Углефикация

УГЛЕФИКАЦИЯ (а. соalfication; н. Kohlenbildung, Kohlung; ф. houillification, charbonification; и. carbonificacion) — фаза углеобразования, в которой захороненный в недрах Земли торф последовательно превращается (при соответствующих условиях) сначала в бурый, затем в каменный уголь и антрацит.

Выделяются 2 стадии углефикации: диагенез и метаморфизм угля.

В стадии диагенеза завершаются гумификация растительного материала, старение и затвердевание коллоидов, происходят дегидратация, выделение газов и другие диагенетические преобразования органических и минеральных компонентов, складывается петрографический состав угля. Последующий метаморфизм угля — совокупность физико-механических процессов, обусловленных длительным воздействием повышенных температур и давлений при погружении угленосных толщ в недра Земли (т.н. региональный метаморфизм угля), приводит к структурно-молекулярному преобразованию микрокомпонентов угля и существенным изменениям их химического состава и физических свойств. По совокупности основных показателей состава и свойств выделяют 3 степени углефикации: низшую (буроугольную), среднюю (каменноугольную) и высшую (антрацитовую). Степень углефикации (регионального метаморфизма угля) соответствует палеогеотермическим условиям, в которых конкретные угли находились при максимальном погружении в недра Земли (рис. 1). В общем непрерывном и необратимом процессе углефикации ведущим её показателем является последовательное нарастание в элементном составе количества органического вещества углей, относительного содержания углерода, сопровождающееся параллельным снижением содержания кислорода, а на высших стадиях углефикации — водорода и азота (рис. 2).

С повышением степени углефикации возрастают блеск и отражательная способность углей, оптическая анизотропия, микротвёрдость. С определёнными закономерностями и экстремальными значениями на средней степени углефикации изменяются микрохрупкость, трещиноватость, люминесценция, плотность органической массы, гидрофильность, теплопроводность, электрические свойства, скорость прохождения ультразвука, спекаемость, теплота сгорания.

От степени углефикации зависят: химический состав, физические и технологические свойства углей, определяющие возможные и наиболее рациональные направления их использования. Это обусловило необходимость более дробного подразделения процесса углефикации. Для этой цели используются (помимо содержания углерода): наблюдаемые под микроскопом изменения контрастности выделения и других оптических свойств органических микрокомпонентов, выход летучих веществ, теплота сгорания, для бурых углей дополнительно — естественная влажность и выход смол, для каменных — показатели спекаемости, для тощих углей и антрацитов — плотность органической массы. Однако разрешающая способность каждого из этих показателей для углей различной степени углефикации неравноценна. На значениях этих показателей отражается неоднородность петрографического состава, изменчивость содержания и свойств минеральных примесей, первичная восстановленность углей, их последующая окисленность. В CCCP и ряде зарубежных стран принята классификация ископаемых углей по стадиям метаморфизма, в основу которой положены показатели отражения витринита (в плотных бурых, каменных углях и антрацитах) и гуминита (в мягких бурых углях) как сквозного и наиболее чётко выраженного показателя этого процесса (табл.).

Изменение свойств каменных углей при термальном метаморфизме, обусловленном воздействием тепла, выделяемого магматическими телами, внедрившимися в угленосные толщи либо в подстилающие или перекрывающие их отложения, в начальных (I-III) стадиях аналогично изменениям, вызванным региональным метаморфизмом. В углях, метаморфизм которых соответствует IV-VI стадиям, наблюдается замедление нарастания содержания углерода с сохранением его на уровне 88-86% и более быстрое уменьшение выхода летучих веществ при отсутствии изменений и спекаемости.

Контактово-метаморфизованные угли (за счёт тепла внедряющихся в угольные пласты изверженных тел) на одинаковых стадиях преобразования отличаются от регионально- и термально-метаморфизованных углей пониженной теплотой сгорания, более высоким содержанием кислорода и полным отсутствием спекаемости.