Получение золота из угля
Первые сведения о том, в угле есть золото, получили американские исследователи XIX века. Скорее всего, промышленники восприняли информацию скептически, к тому же в эпоху «золотой» лихорадки их взор был устремлён в сторону доступных методов добычи. А «алхимическая теория» на тот момент находилась, мягко говоря, в зачаточном состоянии.
Вплоть до конца прошлого столетия изучением вопроса никто всерьёз не занимался. Только в современную эпоху учёные начали искать способы извлечения драгоценного металла.
Не во всяком угле есть золото
Уголь — есть не что иное, как смесь веществ с разного рода примесями. В составе полезного ископаемого нередко встречаются вкрапления металлов, включая золото.
Нетрадиционный источник золота требует к себе аналогичного подхода. Во-первых, неизвестно, сколько в угле может содержаться драгметалла. И во-вторых, стоит ли пытаться его извлечь, ведь если уголь хранит в себе критически низкие «объёмы» золота, его получение не будет рентабельным.
Уголь: интересные и малоизвестные факты
Большой вклад в решение задачи внесли российские учёные. Многолетние исследования проводились в Амурском научном центре ДВО РАН, Новосибирском Институте геологии и минералогии СО РАН, Томском политехническом университете и других научных центрах.
Преграды возникли на самом начальном этапе работы. Выяснилось, что по прошествии времени из угля золото «улетучивается». И чем дольше полезное ископаемое «застаивается» в лаборатории, тем больше из него успевает высвободиться золотоорганических соединений.
В первую очередь, скорость отделения металлических частиц зависит от сорта угля, затем подключаются другие факторы. Процесс улетучивания ускоряется, если топливо складируется на открытом воздухе, особенно — в виде мелких кусков. Ещё быстрее золотые вкрапления высвобождаются из нагретого или смоченного водой материала.
Если подытожить, уголь далеко «не первой свежести» фактически теряет свою золотоносность. Поэтому определение содержания драгметалла должно производиться в свежих пробах, и только при соблюдении определённых условий его хранения.
Российские учёные проанализировали массу проб, взятых с разных угольных месторождений, и определили, что золотые включения присутствуют не во всех пробах.
Однако «классификацию» золотоносности месторождений в разных регионах должным образом унифицировать не вышло. Дело в том, что для определения содержания золота научные центры прибегали к разным методам. Показатели, к которым приходили учёные, имели серьёзные расхождения — на 2-3 порядка.
Тем не менее, многолетние труды доказали потенциал нового направления углехимии. Осталось лишь понять, каким способом получать благородный металл.
Разработка амурских учёных
Учёные Амурского научного центра Дальневосточного округа РАН с 2000 года начали искать оптимальный метод извлечения золота из угля.
Изначально в качестве «подопытного» использовалась угольная зола. Нетрадиционная «добыча» драгметалла могла превратить отходы в источник прибыли. Вместе с тем, решение позволило бы снизить негативное влияние на окружающую среду от сжигания топлива угольными ТЭЦ, а также избавиться от огромных объёмов золошлаков.
Сначала в АНЦ ДВО РАН попробовали получать золото даже не из золы, а из дымовых газов. Технология была запатентована в 2009 году: учёные смастерили экспериментальную установку с электропечью для сжигания угля, смесителем, парогенератором, дымососом и холодильником для сбора конденсата.
Но на практике вышло так, что процент извлечения конденсата с помощью комплекса оборудования получается слишком низким. Более того, установки в промышленных масштабах производят огромное количество дыма. Для его переработки потребовались бы огромные площади — гораздо большие, чем площади, занимаемые угольными ТЭЦ.
Первый проект оказался непригодным для внедрения на реальных котельных, но учёные не остановили и продолжили искать пути решения задачи. Далее было попытка применить технологию водного выщелачивания золота с использованием фульвовых кислот. Опять же, испытания показали, что для извлечения драгметалла требуются большие объёмы рабочих растворов, и для промышленных масштабов этот метод тоже не подходит.
Последняя разработка Амурского научного центра ДВО РАН — установка для извлечения золота уже не из угольной золы, а из угля. Процесс выделения драгметалла происходит под воздействием перегретого водяного пара.
Оборудование работает следующим образом: водяной пар пропускается через слой мелко раздробленных частиц угля, затем перемещается в специальный сосуд с охлаждаемой водой, в которой добавлен высокоактивный активированный уголь.
Золотые частицы осаждаются активированным углём и таким образом остаются в сосуде. Полученный концентрат готов для передачи на золотоизвлекательные фабрики на дальнейшую обработку.
