Как обогащают уголь: Обогащение угля: этапы и способы

Обогащение угля: этапы и способы

Не секрет, что горняки добывают в шахтах и на разрезах далеко не чистый уголь. Извлекаемая порода содержит в себе множество примесей, которые снижают качественные характеристики полезного ископаемого.

Уголь в первозданном виде непригоден для дальнейшего использования, поэтому его надо отделять от ненужных минеральных компонентов в горной массе.

Процесс разделения давно называется обогащением — проходит оно в несколько этапов и самыми разнообразными способами.

Подготовка угля к обогащению

Добытую на разрезе или в шахте породу горняки отгружают в спецтехнику, которая доставляет её на горно-обогатительную фабрику. Там горная масса проходит начальный этап обогащения – подготовку.

Первичную породу сортируют на классы по размеру кусков и наличию минеральных включений. Главная задача – выявить углесодержащие компоненты.

Для отделения фракций угля ГОФы на специальном оборудовании проводят процедуры грохочения и дробления.

Сначала порода загружается в грохоты – аппараты в виде одного или нескольких коробов с ситами или решетами с калиброванными отверстиями. Куски породы просеивают, после чего сортируют по фракциям в классификаторах.

Фото: pixy.org

Читайте также: «Обогащение угля: фабрики эволюционируют».

Все классификаторы работают примерно по одной схеме: пульпа (смесь угля и жидкости) непрерывно поступает в заполненный водой сосуд. Крупные частицы угля быстро оседают на дно сосуда, а мелкие «уходят» вместе с пульпой через сливной порог.

Затем отсортированную породу измельчают до необходимых размеров при помощи дробильных установок.

Стандартная классификация крупности угля включает в себя следующие виды: плитный (более 100 мм), крупный (50-100 мм), орех (26-50 мм), мелкий (13-25 мм), семечко (6-13 мм), штыб (менее 6 мм). Также есть так называемый рядовой уголь, который имеет неограниченные размеры.

«Простое» обогащение

Непосредственно для обогащения угольщики прибегают к массе методов. Среди них есть довольно простые: например, ручная сортировка, когда уголь отделяют от горной массы вручную, ориентируясь только по его внешним отличительным признакам.

Ещё один метод — обогащение по трению – основан на форме частиц угля и разной величине их коэффициентов трения. Его суть такова: куски угля обогащают на наклонной поверхности. Имея разный коэффициент трения, они движутся с разной скоростью и траекторией движения, что позволяет им самостоятельно отделяться друг от друга.

Флотация

Флотационный способ основан на свойстве минеральных частиц: находясь в воде, они прилипают к поверхности воздушных пузырьков. Для обогащения угля данным методом используются специальные машины (пневматические, механические или механопневматические).

В устройство загружается пульпа, через которую оно пропускает пузырьки воздуха – к ним прилипают только угольные зёрна. Полученный пенный продукт устремляется на поверхность смеси и образует на ней слой минеральной пены, который отправляют в концентрат.

Эффективность флотационного метода увеличивают реагенты. Это могут быть продукты нефтепереработки (керосин, соляровое масло, нефть) или продукты переработки самого угля (фенолы, антраценовое масло, сырой бензол).

Читайте также: «Российский рынок флотационных машин: анализ ситуации и сценарии развития».

Гравитационное обогащение

В основе гравитационного метода обогащения угля лежит его разная плотность и скорость движения в воздушной или водной среде.

Так называемый мокрый процесс обогащения может проводиться на концентрационных столах, в тяжёлых средах, моечных желобах, гидроциклонах или же при помощи отсадки на специальных машинах.

Моечный желоб — плоское корыто с невысокими бортами, которое ставится под небольшим уклоном. Пульпа проходит через аппарат, осевшие частицы угля выделяются через разгрузочную камеру желоба. Сейчас такие аппараты используются очень редко из-за невысокой производительности.

Концентрационные столы больше подходят для обогащения высокосернистых коксовых углей и пирита – не характерных для России видов угля, поэтому в нашей стране практически не применяются.

Зато большое распространение получили отсадочные машины. Они разделяют угольную смесь на частицы с разной плотностью при помощи движущихся в них восходящих и нисходящих потоках воды с разной скоростью. Отсадку используют и для мелких углей (12-0,5 мм), и для крупных (10-12 мм).

Данный метод обогащения более эффективен, чем другие мокрые способы, но за исключением обогащения в тяжёлых жидкостях.

Читайте также: «Обогатительная фабрика «Распадская». Богатый уголь».

Тяжёлые жидкости – это водные растворы неорганических солей и минеральные суспензии. Их плотность выше, чем плотность угля, но в то же время меньше, чем плотность первичной породы. Поэтому уголь, оказавшись в растворе или суспензии, всплывает на поверхность, а лишние материалы тонут.

Концентраты, полученные в результате мокрого обогащения, содержат в себе много воды, поэтому обязательно подвергаются обезвоживанию.

Сухой метод обогащения разделяет уголь в воздушной среде с помощью другого оборудования – сухих лотков, пневматических сепараторов или машин.

Материал подаётся на рабочую поверхность оборудования и
сортируется под действием восходящего или пульсирующего воздушного потока с
параллельным встряхиванием. Зёрна угля в зависимости от плотности и крупности
разделяются за счёт перемещения в разных направлениях.

Благодаря обогащению уголь из первичной горной массы превращается в первичный концентрат, оставшиеся породы отходами.

Конечный продукт

Полученный первичный концентрат подвергается доводке – чтобы получить материал, который будет полностью соответствовать принятым стандартам. Конечный продукт с ГОФ отправляется потребителям.

На выходе обогатительные фабрики получают концентрат, который содержит наибольшее количество горючей массы с минимальным числом лишних примесей. За счёт этого повышается самое главное качество концентрата – теплота сгорания.

Ещё в процессе обогащения образуется так называемый промпродукт – смесь сростков угольных и породных компонентов. В большинстве случаев его отправляют на повторное обогащение, но иногда реализуют в качестве котельного топлива.

