитом): в 1909 г. — 267 994 701 т, в 1910 г. — 268 663 956 т  и в 1911 г. — 268 029 000 т. Принимая во внимание ежегодный, постоянно убывающий, процент нарастания добычи угля в Англии, Нассе вычисляет, на основании данных парламентской комиссии, что запаса угля, определенного этой комиссией в 198 миллиардов тонн, хватит до 2558 г.

3-е по количеству добываемого каменного угля и 12-ое место по площади каменноугольной формации занимает Германия. На основании новейших вычислений Шульца, только в одном рейнско-вестфальском каменноугольном округе, в открытом до начала нынешнего столетия объеме, заключается до глубины 1000 м еще 29,3 миллиарда тонн, до глубины 1500 м — 54,3 миллиарда тонн и на глубине самых глубоких пластов 129,3 миллиарда тонн каменного угля; поэтому, при ежегодном расходовании около 100 млн. тонн, угольного запаса до глубины 1000 м хватит еще на 293 года, до глубины 1500 м — на 543 года и до полного истощения еще на 1293 года. Добыча каменного и бурого угля за три последних года достигла следующих размеров (в тоннах):

	1909	1910	1911
Каменного угля	148788050	152827777	160747126
Бурого угля	68657606	69547299	73774128

 

4-е место по количеству добываемого каменного и бурого угля принадлежит Австро-Венгрии; но надо отметить, что в Австрии бурых углей больше, чем каменных. Добыто в тоннах (в Австрии):

	1910	1911
Каменного угля	13773985	14861314
Бурого угля	25132855	25255429
Каменноугольного брикета	148072	138838
Буроугольного брикета	186146	208759
Кокса	1999106	2076978

 

5-е место по количеству добываемого каменного и бурого угля и 10-е по кв. поверхности каменноугольной формации принадлежит Франции. Но количество угля, добываемого в стране, не хватает для ее потребления, и много угля привозится из Англии, Бельгии и Германии. По расчету Нассе, на основании имеющихся сведений о запасах угля и на основании чисел ежегодной его добычи, французские залежи должны истощиться чрез 500 лет. Добыто угля во Франции (в тоннах):

1909 г. – 37971858;
1910 г. – 38570473.

Причем на каменный уголь и антрацит падает 98% всего количества, а на бурый — 2%.

7-е место по количеству добываемого каменного угля и антрацита и 13 по кв. площади залежей занимает Бельгия; по исчислению Нассе, бельгийского угля хватит на 700—800 лет. Бельгийский уголь отличается содержанием углерода в органической части; но он залегает в земле глубоко и неправильно. Количество добытого угля (в тоннах):

1909 г. – 23561125;
1910 г. – 23127230;
1911 г. – 23112062.

6-е место по количеству добываемого каменного угля вообще (вместе с антрацитом) и 6-ое место по площади каменноугольной формации занимает Европейская Россия. Но залежи каменного угля в ней не имеют такой мощности, как в  Западной Европе. В России из каменноугольной формации развит преимущественно нижний ее ярус — горный известняк, содержащий вообще меньше угля, чем верхний ярус; только в Привислянском крае встречается верхний ярус каменноугольной формации. Месторождения Европейской России разделяются на 4 бассейна: западный, или вольский, северный, или подмосковный, южный, или донецкий, и восточный, или уральский.

Западный бассейн, в окрестностях Домброва, Петроковской губернии, составляет продолжение верхнесилезского месторождения. Пласт имеет толщину до 6 саженей, небольшое протяжение. Уголь принадлежит к слабоспекающимся, преимущественно к сухим пламенным по классификация Грюнера; следовательно, для коксования непригоден, имеет наклонность к самовозгоранию, при лежании на воздухе выветривается. Употребляется для нагревания паровиков, на топку домашних печей. 

Добыча ископаемых углей в главных странах с каменноугольной промышленностью.

