Массив торфа
Торф - сложная полидисперсная многокомпонентная система; его физические свойства зависят от свойств отдельных частей, соотношений между ними, степени разложения или дисперсности твёрдой части, оцениваемой удельной поверхностью или содержанием фракций размером менее 250 мкм. Для Т. характерны большое влагосодержание в естественном залегании (88-96%), пористость до 96-97% и высокий коэффициент сжимаемости при компрессионных испытаниях. Текстура торфа. - однородная, иногда слоистая; структура обычно волокнистая или пластичная (сильноразложившийся торф). Цвет жёлтый или бурый до чёрного.
Слаборазложившийся торф в сухом состоянии имеет малую плотность (до 0,3 г/см 3), низкий коэффициент теплопроводности и высокую газопоглотительную способность; торф высокой дисперсности (после механической переработки) образует при сушке плотные куски с большой механической прочностью и теплотворной способностью 2650-3120 ккал/кг (при 40% влажности). Слаборазложившийся торф - отличный фильтрующий материал, а высокодисперсный используется как противофильтрационный материал. Торф поглощает и удерживает значительные количества влаги, аммиака , катионов (особенно тяжёлых металлов). Коэффициент фильтрации торфа изменяется в пределах нескольких порядков.
Первые сведения о торфе как «горючей земле» для нагревания пищи восходят к 46 г. н. э. и встречаются у Плиния Старшего . В 12-13 вв. Т. как топливный материал был известен в Голландии и Шотландии . В в г. Гронингене вышла первая в мире книга о Т. на латинском языке Мартина Шока «Трактат о торфе». Многочисленные неправильные представления о происхождении Т. были опровергнуты в И. Дегнером, применившим к его изучению микроскоп и доказавшим растительное происхождение Т. В России впервые сведения о Т. и его использовании появились в в. в трудах М. В. Ломоносова , И. Г. Лемана, В. Ф. Зуева, В. М. Севергина и др. В 19 в. Т. посвящены работы В. В. Докучаева, С. Г. Навашина, Г. И. Танфильева и др. В России исследования природы Т. носили ботанический характер. После Великой Октябрьской социалистической революции были созданы научные, производственные и учебные организации по комплексному изучению Т. и его использованию в народном хозяйстве (Инсторф, Московский торфяной институт и др.). Работами советских учёных выявлены географические закономерности распространения торфяных залежей, создана классификация видов торфа и торфяных залежей, составлены кадастры и карты торфяных месторождений, изучены химический состав и физические свойства Т. (И. Д. Богдановская-Гиенэф, Е. А. Галкина, Д. А. Герасимов, В. С. Доктуровский, Е. К. Иванов, Н. Я. Кац, М. И. Нейштадт, Н. И. Пьявченко, В. Е. Раковский, В. Н. Сукачев, С. Н. Тюремнов и др.). Проблемами использования Т. в СССР занимаются Всесоюзный научно-исследовательский институт торфяной промышленности (Ленинград) с филиалами в Москве и посёлке Радченко в Калининской области, институт торфа АН БССР, проблемные лаборатории Калининского, Каунасского и Томского политехнических и др. институтов.
Рис. 1. Схема расположения торфяников по рельефу
Торф - предшественник генетического ряда углей (по мнению ряда учёных). Место образования Т.- торфяные болота (см. Болото), встречающиеся как в долинах рек (поймы, террасы), так и на водоразделах (рис. 1).
Происхождение Т. связано с накоплением остатков отмершей растительности, надземные органы которой гумифицируются и минерализуются в поверхностном аэрируемом слое болота, называемом торфогенным горизонтом, почвенными беспозвоночными животными, бактериями и грибами . Подземные органы, находящиеся в анаэробной среде, консервируются в ней и образуют структурную (волокнистую) часть Т. Интенсивность распада растений-торфообразователей в торфогенном слое зависит от вида растения, обводнённости, кислотности и температуры среды, от состава поступающих минеральных веществ. Несмотря на ежегодный прирост отмершей органической массы, торфогенный горизонт не прекращает своего существования, являясь природной «фабрикой» торфообразования. Поскольку на торфяных месторождениях произрастает много видов растений, образующих характерные сочетания (болотные фитоценозы), и условия среды их произрастания отличаются по минерализации, обводнённости, реакции среды, сформировавшийся Т. на разных участках торфяных болот обладает различными свойствами.
