Петрографія вугілля

Петрогра́фія вугі́лля (від грец. Πέτρος — камінь та γράφω — писати), петроло́гія вугі́лля — наука про макро- та мікроінгредієнти вугілля: літотипи, мікролітотипи, мацерали, мінеральні домішки та типи вугілля.

Історична довідка

До початку 20 ст. петрологія вугілля розвивалася як описова наука, зусилля дослідників були спрямовані на характеристику вугілля як цілісного компонента, встановлення його загальних властивостей, структури, поширення тощо. Використання мікроскопу для аналізу вугілля спричинило появу нового напряму — мікроскопічних досліджень, який почав розвиватися ще в 19 ст., а поширився завдяки роботам палеонтолога (див. Палеонтологія) Р. Тіссена (1867–1938; США).

1919 палеоботанік М. Стопс (1880–1958; Велика Британія) описала в бітумінозному вугіллі (див. Бітуми) чотири літотипи, виокремивши вітрен, кларен, дюрен і фюзен (див. Фюзеноліти). 1957 наведену групу літотипів доповнено двома проміжними типами: дюроклареном і клародюреном.

1920 Р. Тіссен опублікував працю «Структура палеозойського бітумінозного вугілля», до якої додав 160 вкладок із мікрофотографіями прозорих шліфів вугілля.

Одним із перших у Російській імперії мікроскопічну будову викопного вугілля схарактеризував палеонтолог М. Д. Залеський (1877–1946; тепер РФ). Науковець пов’язав макро- і мікроструктури вугілля, його хімічний склад і умови походження.

Із кінця 20-х — на початку 30-х 20 ст. в різних країнах створюють дослідні центри, які спеціалізуються на мікроскопії вугілля. Зокрема, організовано лабораторії під керівництвом палеоботаніка В. Готана (1879–1954; Німеччина) та Е. Штаха в Пруському геологічному державному інституті; Інститут геології горючих копалин у Фрайберзькій гірничій академії (Саксонія, Німеччина); лабораторію у Вугільному музеї Лілльського університету (Франція); Вуглепетрографічну та рентгенівську лабораторію в Харківському вуглехімічному інституті (тепер Український державний науково-дослідний вуглехімічний інститут Міністерства промислової політики України); Лабораторію мікроскопії вугілля в Інституті механічної обробки корисних копалин (м. Ленінград, тепер м. Санкт-Петербург, РФ) та ін. 1925 група вчених під керівництвом геологам Е. Штаха (1896–1990; Німеччина), випрацювала методику мікроскопічного аналізу полірованих зразків із використанням масляно-іммерсійних об’єктивів.

1934, 1935, 1948 геолог Ю. А. Жемчужников (1885–1957; тепер РФ) опублікував підручники з геології викопного вугілля, де запропонував принципи класифікації вугільних пластів та сформулював генетичну класифікацію вугілля.

1935 М. Стопс застосувала термін «мацерали» для компонентів вугілля, помітних під мікроскопом.

1960 вийшла друком монографія Ю. А. Жемчужникова та А. І. Гінзбурга (1917–1984; тепер РФ) «Основи петрології вугілля» з уточненою генетичною класифікацією вугілля та описом найпоширеніших типів.

Петрографи Е. Гоффман і А. Єнкнер (Німеччина) використали фотометр для виявлення взаємозв’язку між відбивною здатністю вітриніту і ступенем метаморфізму вугілля.

Методику визначення відбивної здатності вдосконалено в 2-й пол. 1940-х — на поч. 1950-х: суб’єктивні оцінки замінені об’єктивними фіксаційними методами із застосуванням фотокамер, фотопомножувачів і високочутливих гальванометрів.

1982 в Німеччині учні та послідовники основоположника петрографії вугілля в Західній Європі Е. Штаха опублікували його «Підручник з петрології вугілля», де зокрема, висвітлено історію світового розвитку цієї науки.