Годы	Соединенные Штаты		Великобритания	Германия		Австро-Венгрия		Франция		Бельгия	Россия
	Мягкий уголь, тыс. т	Антрацит, тыс. т	Каменный уголь, тыс. т	Каменный уголь, тыс. т	Бурый уголь, тыс. т	Каменный уголь, тыс. т	Бурый уголь, тыс. т	Каменный уголь, тыс. т	Бурый уголь, тыс. т	Каменный уголь, тыс. т	Каменный и бурый уголь, тыс. т
1890	100967	42154	184520	70238	19053	9926	17581	25591	492	20366	6015
1895	152572	52614	192696	79169	24788	10791	21864	27583	437	20548	9098
1900	192601	52041	228784	109290	40498	12440	26668	32721	683	23463	16156
1902	236054	37532	230729	107474	43126	12208	27272	29365	632	22877	16466
1904	252784	66364	236147	120816	48635	13024	27507	33502	666	22761	19609
1905	285807	70449	239907	121299	52512	13673	28781	35218	709	21775	18669
1906	311037	64603	255085	136480	56225	14711	30533	33458	739	23570	21727
1907	358103	77655	272116	143223	62320	15125	32754	35939	765	23705	24883
1908	301711	75541	265713	148537	66746	15150	33220	36874	749	23679	24083
1909	402982	Уголь и антрацит	263774	148788	68657	39842	Каменный и бурый уголь	37972	Каменный и бурый уголь	23561	24572
1910	445816		264505	152828	69547	38006		38570		23127	28508
1911	455721		268029	160747	73774	40117		-		23112	31016
1912	-										31134

Примечание. Числа в таблице указаны в тысячах тонн; чтобы перечислить на пуды, следует умножить каждое число таблицы па 1000, потом на 61, потому что в тонне 61 пуд.

За 1912 год указана добыча каменного и бурого угля и антрацита только для одной России.

Сведения о количестве добытого кокса приводятся ниже, на ст. 23/24.

Потребление угля в важнейших странах (тыс. т).

Годы	США	Великобр.	Германия	Франция	Австро-Венгрия	Бельгия	Россия	Канада	Япония	Италия	Испания	Швеция
1890	141890	145241	89798	36745	30456	15808	7782	4568	1416	4346	3058	1749
1895	172677	149102	103399	38567	36931	16225	11217	4897	3039	4288	3602	2228
1900	238110	169445	147049	48654	37250	19899	20349	7765	4194	4920	4696	3443
1902	269627	169362	145639	44286	37141	19658	19344	9832	6824	5372	5134	3335
1904	311521	169272	162575	47523	38624	20225	22813	12288	8480	5868	5443	3876
1905	347952	171672	169360	48077	40350	20106	22316	13139	9580	6397	5648	3806
1906	366392	177068	186762	51490	43744	23028	25990	13958	10634	7639	5782	4242
1907	423371	185565	202704	54961	48375	23353	28193	17568	10985	8257	5843	4873
1908	366000	179500	208909	54400	50000	22700	-	-	-	-	-	-
На 1 жителя (в тоннах)
1890	2,25	3,87	1,82	0,96	0,74	2,60	0,07	0,96	0,03	0,14	0,17	0,37
1895	2,48	3,81	1,99	1,00	0,90	2,53	0,09	0,98	0,07	0,13	0,20	0,46
1900	3,12	4,12	2,62	1,25	0,79	2,97	0,17	1,46	0,09	0,15	0,25	0,67
1902	3,41	4,04	2,52	1,14	0,77	2,85	0,16	1,80	0,15	0,16	0,27	0,64
1904	3,81	3,96	2,73	1,21	0,79	2,86	0,19	2,19	0,18	0,17	0,28	0,74
1905	4,18	3,97	2,81	1,23	0,82	2,81	0,18	2,32	0,20	0,19	0,29	0,72
1906	4,35	4,06	3,05	1,31	0,88	3,18	0,21	2,34	0,21	0,22	0,29	0,79
1907	4,93	4,21	3,27	1,40	0,96	3,19	0,22	2,85	0,21	0,24	0,30	0,91
1908	4,25	3,99	3,32	1,39	0,98	3,10	-	-	-	-	-	-

 

Северный, подмосковный, бассейн занимает огромное пространство, от губернии Калужской, Тульской и Рязанской до Архангельска и Мезени. Уголь найден только в немногих местах этой площади, да и то невысокого качества. В достаточном для разработки количестве уголь находится преимущественно на южной окраине бассейна, в Рязанской, Тульской и Калужской губернии, в центре же он залегает   так глубоко и таким тонким слоем, что не стоит разработки. По своим качествам подмосковный уголь значительно отличается от типических каменных углей и представляет в сущности бурый уголь, за который большинством и признается; иногда его можно относить к первым классам каменных углей по грюнеровской классификации. Кокс получается неспекающийся; имеет наклонность к образованию мелочи; содержит много золы (10—20%, иногда даже 40%); колчеданист. Разрабатывается в Рязанской губернии, в скопинском уезде, близ с. Чулкова, Побединского, Повельца и др.; в Тульской губернии близ с. Обидина, тульского уезда, около Малевки и др.; в Калужской губернии в уездах тарусском, калужском, перемышльском и др.