Известен так называемый погребённый Т., который отложился в периоды между оледенениями или оказался перекрытым рыхлыми отложениями разной мощности в результате изменения базиса эрозии. Возраст погребённого Т. исчисляется десятками тысячелетий; в отличие от современного, погребённый Т. характеризуется меньшей влажностью.
Рис. 2. Основные виды строения торфяной залежи.
В соответствии с составом исходного растительного материала, условиями образования Т. и его физико-химическими свойствами Т. относят к одному из 3 типов: верховому , переходному и низинному . Каждый тип по содержанию в Т. древесных остатков подразделяется на три подтипа: лесной , лесотопяной и топяной . Т. разных подтипов отличается по степени разложения. Т. лесного подтипа имеет высокую степень разложения (иногда до 80%), у топяного Т. - минимальная степень разложения; лесотопяной Т. занимает промежуточное положение. Подтипы Т. делятся на группы, состоящие из 4-8 видов (табл. 1). Вид - первичная таксономическая единица классификации Т. Он отражает исходную растительную группировку и первичные условия образования Т., характеризуется определённым сочетанием доминирующих остатков отдельных видов растений (а также характерных остатков). Пластообразующими видами Т. называют совокупность нескольких первичных видов Т., мало отличающихся друг от друга по своим свойствам и образующих большие горизонтально залегающие однородные слои. Отложения пластообразующих видов той или иной протяжённости и мощности (толщины), закономерно сменяющиеся в определённой последовательности, образуют торфяную залежь. На характер строения залежи определённой климатической зоны влияют геоморфологические, геологические, гидрогеологические, гидрологические условия каждого конкретного участка болота. В зависимости от сочетания отдельных видов торфов по глубине торфяной залежи последние подразделяются на типы. В промышленной классификации торфяных залежей выделяются 4 типа: низинный, переходный, верховой и смешанный. Первичная единица классификации - вид торфяной залежи (рис. 2). В Европейской части СССР выделяются 25 основных видов торфяных залежей, в Западной Сибири - 32.
| Тип | Лесной подтип | Лесотопяной подтип | Топяной подтип | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Древесная группа | Древесно-травяная группа | Древесно-моховая группа | Травяная группа | Травяно-моховая группа | Моховая группа | |
| Низинный | Ольховый Берёзовый Еловый Сосновый низинный Ивовый |
Древесно-тростниковый Древесно-осоковый низинный |
Древесно-гипновый Древесно-сфагновый низинный |
Хвощёвый Тростниковый Осоковый Вахтовый Шейхцериевый низинный |
Осоково-гипновый Осоково-сфагновый низинный |
Гипновый-низинный Сфагновый низинный |
| Переходный | Древесный переходный | Древесно-осоковый переходный | Древесно-сфагновый переходный | Осоковый переходный Шейхцериевый переходный |
Осоково-сфагновый переходный | Гипновый переходный Сфагновый переходный |
| Верховой | Сосновый верховой | Сосново-пушицевый | Сосново-сфагновый | Пушицевый Шейхцериевый верховой |
Пушицево-сфагновый Шейхцериево-сфагновый |
Медиум-торф Фускум-торф Комплексный верховой Сфагново-мочажинный |
Торфяные месторождения - промышленные скопления торфа, четко ограниченные территориально и не связанные с др. скоплениями. Размер площади, занимаемой торфяными месторождениями и болотами в мире, составляет около 350 млн. га, из них около 100 млн. га имеет промышленное значение. На территории Западной Европы расположен 51 млн. га, Азии - свыше 100 млн. га, Северной Америки - свыше 18 млн. га. Данные о запасах Т. и его добыче в СССР и за рубежом приведены в табл. 2. Разведанные запасы Т. в СССР по районам приведены в табл. 3.
