Содержание
Введение………………………………………………………………………………………...II
Глава 1
Закономерности изменения свойств углей.
Стадийность процессов их преобразования……………………………………………...IV
Основные понятия…………………………………………………………………….IV
Изменение физических свойств углей………………………………………………IV
Изменение химического состава……………………………………………………..V
Перестройка молекулярной структуры………………………………………….VI
Соотношение стадий преобразования ОВ углей и вмещающих их осадочных пород…………………………………………………………………………………………….VI
Глава 2
Условия углефикации
Температура……………………………………………………………………………VIII
Давление………………………………………………………………………………...VIII
Время……………………………………………………………………………………...IX
Глава 3
Виды метаморфизма………………………………………………………………………….XI
Введение и краткий обзор представлений………………………………………...XI
Классификация видов метаморфизма углей
Региональный метаморфизм…………………………………………………….XI
Контактовый метаморфизм………………………………………………….XIII
Термальный метаморфизм…………………………………………………….XIV
Динамометаморфизм…………………………………………………………...XV
Гидротермический метаморфизм……………………………………………..XV
Радиотермический метаморфизм……………………………………………..XV
Импактный метаморфизм…………………………………………………….XV
Заключение…………………………………………………………………………………XVII
Список использованной литературы………………………………………………..XVIII
Приложения…………………………………………………………………………………XIX
Введение
Углями называют осадочные горные породы, сложенные продуктами преобразования органического вещества растительных организмов, минеральными компонентами и содержащие то или иное количество влаги. Они представляют собой наиболее концентрированную форму существования фоссилизированного ОВ в стратисфере. Собственно к углям как полезным ископаемым относятся породы с содержанием минерального вещества не более 30-40%, редко 45% (на сухую массу). Естественная влажность меняется от 60-40% у бурых углей до нескольких процентов у антрацитов.
Ископаемые угли отличаются по:
Q внешнему виду,
Q составу и свойствам, что обусловлено исходным типом ОВ,
Q условиями его накопления,
Q неодинаковой степенью последующих изменений,
Q количеством и составом минеральных примесей.
Существует множество классификаций углей:
Q генетических,
Q химико-технологических,
Q промышленных
Q и их сочетаний.
При характеристике углей важно подчеркнуть особую роль углефикационных процессов. Однотипные по исходному материалу угли (например, гумиты, самые распространенные) образуют более или менее непрерывный ряд, который восходит к торфам, а заканчивается антрацитами, далее переходящими в графиты:
(Торф) – бурые угли – каменные угли – антрациты – (графит).
Этот ряд отражает фактически наблюдаемый рост зрелости углей и связывается с определенными этапами и стадиями изменения ОВ.
Выделяются: а) начальный этап торфообразования (или гумификация),
б) основной этап собственно углеобразования (или углефикация),
в) конечный этап графитообразования (или графитизация).
Главный интерес представляет этап углефикации. Этот термин, предложенный в 30-х годах З.В. Ергольской, широко используется ныне применительно не только к углям, но и вообще к процессам изменения ископаемого ОВ любого типа и любой степени концентрации.
В ряду углефикации (или по-другому катагенеза) выделяют три крупные группы углей:
Q бурые угли,
Q каменные угли,
Q антрациты.
Границы между ними постепенны и в известной степени условны. В свою очередь каждая из этих групп подразделяется на подгруппы, типы или «марки», отвечающие стадиям и подстадиям углефикации.
ГЛАВА 1
Закономерности изменения свойств углей.
Стадийность процессов их преобразования.
Основные понятия.
Когда говорят об изменении свойств углей, то имеют в виду изменение ОВ гумусовой природы. Изменение свойств углей начинается с момента их образования, то есть после перехода торфа в бурый уголь.
Под углефикацией понимается процесс изменения бурого угля до антрацита. При таком понимании углефикации общий процесс преобразования органического вещества должен заканчиваться графитизацией, а все изменения в ряду торф-графит выглядеть как гумификация-углефикация-графитизация.
Использование термина метаморфизм целесообразно для обозначения определенной группы стадий изменения углей, а также вполне допустимо в его изначальном смысле – превращение (греч.) – для любых изменений в самом широком понимании этого слова. Термин метаморфизм сейчас традиционно всеми используется для угольной геологии наряду с понятиями катагенез и углефикация.
