8. торф і вугілляТорф – молода горюча корисна копалина, що пройшла початкову стадію перет- ворення в умовах надлишкового зволоження боліт при обмеженні доступу повітря. Вихідним матеріалом при утворенні торфу є мохи, чагарники, трав’янисті і де- ревні рослини, розвиток яких визначається переважно умовами живлення – атмосфер- ного чи ґрунтового.
Сутність біохімічних перетворень полягає в руйнуванні нестійких фрагментів рослин і синтезі нових, більш стійких у цих умовах. У торфоутворенні беруть участь найпростіші водорості, дріжджі й цвілі. Ефек- тивність процесу торфоутворення низька. Акумулюється менше 20\% маси відмерлої рослинності у вигляді торфу. Середня швидкість нагромадження торфу складає близько 1 мм на рік. Голов- ний пояс торфонакопичення на Земній кулі відповідає зоні хвойних і частково зоні змішаних лісів. Торф’яні родовища по Земній кулі розподілені нерівномірно, відповідно до кліматичних і ґрунтово-ботанічних зон. Світові запаси торфу за різними оцінками складають від 250 до 500 млрд. т. (у перерахунку на 40\% вологість). В Азії їх зосереджено близько 50\%, у Європі – 31\%, у Північній Америці – 11\%, 8\% в інших частинах світу. Розподіл торф’яних родовищ пов’язаний з географічною широтою, рельєфом і геоморфологічною будовою місцевості. В Україні виявлено понад 2500 родовищ торфу із середньою глибиною залягання 1,4 м і запасами понад 2260 млн. т. На сьогодні в Україні вироблено більше 45\% розвіданих запасів. Унаслідок різноманіття рослин-торфоутворювачів і широкого діапазону умов торфонакопичування склад і властивості торфу змінюються у широких межах. Речовина торфу містить частково розкладені рослинні залишки, продукти їх розпаду у вигляді темної аморфної гумусової речовини і мінеральну частину. У при- родному стані торф містить 85-95\% води, а у твердій частині – до 50\% мінеральних сполук. Органічна речовина торфу містить 48-65\% вуглецю, 4,7-7,3\% водню, 24,7- 45,2\% кисню, 0,2-1,2\% сірки і 0,5-4,0\% азоту. Елементний склад відбиває природу вихідного рослинного матеріалу і характер його зміни при торфоутворенні, а також визначає ботанічний склад торфу, а умови живлення і вид рослин–торфоутворювачів визначають вид торфу. Торф, що утворився з рослин переважно атмосферного (оліготрофного) жив- лення із вмістом рослинних залишків не менше 95\%, називається верховим, а з рослин багатого (евтрофного) живлення, із вмістом таких рослинних залишків не менше 95\%, – низинним. Торф, у якому 10-90\% залишків рослин одного типу, а решта – іншого, а також є залишки сфагнових мохів мезотрофного типу, називається перехідним. Кожен тип складається з підтипів: лісового, лісо-болотного і болотного, а підтипи поділяються на групи: деревну, деревно-трав’яну, деревно-мохову, трав’яну, трав’яно- мохову і мохову. Виділяють 20 видів низинного, 8 перехідного і 12 верхового торфу. Рівень біохімічного розпаду рослин-торфоутворювачів характеризується ступенем розкладу, який показує частку безструктурного торфу, що втратила клітинну будову речо- вини. Ступінь розкладу змінюється від 1 до 75\% (табл. 2.3). У залежності від геоботанічної характеристики, істотно змінюється склад торфів (табл. 2.4). При переході від верхового торфу до низинного підвищується вміст азоту, гуміно- вих кислот і фульвокислот, у той час як кількість компонентів, характерних для рослин (біту- мів, водорозчинних, гідролізованих речовин і целюлози) знижується в 1,5-3,0 рази.
Таблиця 2.3 – Ознаки торфу за ступенем розкладу
Таблиця 2.4 – Груповий хімічний склад органічної частини різних типів торфу (\% на органічну масу, у чисельнику – середнє значення, у знаменнику – mіn, mах)
Відомий похований, або міжльодовий, торф, який відклався у періоди між за- леденіннями. Цей торф похований під мінеральними відкладами різної товщини. Вік похованого торфу обчислюється десятками тисячоліть. Похований торф, на відміну від сучасного, має порівняно невисоку вологість, близько 30-60\%. У деяких випадках по- хований торф утворився в післяльодовий період. Густина сухої речовини торфу залежить від зольності, ступеня розкладу і хімі- чного складу, зростаючи із зростанням зольності з 1570 до 1710 кг/м3 і падаючи із зрос- танням ступеня розкладу з 1570 до 1400 кг/м3 при зольності 2\%.
