Бурый уголь

Бурый уголь — это осадочная горная порода органического происхождения, представляющая собой промежуточную стадию метаморфизма между торфом и каменным углем. Относится к классу гумусовых углей низкой степени углефикации. Характеризуется бурой или черно-бурой окраской, относительно низким содержанием углерода (от 65 до 75 %) и высокой влажностью (от 15 до 60 %). Является одним из основных видов ископаемого топлива, используемого преимущественно в энергетике и химической промышленности.

Происхождение и образование

Бурый уголь образуется в результате длительного биохимического и геологического преобразования (углефикации) растительных остатков в условиях болотных экосистем. Процесс начинается с накопления торфа, который под воздействием повышенных температуры и давления, а также при отсутствии доступа кислорода, постепенно теряет влагу и обогащается углеродом.

Основные этапы образования:

Торфообразование — накопление и частичное разложение отмершей растительности (древесины, мхов, коры) в переувлажненной среде.
Диагенез — уплотнение торфа, выделение газов и воды, превращение его в бурый уголь. Этот этап происходит при погружении торфяника под толщу более молодых осадочных пород.
Метаморфизм — дальнейшее преобразование бурого угля в каменный и антрацит при увеличении глубины залегания, температуры и давления. Бурый уголь соответствует начальной стадии этого процесса.

Возраст большинства промышленных месторождений бурого угля — мезозойский (преимущественно юрский и меловой) и кайнозойский (палеогеновый и неогеновый) периоды. В отличие от каменного угля, бурый уголь часто залегает на относительно небольших глубинах (от нескольких метров до нескольких сотен метров) в виде пластов мощностью от 1 до 100 метров.

Химический состав и свойства

Химический состав

Химический состав бурого угля варьируется в зависимости от месторождения и степени метаморфизма. Основные компоненты:

Углерод (C): 65–75 % (на сухую беззольную массу).
Водород (H): 5–6 %.
Кислород (O): 15–25 %.
Азот (N): 1–2 %.
Сера (S): 0,5–3 % (часто выше, чем в каменных углях).

В состав также входят минеральные примеси (зола), влага и летучие вещества. Выход летучих веществ (в основном углеводородов) составляет 40–60 %, что значительно выше, чем у каменного угля (10–40 %).

Физические свойства

Цвет: от светло-бурого до черно-бурого.
Блеск: матовый, реже смоляной.
Текстура: землистая, волокнистая или плотная. Легко крошится и пачкает руки.
Твердость: низкая (2–3 по шкале Мооса).
Плотность: 1,2–1,5 г/см³.
Теплота сгорания: 22–31 МДж/кг (на сухую массу), что примерно в 1,5–2 раза ниже, чем у каменного угля.

Технические характеристики

Основные показатели качества бурого угля — влажность (W) и зольность (A). По влажности выделяют:

Лигниты (бурые угли с влажностью 35–60 %) — характерны для молодых месторождений (например, в Германии, Польше).
Собственно бурые угли (влажность 15–35 %) — более зрелые разновидности (например, в России, Китае).

Зольность промышленных углей колеблется от 5 до 40 %. Высокая зольность и влажность снижают энергетическую ценность и делают бурый уголь менее эффективным для транспортировки на большие расстояния.

Классификация

В России и странах СНГ бурый уголь классифицируют по маркам в зависимости от степени метаморфизма и технологических свойств. Основные марки:

1Б (бурый первого класса) — самый молодой, с высокой влажностью (более 35 %).
2Б (бурый второго класса) — более зрелый, влажность 25–35 %.
3Б (бурый третьего класса) — переходный к каменному углю, влажность менее 25 %.

В международной классификации (ISO) бурые угли относят к лигнитам (Lignite) и суббитуминозным углям (Subbituminous coal). Лигниты — это угли с влажностью более 30 % и теплотой сгорания менее 24 МДж/кг. Суббитуминозные угли занимают промежуточное положение между бурыми и каменными.

Месторождения и добыча

География запасов

Мировые запасы бурого угля оцениваются в сотни миллиардов тонн. Крупнейшие запасы сосредоточены в:

Россия — Канско-Ачинский бассейн (Красноярский край, Иркутская область), Подмосковный бассейн, Южно-Уральский бассейн, месторождения Дальнего Востока (например, Ургальское).
Германия — Рейнский буроугольный бассейн (Нижняя Саксония, Северный Рейн-Вестфалия), Лаузицкий бассейн.
США — бассейны в штатах Вайоминг, Монтана, Северная Дакота (формация Форт-Юнион).
Китай — провинции Шаньси, Синьцзян, Внутренняя Монголия.
Польша — Белхатувское, Конинское месторождения.
Австралия — бассейны в штатах Виктория и Южная Австралия.
Казахстан — Майкубенский бассейн.

