Введение

Антрацит, также известный как твердый уголь и черный уголь, представляет собой твердый, компактный сорт угля с субметаллическим блеском. Он обладает самым высоким содержанием углерода, наименьшим количеством примесей и наибольшей энергетической плотностью среди всех видов угля, являясь углем высшей категории. Угольный регион северо-восточной Пенсильвании в Соединенных Штатах располагает крупнейшими известными запасами антрацитового угля в мире, оцениваемыми в семь миллиардов коротких тонн. Большая часть мирового производства приходится на Китай; другие производители включают Россию, Украину, Северную Корею, Южную Африку, Вьетнам, Австралию, Канаду и Соединенные Штаты. Общий объем производства в 2020 году составил 615 миллионов тонн. Антрацит – наиболее метаморфизированный тип угля, однако он все еще представляет собой метаморфизм низкой степени, при котором содержание углерода варьируется от 86% до 97%. Этот термин применяется к сортам угля, которые не выделяют смолистые или другие углеводородные пары при нагревании ниже точки воспламенения. Антрацит трудно воспламеняется и горит коротким, синим и бездымным пламенем. Антрацит классифицируется на несколько марок. Стандартная марка преимущественно используется для производства электроэнергии, а марки высокого (HG) и сверхвысокого (UHG) качества – преимущественно в металлургической промышленности. Антрацит составляет около 1% мировых запасов угля и добывается лишь в нескольких странах мира.

Имена

Антрацит происходит от греческого слова антракитес (ἀνθρακίτης), буквально «подобный углю». Другие названия антрацита — чёрный уголь, твёрдый уголь, каменный уголь, тёмный уголь, кофейный уголь, слепой уголь (в Шотландии), уголь Килкенни (в Ирландии), уголь вороны или уголь-воронья лапка, а также чёрный алмаз. «Голубой уголь» — это название некогда популярной торговой марки антрацита, добываемого компанией Glen Alden Coal Company в Пенсильвании, который перед отправкой на рынки северо-востока США окрашивали синим красителем на шахте, чтобы отличить его от продукции конкурентов. Термин "culm" имеет различное значение в британском и американском английском языках. В британском английском языке "culm" обозначает неполноценный антрацит, залегающий преимущественно в северном Девоне и Корнуолле, который использовался в качестве пигмента. Этот термин также применяется к некоторым угольным слоям горных пород, встречающимся как в Великобритании, так и в Рейнских холмах, известным как Culm Measures. В Великобритании он может также относиться к углю, экспортируемому из Великобритании в XIX веке. В американском английском языке "culm" обозначает отходы или мелочь, образующиеся при добыче антрацита, в основном пыль и мелкие куски, непригодные для использования в бытовых печах.

Свойства

Антрацит похож по внешнему виду на минералоидный струю и иногда используется в качестве имитации струи. Антрацит отличается от обычного битуминозного угля большей твердостью (2,75–3 по шкале Мооса), более высокой относительной плотностью 1,3–1,4 и блеском, который часто полуметаллический с легким зеленоватым отблеском. Он содержит высокий процент фиксированного углерода и низкий процент летучих веществ. Также он не содержит мягких или волокнистых включений и не пачкает пальцы при трении. Антрацитизация – это процесс превращения битуминозного угля в антрацит. Влажность свежедобытого антрацита обычно составляет менее 15 процентов. Теплотворная способность антрацита варьируется от 26 до 33 МДж/кг (22–28 миллионов Бту/короткую тонну) в пересчете на влажную массу, свободную от минеральных примесей. Теплотворная способность антрацита, потребляемого в Соединенных Штатах, в среднем составляет 29 МДж/кг (25 миллионов Бту/тонну) в состоянии, как полученный, включая как внутреннюю влагу, так и минеральные вещества. С 1980-х годов антрацитовые отходы или шахтный мусор используются для выработки электроэнергии из угля в качестве вторичной переработки. Практика, известная как рекультивация, применяется к отвалам, образовавшимся до принятия законов, требующих от владельцев шахт восстанавливать земли вблизи первоначального состояния. Химически антрацит можно рассматривать как переходную стадию между обычным битуминозным углем и графитом, образующуюся в результате более или менее полного удаления летучих компонентов из первого, и он наиболее распространен в районах, подвергшихся значительным напряжениям и давлениям, таких как склоны крупных горных хребтов. Антрацит связан с сильно деформированными осадочными породами, которые подвергались более высоким давлениям и температурам (но не достигли метаморфических условий), так же как битуминозный уголь обычно связан с менее деформированными или горизонтально залегающими осадочными породами. Сжатые пласты антрацита, добываемые глубоко в складчатой области хребтов и долин Аппалачей в угольном регионе восточно-центральной Пенсильвании, являются продолжением тех же пластов битуминозного угля, которые добываются на обычно плоских и недеформированных осадочных породах дальше на запад, на плато Аллегхени в Кентукки и Западной Вирджинии, Восточном Огайо и Западной Пенсильвании. Аналогично, антрацитовый регион Южного Уэльса ограничен изогнутой частью к западу от Суонси и Лланелли, в то время как центральные и восточные части производят паровой уголь, коксующийся уголь и бытовой уголь. Антрацит демонстрирует некоторые изменения из-за развития вторичных плоскостей расслоения и трещин, из-за чего исходные линии слоистости не всегда легко различимы. Теплопроводность также выше: кусок антрацита ощущается заметно холоднее в теплой руке, чем аналогичный кусок битуминозного угля при той же температуре. Антрацит исторически использовался в доменных печах для выплавки железа; однако ему не хватало пористого пространства металлургического кокса, который в конечном итоге его заменил.