Под именем «Донецкого бассейна» разумеется обычно вся та часть южной России, на которой развиты каменноугольные отложения прибрежного типа, со включением пластов каменного угля. Площадь каменноугольных отложений, вытянутая с востока на запад по протяжению около 350 верст, при наибольшей ширине до 150 верст, и занимающая, в общем, площадь около 20 000 кв. верст, охватывает восточную часть Екатеринославской губернии, южную — Харьковской и западную — Области Войска Донского. В каменноугольную эпоху Донецкий бассейн, служивший, по-видимому, дном морского залива, был покрыт  огромной толщей отложений. Толща эта, достигающая, в общем, почти 10 верст, сложена главным образом из известняков, сланцев и песчаников с тонкими угольными пластами. Верхний (около 1000 саженей) и нижний ярусы каменноугольных отложений совершенно лишены угольных пластов, и продуктивным, т. е. пригодным для разработки, является лишь средний ярус мощностью около 2000 саженей, заключающий в себе от 25 до 40 угольных пластов и до 200 угольных прослоек. Запасы минерального топлива в Донецком бассейне, по последним подсчетам (до глубины 700 саженей ниже уровня моря), равняются; курных (коксовых) углей 1 098 848 млн. пуд., антрацитовых 2 293 538 млн. судов. Мощность угольных пластов Донецкого бассейна, вообще говоря, очень невелика. Пласты мощностью в 2—3 аршина встречаются редко. Преобладают пласты мощностью 1—2 аршина. Наименьшей, пригодной для разработки мощностью, считается 10—12 вершков. Угол падения пластов меняется от 0 до 90°. Не менее сильным изменениям подвергаются и качества углей. В западной части Донецкого бассейна преобладают курные угли (пламенные, газовые, паровичные, кузнечные и коксовые); в восточной же — тощие и антрацитовые. Как в западной, так и в восточной частях бассейна различают по нескольку районов, а именно: в западной части; гришинский, юзовский, макеевский, центральный, алмазный, славяносербский, марьевский и лисичанский; в восточной — боково-хрустальский, чистяковский, должанский, щетовский, грушево-власовский в белокалитвенский. Но и в пределах одного и того же района качества и свойства углей далеко не одни и те же; часто даже на одном и том же руднике имеются пласты, существенно разнящиеся друг от друга по химическому составу и свойствам угля. Благодаря такому разнообразию типов углей, Донецкий бассейн в состоянии удовлетворить всем требованиям, предъявленным к горючему промышленной жизнью России. Наибольшее требование рынок предъявляет к курным углям, главным образом коксовым. Так, в 1911 г. добыча распределялась по сортам следующим образом: 1) коксовые угли 44,5%; 2) пламенные угли 19,2%; 3) антрацитовые — 13 6%; 4) кузнечные — 10,3%; 5) газовые — 9,6% и 6) тощие — 3,1%.

С 1889 г. Донецкий бассейн занял первое место по добыче минерального топлива в России, причем неизменно сохраняет первенствующее положение и до сих пор. В 1912 г. в Донецком бассейне было добыто 1 305 000 000 пуд. угля и антрацита, или 73,4% общей добычи минерального топлива Европейской России, причем при добыче задолжалось 140 728 рабочих. На 1 рабочего в год приходится 9 230 пуд., или 151 тонна (в 3 ½  раза меньше, чем на американского рабочего). Добыча распределялась между каменным углем и антрацитом так: 1 087 000 000 пуд. каменного угля и 218 000 000 пуд. антрацита. Произведено 236 000 000 пуд. кокса. Быстро начинает развиваться получение побочных продуктов коксования.

В настоящее время уже 13% всего числа коксовых печей устроены с рекуперацией. Менее успешно развивается производство брикетов (см.). В 1912 г. произведено всего 6 490 000 пуд. брикетов (в том числе 5 220 000 пуд. угольных и 1 270 000 пуд. антрацитовых). В 1860 г. вся добыча ископаемого угля в Донецком бассейне составляла лишь 6 млн. пудов, а добыча 1912 года достигла 1 300 млн. пудов. В 1911 г. Донецкий бассейн доставлял уже более 2/3  всего добываемого в Империи угля (1 217 из 1 739 млн.  пудов) в 1912 г. — 68%.