И третий продукт углеобогащения, который содержит в себе в основном породные минералы, — это отходы обогащения (по-другому из называют микстами). В составе некоторых отходов есть достаточное для переработки количество угля, поэтому их тоже иногда отправляют на повторное обогащение.

Остальные миксты угольные предприятия, как правило, складируют в хвостохранилищах. Но постепенно в угольной отрасли получает распространение переработка углесодержащих отходов (например, получение брикетов).  

Читайте также: «Хвостохранилища без аварий — химера?».

Технология сухого обогащения угля от компании Osborn (ЮАР)

Не будет преувеличением сказать, что на сегодняшний день процесс обогащения полезных ископаемых выдвинулся в определяющий конечную эффективность для всей угледобывающей отрасли. Именно обогащение превращает угольное сырье в товарный продукт, способный конкурировать на рынке органических энергоносителей с нефтью и газом. Особенно это касается требований, предъявляемых к качеству угля зарубежными потребителями. Так, на сегодняшний день во всех индустриально развитых странах обогащению подвергается от 70 до 90% всех добываемых каменных углей, в частности, в ФРГ – 95%, в Великобритании – 75%, в США – 55%. Но мировыми лидерами в обогащении угля являются ЮАР и Австралия, где обогащается 100% экспортируемого угля.

Существует достаточно много технологий обогащения, но в настоящей статье мы остановимся лишь на одной из них – на методе предварительного сухого обогащения, предложенном южноафриканской компанией Osborn Engineered Products (Osborn), входящей в состав корпорации Astec Industries, Inc.

Компания Osborn выпускает полный спектр дробильного, сортировочного и конвейерного оборудования, как для рудной, так и нерудной отраслей. Оборудование Osborn прекрасно известно на золоторудных, алмазных и угольных шахтах и карьерах, на рудодобывающих и обогатительных предприятиях в Южной Америке, Азии и Австралии, а также в странах бывшего СССР. Одна из причин столь широкого распространения и известности заключается в том, что Osborn не только разрабатывает и выпускает собственное обогатительное оборудование, но также производит его по лицензии ведущих мировых производителей, таких как Telsmith и American Pulverizer (США), Mogensen (Великобритания) и IFE (Австрия). Благодаря этому Osborn может предложить самые разнообразные технологические решения для любых задач.

Ротационная дробилка Osborn

Дробильно-сортировочное оборудование Osborn в условиях угледобывающего предприятия может выполнять все операции по дроблению, сортировке и переработке угля в соответствии с требованиями заказчика.

Типовая схема процесса сухого обогащения угля выглядит следующим образом. Обычно цикл переработки начинается с того, что уголь из самосвала перегружается в приемный бункер обогатительного комплекса. Здесь негабаритные куски измельчаются с помощью гидромолота BTI (Astec Industries Inc.), как правило, стационарно установленные с манипулятором на опорной стойке. Радиус охвата гидромолота должен быть достаточным, чтобы раздробить негабарит, лежащий в любой точке колосниковой решетки приемного бункера дробилки.

Обычно под приемным бункером размещается пластинчатый питатель повышенной прочности. Osborn выпускает пластинчатые питатели шириной от 900 до 3500 мм.

Далее через колосниковый вибрационный питатель материал поступает в Щековую дробилку. Массивные щековые дробилки Osborn с производительностью до 2000 т/ч эффективно дробят уголь с коэффициентом дробления 6:1. Крупные фракции твердых пород измельчаются при помощи ротационной дробилки. Схема ротационной дробилки Osborn состоит из внешней неподвижной оболочки с внутренним перфорированным барабаном. Механизм подъемника подхватывает необработанный уголь, который затем падает поперек барабана. Будучи более мягким уголь ломается и проходит через отверстия, а твердые скальные породы, поступившие вместе с углем, перемещаются к выходу из барабана. Роторная дробилка выполняет две функции: измельчение и обогащение угля путем удаления скальных породных примесей.

После отсева скальной породы, уголь подается либо вугольную мельницу, либо в валковую дробилку. Угольная мельница Osborn произведена по лицензии компании American Pulverizer и представляет собой уникальную конструкцию Rolling Ring. Угольная мельница имеет производительность более 2000 т/ч и способна принимать входящий кусок размером до 600 мм. Коэффициент измельчения достигает 10:1 и даже 12:1 в зависимости от конкретных условий дробления. Как правило, после угольной мельницы получается фракция готового энергетического угля.

Модельный ряд двухвалковых мельниц Osborn разработан для измельчения как несортированного, так и сортированного угля. Благодаря регулировке валков можно гарантированно получать материал нужной крупности. Валки приводятся в движение двумя двигателями, связанными с валками зубчатой и клиноременной передачами, обеспечивая заданную производительность.

Вибрационный грохот Osborn IFE Exciter

На заключительной стадии обогащения компания Osborn предлагает широкий ряд обогатительного оборудования. Это могут быть как стандартные установки предварительного и основного грохочения Osborn IFE Exciter, так и высокочастотные грохоты Astec Mobile Screens для рассева узких фракций.

Журнал «Горная Промышленность» №1 2009, стр.22

Уголь | Национальное географическое общество

Уголь — это черная или коричневато-черная осадочная порода, которую можно сжигать в качестве топлива и использовать для выработки электроэнергии. Он состоит в основном из углерода и углеводородов, содержащих энергию, которая может выделяться при сгорании (сгорании).

Уголь является крупнейшим источником энергии для производства электроэнергии в мире и самым распространенным ископаемым топливом в Соединенных Штатах.

Ископаемое топливо образуется из останков древних организмов. Поскольку на разработку угля уходят миллионы лет, а его количество ограничено, это невозобновляемый ресурс.