Водопоглинання торфу залежить в основному від анатомічної будови залишків рослин торфоутворення, структури торфу, колоїдних властивостей гумусу і визнача- ється ботанічним складом і дисперсністю, знижуючись із зростанням ступеня розкла- ду. Водопоглинання коливається від 75 до 2000\%, зменшуючись від торфу верхового типу до перехідного і особливо низинного типу. Дисперсність в межах одного типу знижується при переході від торфу деревної групи до мохової, а при одній і тій же мірі розкладу низинний торф має більш однорі- дну дисперсність і відрізняється від верхового меншим вмістом дрібних частинок. Кислотність торфу є одним з факторів, що зумовлюють інтенсивність мікробіо- логічної діяльності. Обмінна кислотність, що використовується як додатковий показ- ник якості торфу, перебуває у прямому зв’язку із вмістом кальцію, який, очевидно, є головним регулятором кислотності торфу; рН сольової витяжки торфу коливається в межах 2,6-7,4. Бітуми верхових торфів містять в основному стійкі сполуки (віск, насичені вуг- леводні), низинних – біохімічно нестійкі речовини (хлорофіл, ненасичені і кисневі сполуки). З часом кількість бітумів в торфовому покладі майже не змінюється, однак збільшується вміст воску і зменшується вміст смол, що пов’язано з вторинними проце- сами, які відбуваються в торфі. Екстракт, що витягується з бітумоносних торфів бензином, називають сирим торфовим воском. Він має темно-коричневий колір, містить не більше 40\% смолистих речовин, 10\% механічних домішок і 0,5\% вологи, кислотне число – 30-60, число оми- лення – 100-160, водне число – 15-30, температура краплепадіння – 70-80°С. Сировиною для отримання сирого торфового воску служить торф із вмістом бі- туму не менше 5\%, зольністю не більше 8\% і робочою вологістю до 50\%. Знесмолений торфовий віск отримують екстракцією охолодженим до 0-5°С бе- нзином з подальшою промивкою воску чистим розчинником і продуванням гострою парою для видалення бензину. Рафінований торфовий віск виробляють з торфу знес- моленого методом вакуумної дистиляції, очищення селективними розчинниками, а також окисненням перманганатом калію, азотною кислотою, сумішшю азотної і сірча- ної кислот, хромовою кислотою і двохромовокислим калієм. Він має світло-жовтий або жовтий колір, температуру плавлення не нижче 79°С, кислотне число 120-260, число омилення 180-220, водне число не більше 8. Етерифікацією рафінованого воску спир- тами отримують етерифікований рафінований віск. Торфовий віск широко використовується в точному литті, для отримання полі- рувальних мастил, полірування хромованих і нікельованих виробів, для просочення паперу, шкіри, дерева, у виробництві олівців і косметики. У емульгованому вигляді віск входить до антиадгезійних сумішей, що використовуються при отриманні виробів з пінополіуретану, спиртові екстракти воску і смола використовуються при виробниц- тві медичних препаратів, інгібіторів корозії металів, для одержання промивних і кон- серваційних речовин. Вміст і склад вуглеводів торфу залежить від типу, виду, ступеня розкладу і умов торфоутворення. Їх кількість коливається від 50\% на органічну речовину у верхового тор- фу низького ступеня розкладу до 7\% у торфу зі ступенем розкладу понад 55\%. Вуглеводи торфу представлені у вигляді полісахаридів, моносахаридів і їх пектинових речовин.
Вуглеводи торфу зосереджені у водорозчинних, легкогідролізованих та важко- гідролізованих фракціях органічної речовини. Загальну кількість цукру в продуктах гідролізу торфу характеризують за показниками “редукуючі речовини”, вміст яких у водорозчинній і легкогідролізованій фракції до 50\% і у важкогідролізованій – понад 90\%. Найбільш багаті вуглеводами торфи верхового типу з низьким ступенем розкладу. За вмістом і якістю вуглеводів торф є сировиною, придатною для хімічної і біо- хімічної переробки. Гідролізати торфу практично не відрізняються від гідролізатів де- ревини і можуть використовуватися для виробництва спиртів, фенолів, кормів. Гектоз- ні цукри добре засвоюються тваринами, можуть перероблятися мікроорганізмами в різні продукти, здатні зброджуватися. Пентози не зброджуються і придатні для виро- щування кормових дріжджів. Продукти гідролізу пентозанів використовуються в ме- дичній і фармацевтичній промисловості. З торфових гідролізатів можна отримувати білкові продукти, жири, вітаміни і т.д. До гумінових кислот відносять речовини, що витягуються з торфу 1-2\% розчи- нами лугів у воді і осаджуються при підкисленні розчину у вигляді аморфної речови- ни темного кольору. Решту органічних речовин, які містяться у воді після підкислен- ня, називають фульвокислотами. У залишку, крім власне фульвокислот, є полісахари- ди, пептиди, амінокислоти, феноли. Вміст гумінових кислот у торфі коливається від 5 до 55\%, причому мінімальна їх кількість знаходиться в торфі мохової групи верхового типу. У торфі низинного типу кількість гумінових кислот завжди перевищує 20\%. Вміст вуглецю в гумінових кисло- тах торфу змінюється від 46 до 61\%, водню – від 2,8 до 6,6, азоту – від 2 до 6\%. Гумінові кислоти при нагріванні не плавляться, а розкладаються. При висушу- ванні вони набувають нових властивостей. Сухі гумінові кислоти торфу являють собою блискучу чорну масу з густиною 1,14-1,63 г/см3. Висушені фульвокислоти утворюють тонкі блискучі червонувато-бежеві плівки, що розтріскуються у вигляді тонких волокон. Фульвокислоти містять 40-52\% Сdaf, 4 – 6\% Hdaf, 2 – 4\% Ndaf, 40 – 48\% Оdaf. Електронно- мікроскопічні дослідження показали, що гумінові кислоти представлені сферичними частинками розміром від 3 до 10 нм, схильними утворювати ланцюжки