Изученность торфяного фонда по экономическим районам страны неравномерна. Так, в Центральном районе РСФСР свыше 70% фонда разведано детально, а в Западно-Сибирском детальная разведка составляет 0,6% фонда района и 82,8% - прогнозная оценка.
Поиск торфяных месторождений включает анализ картографических и аэрофотосъёмочных материалов, поисково-разведочный этап дополняется полевыми работами. Предварительная разведка выполняется на месторождениях площадью свыше 1000 га для определения целесообразности их использования. Детальная разведка производится с целью получения данных для составления проекта разработки и использования торфяного месторождения.
| Страна | Запасы торфа, Млрд. т (40% влажности) |
Годовая добыча торфа, Млн. т |
|---|---|---|
| СССР | 162,5 | 90,0 |
| Финляндия | 25,0 | 1,0 |
| Канада | 23,9 | 1,0 |
| США | 13,8 | 0,3 |
| Швеция | 9,0 | 0,3 |
| ПНР (Польша) | 6,0 | 1,3 |
| ФРГ (Германия) | 6,0 | 1,5 |
| Ирландия | 5,0 | 5,0 |
| Республика, экономический район | Общая площадь торфяных месторождений в границах промышленной залежи, млн. га |
Запасы торфа, млрд. т (40% влажности) |
|---|---|---|
| РСФСР | 56,6 | 149,9 |
| Северо-Западный | 8,9 | 19,8 |
| Центральный | 1,4 | 5,2 |
| Центрально-чернозёмный | 0,04 | 0,1 |
| Волго-Вятский | 0,5 | 2,0 |
| Поволжский | 0,1 | 0,3 |
| Уральский | 2,7 | 9,1 |
| Западно-Сибирский | 34,1 | 103,9 |
| Восточно-Сибирский | 3,1 | 4,0 |
| Дальневосточный | 5,7 | 5,2 |
| Калининградская область | 0,1 | 0,3 |
| Украинская ССР | 9,9 | 2,3 |
| Белорусская ССР | 1,7 | 5,4 |
| Латвийская ССР | 0,5 | 1,7 |
| Литовская ССР | 0,3 | 0,8 |
| Эстонская ССР | 0,6 | 2,3 |
| Грузинская ССР | 0,02 | 0,1 |
| Армянская ССР | 0,001 | 0,0024 |
Рис. 3. Машина для предварительного осушения залежи.
Разработке Т. предшествуют осушение и подготовка поверхности. Подготовка поверхности месторождения выполняется после сооружения осушительной сети и окончания предварительного осушения залежи (рис. 3). Независимо от того, для каких целей будет использоваться залежь, с её поверхности удаляется древесная, а иногда и моховая растительность, разрабатываемый слой залежи на глубине 25-40 см освобождается от древесных включений или они измельчаются на фракции менее 8-25 мм. Разделённая картовыми канавами и валовыми каналами на определённые участки (карты ) поверхность поля планируется в продольном направлении перпендикулярно валовым каналам и профилируется с поперечным уклоном в сторону картовых канав шнековым профилировщиком. Выполнение этих работ способствует понижению уровня грунтовых вод и уменьшению влажности торфяной залежи до 86-89%, что обеспечивает производительную работу механизмов по добыче, сушке и уборке Т.
Рис 4. Машина для сведения леса и пакетирования древесины
Все операции подготовки поверхности торфяного месторождения механизированы (см. Торфяные машины). Удаление древесной растительности при подготовке включает срезку (валку) деревьев и кустарника с одновременным пакетированием и укладкой деревьев в пакетах на поверхность залежи специальной машиной (рис. 4). Затем пакеты грузятся на тракторные прицепы-самосвалы и вывозятся на промежуточные прирельсовые склады.