Условия, которые в конечном итоге привели к образованию угля, начали формироваться около 300 миллионов лет назад, в каменноугольный период. В это время Земля была покрыта широкими, мелкими морями и густыми лесами. Моря время от времени затопляли лесные массивы, задерживая растения и водоросли на дне болотистой заболоченной местности. Со временем растения (в основном мхи) и водоросли были погребены и спрессованы под тяжестью вышележащего ила и растительности.

По мере того, как растительные остатки просеивались глубже под поверхность Земли, они столкнулись с повышением температуры и повышением давления. Грязь и кислая вода препятствовали контакту растительного вещества с кислородом. Из-за этого растительное вещество разлагалось очень медленно и сохраняло большую часть своего углерода (источника энергии).

Эти участки захороненных растений называются торфяными болотами. Торфяные болота хранят огромное количество углерода на много метров под землей. Сам торф можно сжигать в качестве топлива, и он является основным источником тепловой энергии в таких странах, как Шотландия, Ирландия и Россия.

При определенных условиях торф превращается в уголь посредством процесса, называемого карбонизацией. Карбонизация происходит при невероятной температуре и давлении. Около 3 метров (10 футов) слоистой растительности в конечном итоге сжимаются в треть метра (1 фут) угля!

Уголь находится в подземных образованиях, называемых «угольными пластами» или «угольными пластами». Угольный пласт может иметь толщину до 30 метров (90 футов) и простираться на 1500 километров (920 миль).

Угольные пласты есть на каждом континенте. Крупнейшие запасы угля находятся в США, России, Китае, Австралии и Индии.

В США уголь добывают в 25 штатах и ​​трех крупных регионах. В Западном угольном регионе Вайоминг является ведущим производителем — около 40% добываемого в стране угля добывается в штате. Более одной трети национального угля поступает из Аппалачского угольного региона, который включает Западную Вирджинию, Вирджинию, Теннесси и Кентукки. Уголь, добываемый в Техасе во Внутреннем угольном регионе, поставляется в основном на местные рынки.

Типы угля

Уголь сильно отличается от минеральных пород, которые состоят из неорганического материала. Уголь состоит из хрупкого растительного материала и претерпевает множество изменений, прежде чем становится знакомым черным и блестящим веществом, сжигаемым в качестве топлива.

Уголь проходит различные фазы карбонизации на протяжении миллионов лет, и его можно найти на всех стадиях разработки в разных частях мира.

Уголь ранжируется в зависимости от того, насколько сильно он изменился с течением времени. Закон Хилта гласит, что чем глубже угольный пласт, тем выше его ранг. На большей глубине материал сталкивается с более высокими температурами и давлением, и больше растительных остатков превращается в углерод.

Торф
Торф — это не уголь, но при определенных обстоятельствах он может превратиться в уголь. Торф представляет собой скопление частично сгнившей растительности, прошедшей небольшую карбонизацию.

Тем не менее, торф по-прежнему считается частью «семейства» угля, потому что он содержит энергию, которую содержали его исходные растения. Он также содержит большое количество летучих веществ и газов, таких как метан и ртуть, которые при сжигании представляют опасность для окружающей среды.

Торф сохраняет достаточно влаги, чтобы быть губчатым. Он может поглощать воду и расширять болото, образуя больше торфа. Это делает его ценной защитой окружающей среды от наводнений. Торф также можно интегрировать в почву, чтобы помочь ей удерживать и медленно высвобождать воду и питательные вещества. По этой причине торф и так называемый «торфяной мох» представляют ценность для садоводов.

Торф является важным источником энергии во многих странах, включая Ирландию, Шотландию и Финляндию, где его обезвоживают и сжигают для получения тепла.

Бурый уголь
Бурый уголь — уголь низшего сорта. Он обуглен до состояния торфа, но содержит небольшое количество энергии — содержание углерода в нем составляет около 25–35%. Он происходит из относительно молодых угольных месторождений, возраст которых составляет около 250 миллионов лет.

Бурый уголь, рассыпчатая коричневая порода, также называемая бурым углем или углем с бутонами розы, удерживает больше влаги, чем другие виды угля. Это делает добычу, хранение и транспортировку дорогими и опасными. Он подвержен случайному возгоранию и имеет очень высокие выбросы углерода при сжигании. Большая часть бурого угля используется на электростанциях очень близко к месту его добычи.

Бурый уголь в основном сжигают и используют для производства электроэнергии. В Германии и Греции бурый уголь обеспечивает 25-50% электроэнергии, вырабатываемой углем. В США месторождения бурого угля вырабатывают электроэнергию в основном в штатах Северная Дакота и Техас.

Полубитуминозный уголь
Полубитуминозный уголь имеет возраст около 100 миллионов лет. Он содержит больше углерода, чем лигнит, около 35-45%. Во многих частях мира полубитуминозный уголь считается «бурым углем» наряду с лигнитом. Как и лигнит, суббитуминозный уголь в основном используется в качестве топлива для производства электроэнергии.

Большая часть суббитуминозного угля в США добывается в штате Вайоминг и составляет около 47% всего угля, добываемого в США. За пределами США Китай является ведущим производителем полубитуминозного угля.

Битуминозный уголь
Битуминозный уголь образуется при большем нагреве и давлении, и ему от 100 до 300 миллионов лет. Он назван в честь липкого смолоподобного вещества, называемого битумом, которое также содержится в нефти. Он содержит около 45-86% углерода.

Уголь представляет собой осадочную горную породу, и битуминозный уголь часто содержит «полосы» или полосы различной консистенции, которые обозначают слои спрессованного растительного материала.

Битуминозный уголь делится на три основных типа: кузнечный уголь, каннельный уголь и коксующийся уголь. Кузнечный уголь имеет очень низкую зольность и идеально подходит для кузнечных горнов, где металл нагревают и формуют.

Каннельский уголь широко использовался в качестве источника каменноугольного масла в 19 веке. Угольное масло производится путем нагревания каннельского угля с контролируемым количеством кислорода, этот процесс называется пиролизом. Угольное масло использовалось в основном в качестве топлива для уличных фонарей и другого освещения. Широкое использование керосина сократило использование каменноугольного топлива в 20 веке.