і пухкі сітчасті агрегати. При сушці можливе утворення глобул з розмірами 80-2000 нм. Великий набір і вміст функціональних груп визначають високу обмінну міст- кість, яка росте із збільшенням рН. Загальна кількість кислих груп в гумінових кисло- тах і фульвокислотах залежить від типу торфу і змінюється відповідно від 5,8 до 7,7 мг- екв/г і від 8,0 до 13,3 мг-екв/г. Гумінові кислоти використовуються для регулювання структури утворення бі- дних гумусом ґрунтів і підвищення їх родючості, для виробництва високоефективних біологічно активних препаратів, барвників для деревини, інгібіторів корозії різного призначення, стабілізації промивних розчинів при бурінні, для підвищення рухливості бетонних сумішей, розрідження цементних шламів, очищення стічних вод. Торф’яні родовища – ділянки земної поверхні, для яких характерне надлишкове зволоження, наявність торф’яного покладу й рослинного покриву, що складається з вологолюбних рослин-торфоутворювачів і, відмираючи, вони не піддаються повному розпаду й у напіврозкладеному стані утворюють торф. У процесі торфоутворення інте- нсивність розкладу рослин неоднакова. Частина рослин добре зберігається в торфі – це
головним чином сфагнові й гіпнові мохи. У більшості трав’янистих рослин (осока, очерет, пухівка, шейхцерія та ін.) зберігаються лише залишки підземних частин – ко- рінь, корневище (або навіть тільки епідерміс корневищ), наземні їх частини піддаються розпаду; у деревних порід добре зберігається лише кора, деревина ж – тільки у хвой- них. За умовами водно-мінерального живлення розрізняють торфовища низинні, пере- хідні й верхові. Низинні торфовища утворюються в умовах обводнювання сильно мі- нералізованими (твердими) водами: ґрунтовими, поверхнево-стічними, річковими або озерними. Ці торфовища вкриті вимогливими до мінерального режиму рослинами (ві- льха чорна, береза пухнаста, очерет, хвощ, деякі види осоки, зелені мохи). По відми- ранні з них утворюється порівняно високозольний низинний торф. Торф’яні родовища цього типу розвиваються в зниженнях рельєфу (у заплавах рік або в улоговинах на во- доділах) і мають найчастіше плоску поверхню. Торфовища перехідного типу виникають в умовах обводнювання поверхнево- стічними й ґрунтовими водами, але слабко мінералізованими. Торфовища верхового типу утворюються в умовах обводнювання слабко міне- ралізованими (м’якими) водами, у загальній сумі яких переважають атмосферні опади. Рослинний покрив їх складається з маловимогливих до мінерального живлення рос- лин (сосна, деякі види сфагнових). Торфовища верхового типу утворюються на підня- тих елементах рельєфу (на вододілах, на терасах рік), поверхня їх звичайно опукла. Крім того, торфовища розрізняють за походженням: озерного походження, які виникли на місці водоймищ у зв’язку з їх заторфовуванням, і суходільного походжен- ня, які виникли на мінеральних ґрунтах у зв’язку із заболочуванням лісів, лук. При сталості водно-мінерального режиму протягом існування торфовищ створюються торф’яні поклади, однорідні за своєю будовою на всю глибину. При зміні водно- мінерального режиму у зв’язку з ростом торфовища угору, зі змінами загальноклімати- чних або місцевих умов (підняття або опускання рівня ґрунтових вод, підпруження струмків і рік або їх обміління, заторфовування) виникають поклади з торфом різних видів, а іноді й торфом різних типів. Перші називають простими покладами, другі – складними. Всі види торф’яних покладів об’єднані в 4 типи: низинний, перехідний, зміша- ний, верховий. До низинного типу відносять поклади: а) складені низинним торфом; б) прик- риті перехідним торфом, але не більш ніж на половину загальної глибини торфу; в) прикриті верхівковим торфом на глибину до 0,5 м. До перехідного типу відносять поклади, складені більш ніж наполовину пере- хідним торфом, якщо шар верхівкового торфу, що їх прикриває, не перевищує 0,5 м. До змішаного типу відносять поклади, нашаровані в основному низинним або перехідним торфом, прикритим зверху торфом верхівковим, потужність якого переви- щує 0,5 м, але становить менше половини загальної глибини покладу. Верхівковими (верховими) називаються поклади, складені верхівковим торфом. Торфовища розташовуються на різних елементах рельєфу. Основні категорії родовищ відрізняються за геоморфологічними ознаками і утворюють наступний кла- сифікаційний ряд від заплав до вододілу: родовища заплавні, родовища надзаплавних терас, родовища вододілів.
Заплавні родовища завжди низинні й звичайно багатозольні. Родовища перших надзаплавних терас розташовуються близько до підошви схилу другої надзаплавної тераси й приймають в себе ґрунтові води, які тут виникають. Поклади цих родовищ звичайно повністю складені торфом лісової групи (частіше – вільховим), відрізняються високою зольністю. Джерелом водного живлення родовищ других надзаплавних терас, розташованих на схилах від другої тераси до першої, є атмосферні опади, поверхневі води. Ці родовища складені шейхцерієвим і сфанговим низинним торфом невисокої зольності (5 – 7\%). Родовища центральних частин других надзаплавних терас, залягаю- чи в неглибоких зниженнях на потужних відкладеннях, майже позбавлені доступу ґрунтових вод і розвиваються як верхові. Характерною рисою цих родовищ є опукла поверхня з перевищенням центральних ділянок над окраїнами на 2-3 м. Притерасні родовища других надзаплавних терас розташовуються поблизу підошви схилу третьої тераси або вододілу. Низинний торф складає більшу частину покладу, верхня ж пред- ставлена верхівковим торфом. У покладі переважає змішаний тип будови. Торфовища схилів вододілів і рівнин займають звичайно великі