Источник: dprom.online
Можно ли сделать алмаз из угля?
Химики шутят: если очень сильно надавить на уголь, то получится алмаз. Эту идею в разные времена эксплуатировали авторы фантастических историй, кинорежиссеры, мультипликаторы и разработчики компьютерных игр, благодаря чему многие люди верят, что кусок угля действительно можно превратить в драгоценный алмаз. Один только Супермэн убедил в этом не одно поколение своих поклонников.
В принципе, понятно, откуда возникла данная идея. Уголь, в своей основе, и алмаз являются формами одного и того же химического элемента – углерода. И, действительно, высокое давление – это ключевой фактор как в процессе превращения разлагающихся углеродных форм жизни (например, растений) в уголь, так и в процессе формирования алмазов. Но в реальности все значительно сложнее.
Химический состав угля сильно отличается от алмаза.
Алмаз представляет собой чистый углерод в хорошо выраженной кристаллической форме. Это прозрачный и чаще всего бесцветный кристалл, хотя бывают и цветные алмазы: желтые, голубые, розовые и даже черные. Такое цветовое отступление от правила связано с особенностями природных условий формирования кристалла и с наличием в нем примесей. К примеру, присутствие в структуре алмаза атомов бора придает кристаллу желтый оттенок, а азот – голубой. Стоит отметить, что речь идет об очень малом количестве примесей – порядка одного атома на миллион.
Основой угля является углерод, однако, назвать его чистым нельзя. В угле содержится множество примесей, включая водород, азот, кислород, серу, мышьяк, селен и ртуть. Кроме того, уголь, в зависимости от своего происхождения и возраста, содержит различные органические соединения.
Чтобы стать алмазом, углероду недостаточно высокого давления. Процесс также требует очень высокой температуры (тысяч градусов). Только в таких условиях может сформироваться особая кристаллическая решетка алмаза. При одновременном воздействии температуры и давления на углерод каждый его атом связывается с четырьмя соседними атомами, образуя очень прочную структуру.
Именно строению кристаллической решетки алмаз обязан своей твердостью. Каждый атом углерода в структуре алмаза расположен в центре тетраэдра, вершинами которого служат четыре ближайших атома. Если бы в составе присутствовали примеси, как в угле, такая связь образоваться бы не могла.
Искусственные алмазы люди все-таки научились создавать. Производят их из графита.
Графит, как и алмаз, является аллотропной формой углерода. С виду он напоминает уголь, но отличается от него свойствами, цветом и наличием кристаллической решетки. Уголь не имеет никакой кристаллической структуры.
Структура графита совсем не похожа на структуру алмаза. Графит образован параллельными слоями, состоящими из атомов углерода, расположенных по углам правильных шестиугольников. Слои отстоят друг от друга на значительном расстоянии и к тому же сдвинуты относительно друг друга. Это строение и объясняет свойство графита расслаиваться на чешуйки, благодаря чему он применяется для изготовления карандашей и в качестве смазочного материала.
Долгие попытки получить искусственный (синтетический) алмаз увенчались успехом в середине двадцатого века. Получение искусственных алмазов из графита при современном уровне развития химии и технологии уже не является проблемой, но требует дорогостоящего оборудования.
То, что природа делает за миллионы лет, человек теперь может сделать за гораздо более короткий срок. Главное – воспроизвести условия, в которых в природе одна форма чистого углерода переходила в другую, то есть создать высокую температуру и очень высокое давление. Существует несколько способов сделать это. Правда, искусственные алмазы получаются довольно мелкими, и объем их производства относительно небольшой. К примеру, московская лаборатория может вырастить до 1 килограмма алмазов в год.
Кстати, существует и искусственный графит. В отличие от алмаза его производят и используют в промышленных масштабах. А получают искусственный графит из угля.
Источник: coal-liza.livejournal.com
Каменный уголь. Свойства, добыча и применение каменного угля
Город призрак без угля. Таковым стал японский Хасима. В 1930-е его признали самым густонаселенным. На крошечном клочке земли уместились 5 000 человек. Все они работали на угольном производстве.
Остров оказался буквально сложенным из каменного источника энергии. Однако, к 1970-ым запасы угля истощились.
Уехали все. Остался лишь перерытый остров и постройки на нем. Туристы и японцы зовут Хасиму призраком. Остров наглядно показывает важность каменного угля, невозможность человечества жить без него. Альтернативы нет.
Есть только попытки ее найти. Поэтому, уделим внимание современному герою, а не туманным перспективам.