Коксующийся уголь используется в крупномасштабных промышленных процессах. Уголь коксуется, процесс нагревания породы в отсутствие кислорода. Это снижает содержание влаги и делает продукт более стабильным. Сталелитейная промышленность зависит от коксующегося угля.

Битуминозный уголь составляет почти половину всего угля, используемого для производства энергии в Соединенных Штатах. В основном его добывают в Кентукки, Пенсильвании и Западной Вирджинии. За пределами США такие страны, как Россия и Колумбия, используют битуминозный уголь для производства энергии и промышленного топлива.

Антрацит
Антрацит — уголь высшего сорта. Он имеет наибольшее количество углерода, до 97%, и поэтому содержит больше всего энергии. Он тверже, плотнее и блестяще, чем другие виды угля. Почти вся вода и двуокись углерода были вытеснены, и он не содержит мягких или волокнистых участков, присутствующих в битуминозном угле или лигните.

Поскольку антрацит — высококачественный уголь, он горит чисто, с очень небольшим количеством сажи. Он дороже других углей и редко используется на электростанциях. Вместо этого антрацит в основном используется в печах и печах.

Антрацит также используется в системах фильтрации воды. У него более мелкие поры, чем у песка, поэтому задерживается больше вредных частиц. Это делает воду более безопасной для питья, санитарии и промышленности.

Антрацит обычно можно найти в географических районах, которые подверглись особенно напряженной геологической деятельности. Например, запасы угля на плато Аллегейни в Кентукки и Западной Вирджинии простираются до подножия Аппалачей. Здесь процесс орогенеза, или горообразования, способствовал достаточно высоким температурам и давлению для создания антрацита.

Китай доминирует в добыче антрацита, на его долю приходится почти три четверти производства антрацитового угля. Другие страны-производители антрацита включают Россию, Украину, Вьетнам и США (в основном Пенсильванию).

Графит
Графит является аллотропом углерода, то есть представляет собой вещество, состоящее только из атомов углерода. (Алмаз — еще один аллотроп углерода.) Графит — заключительная стадия процесса карбонизации.

Графит хорошо проводит электричество и обычно используется в литий-ионных батареях. Графит также может выдерживать температуры до 3000 ° по Цельсию (5400 ° по Фаренгейту). Его можно использовать в таких продуктах, как огнестойкие двери и детали ракет, такие как носовые обтекатели. Однако наиболее известное использование графита, вероятно, — это карандашные «грифели».

Китай, Индия и Бразилия являются ведущими мировыми производителями графита.

Добыча угля

Уголь можно добывать из недр открытым или подземным способом. После извлечения угля его можно использовать непосредственно (для отопления и промышленных процессов) или в качестве топлива для электростанций.

Открытая добыча
Если уголь находится на глубине менее 61 метра (200 футов), его можно добывать открытым способом.

При добыче открытым способом рабочие просто удаляют любые вышележащие отложения, растительность и камни, называемые вскрышными породами. С экономической точки зрения открытая добыча является более дешевым вариантом добычи угля, чем подземная. На одного рабочего в час можно добыть примерно в два с половиной раза больше угля, чем при подземной добыче.

Воздействие открытых горных работ на окружающую среду огромно. Ландшафт буквально разрывается, уничтожая места обитания и целые экосистемы. Открытая добыча полезных ископаемых также может вызывать оползни и проседания (когда земля начинает проседать или проваливаться). Токсичные вещества, попадающие в воздух, водоносные горизонты и грунтовые воды, могут представлять опасность для здоровья местных жителей.

В Соединенных Штатах Закон о контроле за открытыми разработками и рекультивации от 1977 года регулирует процесс добычи угля и направлен на ограничение вредного воздействия на окружающую среду. Закон предоставляет средства для решения этих проблем и очистки заброшенных участков добычи полезных ископаемых.

Существует три основных типа открытой добычи угля: открытая добыча, добыча открытым способом и добыча на вершинах гор (MTR).

Открытая разработка: Открытая разработка
Открытая разработка используется там, где угольные пласты расположены очень близко к поверхности и могут быть удалены массивными слоями или полосами. Вскрышу обычно удаляют с помощью взрывчатки и отбуксируют с помощью некоторых из самых больших транспортных средств, когда-либо созданных. Самосвалы, используемые на карьерах, часто весят более 300 тонн и имеют мощность более 3000 лошадиных сил.

Добыча открытым способом может использоваться как на равнинных, так и на холмистых ландшафтах. Открытая разработка в горной местности называется контурной разработкой. Контурная добыча следует по гребням или контурам вокруг холма.

Открытая разработка: открытая разработка
Открытая разработка используется, когда уголь залегает глубже под землей. Яма, иногда называемая займом, выкапывается на участке. Эта яма становится карьером, иногда называемым карьером. Карьеры могут расширяться до огромных размеров, пока не будет выработано угольное месторождение или стоимость транспортировки вскрышных пород не превысит инвестиции в шахту.

Добыча открытым способом обычно ограничивается плоскогорьем. После того, как шахта истощена, яму иногда превращают в свалку.

Открытые горные работы: MTR
Во время горных работ (MTR) вся вершина горы очищается от вскрышных пород: камней, деревьев и верхнего слоя почвы.

Вскрышу часто вывозят в близлежащие долины, за что этот процесс получил прозвище «засыпка долины». После того, как вершина очищена от растительности, для обнажения угольного пласта используется взрывчатка.

После того, как уголь извлечен, вершина вылеплена из вскрышных пород со следующей горной вершины, которую предстоит добывать. По закону ценный верхний слой почвы должен быть сохранен и заменен после завершения добычи. Бесплодную землю можно засадить деревьями и другой растительностью.

Удаление горных вершин началось в 1970-х годах как дешевая альтернатива подземной добыче полезных ископаемых. В настоящее время он используется для добычи угля в основном в Аппалачах в США, в штатах, включая Вирджинию, Западную Вирджинию, Теннесси и Кентукки.