Изменение физических свойств углей.
Уголь как сложная горная порода характеризуется большим разнообразием физических свойств. Изучая некоторые из них посредством анализа
Q оптических,
Q механических,
Q электрических,
Q магнитных,
Q акустических
физических показателей, можно найти и определить переломные моменты в истории углефикации.
Изменение ряда физических свойств углей в процессе углефикации показало, что они выражаются гиперболической, параболической или синусоидообразнойкривыми (Ю.Р. Мазор, 1985). (Прил. 1)
По гиперболическому закону (который еще называют линейным) с увеличением значений в ряду углефикации от бурых углей до антрацитов изменяются
Q показатели отражения,
Q показатели преломления,
Q кажущаяся плотность,
Q коэффициент Пуассона,
Q ароматичность,
Q диамагнитная и истинная магнитная восприимчивость,
Q спектр электронного парамагнитного резонанса.
По этому же закону, но с уменьшением значений в ряду углефикации, изменяются
Q двуотражение,
Q молярная теплоемкость,
Q удельное сопротивление.
По параболическому закону изменяются
Q действительная плотность,
Q общая пористость,
Q максимальная внутренняя влажность,
Q теплота смачивания,
Q механическая прочность,
Q частота эндогенных трещин,
Q коэффициенты теплопроводности и температуропроводности,
Q конденсация колец,
Q удельная электропроводность,
Q диэлектрическая постоянная,
Q парамагнитная восприимчивость,
Q скорость ультразвука,
Q коэффициент акустической анизотропии.
Минимум своих значений перечисленные показатели достигают на средних стадиях ряда углефикации. Некоторые другие свойства, изменяющиеся по этой же кривой, на средних стадиях характеризуются максимальными значениями.
Более сложные превращения в ряду углефикации испытывают микротвердость и микрохрупкость, изменяясь по синусоидообразной кривой с тремя максимумами и тремя минимумами своих значений в ряду углефикации. Твердость, модуль Юнга и сдвига, сжимаемость, упругость, пластичность изменяются по синусоиде всего с двумя максимумами и минимумами значений.
Изменение химического состава.
Изменение элементного состава углей происходит по гиперболической кривой. Содержание всех элементов уменьшается, за исключением углерода, которого становится больше.
Скорость изменения на пути углефикации неравномерна:
Q у углерода – до стадии конечных жирных углей она значительна, после жирной стадии падает,
Q у водорода – наблюдается обратное соотношение скоростей, но до газовой стадии,
Q содержание азота начинает активно снижаться со стадии тощих углей.
Изменяющиеся по параболической кривой теплота сгорания и влажность углей достигает соответственно максимума и минимума своих значений на стадиях К-ОС и К. Увеличение теплоты сгорания происходит относительно медленно до стадии Т, после которой резко убывает.
Уменьшение выхода летучихвеществ характеризуется двумя перегибами на границе Г и Ж, ПА и А. Скорости изменений значительны между стадиями Ж и ПА, уменьшаясь до жирной и послеантрацитовой стадий.
Перестройка молекулярной структуры.
Изменения физических свойств и химического состава углей, несомненно, являются лишь отражением молекулярной перестройки, испытываемой углем в процессе его углефикации.
Сейчас уголь принято считать полимером, но состоящим из огромного количества разных по природе структурных единиц. Общим для них является наличие ядерной части их конденсированных ароматических колец углерода и периферийной неароматической их алифатических и алициклических боковых радикалов с гетеро- и другими элементами.
В процессе молекулярного превращения углей выделено четыре этапа:
1. до буроугольной стадии,
2. буроугольная – стадия жирных углей,
3. жирные – полуантрациты,
4. полуантрациты – антрациты.
Первый этап – дополимерный, на втором создается полимерная структура угля, и наибольшим изменениям подвергается периферийная часть структурных единиц. На третьем этапе, начиная с углей стадии Ж и кончая стадиями ОС-Т, помимо периферийной части начинает изменяться и ядерная. Заключительные изменения в угле начинаются на четвертой стадии и определяются превращением ядерной части.
Соотношение стадий преобразования ОВ углей и вмещающих их осадочных пород.
Мнение о большей чувствительности ОВ углей к изменению температур по сравнению с осадочными терригенными породами делают необходимым определение соотношения стадий преобразования углей и вмещающих их пород.