Описание и свойства
Каменный уголь – это горная порода органического происхождения. Это значит, что камень образован из разложившихся остатков растений, животных. Чтобы они сформировали плотную толщу, требуется постоянное накопление и спрессовывание.
Подходящие условия на дне водоемов. Там, где есть месторождения каменного угля, когда-то были моря, озера. Отмершие организмы опускались на дно, придавливались толщей воды. Так образовывался торф. Каменный уголь – последствие его дальнейшего сжатия под давлением уже не только воды, но и новых слоев органики.
Основные запасы каменного угля относятся к эре Палеозоя. С ее окончания минуло 280 000 000 лет. Это эра гигантских растений и динозавров, обилия жизни на планете. Не удивительно, что именно тогда органические отложения накапливались особенно активно.
Чаще всего, уголь образовывался в болотах. В их водах мало кислорода, что препятствует полному разложению органики.
Внешне залежи каменного угля напоминают обгоревшую древесину. По химическому составу порода является смесью углеродных ароматических соединений высокомолекулярного типа и летучих веществ с водой.
Минеральные примеси незначительны. Соотношение компонентов не стабильно. В зависимости от преобладания тех, или иных элементов, выделяют виды каменного угля. К основным относится бурый и антрацитовый.
Бурая разновидность угля насыщенна водой, а посему, отличается низкой теплотой сгорания. Получается, в качестве топлива порода не годиться, как каменная. И бурый уголь нашел иное применение. Какое?
Этому будет уделено отдельное внимание. Пока же, разберемся, почему водонасыщенную породу зовут бурой. Причина в цвете.
Уголь коричневатый, без блеска, рыхлый. С геологической точки зрения массу можно назвать молодой. То есть, в ней не завершены процессы «брожения». Поэтому, у камня низкая плотность, при сгорании образуется много летучих веществ.
Ископаемый каменный уголь антрацитового типа – полностью сформировался. Он плотнее, тверже, чернее, блестит. Чтобы бурая порода стала такой, требуются 40 000 000 лет. В антраците велика доля углерода – около 98%.
Естественно, что теплоотдача у черного угля на высоте, а значит, камень можно использовать в качестве топлива.
Образования каменного угля чаще всего находятся в болоте
Бурый вид в этой роли используют лишь для обогрева частных домов. Им не нужны рекордные показатели энергии.
Нужна лишь простота обращения с топливом, а антрацит в этом плане проблематичен. Разжечь черный каменный уголь непросто. Производственники, железнодорожники, приноровились. Трудозатраты стоят того, ведь антрацит не только энергоемок, но и не спекается.
Каменный уголь – топливо, от сгорания которого остается зола. Из чего она, если органика переходит в энергию? Помните заметку о минеральной примеси? Именно неорганическая составляющая камня и остается на дне печей.
Немало золы осталось и на китайском месторождении в провинции Люхуангоу. Залежи антрацита там горели без малого 130 лет. Пожар потушили лишь в 2004-ом году. Каждый год сгорали 2 000 000 тонн породы.
Вот и посчитайте, сколько каменного угля пропало даром. Сырье могло пригодиться не только в качестве топлива.
Применение каменного угля
Уголь называют солнечной энергией, заключенной в камень. Энергию можно преобразовывать. Она не обязательно должна быть тепловой.
Энергию, получаемую при сгорании породы, переводят, к примеру, в электричество. Температура сгорания каменного угля бурого типа чуть не доходит до 2 000 градусов. Дабы получить электричество из антрацита, потребуется уже около 3 000 по шкале Цельсия.
Каменный уголь применяют в качестве топлива
Если же говорить о топливной роли угля, он используется не только в чистом виде.
В лабораториях из органической породы научились получать жидкое и газообразное топливо, а на металлургических заводах уже давно пользуются коксом.
Он получается при нагреве каменного угля до 1 100 градусов без доступа кислорода. Кокс – бездымное топливо. Важна для металлургов и возможность применения брикетов в роли восстановителей железной руды. Так, кокс пригождается при отливке чугуна.
Кокс применяют и в качестве разрыхлителя шихты. Так именуют смесь исходных элементов будущего сплава. Будучи разрыхленной коксом, шихта легче переплавляется. Кстати, некоторые компоненты для сплавов тоже получают из антрацита.
В качестве примесей в нем могут содержаться германий и галлий – металлы редкие и мало где еще встречающиеся.
Купить уголь стремятся, так же, для производства композиционных материалов углеграфитового толка. Композитами называют массы из нескольких составляющих, с четкой границей между ними.