MTR, пожалуй, самый противоречивый метод добычи угля. Последствия для окружающей среды радикальны и серьезны. Водные пути перекрыты или загрязнены засыпкой долины. Места обитания разрушены. Токсичные побочные продукты добычи полезных ископаемых и взрывных работ могут попадать в местные водоемы и загрязнять воздух.

Подземная добыча
Большая часть мировых запасов угля находится глубоко под землей. Подземная добыча, иногда называемая глубокой добычей, представляет собой процесс, при котором уголь добывается глубоко под поверхностью Земли, иногда на глубине до 300 метров (1000 футов). Шахтеры спускаются на лифте по стволу шахты, чтобы добраться до глубины шахты, и управляют тяжелой техникой, которая извлекает уголь и перемещает его над землей.

Непосредственное воздействие подземных горных работ на окружающую среду кажется менее значительным, чем наземные. Вскрышных пород мало, но при подземных горных работах остаются значительные хвосты. Хвосты представляют собой часто токсичные остатки, оставшиеся после процесса отделения угля от пустой породы или экономически неважных полезных ископаемых. Токсичные угольные хвосты могут загрязнять местные источники воды.

Для шахтеров подземная добыча опасна. Подземные взрывы, удушье от нехватки кислорода или воздействие ядовитых газов — вполне реальная угроза.

Чтобы предотвратить накопление газов, метан должен постоянно удаляться из подземных шахт, чтобы обеспечить безопасность горняков. В 2009 г. около 10% выбросов метана в США приходилось на вентиляцию подземных шахт; 2% приходится на добычу открытым способом.

Существует три основных типа подземной добычи угля: разработка длинными забоями, камерно-столбовая разработка и отходная разработка.

Подземная добыча: разработка длинными забоями
При разработке длинными забоями шахтеры срезают огромные пласты угля толщиной около 1 метра (3 фута), длиной 3-4 километра (2-2,5 мили) и 250-400 метров ( 800-1300 футов) в ширину. Панели перемещаются конвейерной лентой обратно на поверхность.

Крыша шахты поддерживается гидравлическими опорами, известными как колодки. По мере продвижения мины продвигаются и клинья. Область за клиньями обрушивается.

Разработка длинными забоями является одним из старейших методов добычи угля. До широкого использования конвейерных лент пони спускались по глубоким узким каналам и вытаскивали уголь обратно на поверхность.

Сегодня почти треть американских угольных шахт используют разработку длинными забоями. За пределами США этот показатель еще выше. В Китае, крупнейшем в мире производителе угля, более 85% угля добывается лавовым способом.

Подземная добыча: камерно-столбовая
При камерно-столбовой добыче горняки вырезают «комнату» из угля. Колонны (столбы) из угля поддерживают перекрытие и вскрышные породы. Комнаты имеют ширину около 9 метров (30 футов), а опорные столбы могут быть шириной 30 метров (100 футов).

Существует два типа камерно-столбовой разработки: традиционная и непрерывная. В обычной добыче полезных ископаемых используются взрывчатые вещества и режущие инструменты. При непрерывной добыче уголь извлекается сложной машиной, называемой комбайном непрерывного действия.

В США в большинстве камерно-столбовых горных работ используется комбайн непрерывного действия. В развивающихся странах камерно-столбовые угольные шахты используют традиционный метод.

Подземная добыча: отступная добыча
Отступная добыча — это разновидность камерно-столбовой разработки. Когда весь доступный уголь извлечен из комнаты, горняки покидают комнату, осторожно разрушают столбы и позволяют обрушиться потолку. Остатки гигантских столбов дают еще больше угля.

Отступная добыча может быть самым опасным методом добычи. На оставшиеся столбы оказывается большая нагрузка, и если их не вытащить в точном порядке, они могут рухнуть и запереть горняков под землей.

Как мы используем уголь

Люди во всем мире используют уголь для обогрева своих домов и приготовления пищи на протяжении тысячелетий. Уголь использовался в Римской империи для обогрева общественных бань. В Империи ацтеков блестящий камень использовался не только в качестве топлива, но и для украшений.

Промышленная революция питалась углем. Это была более дешевая альтернатива древесному топливу, и при сжигании производилось больше энергии. Уголь обеспечивал пар и энергию, необходимые для массового производства предметов, выработки электроэнергии и топлива для пароходов и поездов, которые были необходимы для перевозки предметов для торговли. Большинство шахт или угольных шахт времен промышленной революции находились в северной Англии, где в начале 18 века добывалось более 80% угля.

Сегодня уголь по-прежнему используется напрямую (отопление) и косвенно (производство электроэнергии). Уголь также необходим для сталелитейной промышленности.

Топливо
Во всем мире уголь в основном используется для производства тепла. Это основной источник энергии для большинства развивающихся стран, и мировое потребление увеличилось более чем на 30% в 2011 году.

Уголь может сжигаться в отдельных домохозяйствах или в огромных промышленных печах. Он производит тепло для комфорта и стабильности, а также нагревает воду для санитарии и здоровья.

Электроэнергия
Электростанции, работающие на угле, являются одним из самых популярных способов производства и распределения электроэнергии. На угольных электростанциях уголь сжигается и нагревает воду в огромных котлах. Кипящая вода создает пар, который вращает турбину и активирует генератор для производства электроэнергии.

Почти вся электроэнергия в Южной Африке (около 93%) вырабатывается за счет угля. Польша, Китай, Австралия и Казахстан — другие страны, использующие уголь для производства электроэнергии. В Соединенных Штатах около 45% электроэнергии в стране вырабатывается за счет угля.

Кокс
Уголь играет жизненно важную роль в сталелитейной промышленности. Чтобы произвести сталь, железную руду необходимо нагреть, чтобы отделить железо от других минералов в породе. В прошлом для нагревания и разделения руды использовался сам уголь. Однако при нагревании уголь выделяет примеси, такие как сера, что может сделать полученный металл слабым.