площі, досягаючи кількох тисяч гектарів, при значній глибині покладу. Будова їх досить різноманітна. Більша їхня час- тина звичайно складена верхівковим торфом, менша – переважно болотним. Частіше в основі покладу спостерігаються відклади сапропелю. При збагаченому, досить постій- ному мінеральному режимі, ці торфовища розвиваються як низинні. Торфовища в про- точних улоговинах мають видовжену форму, їх оточують береги, сильно підняті над поверхнею торфовища. Низинний поклад болотного підтипу торфовища локалізується у вододільних безстічних улоговинах, приурочений до районів корінних відкладень. Від родовищ стічних западин ці торфовища відрізняються тим, що оточені досить ви- сокими мінеральними берегами, які виключають можливість стоку вод. У ярах торфовища найбільш поширені в лісостеповій зоні. При живленні ґрунто- вими водами вони завжди представлені низинними, сильно озоленими покладами. Основними видами використання торфу є отримання з нього торф’яного пали- ва й хімічних продуктів, а також застосування в сільському господарстві. Торф викори- стовується, крім того, для виготовлення деяких будівельних матеріалів та у медицині. Форми використання торфу й масштаби його видобутку визначаються техніко- економічними умовами в країні й районі, кількістю і якістю торфу в родовищі. Торф’яне паливо є паливом переважно місцевим і на далекі відстані звичайно не перевозиться через об’ємну вагу, наявність у торфі значної кількості баласту (води й золи), а також тому, що під час перевезення та перевантаження якість торфу звичайно знижується (він кришиться). Як промислове паливо, застосовується переважно торф, видобутий фрезерним, екскаваторним або гідравлічним способом. Торф’яне паливо у процесі видобутку до- ходить до повітряно-сухого стану (вологість 30 – 40\%) і використовується на великих електростанціях. Для торф’яного палива вітчизняними інженерами й вченими сконст- руйовані спеціальні топки, у яких спалюється як грудковий, так і фрезерний торф. Се- редня теплота згоряння грудкового торфу з вологістю 30\% дорівнює 13,1 МДж/кг, фре- зерного торфу вологістю 40\% – 11,1 МДж/кг. Трохи вища (на 10 – 15\%) теплота згорян- ня торфу, який отримано за технологією мокрого обвуглюваня, тобто термомеханічно- го зневоднювання під тиском в автоклавах, з подальшим відтискуванням у пресах. Іс-
тотно вища теплота згоряння (15,9 – 18,0 МДж/кг) торф’яних брикетів, які готують із фрезерного торфу. Як паливо застосовується також торф’яний напівкокс і торф’яний генераторний газ. З торф’яного дьогтю, продукту сухої перегонки торфу, одержують штучне рідке паливо. Фрезерний торф, що перебуває у великих штабелях, може за певних умов само- нагріватися й займатися. При самонагріванні під дією актиноміцетів і інших грибів спочатку розкладаються вихідні складові частини торфу: геміцелюлози, пектини, кліт- ковина, лігнін і інші, а потім під дією грибків і бактерій відбувається блокування про- дуктів первинного розпаду. У сильно нагрітому торфі з грибків присутні пеніцили, які в процесі росту виділяють багато тепла. Підвищення температури викликає хімічні процеси, у результаті яких торф у зоні найвищої температури перетворюється на напі- вкокс, зі вмістом летких більшим, ніж у штучно одержуваному торф’яному напівкоксі. У порівнянні з вихідним, торф’яний напівкокс характеризується меншою вологістю й підвищеним приблизно на 10\% вмістом вуглецю. Вища теплота згоряння горючої час- тини такого напівкоксу досягає 26,4 МДж/кг. При потраплянні в зону напівкоксу з ви- сокою температурою (65 – 80°С) повітря (наприклад, сильний вітер, через тріщини в штабелях) відбувається самозаймання торфу. Для його запобігання спостерігають за температурою торфу й застосовують перевалку шарів перпендикулярно поздовжньої осі за допомогою машин, що сприяє охолодженню торфу, а також обкладку шарів ле- жалого торфу (караванів) шаром сирого торфу для ізоляції напівкоксу, що утворився, від атмосферного повітря. Хімічні продукти з торфу одержують напівкоксуванням, газифікацією, мокрим обвуглюванням, екстракцією. При напівкоксуванні й газифікації з торфу, крім напівкоксу й горючого газу, одер- жують аміак, оцтову кислоту й дьоготь. При переробці первинних торф’яних дьогтів оде- ржують воски, парафіни, феноли, креалін та ін. Мокре обвуглювання виконують шляхом нагрівання вологого торфу під тиском в автоклавах приблизно при 180°. Процес супроводжується утворенням оцтової кисло- ти, що викликає оцукрювання легкогідролізованих полісахаридів. Цукри, які з’являються, частково руйнуються, частково перетворюються на фурфурол і оксиме- тил-фурфурол. При мокрому обвуглюванні виділяється 5 – 7\% СО2. Торф, який прой- шов мокре обвуглювання, легко зневоднюється відтискуванням. Водний розчин, який при цьому одержують, містить цукор, частина якого може бути зброджена у спирт. Фурфурол, що утворюється під час зневоднювання, виділяють із парової фази. Для од- ночасного виробництва торф’яного палива, спирту й фурфуролу найбільш придатний верховий сфагновий торф невисокого ступеня розкладу. Екстракція бітумів з торфу може проводитися різними розчинниками. Най- більш бітумінозний, сильно розкладений, пухівковий торф містить розчинних у бен- зині бітумів 5 – 8\%, у бензолі 10 – 14\% і в спирто-бензолі 25\%. Торф’яні бітуми, які ви- лучають бензином, містять до 50\% восків, що складаються із суміші високомолекуляр- них жирних кислот, високомолекулярних спиртів і їх етерів. Будівельні матеріали для теплоізоляції одержують із малорозкладеного торфу шляхом обробки водою, перемішуванням отриманої торфомаси, її відтискуванням, фо- рмуванням і сушінням.