Рис. 5. Машина для подготовки полей методом глубокого фрезерования.
Пни и древесные включения корчевальными машинами извлекаются из залежи или перерабатываются машинами глубокого фрезерования (рис. 5) с последующей сепарацией и вывозкой древесных остатков за пределы полей. Для получения Т. с усреднёнными кондиционными свойствами применяются машины для перемешивания залежи или дренажно-обогатительные машины, извлекающие фрезами или барами торфяную массу из слоя залежи, перерабатывающие и расстилающие слой Т. на поверхности поля. Мелкие древесные остатки и щепа убираются с рабочей поверхности карт машинами с накалывающим или барабанно-цепным рабочим органом.
Рис. 6. Уборочная перевалочная машина.
В СССР Т. добывается фрезерным (более 95% общей промышленной добычи), экскаваторным и бескарьерно-глубинным способами. Прообраз экскаваторного способа - элеваторный, которым до Октябрьской революции 1917 добывалось около 1,3 млн. т (1913) кускового Т. Выемка Т. осуществлялась вручную. Элеваторные машины транспортировали Т.-сырец из карьера, перемешивали его и формовали в кирпичи. Операции по сушке, уборке и погрузке производились вручную. В 20-е гг. был разработан способ гидравлической добычи торфа («гидроторф ») с полной механизацией производственных процессов. Он применялся с до . Комплексно-механизированный экскаваторный способ включает выемку Т. из залежи ковшевым устройством, переработку Т.-сырца, его формование и выстилку торфяных кирпичей на поле сушки, уборку и складирование. Фрезерная добыча Т. получила развитие в СССР с конца 40-х гг. Она полностью механизирована и отличается меньшими трудоёмкостью, металлоёмкостью и энергоёмкостью. Основные технологические операции фрезерного способа добычи Т.: измельчение верхнего слоя (фрезерование) залежи на глубине до 25 мм, сушка сфрезерованного Т., уборка и штабелирование готового Т. Продолжительность высыхания слоя от 1 до 2 сут. Число таких циклов в сезоне 20-28; при пневматическом способе уборки до 40-50 циклов. Для добычи Т. фрезерным способом применяются 3 схемы: уборочно-перевалочная (рис. 6), бункерная механическая и бункерная пневматическая. Добытый торфяными машинами Т. в среднем около 6 мес хранится в полевых штабелях. Наиболее эффективный способ хранения и борьбы с самовозгоранием Т. - изоляция штабелей от атмосферного воздуха слоем сырого Т.; внедряется (1975) изоляция полимерной плёнкой.
Погрузка торфа в вагоны для перевозки торфа в Радовицком
Бескарьерно-глубинным способом добывают кусковой Т. для коммунально-бытовых нужд. Сущность его заключается в экскавации Т. из узких траншей, переработке, формовании и выстилке торфяных кирпичей на поле добычи - сушки с одновременным задавливанием траншей добывающей машиной.
В процессе переработки торфа благодаря увеличению удельной поверхности диспергируемого материала улучшаются свойства продукции. Диспергирование Т.-сырца повышает коэффициент объёмной усадки, являясь предпосылкой получения не только плотной, но и прочной продукции. Переработка снижает влагоёмкость топливного Т. Механическая переработка Т. осуществляется рабочими органами различных типов: шнековыми, шнеково-ножевыми, спирально-конусными, конусными, щелевыми, дробильными, перетирателями.
В 16-17 вв. из торфа выжигали кокс , получали смолу, Т. применяли в сельском хозяйстве, медицине и т.д. В конце 19 - начале 20 вв. началось промышленное производство торфяного полукокса и смолы. В 30-50-х гг. Т. стали использовать в энергетике, а также для производства газа и как коммунально-бытовое топливо. В 50-х гг. проведены исследования по энерготехнологическому применению Т. Возможность использования торфа из одного месторождения одновременно для сельского хозяйства и промышленности привела к созданию нового направления - комплексного использования Т.; этому способствуют многообразные свойства различных его видов. Так, в верховом слаборазложившемся Т. содержание углеводов достигает 40-50%; в сильноразложившемся Т. гуминовые кислоты составляют 50% и более. Отдельные виды Т. богаты битумами , содержание которых достигает 2-10%. Малоразложившийся верховой Т. обладает высокой водо- и газопоглотительной способностью, низким коэффициентом теплопроводности.