Еще в 9 веке химики и инженеры открыли способ удаления этих примесей из угля перед его сжиганием. Уголь запекается в печи в течение примерно 12–36 часов при температуре примерно 1000–1100 °C (1800–2000 °F). Это отгоняет примеси, такие как угольный газ, окись углерода, метан, смолы и нефть. Полученный материал — уголь с небольшим количеством примесей и высоким содержанием углерода — представляет собой кокс. Метод называется коксованием.

Кокс сжигается в доменной печи с железной рудой и воздухом при температуре около 1200 °C (2200 °F). Горячий воздух воспламеняет кокс, а кокс плавит железо и отделяет примеси. В результате получается сталь. Кокс обеспечивает тепловые и химические свойства, которые придают стали прочность и гибкость, необходимые для строительства мостов, небоскребов, аэропортов и автомобилей.

Многие крупнейшие производители угля в мире (США, Китай, Россия, Индия) также входят в число крупнейших производителей стали. Япония, еще один лидер сталелитейной промышленности, не имеет значительных запасов угля. Это один из крупнейших импортеров угля в мире.

Синтетические продукты
Газы, выделяющиеся в процессе коксования, могут использоваться в качестве источника энергии. Угольный газ можно использовать для обогрева и освещения. Уголь также можно использовать для производства синтез-газа, комбинации водорода и монооксида углерода. Сингаз можно использовать в качестве транспортного топлива, аналогичного нефти или дизельному топливу.

Кроме того, уголь и побочные продукты кокса могут использоваться для производства синтетических материалов, таких как смола, удобрения и пластмассы.

Уголь и выбросы углерода

При сжигании угля выделяются газы и твердые частицы, вредные для окружающей среды. Углекислый газ является основным выбросом.

Углекислый газ является неотъемлемой частью атмосферы нашей планеты. Его называют парниковым газом, потому что он поглощает и сохраняет тепло в атмосфере и поддерживает на нашей планете температуру, пригодную для жизни. В естественном углеродном цикле углерод и углекислый газ постоянно циркулируют между землей, океаном, атмосферой и всеми живыми и разлагающимися организмами. Углерод также изолируется или хранится под землей. Это удерживает углеродный цикл в равновесии.

Однако при добыче и сжигании угля и других видов ископаемого топлива в атмосферу высвобождается секвестрированный углерод, что приводит к накоплению парниковых газов и отрицательно влияет на климат и экосистемы.

В 2011 году около 43% электроэнергии в США производилось за счет сжигания угля. Однако на добычу угля приходилось 79% выбросов углерода в стране.

Другие токсичные выбросы
Двуокись серы и оксиды азота также выделяются при сжигании угля. Они способствуют кислотным дождям, смогу и респираторным заболеваниям.

Ртуть выделяется при сжигании угля. В атмосфере ртуть обычно не представляет опасности. Однако в воде ртуть превращается в метилртуть, которая токсична и может накапливаться в рыбе и организмах, потребляющих рыбу, включая людей.

Летучая зола (которая уносится вместе с другими газами при сжигании угля) и зольный остаток (который не улетучивается) также выделяются при сжигании угля. В зависимости от состава угля эти частицы могут содержать токсичные элементы и раздражители, такие как кадмий, диоксид кремния, мышьяк и оксид кальция.

В США летучая зола должна улавливаться промышленными «скрубберами», чтобы предотвратить ее загрязнение атмосферы. К сожалению, летучая зола часто хранится на свалках или электростанциях и может стекать в грунтовые воды. В ответ на эту опасность для окружающей среды летучая зола используется в качестве компонента бетона, тем самым изолируя его от окружающей среды.

Многие страны не регулируют угольную промышленность так строго, как США, а выбросы загрязняют воздух и воду.

Угольные пожары
При соответствующих условиях тепла, давления и вентиляции угольные пласты могут самовозгораться и гореть под землей. Молнии и лесные пожары также могут воспламенить открытый участок угольного пласта, и тлеющий огонь может распространиться вдоль пласта.

Угольные пожары выбрасывают в атмосферу тонны парниковых газов. Даже если поверхностный пожар потушен, уголь может тлеть годами, прежде чем вспыхнуть и снова вызвать лесной пожар.

Возгорание угля также может начаться в шахтах в результате взрыва. Угольные пожары в Китае, многие из которых возникли в результате взрывов, используемых в процессе добычи, могут составлять 1% мировых выбросов углерода. В США заброшенные шахты чаще загораются, если мусор сжигают на близлежащих свалках.

Когда уголь загорается и начинает тлеть, его очень трудно потушить. В Австралии угольный пожар на «Пылающей горе» горит уже 5500 лет!

Преимущества и недостатки

Преимущества
Уголь является важной частью мирового энергетического бюджета. Найти и извлечь его относительно недорого, и его можно найти по всему миру. В отличие от многих возобновляемых ресурсов (таких как солнечная энергия или ветер), добыча угля не зависит от погоды. Это базовое топливо, то есть его можно производить 24 часа в сутки, 7 дней в неделю, 365 дней в году.

Мы используем и зависим от многих вещей, которые дает уголь, таких как тепло и электричество для питания наших домов, школ, больниц и промышленных предприятий. Сталь, необходимая для строительства мостов и других зданий, практически полностью зависит от производства кокса.

Побочные продукты угля, такие как синтетический газ, могут использоваться для производства топлива для транспорта.

Добыча угля также обеспечивает экономическую стабильность для миллионов людей во всем мире. Угольная промышленность опирается на людей с широким спектром знаний, навыков и способностей. Работа, связанная с углем, включает геологов, горняков, инженеров, химиков, географов и руководителей. Угольная промышленность является критически важной отраслью как для развитых, так и для развивающихся стран.