У сільському господарстві торф використовується як добриво, для виготовлення торфоперегнійних горщиків, для мульчування ґрунту, як біопаливо й парникова земля, на підстилку худобі і птиці, для пакування й зберігання фруктів і овочів, а також як па- ливо. Добриво заготовляють у вигляді дрібної крихти вологістю не більше 60 – 65\%, за- стосовують головним чином на підзолистих ґрунтах. Способи використання торфу як добрива встановлюють залежно від його агро-хімічної характеристики. Найбільш багатий на азот, кальцій і фосфор низинний торф, особливо із зольні- стю вище 12\%. Він відрізняється меншою кислотністю (рН у межах від 4 до 7). У вер- ховому торфі азоту майже вдвічі менше, ніж у низинному, кальцію й фосфору у кілька разів менше. Характерна дуже велика кислотність верхового торфу (рН в межах від 2,8 до 3,6). Торф всіх типів бідний калієм. Органічна речовина торфу, внесеного в ґрунт, бере участь у формуванні гуму- су, сприяє поліпшенню його структури й фізико-хімічних властивостей і є сприятли- вим середовищем для розвитку ґрунтових мікроорганізмів. Із внесенням у ґрунт торфу поліпшуються його водні властивості: зростає вологоємність, уповільнюється вилуго- вування, зменшується випар. Живильні речовини, які містяться в торфі, перебувають у важкозасвоюваному рослинами стані, тому для активації біологічних і хімічних проце- сів, що протікають у торфі, збагачення його живильними елементами, а також для зме- ншення кислотності торф звичайно піддають спеціальній обробці – компостуванню. З низинного торфу, що добре розклався, у суміші із гнойовою пульпою й міне- ральними добривами готують органомінеральні добрива. На добриво в чистому вигля- ді, без попередньої підготовки, використовують лише низинний торф високого ступе- ня розкладу, із зольністю понад 12\%, збагачений фосфором і кальцієм. Низинний торф із середнім і високим ступенем розкладу застосовується як складова частина парнико- вого й тепличного ґрунту. Торф, після збирання культури, заорюють, він служить ор- ганічним добривом для росту наступних культур. Як „біологічне паливо” для обігріву ґрунту в парниках використовується низинний і верховий торф у вигляді підсушеної крихти в суміші із гноєм (у пропорції 1:2). Можливість такого застосування торфу за- снована на його самонагріванні. Торф, що слабко розклався, є високоякісним підстилковим матеріалом для ху- доби і птиці – він має велику вбирну здатність і малу теплопровідність. Висока вологоємність торфу пояснюється наявністю в болотних рослин, голов- ним чином у мохів, особливих клітин коркового шару з великою всмоктувальною зда- тністю. Вологоємність і газопоглинальна здатність торфу тим більші, чим менший сту- пінь його розкладу. Вологоємність (в \% до абсолютно сухої речовини) сфагнового тор- фу приблизно 870 – 1150, осокового 800 – 970. Газопоглинальна здатність (поглинання аміачного азоту з атмосфери, насиченої газоподібним аміаком, в \% до абсолютно сухої речовини) для сфагнової підстилки становить від 1,4 до 2,1, осокової близько 1 (газо- поглинальна здатність соломи близько 0,6). Торф’яна крихта із частинками розміром до 5 мм і з вологістю 30 – 40\% з верхів- кового торфу зі ступенем розкладу не вище 15\% застосовується для пакування й збері- гання винограду, груш, яблук, томатів та ін. Торф захищає фрукти й овочі від перегрі- вання й замерзання, від механічних ушкоджень, також перешкоджає розвитку грибків і бактерій.
У медицині торф застосовується для грязелікування. Для загальних і місцевих аплі- кацій використовують низинний і верховий торф підвищеного ступеня розкладу, у вигляді сирцю або у вигляді фрезерного торфу без будь-якої спеціальної тривалої обробки. Простота методики торфолікування при його високій ефективності зробила цей метод досить цінним лікувальним засобом у практичній медицині. Енергетичне і сільськогосподарське використання торфу не вичерпує потенційні можливості торфу. Він становить велику цінність для хімічної і біохімічної промислово- сті, медицини, машинобудування, будівництва і ряду інших галузей. Тому актуальною є комплексна переробка торфу за безвідходною технологією з отриманням нових продук- тів і матеріалів різного призначення. З 1 т сухого торфу можна отримати (кг): гумінових препаратів – 450-700, барвників – 350-450, целюлози – 150-200, бітумів – 50-100, воску – 40-50, парафіну – 20-30, етилового спирту до 45, оцтової кислоти до 15, щавелевої кисло- ти до 200, кормових дріжджів – 200– 220, дьогтю – 80-100, дубильних речовин – до 50 і ряд інших хімічних речовин, на основі розробленої в Білорусії промислово-хімічної кла- сифікації торфу і схеми комплексного його використання. Вугілля – наступна після торфу тверда горюча копалина, утворена шляхом вуг- лефікації рослинних залишків. В основу генетичних класифікацій викопного вугілля покладені знання про йо- го хімічну природу і походження. Вони повинні служити надійною основою для ство- рення промислових класифікацій і давати рекомендації для раціонального викорис- тання кожного виду горючих копалин. Перша генетична класифікація вугілля була запропонована німецьким палео- ботаніком Потоньє. Він виділив у викопному вугіллі три основні класи: 1) гуміти, 2) сапропеліти, 3) біоліти. Пізніше Ю.А. Жемчужников запропонував свою генетичну класифікацію, у якій виділив дві групи (гумоліти і сапропеліти), а кожну групу розділив на два класи (1 – гуміти, 2 – ліптобіоліти, 3 – сапропеліти і 4 – сапроколіти). Гуміти утворилися з вищих рослин, а сапропеліти – з нижчих рослин і планк- тону. Пізніше був виділений проміжний клас гуміто-сапропелітового вугілля. С.Г. Аронов і Л.Л. Нестеренко розділили вугілля на чотири генетичні класи: гуміти, ліптобіоліти, сапропеліти й особливо тверді горючі копалини. Перераховані класифікації не мають принципових відмінностей і використовуються для досліджен- ня впливу генезису вугілля на його властивості. З усіх класів вугілля найбільш поширені і найповніше вивчені гуміти. Сапропе- літи істотно відрізняються від гумітів відсутністю шаруватості, однорідним складом і високою густиною. При аналізі ізометаморфного вугілля було встановлено, що воно відрізняється за своїми фізичними і хімічними властивостями. Вивчення якісних показників вугілля у залежності від виходу летких речовин показало, що все донецьке вугілля в ряді ме- таморфізму за відповідними характеристиками розташовується смугою, обмеженою лініями максимальних і мінімальних значень виходу летких речовин. В.В.Видавський встановив, що при одному й тому ж ступені вуглефікації вугіл- ля має різний елементний склад і властивості, і пояснив це різною окисною здатністю, а надалі, розглядаючи умови утворення, увів поняття “відновленість”, більш відповідне