Рис. 7. Приготовление торфяных компостов на месторождении.
Торф высокой степени разложения находит разнообразное применение в сельском хозяйстве (табл. 4). Его используют для приготовления компостов (рис. 7), смесей с минеральными туками и известью, для производства торфоаммиачных и торфоминерально-аммиачных удобрений (см. Органо-минеральные удобрения). Торф, содержащий вивианит , применяют как фосфорное удобрение, известь - как известковое удобрение. Низинный Т., внесённый в больших дозах (500 т/га и более), способствует окультуриванию дерново-подзолистых почв, улучшению их физических и физико-химических свойств.
Научные исследования сосредоточиваются в основном на изучении отдельных торфяных месторождений, видах залежей и видах торфа . Это осложняет оценку потенциальной значимости торфяных ресурсов отдельных стран и тем более ограничивает прогнозирование освоения их для тех или иных целей. На международных конгрессах по торфу докладывались некоторые результаты работ, выполненных в данном аспекте. Неоднократно, например, отмечалось влияние геоморфологических, геологических, климатических и гидрогеологических факторов на образование, формирование и характер торфяных залежей.
В зависимости от этих факторов, хотя и в различной интерпретации, классифицируются торфяные залежи и оцениваются возможности их освоения и направления использования. Последовательно над решением этой задач» работают ученые Финляндии, Польши, Швеции, США, Италии и других стран. Торфяные месторождения Италии, например, классифицируются по типам с учетом геоморфологических условий географического положения. По геоморфологическому принципу предлагают классифицировать торфяные месторождения и английские ученые.
По мнению ученых, геоморфологические особенности образования торфяных месторождений не в одинаковой мере проявляют- себя в различных географических условиях. Общепринятые связи» торфообразующего рельефа и стратиграфии торфяных залежей иногда нарушаются. Так, отмечается, что на образовании торфяников; Исландии очень сильно сказалось выпадение большого количества осадков (до 2200 мм в год) и слабое испарение в условиях прохладного океанического климата. Поэтому торфяники занимают не только плоские поверхности равнин и бассейнов, но и холмы и, нижнюю часть горных склонов. Несмотря на это, собственно верховых торфяников в Исландии нет. Таким образом, здесь как бы нарушаются связи между типом залежи и геоморфологическими условиями образования торфяного месторождения.
Рассматривая возможные пути построения классификации для: оценки торфяных залежей различных географических зон, ученые США считают, что ни одна классификация не может служить для всех целей. В своих рекомендациях о принципах построения классификации они указывают, что главными объектами классификации являются органические горизонты, а не топография местности и климатические зоны или геология бассейнов. Установление определенных диагностических («ключевых») горизонтов (слоев) профиля залежи торфа является первым и наиболее важным шагом в классификации. Для правильного определения диагностических, горизонтов торфа используется степень изменения вещества торфа.
Целесообразность построения классификации торфяников в: зависимости от потенциальной реакции роста лесов на осушение торфяников и внесение удобрений отмечается шведскими учеными Хотя эта классификационная схема не окончательная, она представляет образец определенного подхода к решению этого вопроса и является модификацией схемы, подготовленной учеными Финляндии.
В работах канадских ученых подчеркивается, что одним из препятствий к эффективному сравнению результатов исследований» технических свойств разных видов торфа является отсутствие адекватной системы классификации. Для внесения такой адекватности в теорию и практику оценки торфа они считают возможным рассматривать структуру торфа как естественную основу для количественной классификации материала, как в сухом, так и в сыром состоянии. По их мнению, разнообразие торфа, встречающееся в природе, может быть сведено к относительно небольшому числу общих структурных типов торфов.