Недостатки
Уголь является невозобновляемым источником энергии. На его формирование ушли миллионы лет, и на нашей планете его существует конечное количество. Хотя на данный момент это стабильный и надежный источник энергии, он не будет доступен вечно.

Горнодобывающая промышленность — одна из самых опасных профессий в мире. Опасности для здоровья подземных горняков включают респираторные заболевания, такие как «черное легкое», при котором угольная пыль накапливается в легких. Помимо болезней, тысячи горняков ежегодно гибнут в результате взрывов шахт, обвалов и других несчастных случаев.

Сжигание угля для получения энергии приводит к выбросу токсинов и парниковых газов, таких как двуокись углерода. Они оказывают непосредственное влияние на местное качество воздуха и способствуют глобальному потеплению, текущему периоду изменения климата.

Добыча полезных ископаемых навсегда изменяет ландшафт. При сносе горных вершин стирается сам ландшафт и разрушаются экосистемы. Это увеличивает эрозию в этом районе. Наводнения и другие стихийные бедствия подвергают эти районы большой опасности.

Добыча угля может повлиять на местное водоснабжение несколькими способами. Потоки могут быть заблокированы, что увеличивает вероятность флуда. Токсины часто попадают в грунтовые воды, ручьи и водоносные горизонты.

Уголь — один из самых противоречивых источников энергии в мире. Преимущества добычи угля экономически и социально значимы. Однако добыча полезных ископаемых опустошает окружающую среду: воздух, землю и воду.

Fast Fact

Углеродное волокно
Углеродное волокно, используемое во всем, от легких велосипедов до пуленепробиваемых кевларовых жилетов, представляет собой разновидность графита, высший сорт угля.

Fast Fact

Чистый уголь
«Чистый уголь» — это термин, используемый для обозначения любой технологии, снижающей выбросы углерода при сжигании угля. Чистый уголь обычно относится к процессу улавливания углерода, при котором выбросы улавливаются и хранятся под землей.

Быстрый факт

Угольные ископаемые
Уголь превращает «ископаемое» в «ископаемое топливо». Палеонтологи обнаружили в угольных пластах прекрасно сохранившиеся окаменелости одних из старейших в мире влажных тропических лесов.

Fast Fact

Крупнейшие производители угля
1. Китай
2. США
3. Индия
4. Европейский Союз (ведущий производитель: Германия)
5. Австралия

Fast Fact

9003 900
Комплекс North Antelope Rochelle в американском штате Вайоминг является крупнейшей в мире угольной шахтой. С момента открытия в 19-м году разрез отгрузил более 1,4 млрд тонн угля.83.

Статьи и профили

SF Gate: Положительные и отрицательные стороны угольных источников энергииУправление энергетической информацией: Energy Kids—угольная промышленность Австралии, страдающая от изменения климата, вводит налог на выбросы углерода Журнал National Geographic: Высокая стоимость дешевого угля: Угольный парадоксU .С. Министерство энергетики: Уголь

Факты об угле

Уголь – это материал органического происхождения. Он образуется из остатков разложившегося растительного материала, спрессованного в твердое вещество в результате миллионов лет химических изменений под давлением и теплом. Его богатое содержание углерода дает углю большую часть его энергетического содержания. При сжигании угля в присутствии воздуха или кислорода выделяется тепловая энергия.

Затем эта энергия может быть преобразована в другие формы полезной энергии. Основными сферами применения угля являются теплоэнергетика (например, производство электроэнергии) и металлургия (например, коксующийся или сталелитейный уголь).

Ключевые факты

• Уголь в основном используется для производства электроэнергии
• Уголь также является ключевым ингредиентом в производстве стали и цемента
• Добыча угля в Канаде в 2019 году составила 57 млн ​​тонн
• Канада экспортировала 37 миллионов тонн угля и импортировала 8 миллионов тонн в 2019 году.
• Канада занимает четвертое место в мире по экспорту металлургического угля после Австралии, США и России
• Альберта и Британская Колумбия добывают 83% угля Канады.
• В 2018 году правительство Канады объявило об окончательных правилах поэтапного отказа от традиционной угольной электроэнергии к 2030 году.

Узнайте больше об угле

Угольная промышленность

Международный контекст

Торговля

Использование

Производство в Канаде

Цены

Угольная промышленность

В 2017 году уголь составлял 27% мирового энергоснабжения. В Канаде во многих частях страны в изобилии имеется недорогой отечественный уголь, в то время как другие регионы имеют легкий доступ к международным поставкам.

Угольная промышленность Канады производит уголь для использования в металлургии (например, при коксовании или производстве стали) и в тепле (например, для производства электроэнергии).

Почти половина добываемого в Канаде угля приходится на энергетический сектор, а половина на металлургический. Некоторые энергогенерирующие компании не только используют уголь для производства электроэнергии, но также владеют угольными шахтами или сами занимаются добычей угля. Другие компании вырабатывают электроэнергию из покупного угля.

Международный контекст

Мировая добыча угля в 2019 году оценивается в 7,9 млрд тонн, что на 116 млн тонн больше, чем в 2018 году. На 5 ведущих стран-производителей приходилось 79% мировой добычи угля.

Мировая добыча угля, 2010–2019 (p)

Текстовая версия

На этой гистограмме показана годовая добыча угля в мире с 2010 по 2019 год. Добыча в 2010 году составила 7,2 миллиарда тонн. Затем он вырос, достигнув пика в 2013 году на уровне 7,9 млрд тонн. Производство в 2019 годусоставил 7,9 млрд тонн.