хімічному перетворенню органічних речовин у процесі утворення геліфікованої речо- вини, яка представляє основний петрографічний компонент донецького вугілля. Відновленість вугілля – один з головних генетичних факторів, що обумовлюють розмаїтість його властивостей. Утворення вугілля різних типів за відновленістю обумо- влене палеогеотектонічною обстановкою, геохімічним складом води і мінерального середовища, у якому відбувалося вуглеутворення. Поняття про ступінь відновленості вугілля виникло на базі виявлених розхо- джень хіміко-технологічних властивостей ізометаморфного вугілля Донбасу. Вугілля, яке містить велику кількість кисню і має меншу теплоту згоряння, гіршу спікливу зда- тність і меншу розчинність в органічних розчинниках, було названо “менш відновле- ним”, а вугілля з протилежними властивостями – “більш відновленим”. Це явище по- яснюється різними первинними умовами утворення вугілля. Пізніше були виявлені особливості петрографічних характеристик і хімічного складу різновідновленого ву- гілля усього ряду вуглефікації для різних родовищ і басейнів. Встановлено, що вплив відновленості позначається, насамперед і найбільш яск- раво, на властивостях вітринітів. Тому розподілу на типи за відновленістю піддається тільки вугілля, складене переважно вітринітом (вітренове, кларенове, кларено- дюренове). Всі інші типи гумітового вугілля є маловідновленими. Кожний з типів вітриніту характеризується комплексом ознак, визначеним діа- пазоном зміни кожної ознаки, що виявляються у вугіллі будь-якої стадії вуглефікації. За петрографічними особливостями типи вітриніту відрізняються за кольором, структурою, формою залягання, розміром частинок і за оптичними показниками: від- бивною здатністю, показником заломлення і коефіцієнтом пропускання. Вихідним ма- теріалом кожного з типів вітриніту можуть бути будь-які тканини лігніно- целюлозного складу вищих рослин і вуглеводний матеріал нижчих. У хіміко-технологічному аспекті типи вугілля за відновленістю для усього вуг- лефікаційного ряду розрізняються за вмістом водню, виходом летких речовин, тепло- тою згоряння і густиною органічної речовини. Найбільш чітко ці відмінності просте- жуються на буровугільній і кам’яновугільній стадіях і менше – в антрацитах, у яких генетичні типи зближуються за хімічними властивостями і розрізняються за фізични- ми показниками (анізотропія відбивної здатності вітриніту). Для кам’яного вугілля яскравою характеристикою ступеня відновленості є по- казники спікливості, а для бурого – вміст гумінових кислот і кисневих функційних груп. У Донецькому басейні як один з показників ступеня відновленості використову- ють вміст загальної і піритної сірки, однак аналіз даних по інших басейнах показав, що в цілому такої закономірності не існує. Для Донецького басейну доведено, що відновлене вугілля утворилося в сильно обводнених, більш анаеробних умовах під вапняковою покрівлею, в основному в луж- ному і нейтральному водному середовищі. Для утворення відновленого вугілля необ- хідне швидке занурення неокисненого рослинного матеріалу під водний покрив і лу- жний потенціал вод, які вміщують рослинний матеріал, що розкладається. Перебування поруч відновленого і маловідновленого вітринітів може свідчити про наявність процесів, у яких одна частина органічного матеріалу окиснюється за ра- хунок відновлення іншої.
При укладанні геолого-вуглехімічної карти Донбасу було введено чотири гене- тичні типи вугілля у порядку зростання ступеня відновленості, а потім був доданий п’ятий: оа – особливо маловідновлений; а – маловідновлений: б – проміжний; в – відновлений; вв – сильно відновлений. Генетичний тип за відновленістю визначається за діаграмою ДонВУГІ – Артем- геологія. Згідно геологічних, даних максимальна відновленість залишків рослин спосте- рігається в анаеробних лужних морських чи мінералізованих умовах. Якщо вуглефіка- ція є результатом впливу факторів на всю вугленосну товщу і їй підлеглі всі пласти, то зміна генетичного типу за відновленістю явище фаціальне і характерне для кожного пласта окремо. Встановлено, що для пластів маловідновленого вугілля характерна про- ста будова, груба площинність, слабка мінералізація переважно піщано-глинистим ма- теріалом, сильна розкладеність гелефікованої речовини. Пласти з відновленим вугіллям мають складну будову, тонку чи навіть мікросму- жкуватість, включення тонкодисперсного піриту і меншу розкладеність гелефікованої ре- човини зі збереженою морфологічною структурою рослинних залишків. Ознаки генетичного типу зберігають своє значення у всьому ряді вуглефікації. У вугілля низького і середнього ступенів вуглефікації характерними показниками є товщина пластичного шару, вміст вуглецю, водню, кисню і сірки. У вугілля високого ступеня вуглефікації –геологічна будова пласта, петрографічний склад, присутність тонкодисперсного піриту, вміст сірки, склад золи, механічна міцність і анізотропія ві- дбивної здатності вітриніту. Діагностичне значення при визначенні відновленості вітринітового вугілля має вихід летких речовин і смоли напівкоксування, вміст водню, вуглецю і сірки, густина і показники спікливості. Всі ці показники, крім густини, мають більші значення у відно- вленого вугілля. У Радянському Союзі були розроблені басейнові промислові класифікації, ос- новані для кам’яного вугілля в основному на двох параметрах: виході летких речовин на суху беззольну масу і товщині пластичного шару. Граничні значення цих і інших параметрів для вугілля аналогічних марок у різних басейнах різні, у результаті чого вугілля з тими самими параметрами потрапляє у різні технологічні групи. Однак для вугілля з великим вмістом ліптиніту через сильну текучість пластичної маси немає можливості визначити товщину пластичного шару, як це має місце при дослідженні вугілля Кізеловського басейну. На сьогодні, коли все частіше доводиться одержувати кокс із вугілля різних ба- сейнів, потреба в створенні єдиної класифікації вугілля безсумнівна, причому вона по- винна базуватися на науково-обґрунтованих параметрах, що відбивають склад і вла- стивості вугілля. У ХХ ст. були проведені численні наукові дослідження, спрямовані на розробку єдиної класифікації викопного вугілля як основи його раціонального використання в