Искусственно созданные материалы применяют, к примеру, в авиации. Здесь композиты увеличивают прочность деталей.
Карбоновые массы выдерживают, как очень высокие, так и низкие температуры, используются в стойках опоры контактных сетей.
А вообще, композиты прочно вошли уже во все сферы жизни. Железнодорожники устилают ими новые платформы.
Из наномодифицированного сырья делают опоры строительных конструкций. В медицине с помощью композитов предлагают заполнять сколы на костях и прочие повреждения, не подлежащие металлическому протезированию. Вот какой каменный уголь многоликий и многофункциональный.
Химики разработали метод получения из угля пластмасс. При этом, не пропадают отходы. Низкосортная фракция прессуется в брикеты.
Они служат топливом, которое подходит, как для частных домов, так и производственных цехов. В топливных брикетах остается минимум углеводородов. Они, собственно, и есть самок ценное в угле.
Из него можно получить чистые бензол, толуол, ксилолы, куморановые смолы. Последние, к примеру, служат основой для лакокрасочной продукции и такого материала внутренней отделки помещений, как линолеум.
Часть углеводородов ароматические. Людям знаком запах нафталина. Но, немногие знают, что производят его из каменного угля.
В хирургии нафталин служит антисептиком. В домашнем хозяйстве вещество борется с молью. Кроме того, нафталин способен защитить от укусов ряда насекомых. Среди них: мухи, оводы, слепни.
В общей сложности, уголь каменный в мешках закупают для производства более чем 400-от видов продукции.
Многие из них – побочные товары, получаемые на коксохимическом производстве. Интересно, что стоимость дополнительных линий, как правило, больше, чем у кокса.
Если же рассматривать среднюю разницу между каменным углем и товарами из него, она составляет 20-25 раз.
То есть, производство весьма выгодное, быстро окупается. Поэтому, неудивительно, что ученые ищут все новые и новые технологии переработки осадочной породы. На растущий спрос должно быть предложение. Ознакомимся с ним.
Добыча каменного угля
Месторождения угля называют бассейнами. В мире их свыше 3 500. Общая площадь бассейнов – около 15% от суши. Больше всего угля в США.
Там сосредоточенны 23% от мировых запасов. Каменный уголь в России – это 13% общих запасов. Бронза у Китая. В его недрах сокрыто 11% породы.
Большинство из них – антрациты. В России соотношение бурого угля к черному примерно одинаково. В США преобладает бурый вид породы, что снижает значение залежей. Не смотря на обилие бурого угля, месторождения США поражают не только объемами, но и масштабами.
Запасы одного только Аппалачского каменноугольного бассейна составляют 1 600 миллиардов тонн. В самом крупном бассейне России, для сравнения, хранятся лишь 640 миллиардов тонн породы. Речь о Кузнецком месторождении.
Оно находится в Кемеровской области. Еще пара перспективных бассейнов обнаружены в Якутии и Тыве. В первом регионе залежи назвали Эльгинскими, а во втором – Элегетскими. Месторождения Якутии и Тывы относятся к закрытому типу. То есть, порода находиться не у поверхности, на глубине.
Нужно строить шахты, штольни, стволы. Это поднимает цену каменного угля. Но, масштабы залежей стоят затрат. Что же касается Кузнецкого бассейна, в нем работают по смешенной системе. Около 70% сырья извлекают с глубин гидравлическим способом.
30% угля добывают открыто, используя бульдозеры. Их достаточно, если порода залегает у поверхности, а прикрывающие слои рыхлые.
Открыто уголь добывают и в Китае. Большинство месторождений КНР находятся далеко за пределами городов. Однако, это не помешало одной из залежей доставить неудобства населению страны. Это произошло в 2010-ом.
Пекин резко увеличил запросы на уголь из Внутренней Монголии. Она считается провинцией КНР. В путь отправилось столько грузовиков с товаром, что 110-е шоссе встало почти на 10 дней. Пробка началась 14-го августа, а рассосалась лишь 25-го.
Правда, не обошлось и без проведения дорожных работ. Грузовики с углем усугубили ситуацию. 110-е шоссе относится к дорогам государственного значения. Так что, не только уголь в пути задержался, но и прочие контракты оказались под угрозой.
В интернете можно найти ролики, где водители, ехавшие в августе 2010-го по китайскому шоссе, сообщают, что 100-километровый отрезок преодолевали около 5-ти дней.
Источник: tvoi-uvelirr.ru
Каменный уголь, описание и происхождение: является ли образование минералом, или это горная порода?