1953 створено Міжнародний комітет з петрології вугілля. 1957 під керівництвом цього органу укладено міжнародний словник. 1963 оприлюднено його друге видання, доповнене — 1971 і 1975.

Стандартизацію номенклатури в петрографії вугілля ускладнювало існування двох різних систем: американської та європейської. Перша ґрунтувалася на вивченні прозорих шліфів, а друга — аншліфів. З часом європейська номенклатура, т. з. система Стопс-Геерлен (Stopes-Heerlen system), стала більш застосовуваною в практичній петрографії вугілля завдяки швидкому та точному визначенню ступеня метаморфізму. Проте й використовувану в США систему Тіссена — Гірничого бюро — Спакмана (Thyssen — Mining Bureau — Spackman system) також було введено до словника і пов’язано з системою Стопс-Геерлен.

Характеристика

У межах петрографії вугілля досліджують і систематизують складники вугілля, описують їхні ознаки, походження, закономірності поширення в пластах та вугленосних відкладах. Петрографія вугілля вивчає зв’язок між властивостями компонентів вугілля та ступенем вуглефікації за умов регіонального, контактного метаморфізму та вивітрювання. Петрографія вугілля пов’язана з суміжними науковими дисциплінами: геологічними (тектонікою, літологією, палеоботанікою та ін.), хімічними (біохімією, органічною хімією та ін.), а також фізикою, гірничою справою, збагаченням корисних копалин.

Умовою поглибленого хімічного й технологічного дослідження мікрокомпонентів та макроінгредієнтів вугілля є отримання їх у чистому вигляді, за можливості — у незміненому стані. Аналізують відібрані з пластів вугілля макроінгредієнти, прошарки чи їх пачки, у яких сконцентрована одна група мікрокомпонентів.

Методи виділення макроінгредієнтів

Методи виділення макроінгредієнтів з кам’яного вугілля:

1. Відбір під мікроскопом. Вітрен, кларен, дюрен і фюзен у невеликих кількостях вилучають за макроскопічними ознаками зі шматків вугілля за допомогою ланцета. Легше отримати таким чином вітрен і фюзен, виділення ж кларену утруднене.

2. Дроблення і розсів на класи за величиною: за умови розсіву подрібненого вугілля на класи різної величини можливе виявлення в дрібних класах фюзену.

3. Еластичне дроблення і розсів. Проводять на спеціальних дробарках, у яких під дією пружного удару шматки вугілля розколюються на межах дотику петрографічних макроінгредієнтів. Далі внаслідок сепарації одержують фракції, що є концентратами вітрено-кларену, дюрену та фюзену. Цей метод застосовують у промисловості.

4. Фракційний аналіз — розділення вугілля на макроінгредієнти у т. з. важких рідинах (водяні розчини хлористого кальцію, хлористого цинку, суміші бензолу і чотирихлористого вуглецю тощо) ґрунтується на різниці їхніх густин. У такий спосіб одержують тільки концентрати макроінгредієнтів, але чіткий їх поділ неможливий. Перешкоджає цьому дюрен, який унаслідок неоднакового співвідношення мікрокомпонентів та вмісту мінеральних речовин має різну густину і виділяється у різні фракції розшаровування. Фюзен також не завжди є чистим матеріалом: його клітини можуть бути заповнені мінеральними речовинами (що збільшує загальну густину речовини) чи смоляними тільцями (густина зменшується).

Петрографічний склад вугілля

Виокремлюють чотири основних генетичних типи інгредієнтів: вітрен, кларен, дюрен і фюзен.

Вітрен — один із головних інгредієнтів вугілля, якому притаманні основні властивості вугілля. Трапляється у формі лінз, шарів, іноді — пачок вугільного пласта. Головні риси: яскравий блиск, однорідність складу, монолітна склувата структура, раковистий або згладжений злом, тріщинуватість упоперек напластування. Порівняно з іншими інгредієнтами зазвичай найменш зольний.

Кларен має яскравий блиск і неоднорідний склад, що надає йому смугастої текстури; у будові прошарків чергуються смуги різної товщини. Іноді складає суцільні пласти вугілля.