енергетиці, хімічній промисловості та в інших напрямках переробки. Вони покладені в основу введеного з 1990 році ДСТ (ГОСТ) СРСР 25543-88 «Вугілля буре, кам’яне й ан- трацити. Класифікація за генетичними і технологічними параметрами». У залежності від розміру середнього показника відбиття вітриніту (Rо), теплоти згоряння на вологий беззольний стан (Qsds) і виходу летких речовин на сухий беззоль- ний стан (Vdaf), вугілля поділяють на буре, кам’яне й антрацити (табл. 2.5). Все викопне вугілля поділене в залежності від величини середнього показника відбиття вітриніту на 17 класів, а за вмістом фюзенізованих компонентів – на 5 категорій. Введено розподіл вугілля на типи. Тип бурого вугілля визначається за мак- симальною вологоємністю на беззольний стан (Wdafmax). Введено також 6 типів бурого вугілля. Типи кам’яного вугілля (9) визначаються за виходом летких речовин на сухий беззольний стан (Vdaf), а в антрацитів – за об’ємним виходом летких речовин на сухий беззольний стан (Vdafоб). Виділено 3 типи. Підтипи вугілля визначаються: – у бурого вугілля (5 підтипів) – за виходом смоли напівкоксування на сухий беззольний стан (Тskdaf); – у кам’яного вугілля (8 підтипів) – за товщиною пластичного шару (Y) і індек- сом Рога (RІ); – для антрацитів (6 підтипів) – за анізотропією відбиття вітриніту (АR,\%). Усе вугілля позначають семизначним кодовим числом, у якому: – перші дві цифри показують клас і характеризують середнє значення величини показника відбиття вітриніту для даного класу, помножене на 10; – третя цифра вказує категорію і характеризує середнє значення суми фюзені- зованих компонентів, поділене на 10; – четверта і п’ята цифри вказують тип і характеризують: для бурого вугілля – середнє значення величини максимальної вологоємності на беззольний стан; для кам’яного вугілля – середнє значення величини виходу летких речовин на сухий без- зольний стан; для антрацитів – середнє значення величини об’ємного виходу летких речовин на сухий беззольний стан для певного типу; – шоста і сьома цифри вказують підтип і характеризують: для бурого вугілля середнє значення величини виходу смоли напівкоксування на сухий беззольний стані, для кам’яного вугілля – середнє значення товщини пластичного шару і для антрацитів – середнє значення величини анізотропії відбиття вітриніту для даного підтипу. Таблиця 2.5 – Види викопного вугілля
Буре, кам’яне вугілля й антрацити поділені на 14 технологічних марок, 24 гру- пи і 40 підгруп у залежності від технологічних властивостей. Генетичні і технологічні
показники встановлюють для кожного шахтопласта за пластовою пробою з неокисне- ної зони. Відповідно до технологічних властивостей, у ДСТ зазначені напрямки вико- ристання вугілля. Для суміші вугілля пластів і ділянок (однієї шахтовидачі) визначають для кож- ного пласта чи ділянки показники, передбачені ДСТ, і на підставі отриманих даних, з урахуванням запланованої участі в суміші кожного пласта чи ділянки, обчислюють середньозважені показники і за таблицями визначають кодовий номер, марку, групу і підгрупу вугілля. Приклади: 1) 1113219 (R0 =1,10 – 1,19\%, клас 11), категорія 1 (∑ОК не більше 20\%), тип 32 (Vdaf = 32-33\%), підтип 19 (у =19 мм). Марка Ж, група 1Ж; 2) 1431811 R0 = 1,48, ∑ОК = 38\%, Vdaf = 18,2\%, у = 11 мм, де ∑ОК – сума опіснюваних компонентів. Міжнародна система кодификації кам’яного вугілля (табл. 2.6.) була прийнята комітетом Європейської Економічної Комісії ООН (ЄЕК ООН) у вересні 1987 року на його 83 сесії і затверджена в 1988 році. Система кодификації дозволяє виробникам, продавцям і покупцям уникати не- однозначності якісних характеристик вугілля, що відповідають вимогам конкретних галузей його застосування. Важливо забезпечити застосування цієї системи для кам’яного вугілля різного походження, різного геологічного віку і різних басейнів, як рядового, так і збагаченого, що залягає в пласті чи світі пластів. Система кодифікації 1988 року заміняє кодифікаційну систему 1956 року, яка стала непридатною в умовах зростаючого інтересу до вугілля і швидкого розширення торгівлі вугіллям, яке використовується для вироблення теплової енергії і виробницт- ва металургійного коксу. Для характеристики вугілля середнього і високого рангів були обрані основні параметри, до яких належать: – відбивна здатність вітриніту; – рефлектограма вітриніту; – мацеральний склад; – індекс вільного спучування; – вихід летких речовин; – зольність; – загальний вміст сірки; – вища теплота згоряння. Для цієї системи кодифікації межа між вугіллям низького і більш високого ран- гу встановлюється відповідно до загальної класифікації. Вугіллям низького рангу вва- жається вугілля з вищою теплотою згоряння менше 24 МДж/кг і середнім показником відбиття вітриніту (R0) менше 0,6\%. Вугіллям більш високого рангу, до якого відносять вугілля середнього і високого рангів, вважається: – вугілля з вищою теплотою згоряння понад 24 МДж/кг; – вугілля з Qв < 24 МДж/кг, за умови, що середній показник відбиття вітриніту R0 ≥ 0,6\%. Система кодифікації вугілля середнього і високого рангу призначена для рядо- вого і збагаченого вугілля окремих пластів чи світи пластів (табл.2.6).