Восточный каменноугольный бассейн России тянется вдоль обоих склонов Уральских гор. В настоящее время большая часть каменного угля в этом бассейне добывается на западном склоне. Главные месторождения: Лувьевские, Кизеловские, Губахинские, Вашкурское и Ломовское. Угли принадлежат частью к I, частью ко II и иногда к III классу грюнеровской классификации. Содержат много золы. По восточному склону Урала надо отметить месторождение около села Сухой Лог. Азиатская Россия содержит каменный уголь во многих местах. На Кавказе в Кутаисской губернии Тквибульское месторождение; в Кубанской области Георгиевская и Хумаринская копи. В Западной Сибири наиболее известны и разрабатываются очень богатые залежи каменного угля в Кузнецком бассейне Томской губернии. В той же губернии в 12 верстах от Сибирской железной дороги, открыто месторождение настоящего каменного угля, названное Суджонским. В Восточной Сибири каменный уголь найден в губернии Енисейской и Иркутской, в областях Якутской и Забайкальской, в Южно-Уссурийском крае, на Камчатке и на острове Сахалине. В Приморской области найден антрацитовый уголь по течению реки Сучана.

Статистика добычи ископаемых углей в Российской Империи (млн. пудов):

Районы	Средняя годовая добыча за 10-летие 1900-1909 г.	1908 г.	1909 г.	1910 г.	1912 г.
Донецкий бассейн	840,53	1093,23	1089,50	1018,78	1305
Домбровский бассейн	286,48	338,83	347,53	340,71	395
Урал	35,37	45,74	42,73	34,81	66
Замосковный район	16,18	20,05	15,39	13,90	14
Кавказ	3,04	3,17	2,56	2,40	4,2
Итого в Европейской России	1181,60	1501,02	1497,71	1410,60	1784,2
Туркестан	1,61	2,10	2,60	3,43	6
Западная Сибирь	22,91	36,42	33,57	31,33	43
Восточная Сибирь	41,43	41,88	57,84	65,27	66
Итого в Азиатской России	65,95	80,40	94,01	100,03	115
Всего в Империи	1247,55	1581,42	1591,72	1510,63	1890,2

 

О теориях происхождения ископаемых углей. Вопрос о происхождении их давно занимал геологов. Присутствие во всех породах твердого ископаемого углерода, водорода, кислорода и азота наводило на мысль о происхождении их из растительных остатков. Действительно, торф и бурый уголь, который часто является в виде полуразложившихся кусков дерева, не оставляют в этом никакого сомнения. Что же касается каменного угля и антрацита, то они представляют собой сплошную и, по-видимому, бесструктурную массу, хотя, правда, в ней очень часто находят остатки растений. Вследствие этого, относительно происхождения двух пород из растительных остатков, возникали иногда сомнения, но последние впоследствии были устранены микроскопическими и нейрохимическими исследованиями. Таким образом, вопрос о происхождения твердых пород аморфного углерода был приведен к  вполне определенному положению; но теперь возникает другой вопрос: каким образом в природе могли получиться столь громадные скопления растительных остатков? Какими  путями располагала природа при этом? Существуют три гипотезы относительно происхождения этих остатков. Торфяная гипотеза объясняет происхождение каменных углей и антрацитов при помощи торфяников, которые могли, погружаясь под уровень моря, заноситься морскими осадками и обращаться под влиянием разложения в минеральные угли. В подтверждение этого взгляда приводятся факты, как бы указывающие на гибель растений на месте их роста. Эта гипотеза приемлема для объяснения некоторых залежей каменного угля, например шотландских, сент-этьенских. Но ей нельзя объяснить происхождения каменных углей, залегающих многочисленными отдельными слоями среди других осадочных горных пород, а также битуминозных углей. Гипотеза сплавов. В основе ее лежат наблюдения, указывающие на громадный вынос растительного материала в моря, производимый большими реками (например  сибирскими, американскими): приносимые реками в моря растительные остатки, целые деревья, пропитываясь водой, отлагаются на дне водного бассейна и разлагаются как за счет кислорода, растворенного в воде, так и заключенного в них самих; следствием чего является значительное их обуглероживание, т. е. обогащение углеродом. При помощи этой гипотезы легко объяснить нахождение среди слоев каменного угля различных осадочных пород. Но прилагать эту гипотезу к объяснению происхождения мощных толщ каменного угля и антрацита — значит допускать невероятно большие скопления растительных остатков, что недопустимо. Таким образом, этой гипотезой возможно объяснить образование незначительных залежей каменных и бурых углей. Морская гипотеза приписывает скопление каменного угля деятельности водорослей и других морских растений, занимающих иногда обширные пространства в морях и океанах. По этой гипотезе в состав каменного угля и антрацита, несомненно, входят остатки деревьев, но это не главная масса каменного угля: между ними есть основное вещество, связывающее их воедино; это то основное вещество есть остаток морских водорослей. Кроме того, вместе с остатками водорослей в морях погребались низшие животные организмы, которыми кишат в морях места, покрытые водорослями. Эта гипотеза с успехом объясняет многие факты; но нельзя отвергать возможность образования углей и так, как допускают выше приведенные две гипотезы. Необходимо предположить, что природа практиковала и в прежние времена такие же разнообразные способы скопления растений, что и ныне; причем весьма вероятно, что в одном и том же месте могло происходить образование угля совместно сплавом и жизнедеятельностью водорослей.