История добычи и использования

В юго-западном Уэльсе антрацит используется в качестве домашнего топлива, по крайней мере, со средневековья, когда его начали добывать вблизи Саундерсфута. В последнее время крупномасштабная добыча антрацита велась в западной части Угольного бассейна Южного Уэльса до конца XX века. В Соединенных Штатах история антрацитового угля началась в 1790 году в Поттсвилле, штат Пенсильвания, с открытия угля охотником Нечо Алленом в районе, ныне известном как Угольный регион. Согласно легенде, Аллен заснул у подножия горы Брод и проснулся от большого пламени, вызванного воспламенением выхода антрацитового угля его костром. К 1795 году на реке Скуилкилл была построена доменная печь, работающая на антраците. 11 февраля 1808 года судья Джесси Фелл в Уилкс-Барре, штат Пенсильвания, впервые экспериментально использовал антрацит в качестве топлива для отопления жилых помещений, сжигая его на открытой решетке в камине. В отличие от древесины, антрацит требует притока воздуха снизу, и судья Фелл своей конструкцией решетки доказал, что он является жизнеспособным топливом для отопления. Весной 1808 года Джон и Абия Смит отправили первую коммерчески добытую партию антрацита вниз по реке Сусквеханна из Плимута, штат Пенсильвания, что ознаменовало начало коммерческой добычи антрацита в Соединенных Штатах. С этого момента добыча достигла рекордного уровня – более 100 миллионов тонн в 1917 году. Трудность воспламенения антрацита затрудняла его раннее использование, особенно в доменных печах для выплавки железа. Разработка процесса продувки горячим воздухом в 1828 году, который использовал отходящее тепло для предварительного нагрева воздуха для сгорания, сделала антрацит предпочтительным топливом, на долю которого в течение 15 лет приходилось 45% производства чугуна в США. Впоследствии выплавка железа антрацитом была вытеснена коксами. С конца XIX века до 1950-х годов антрацит был самым популярным топливом для отопления домов и других зданий в северных штатах США, пока его не заменили системы сжигания нефти, а в последнее время – системы сжигания природного газа. Многие крупные общественные здания, такие как школы, отапливались антрацитовыми печами вплоть до 1980-х годов. Во время Гражданской войны в США конфедераты использовали антрацит в качестве бездымного топлива для своих котлов, чтобы избежать обнаружения их местоположения блокадными кораблями. Изобретение топки Вуттена позволило локомотивам эффективно сжигать антрацит, особенно отходы – угольный шлак. В начале XX века железная дорога Delaware, Lackawanna and Western Railroad начала использовать только более дорогой антрацитовый уголь в своих пассажирских локомотивах, назвав себя "Дорогой антрацита" и широко рекламируя, что пассажиры на их линии могут совершать железнодорожные поездки, не испачкав одежду сажей. В рекламе фигурировала женщина в белом по имени Фиби Сноу и стихи, содержащие строки, такие как: "Мое платье остается белым / С утра до ночи / На дороге антрацита". Аналогично, Great Western Railway в Великобритании смогла использовать свой доступ к антрациту (который доминировал в антрацитовом регионе), чтобы заслужить репутацию эффективности и чистоты, не имеющую себе равных среди других британских компаний. Двигатели внутреннего сгорания, работающие на так называемом "смешанном", "бедном", "полуводном" или "газе Доусона", получаемом путем газификации антрацита с воздухом (и небольшой долей пара), в свое время были наиболее экономичным способом получения энергии, требуя лишь 0,8 кг или меньше угля на лошадиную силу. Значительное количество антрацита для энергетических целей ранее экспортировалось из Южного Уэльса во Францию, Швейцарию и части Германии. По состоянию на 2013 год крупномасштабная коммерческая добыча антрацита в Уэльсе прекратилась, хотя осталось несколько крупных открытых карьеров, а также относительно небольшие шахты с выходом на поверхность.

Антрацит сегодня

Антрацит обычно стоит в два-шесть раз дороже обычного угля. В июне 2008 года оптовая цена антрацита составляла 150 долларов США за короткую тонну, снизившись до 107 долларов США за тонну в 2021 году; на его долю приходится 1% угольного производства в США. В настоящее время основное применение антрацита – это бытовое топливо для ручных печей или автоматических топок. Он обеспечивает высокую энергетическую отдачу на единицу веса и горит чисто, с небольшим количеством сажи, что делает его идеальным для этой цели. Его высокая стоимость делает его использование на электростанциях экономически нецелесообразным. Другие области применения включают использование мелких частиц в качестве фильтрующих материалов, а также в качестве ингредиента в брикетах для барбекю. Антрацит был утвержден в качестве разрешенного топлива в соответствии с Законом Великобритании о чистом воздухе 1993 года, что позволяло его использовать в специально отведенных зонах контроля за дымом, таких как центральные районы Лондона.