OapaMetpH KOAY (IIOClli;Ioa•ricn. !UICW y KOli C.peJtlUI Xapa•-repncn<••pen•ln'OJl>'IMH
Mauepa.nLmdt CK.RaJl IHAe-kC B•tXill JleTtHX 3onLHiCTb 3aranLnlln T
nnom Bi,A61fllll4 (3) (nmf) 1:1iltb.H01'0 pe
OBHII ( A4t1,\% e:t.tiCT ciprot 31'0p UI.,. 3A31'11iCTb ctty4y&alllll SJ \% (9,10) s,d,\% Q,"',
tcr uhpuuiry Ro. lucpnmiTI,\% Jlirrmlf i1' 1-, (6) (7,8) (
I 1,12) (1 3,14) \%(1.2) <>6.(4) \% o6. (5)
s.• Ro BillXH.neHUJI I L Sl yd•r A"" Q.... I 2 3 4 5 6 7 8 9 10 II 1 2 1 3 1 4 1 5 16 17 18 19 02 0.20-0,29 0 <=(),I 6c3 po'Jplilly 0 ()..<10 0 He 0 O,J/2 48 >--48 00 0..1 00 0,0-o,l 21 ,22 r:o.zycn.c.- 03 0,3()..0,39 I >0,1<:0,2 .- I 1()..<20 I ()..<5 I 1,1 112 46 46-<48 01 1-2 01 0,1-0,2 22 22-23 04 0,40..0,49 2 >0,2 - - 2 2()..<30 2 S-<10 2 2.2 112 44 44-<46 02 2-3 02 0,2-0.3 23 23-24 ... ... 3 >0,2 lpoop118 3 3()..<40 3 1()..<15 3 3,3 112 .. ... ... ... ... ... 24 24-25 10 1 ,00-1,09 4 >0,2 2 po3p1t.81t 4 4()..<50 4 15-<20 4 4,4 112 ... ... 10 10-11 10 1 ,0·1,1 ... ... ... ... 5 >0,2 liL.1:a.we 2 5 50-<60 5 20-<25 5 5,5 1/2 10 10-<1 2 II 11-12 I I 1 ,1-1,2 ... ... JNUpunia 48 4,80-4,89 6 60-<70 6 25-<30 6 6,6 1/2 09 9-<10 1 2 12-13 ... ... 36 36-37 49 4 ,9()-4,99 7 70-<80 1 30-<35 7 7,7 1/2 08 8-<9 ... ... 20 2,0·2,2 37 37-38 50 >5.00 8 80-,90 8 35-<40 8 8.8 1/2 ... ... 20 20-21 21 2,1-2,2 38 38-39 9 >-90 9 >=40 9 9,9 112 01 1-<2 ... ... ... ... 39 ,_39 I
::: )(
-& t>· ::: 1! ::: :t
Для характеристики вугілля середнього і високого рангів використовується 14- значна кодифікація, основана на наступних восьми параметрах вугілля, що дозволяють одержати інформацію про ранг, тип і марку вугілля: кількість цифр: 1) середній показник відбиття вітриніту R0, (\%) 2 2) характеристика рефлектограми 1 З) характеристика мацерального складу 2 4) індекс вільного спучування 1 5) вихід летких речовин на сухий беззольний стан, (\%) 2 6) зольність на сухий стан, (\%) 2 7) загальний вміст сірки на сухий стан, (\%) 2 8) Qв на сухий знезолений стан, (МДж/кг) 2 Тепер розглянемо все це докладніше (табл. 2.6). Перші дві цифри коду позна- чають відбивну здатність вітриніту, що відповідає нижній межі 0,1\%-го діапазону зна- чень середнього показника відбиття вітриніту, помноженій на 10. Третя цифра дає характеристику рефлектограми. Наприклад, якщо в коді стоїть 0, то рефлектограма без розривів вугілля в пласті. Четверта і п’ята цифра позначають індекс складу мацеральної групи, а саме: че- тверта цифра відповідає нижній межі 10\%-го діапазону значень вмісту інертиніту (без мінеральних речовин), поділеному на 10, а п’ята цифра позначає верхню межу 5\%-го діапазону значень вмісту лейптиніту. Одинадцята і дванадцята цифри відповідають нижній межі 0,1\%-го діапазону значень загального вмісту сірки на сухий стан, помноженому на 10. Тринадцята і чотирнадцята цифри відповідають нижній межі діапазону з інтер- валом 1 МДж/кг значень Qв на сухий беззольний стан. В Україні діє система класифікації вугілля відповідно до ДСТУ-3472-96 (табл. 2.7.), у якому передбачено поділ на 9 марок (Б, Д, ДГ, Г, Ж, К, ПС, П, А). Таблиця 2.7 – Класифікація вугілля України (ДСТУ 3472-96)
Серед класифікаційних показників: – середній показник відбиття вітриніту R0,\%; – вихід летких речовин Vdaf,\%; – товщина пластичного шару, Y, мм; – індекс Рога RІ, відн.од; – теплота згоряння Qsdaf , МДж/кг. *Теплота згоряння наведена для вологого стану Qsdaf. **При значенні показника відбиття вітриніту <0,85\% і товщині пластичного ша- ру >16 мм вугілля належить до марки Г. *** При виході летких речовин < 8\% і теплоті згоряння > 35,2 МДж/кг вугілля належить до марки П. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ta2.6 - MiJI:Kapo.!U<& CHCTe>
"' |