Узнайте, какое место канадский уголь занимает в международной шкале:

Мировая добыча

Мировой экспорт

Мировой экспорт, 2019 г. (п)

Ранг	Страна/регион	млн тонн	Процент от общего числа
1	Индонезия	455	32%
2	Австралия	393	27%
3	Россия	217	15%
4	США	84	6%
5	Южная Африка	81	6%
7	Канада	36	3%
—	Другие страны	170	12%
—	Всего	1 436	100%

Мировой импорт

Мировой импорт, 2019 г. (п)

Ранг	Страна/регион	млн тонн	Процент от общего числа
1	Китай	298	21%
2	Индия	247	17%
3	Япония	185	13%
4	Южная Корея	130	9%
5	Тайвань	67	5%
—	Другие страны	495	35%
—	Итого	1 424	100%

Мировые доказанные запасы

Торговля

Канадский импорт угля имеет тенденцию к снижению уже более десяти лет, в то время как экспорт остается стабильным. Канада экспортирует около половины своей продукции. Большая часть экспорта угля Канады идет в Азию, которая по-прежнему является значительным потребителем.

Канадская торговля углем, 2005–2019 годы

Текстовая версия

С 2005 по 2013 год экспорт угля увеличился с 28 млн тонн до почти 40 млн тонн, а затем стабилизировался примерно до 30 млн тонн в период с 2015 по 2017 год. Импорт угля сократился с 21 млн тонн в 2005 г. до 7,6 млн тонн в 2018 г.

В 2019 году Канада экспортировала 36,5 млн тонн угля по всему миру и импортировала почти 8 млн тонн угля, в основном из США. Экспорт в Соединенные Штаты составил 2% канадского экспорта угля и 12% от общего объема импорта угля США.

Экспорт Канады состоит в основном из металлургического угля (95% в 2019 г.).

Канадский экспорт и импорт угля (2019)

Текстовая версия

В 2019 году канадский экспорт угля оценивался в 7,1 млрд долларов. Основными направлениями этого экспорта были Южная Корея (25%), Япония (23%), Индия (14%) и Китай (13%). Примерно два процента экспорта угля Канады приходится на Соединенные Штаты, что составляет 12% импорта угля в США. Что касается канадского импорта угля, то 73% приходится на США. Почти половина всего импорта используется для производства стали, остальное – для производства электроэнергии.

Использование

Уголь используется для производства электроэнергии, производства стали и цемента, а также в различных промышленных и жилых целях. В 2019 году в Канаде было добыто 57 миллионов тонн угля, из которых 53 % приходится на металлургический уголь, используемый для производства стали, и 47 % – энергетический уголь, используемый для производства электроэнергии.

В Канаде 7,4% электроэнергии производится с использованием угля. В 2018 г. было потреблено 26 млн т электроэнергии, что на 49% меньше, чем в 2008 г. (50,7 млн ​​т). продолжают использоваться в металлургических процессах.

Мировой спрос на уголь по секторам, 2019 г. (стр.)

Текстовая версия

На этой круговой диаграмме показаны основные мировые источники спроса на уголь в процентах в 2019 г. Наибольшая доля угля использовалась для производства электроэнергии и отопления (67%), затем следуют черная металлургия (12%), жилищное, коммерческое и коммунальное обслуживание (3%) и другие сектора (18%).

Производство угля в Канаде

Производство угля в Канаде за последнее десятилетие имело тенденцию к снижению и в 2019 году составило 57 млн ​​тонн.

Добыча угля в Канаде, 2009–2019 гг.

Текстовая версия

На этой гистограмме показана годовая добыча угля в шахтах Канады с 2009 по 2019 год. В 2009 году добыча составила 66 миллионов тонн, после чего последовали пиковые периоды до 2014 года, когда добыча начала снижаться. Производство в 2019 году осталось на уровне 2018 года и составило 57 млн ​​тонн.

Добыча угля

по провинциям, 2019 г.

Текстовая версия

В 2019 г. в Канаде было добыто 57 мегатонн угля. Добыча по провинциям представлена ​​следующим образом: Британская Колумбия 48%, Альберта 35%, Саскачеван 16% и Новая Шотландия 1%.

Электростанции, работающие на угле

^{Сноска *} по провинциям, 2019 г.

Текстовая версия

Мощность электростанций, работающих на угле, в Канаде в 2019 году составила 8 801 МВт (без учета временно отключенных мощностей). Альберта имеет наибольшую долю угольных генерирующих мощностей — 65%, за ней следуют Саскачеван (17%) и Новая Шотландия (12%).

Уголь, используемый для производства электроэнергии

Текстовая версия

В 2018 г. было потреблено 26 млн т электроэнергии, что на 49% меньше, чем 50,7 млн ​​т в 2008 г.

Цены

После пика в 2011 году мировые цены на металлургический уголь начали снижаться до конца 2016 года, когда в конце ноября они достигли пика в 273 доллара США. С тех пор цены снижались и в 2019 году выровнялись в среднем на уровне 175 долларов США за тонну. В мировых ценах на энергетический уголь наблюдалась аналогичная тенденция.

Австралия, Колумбия и Южная Африка признаны во всем мире тремя терминальными рынками, определяющими мировые цены на энергетический уголь. Цены на уголь колеблются в зависимости от мировых экономических условий, а недавнее повышение цен произошло в связи с временными перебоями в работе шахт в Австралии и сокращением производства на шахтах в Китае.

Мировые цены на уголь, 2009–2019 гг.

Текстовая версия

На этом графике представлены ежемесячные цены на уголь (долл. США) с 2009 по 2019 г.

Узнайте больше о полезных ископаемых и металлах

Примечания и источники

Цифры могут не складываться в итоги из-за округления.

(р) предварительный

Международный контекст

• Мировое производство и торговля: Международное энергетическое агентство (Информация об угле и мировые энергетические балансы) 903:50
• Мировые доказанные запасы: Мировой энергетический совет (статистический обзор мировой энергетики ВР)

Торговля

• Импорт и экспорт Канады: База данных международной торговли товарами Статистического управления Канады
• Импорт США : Управление энергетической информации США

Использование

• Мировой спрос на уголь по секторам: Международное энергетическое агентство 903:50

Производство в Канаде

• Уголь по провинциям: Составлено Управлением природных ресурсов Канады на основе отчетов провинций и компаний (2018 и 2019 гг.
  
  Как обогащают уголь: Обогащение угля: этапы и способы