Каменный уголь – осадочная порода растительного происхождения. Она известна с незапамятных времен и является первым видом ископаемого топлива, использованным человеком. Первое описание принадлежит Аристотелю и датируется IV веком до н. э. Уголь по сей день остается наиболее востребованным источником энергии после нефти, его добыча ведется по всему миру.
Относится ли он к минералам и из каких компонентов состоит? Какая его разновидность самая ценная? Как добывают уголь?
- 1. Чем является каменный уголь и из чего он состоит?
- 2. Происхождение полезного ископаемого
- 3. Месторождения и способы добычи
- 4. Видео по теме статьи
- 5. Комментарии посетителей по теме статьи
Чем является каменный уголь и из чего он состоит?
Каменный уголь относится к осадочным породам, которая образуется в земном пласте. Она имеет растительное происхождение и выглядит как камень черного или темно-серого цвета со слоистой текстурой (см. фото). Он медленно загорается и долго горит, выделяя много тепла. Уголь – это плотная, твердая, но хрупкая горная порода, которая тонет в воде. Ископаемое нельзя назвать минералом, поскольку это понятие объединяет однородные части горных пород, тогда как структура и состав угля неоднородны и варьируются в зависимости от возраста и месторасположения залежей.
Основной элемент породы – углерод. Процент содержания этого вещества является главным критерием в определении качества топлива: чем он больше, тем выше уровень теплоотдачи. В составе ископаемого также присутствуют кислород, водород и азот. В угле содержится небольшое количество серы. Этот элемент считается наиболее вредной примесью – при сжигании топлива образуется сернистый газ, который негативно воздействует на экологию и вреден для человека.
В природе уголь встречается в трех разновидностях:
- Бурый. Наиболее молодой вид горной породы, пласты залегают неглубоко под землей. Содержит мало углерода – 65–70% и много воды – 43%. Отличается светлым оттенком и низкой теплотой сгорания. Самый низший сорт угля.
- Каменный. Более древний и ценный, залегает глубже, чем бурый, и имеет высокую теплопроводную способность. Доля углерода достигает 75–93%. Количество влаги не превышает 12%, чем обусловлена высокая температура сгорания. Содержит до 32% летучих веществ, поэтому хорошо воспламеняется.
- Антрацит. Наиболее древняя разновидность, считается наивысшим сортом топлива. Содержание углерода достигает 92–98%, влажность находится в пределах 1–3%. Отличается высокой твердостью, металлическим блеском и большой удельной теплотой сгорания. Не дымит и не пахнет при горении.
Происхождение полезного ископаемого
Основная масса залежей этого полезного ископаемого начала формироваться в палеозойскую эру. В этот период началось освоение суши растениями, образовалась обильная наземная флора в виде влажных тропических лесов. В ходе наводнений растительность постепенно скапливалась на дне водоемов, образуя большие слои органических остатков. В залежах каменного угля часто встречаются массы не только растений, но и животных.
Из-за ограничения доступа кислорода под толщей воды полного разложения органики не происходило. При перегнивании некоторой ее части выделялись сероводород, метан и углекислота, благодаря которым останки затвердевали. Так образовывался торф. Постепенно масса утолщалась и все глубже погружалась в недра земли, чему способствовало движение земной коры. Со временем в результате большого давления и вследствие воздействия высоких температур из-за близко расположенной магмы она преобразовалась в пласты каменного угля.
Месторождения и способы добычи
Залежи каменного угля называют угольными бассейнами. Они располагаются повсеместно. На планете их насчитывают более 3,5 тысячи, общая площадь достигает 15% территории суши. Месторождения есть практически в любой стране мира, но разрабатываются лишь в 50 – часто пласты залегают в недоступных местах.
Наиболее крупными запасами ископаемого обладают США, Россия и Китай. Около 95% угольных бассейнов России находятся в восточных регионах, в основном в Сибири.
Уголь добывается следующими способами:
- Карьерный. Применяется в тех случаях, когда ископаемое залегает на глубине не более 100 метров. Требует использования большого количества тяжелой техники, твердые породы взрывают. Открытый метод – это самый безопасный и наименее затратный способ, однако он наносит большой ущерб экологии, а добытое топливо содержит множество примесей.
- Подземный. Позволяет вести разработку на глубине свыше 1000 метров. Для добычи прокладываются штольни, вертикальные или горизонтальные стволы, по которым продвигаются лифты. Закрытый метод требует больших финансовых затрат и привлечения к тяжелой и опасной работе значительных человеческих ресурсов.
Источник: moykamen.com