Дюрен — тверде вугілля сіро-чорного кольору з зернистим або нерівним зламом із шорсткими поверхнями, неінтенсивним маслянистим блиском, зазвичай містить домішки тонкодисперсної мінеральної речовини. Утворює шари різної потужності, інколи — суцільний пласт. Щільний, твердий, часто в’язкий.

Фюзен має шовковистий блиск і волокнисту або сажисту будову. Трапляється у формі лінз, гнізд, прошарків. Пористий, м’який і крихкий, зовні нагадує деревне вугілля і зазвичай містить велику кількість мінеральних домішок.

Мікрокомпоненти кам’яного вугілля за генетичними і фізичними ознаками об’єднані в групи вітриніту, семівітриніту, фюзиніту, ліптиніту, альгініту, мікстиніту, мінеральних домішок. Серед головних характеристик мікрокомпонентів є їхня відбивна здатність і структура. Вони різняться фізичними і хімічними властивостями (густиною, хімічним складом, теплотою згоряння, спікливістю, виходом летких речовин тощо). Мікрокомпоненти групи вітриніту мають підвищений вихід летких речовин, а мікрокомпоненти групи фюзеніту — мінімальний. У коксівного вугілля мікрокомпоненти групи вітриніту добре спікаються, мікстиніт і семівітриніт злегка розм’якшуються, фюзиніт не спікається. Мікрокомпоненти останніх трьох груп змінюються як піснуваті домішки. Тому однаково метаморфізоване вугілля з різним петрографічним складом має різні технологічні властивості.

Відмінності у властивостях мікрокомпонентів зумовлені як з вихідним матеріалом рослинних залишків, так і умовами хімічного перетворення органічної речовини на стадії торфоутворення, що визначає ступінь відновлення вугілля. Унаслідок метаморфізму хімічні і фізичні властивості мікрокомпонентів вугілля змінюються. Неоднаковість первинного рослинного матеріалу, мікрокомпонентного складу, типів відновлення і стадій метаморфізму зумовили різноманіття вугілля в родовищах.

Петрографічний склад вугілля необхідно враховувати при визначенні оптимальної межі його дроблення, збагачення і способів подальшої технологічної переробки.

Див. також

Література

  1. Аммосов И. И., Еремин И. В. Трещиноватость углей. Москва : Академия наук СССР, 1960. 110 с.
  2. Аммосов И. И., Еремин И. В., Бабинкова Н. И. и др. Петрографические особенности и свойства углей. Москва : Академия наук СССР, 1963. 380 с.
  3. Аммосов И. И., Горшков В. И., Гречишников Н. П. и др. Петрология органических веществ в геологии горючих ископаемых. Москва : Наука, 1987. 333с.
  4. Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / За ред. В. С. Білецького. Донецьк : Східний видавничий дім, 2004–2013.
  5. Білецький В. С., Саранчук В. І., Ошовський В. В. та ін. Основи хімії і фізики горючих копалин. Донецьк : Східний видавничий дім, 2008. С. 600.
  6. Короткий словник з петрографії вугілля / Уклад.: Г. Маценко, В. Білецький, Т. Шендрік. Донецьк : Східний видавничий дім, 2011. 74 с.
  7. Hoffman E., Jenkner A . Coalification and Its Detection Under the Microscope . Fuel , vol . 12 , 1933 , pp . 98– 106.

Автор ВУЕ

В. С. Білецький

Г. П. Маценко

В. І. Саранчук


Покликання на цю статтю

Покликання на цю статтю: Білецький В. С., Маценко Г. П., Саранчук В. І. Петрографія вугілля // Велика українська енциклопедія. URL: https://vue.gov.ua/Петрографія вугілля (дата звернення: 16.10.2021).


Оприлюднено

Статус гасла: Оприлюднено
Оприлюднено:
05.11.2020

Офіційний телеграм-канал ВУЕОфіційний телеграм-канал ВУЕ