Способы добычи

Бурый уголь залегает преимущественно неглубоко, поэтому добыча ведется в основном открытым способом (карьеры, разрезы). Это экономически выгоднее, чем подземная добыча. Крупнейшие карьеры мира (например, в Германии и России) имеют глубину до 300–400 метров и протяженность в десятки километров.

Подземная добыча (шахтным способом) применяется реже, в основном на месторождениях с глубоким залеганием пластов (например, в Подмосковном бассейне).

Применение

Энергетика

Основное направление использования — сжигание на тепловых электростанциях (ТЭС) для производства электроэнергии и тепла. Из-за низкой теплотворной способности и высокой влажности бурый уголь часто сжигают непосредственно вблизи мест добычи (так называемые «угольные разрезы-ТЭС»). В России крупнейшие ТЭС, работающие на буром угле, расположены в Канско-Ачинском бассейне (Березовская, Назаровская ГРЭС).

Химическая промышленность

Бурый уголь служит сырьем для получения:

Синтетического жидкого топлива (бензин, дизель) методом гидрогенизации (процесс Бергиуса) или газификации.
Углеводородных газов (метан, водород).
Горного воска (озокерит) — используется в косметике, электротехнике.
Гуминовых кислот — применяются в сельском хозяйстве как стимуляторы роста растений и компоненты удобрений.
Активированного угля и сорбентов.

Производство удобрений

Гуминовые кислоты, извлекаемые из бурого угля, используются для производства органо-минеральных удобрений и почвоулучшителей. В России и Китае разработаны технологии получения жидких и твердых гуминовых препаратов.

Бытовое использование

В некоторых регионах бурый уголь применяется для отопления частных домов, однако из-за высокой влажности и зольности это менее эффективно и более экологически грязно по сравнению с каменным углем или газом. Используются брикеты из бурого угля (прессованные с добавлением связующих веществ), которые имеют более высокую теплотворность и меньше дымят.

Экологические аспекты

Сжигание бурого угля сопряжено с рядом экологических проблем:

Выбросы парниковых газов — при сгорании выделяется больше CO₂ на единицу полученной энергии, чем у каменного угля или газа.
Зола и шлаки — высокая зольность приводит к образованию больших объемов отходов, которые требуют утилизации.
Сернистые соединения — бурый уголь часто содержит повышенное количество серы, что при сжигании ведет к выбросам SO₂ (кислотные дожди).
Тяжелые металлы — в золе могут содержаться ртуть, кадмий, свинец, мышьяк.
Нарушение земель — открытая добыча требует рекультивации карьеров и отвалов.

Для снижения экологического ущерба применяются технологии: обогащение угля (снижение зольности и серы), создание установок по улавливанию серы и золы (электрофильтры, скрубберы), а также перевод ТЭС на более чистые виды топлива.

Экономическое значение

Бурый уголь остается важным энергоносителем для стран с крупными запасами и развитой угольной промышленностью. В России доля бурого угля в общем объеме добычи угля составляет около 15–20 %. В Германии бурый уголь обеспечивает до 25 % производства электроэнергии. В Китае и США его использование также значительно.

Однако в последние десятилетия наблюдается тенденция к сокращению добычи и потребления бурого угля в развитых странах из-за экологических норм (Парижское соглашение по климату) и конкуренции с природным газом и возобновляемыми источниками энергии. В то же время в развивающихся странах и регионах с дешевым бурным углем (например, в Сибири) его использование продолжает расти.

Интересные факты

Крупнейшее в мире месторождение бурого угля — Канско-Ачинский бассейн (Россия) — содержит более 600 миллиардов тонн запасов.
В Германии бурый уголь добывают с XVIII века, и до сих пор он является основой энергетики восточных земель.
Из бурого угля получают «горный воск» — ценное сырье для производства свечей, мазей и изоляционных материалов.
В XIX веке бурый уголь использовали для получения светильного газа (газовое освещение).

Источники

Геологический словарь. — М.: Недра, 1978.
Горная энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия, 1984–1991.
Угольная промышленность России: состояние и перспективы. — М.: ЦНИЭИуголь, 2020.
Международное энергетическое агентство (IEA). World Energy Outlook 2022.
ГОСТ 25543-2013 «Угли бурые, каменные и антрациты. Классификация».

BFOmetr — база данных и аналитика по компаниям России.

На главную BFOmetr →