Теперь установлено, что породы, наиболее богатые углеродом, встречаются в наиболее древних образованиях, а переходя от этих последних к более новым, можно постепенно дойти до пород угля, все более и более беднеющих углеродом и более и более богатых кислородом и водородом, и, наконец, в современных образованиях найти такую породу, как торф, который представляет прямой переход к ныне живущим растениям. И чем дольше растительные остатки находятся без воздуха, тем больше они должны потерять кислорода и обогатиться углеродом. К этому фактору — времени надо прибавить еще второй фактор — давление, которое способствует более быстрому обогащению таких пород углеродом. Участием этого второго фактора только возможно объяснить различие каменных углей Подмосковного и Донецкого бассейнов, хотя эти угли относятся к одному в тому же возрасту. Те местности, где залегают антрациты в Донецком бассейне, подверглись еще большему давлению толщ отложившихся в них осадков. Знакомство со способами образования минеральных углей должно привести еще к одному положению: ни бурый, ни каменный уголь, ни антрацит не есть окончательный продукт разложения растений; им представляется возможность с течением времени еще больше обогащаться углеродом, и бурый уголь может со временем перейти в каменный, этот последний в антрацит. Этот взгляд, высказанный раньше геологами, недавно блестяще был подтвержден опытами Фр. Бергиуса (Zeitschr. für angew. Chemle, 25, 2450; 26, 602). С помощью метода нагревания торфа  и целлюлозы (клетчатки) в присутствии воды в закрытом сосуде до температур 310—340°С, каменноугольно-образвательный процесс природы был воспроизведен исследователем лабораторно. На основании продуктов, образующихся при этом внутричастичном разложении клетчатки, процесс превращения последней можно формулировать, как процесс экзотермический, свободно протекающий в природе, хотя для окончательного разложения и требуется громадное число лет (около 8 миллионов лет). В результате разложения клетчатки выделяются H₂O, СО₂ и несколько водорода и остается соединение, богатое углеродом:

25С₆Н₁₀О₅ (клетчатка) = 24СО₂ (углекислота) + 65Р₂О (вода) + 6С₂₁Н₁₄О₂ (твердое соединение, похожее на жирный уголь) + 18Н₂

Твердое соединение С₂₁Н₁₄О₂ соответствует составу природных жирных углей; при сухой перегонке дает ароматические соединения. Исследованием Бергиуса доказано, что природные жирные угли не представляют аморфного углерода, загрязненного органическими веществами, но суть, вероятно, единичное химическое соединение, которое загрязняется более или менее естественными продуктами разложения жиров и белковых веществ, содержащихся в углеобразующих растениях. На «уголь», образовавшийся при этом процессе из клетчатки, надо смотреть, как на главную составную часть нормальных углей. Так как вышеприведенный свободно протекающий процесс разложения экзотермичен и даже при значительной продолжительности приводит только к устойчивому соединению с 84% С, то образование более углеродистых углей — тощих и антрацитов — должно происходить другим путем. Условия для дальнейшего обогащения углеродом также были выяснены опытным путем. Именно, если жирный уголь подвергнуть прессованию в 5000 атмосфер при температуре выше 200°, то происходит новая реакция разложение, при которой получается уже тощий уголь с 60% углерода; кроме того, выделяется и метан. Ввиду этого, углеобразование приводится к двум совершенно различным реакциям: 1) свободно протекающей реакции разложения клетчатки, зависящей во всем ее объеме от продолжительности реакции, и 2) реакции превращения жирных углей в антрацит с выделением метана, зависящей только от очень высокого давления. Эти наблюдения находятся в согласии и с геологическими условиями, а именно: антрациты найдены там, где на угольные залежи действовало горообразование, т. е. прессование.