Макро- и микроскопическое изучение этих основных структурных типов, по мысли авторов, должно привести к разработке математической модели для каждого- типа, которая будет адекватно отражать природное состояние. Основные компоненты торфов можно свести к относительно небольшому количеству структурных сущностей, которые можно оценить количественно.
Делается попытка осуществить экологический подход к классификации торфяных болот различных географических районов Европы (Ирландия, восточная часть Англии, Шотландия, центральная часть Англии, район Мазурских озер Польши и т. д.) в пределах модели торфяной залежи с постепенным изменением водного режима. Модель переносится на действительность биотического процесса, последовательность типов болот регулируется жизненными процессами болотных растений, включающими отложения торфа (накопление энергии) внутри экологической системы.
Высказывается возможность применения «негенетической классификации для предсказания качества торфяных залежей в любой зоне пород». Основанием для этого является знание геологической обстановки во время и после аккумуляции. Качество торфа зависит от интенсивности роста растительности, образующей торф, и от возможности аккумуляции и сохранения этой растительности при отсутствии выветривания и загрязнения осадками. Геологические образования залежей торфа зависят от размера, формы и вещества депрессии (впадины), содержащей залежи, и топографического положения, связанного с прошедшей и настоящей картиной земли и поверхности воды района.
Минералы и горные породы / Описание минерала ТорфТолкачева Елизавета Сергеевна 9 «Г» класс
МОУ «СОШ № 58»
Актуальность темы
Многие зарубежные страны имеют развитую экономику, благодаря мощной минеральной базе. Главной особенностью этих стран является тот факт, что они используют все виды ресурсов, которые имеются на их территории. В то же время они экономно и рационально используют топливные ресурсы: уголь, нефть, газ; заменяя их наиболее дешевым видом топлива – торфом.
Добыча торфа и его переработка играют в этих странах немаловажную роль. Известно, что в 90-е годы Германия экспортировала 1700 тыс. т сельскохозяйственного торфа, страны Прибалтики – 1150 тыс. т, Россия – лишь 40 тыс. т, имея запасы в 200, 7 млрд. т торфа, что составляет 66% от мировых запасов.
Значительное количество торфа импортируют развитые страны, где он идет не только в качестве топлива и для нужд сельского хозяйства, но и для получения воска, медицинских препаратов, продуктов парфюмерной промышленности, технической бумаги, кислот, спирта и многих других видов продукции .
Огромно значение торфа в сельском хозяйстве. Наибольшие торфяные запасы России сосредоточены на территории Западной Сибири. При тщательном изучении торфяников на территории Западной Сибири можно легко создать богатую минеральную базу для производства удобрений именно в тех районах, где качество торфа выше.
Геологические исследования показывают, что кроме торфа Западная Сибирь богата сапропелем, болотным мергелем, торфовивианитом, которые образуют многочисленные месторождения с крупными запасами. Такие месторождения могут быть вовлечены в эксплуатацию в короткие сроки без крупных капиталовложений силами хозяйств или агрономическими объединениями.
Благодаря работе геологов, географов, других исследователей, на сегодняшний день можно легко возродить торфяную промышленность, что позволит экспортировать торф как ценное органо-минеральное сырье в те районы страны, где этого вида ресурсов недостаточно.
Современные минеральные удобрения, которые используются в России при ведении сельского хозяйства, имеют иностранное происхождение и стоят очень дорого. Экспорт торфа и торфяной продукции в некоторой мере позволил бы стабилизировать экономику не только Западной Сибири, но и страны в целом, а потребителю обеспечил бы гарантию быстрого и доброго урожая.
Кроме того, развитие торфяной промышленности как в нашей области (регионе), так и в стране, позволит решить ряд многих остро стоящих проблем:
1. Проблему топлива и экономическую.