Добыча полезных ископаемых

Китай сегодня добывает подавляющую долю мирового антрацита, на которую приходится более трех четвертей мирового объема производства. Современная добыча антрацита в США составляет в среднем около пяти миллионов тонн в год. Из этого объема около 1,8 миллиона тонн было добыто в штате Пенсильвания. Добыча антрацитового угля продолжается и по сей день в восточной Пенсильвании и вносит вклад до 1% в валовой государственный продукт штата. В 1995 году в добыче антрацитового угля было занято более 2000 человек. Большая часть добычи к этой дате заключалась в извлечении угля из отвалов (отходов от предыдущей добычи угля) рядом с закрытыми шахтами. Также ведется добыча подземного антрацита. К странам, производящим антрацит марок HG и UHG, относятся Россия и Южная Африка. Антрацит марок HG и UHG используется в качестве заменителя кокса или угля в различных металлургических процессах (агломерация, PCI, прямая загрузка в доменную печь, окатывание). Он играет важную роль в снижении затрат при производстве стали, а также используется в производстве ферросплавов, силикомарганца, карбида кальция и карбида кремния. Южная Африка экспортирует в Бразилию антрацит более низкого качества и с повышенным содержанием золы для использования в сталелитейной промышленности.

Семиантрацит

В противоположном конце от высококачественного антрацита, полуантрацит определяется как уголь, занимающий промежуточное положение между антрацитом и битуминозным углем, и особенно уголь, по своим нелетучим свойствам приближающийся к антрациту.

Подземные пожары

В истории время от времени подземные угольные пласты воспламенялись, зачастую из-за небрежности или несчастных случаев при добыче угля. Очаг возгорания получает кислород по не обнаруженным вентиляционным каналам. Эти очаги могут тлеть годами. Как правило, выхлопные отверстия в населенных пунктах быстро обнаруживаются и герметизируются, а отверстия в безлюдных районах остаются незамеченными. Иногда вентиляционные отверстия обнаруживаются по запаху, ощущаемому прохожими, часто в лесистой местности. Попытки потушить оставшиеся очаги порой оказывались безуспешными, и сегодня существует несколько таких зон горения. Наличие подземного очага горения иногда можно определить зимой по тающему снегу, вызванному теплом, идущим снизу. Предложения по использованию этого тепла в качестве геотермальной энергии не принесли результатов. В 1962 году в городе Централия, штат Пенсильвания, загорелась жила антрацита, которая горит до сих пор, превратив некогда процветающий населенный пункт в город-призрак.

Основные резервы

Геологически, самое большое и наиболее концентрированное антрацитовое месторождение в мире находится в угольной шахте Лаккаванна в северо-восточной Пенсильвании, США, в районе Скрантона, Пенсильвания и его окрестностях. Местно известный как Угольный регион, этот район содержит 480 квадратных миль (1243 км²) угленосных пород, которые первоначально содержали 22,8 миллиарда коротких тонн (20,68 миллиарда тонн) антрацита. Географический регион имеет протяженность примерно 161 километр в длину и 48 километров в ширину. Из-за исторической добычи и освоения земель, расположенных над угольными пластами, по оценкам, осталось 7 миллиардов коротких тонн (6,3 миллиарда тонн) извлекаемых запасов. В Соединенных Штатах также есть несколько более мелких месторождений антрацита, таких как месторождения, исторически разрабатывавшиеся в Крестед-Бьют, штат Колорадо. Среди текущих производителей Россия, Китай, Польша и Украина обладают крупнейшими оцененными извлекаемыми запасами антрацита. Другие страны со значительными запасами включают Вьетнам и Северную Корею. Месторождение Groundhog Anthracite в Британской Колумбии, Канада, является крупнейшим в мире ранее не разрабатывавшимся месторождением антрацита. Оно принадлежит австралийской публичной компании Atrum Coal и содержит 1,57 миллиарда тонн высококачественного антрацита. Антрациты более молодого третичного или мелового возраста встречаются в районе Кроуснест-Пасс в Канадских Скалистых горах и в различных местах в Андах в Перу.

Первичные источники

Отчет Комиссии по углям Соединенных Штатов (5 т. в 3 т.; 1925) Официальное расследование правительства США. Онлайн, тома 1 и 2.
Трайон, Фредерик Гейл, и Джозеф Генри Виллитс, редакторы. Что обнаружила угольная комиссия: авторитетное резюме, подготовленное сотрудниками (1925). Комитет по общей политике операторов антрацитовых угольных шахт. Антрацитовая угольная забастовка 1922 года: заявление о ее причинах и лежащих в ее основе целях (1923); официальное заявление операторов. Онлайн.