КОКС

В отличие от естественных горючих материалов: каменного угля; дерева, нефти и торфа, кокс является одним из видов искусственного топлива. Коксом называется обогащенный углеродом остаток сухой перегонки каменного угля, он, следовательно, так же относился к каменному углю, как древесный уголь к дереву.

Размеры коксовальной промышленности в главных, по количеству добытого кокса, странах видны из следующей таблицы (тыс. тонн):

Годы	США	Германия	Великобритания	Россия	Бельгия	Франция	Австрия	Канада	Италия
1905	29240	16491	18327	2301	2239	1908	1400	625	628
1906	33023	20260	19605	2265	2414	1851	1678	764	673
1907	36995	21938	19605	2543	2474	2127	1855	785	718
1908	23618	21175	18834	2671	-	1955	1876	-	-
1909	-	-	-	2633	-	-	-	-	-
1910	-	-	-	2750	-	-	-	-	-

 

Цель превращения каменного угля в кокс различна. Некоторые сильно спекающиеся каменные угли неудобны для употребления в печах вследствие присущей им способности плавиться и спекаться, так как могут засорять топочную решетку или затруднять проход воздуха в шахтовых печах; полученный же из них кокс представляет вещество неплавкое. Каменный уголь обращают в кокс также с той целью, с какой получают уголь из дерева и торфа, т. е. для увеличения теплового действия при сжигании. Иногда кокс предпочитают каменному углю потому, что он при горении не дает дыма. Еще причина коксования заключается в утилизации угольной мелочи: некоторые каменные угли при выработке дают много мелочи, которая имеет мало сбыта; если они принадлежат  к спекающимся каменным углям, то посредством коксования мелочь можно превратить в крупные куски кокса, представляющие хорошее топливо. При помощи коксования удается обогащать углеродом плохие каменные угли, удаляя из них под действием жара значительную часть минеральных веществ. При коксовании и обработке угля пред коксованием удаляется также значительная часть серы, что представляет тоже существенное улучшение топлива. Выше (7/8) уже было указано, что разные угли дают различный кокс; для коксования пригодны лишь жирные угли, дающие спекающийся кокс. Но со временем стали употреблять и тощие угли и даже антрациты, смешивая их с жирными углями, например в Крезо (Франция) в 80-х годах прошлого столетия коксовали смесь из 60 % антрацита и 50% спекающегося угля. Иногда тощие угли смешивают с каменноугольным дегтем и в таком виде подвергают коксованию.

Считается пригодным для коксования такой уголь, который дает 20—30 % летучих веществ и содержит не слишком много золы; при нагревании оп должен проходить чрез расплавленное или тестообразное состояние и в этом состоянии выделять газы, так чтобы оставалась пористая масса. Если уголь содержит меньше 20% летучих веществ, то он не будет плавиться, как следует; если же больше 30%, то получится слишком пористый и хрупкий кокс. Однако давление высокого слоя угля во время коксования может до некоторой степени противодействовать этой чрезмерной пористости. Некоторые каменные угли надо коксовать тотчас же по вынимании их из копи, потому что, при лежании на воздухе даже в течение нескольких дней, они теряют способность спекаться в жару. Вообще держатся правила коксовать по возможности скорее за выемкой угля из копи. Некоторые угли, в особенности тощие, спекаются или не спекаются, смотря по быстроте нагревания: при быстром нагревании спекаются, при медленном — нет. Вообще качество получаемого кокса зависит  не только от одного сорта угля, но и от самого коксования, устройства и величины печи, продолжительности коксования и способа тушения кокса. В угле, назначаемом для коксования, определяют: 1) выходы кокса в тигельной пробе, 2) количество золы и 3) состав золы (см. выше, каменный уголь, 9/10).

При коксовании уменьшается содержание серы в коксе потому, что серный колчедан (источник серы в каменном угле) в жару разлагается, часть серы улетучивается; колчедан же превращается в односернистое или полуторасернистое железо. Содержание золы в коксе увеличивается сравнительно с каменным углем. В хорошем коксе бывает 3—8% золы; но иногда и больше. Содержание серы в коксе не должно превышать 1,5%, если кокс предназначается для металлургических целей. Главная масса кокса употребляется в металлургических процессах, например для выплавки чугуна. См. М. Кузнецов, «Производство кокса» (1912).

Е. Орлов.