Себестоимость кускового торфа ниже угля в 2, 5 раза, причем при его сжигании не происходит загрязнения окружающей среды. За прошлое столетие Россия сэкономила 400 млн. т каменного угля за счет сжигания торфа. Доля торфа в топливном балансе страны составляла в 1928 г. – 41, 4%. Создание топливной базы на основе торфа сегодня позволило бы решить и вопрос энергетического обеспечения страны, ведь после революции наша страна долгое время находилась в разрухе и план ГОЭЛРО, основанный на строительстве электростанций, сжигающих торф, именно он дал импульс для развития экономики.
2. Проблему безработицы.
Развитие торфоперерабатывающей промышленности в стране (области) дало бы работу не только людям, в ней участвующим, но и вовлекло бы ряд машиностроительных предприятий, которые обеспечили бы данный вид промышленности необходимыми машинами, оборудованием; вовлекло бы ряд химических предприятий, которые проводили бы комплексную переработку торфа, получая из него ценные химические продукты.
Таким образом, анализируя торф как ценное природное сырье, можно сделать вывод о том, что возрождение торфяной промышленности ведет к успешному развитию и общему росту экономики страны.
Объектом исследования этого данной работы являются:
Торфяные ресурсы России;
Торфяные залежи юга Западно-Сибирской равнины.
Предметом являются:
География торфяных залежей;
Возможности использования торфа как ценного природного сырья для отраслей хозяйственного сектора.
Основные цели работы:
Оценка торфяных запасов России, Западной Сибири, Омской области.
Разработка дополнений к урокам по теме «Природные ресурсы России» по курсу 8 и 9 классов.
Основные задачи:
Определить значение данного вида ресурсов;
Дать характеристику физическим и химическим свойствам торфа;
Выявить особенности размещения торфяных залежей на территории Западной Сибири;
Оценить запасы торфа Омской области;
Определить проблемы и перспективы развития торфяной промышленности в стране, регионе, области.
Часть 1. Понятие торфа. Растения-торфообразователи
Торф, каменный и бурый уголь, как и другие полезные ископаемые, были известны человеку еще в каменном веке
Впервые под названием «антракос» (уголь) ископаемые угли были описаны Теофрастом (III – IV в. До н.э.).
Первая книга о торфе («Трактат о торфе») Мартина Шока вышла на латинском языке в 1658 г. В Германии. В практике использования торфа книга имела большое значение, но в вопросах происхождения содержала ряд неправильных выводов.
Растительное происхождение торфа было неопровержимо доказано в 1729 г. Дегнером, применившим для его изучения микроскоп. «Торф, - писал он, - представляет собой в действительности скопление бесчисленных, цветущих, зеленеющих и растущих в стоячей воде болотных растений» .
Торф – это горючее полезное ископаемое, образовавшееся в условиях переувлажнения и без доступа воздуха в результате неполного распада болотных растений. Химический состав его весьма сложен: 50-60% углерода, 30-40% кислорода, 3-5% водорода, 1-3% азота и около 1% серы.
Торф образуется благодаря механическому разрушению растительных остатков и химическому изменению входящих в состав растений органических и органо-минеральных соединений .
Оторфовывание растительных остатков происходит в самых поверхностных слоях залежей, куда свободно проникают кислород и где идет энергичная работа микроорганизмов. Этот верхний слой и носит название торфообразующего или торфогенного слоя. Он лежит непосредственно под живой дерниной растений, и толщина его не превышает 30-50 см от поверхности болота. Чем глубже мы проникаем в залежь, чем меньше там воздуха, тем меньше микроорганизмов и тем слабее протекают процессы разложения растительных остатков.
Таким образом, торф образуется на поверхности болота и в дальнейшем, когда над ним нарастают новые слои растительности, он опускается, уплотняется, но остается все на той же степени разложения.
Основной процесс, происходящий в растительных остатках, заключается в разложении входящих в состав растений соединений: клетчатки и лигнина. Клетчатка разлагается быстро, превращаясь в конечные продукты распада: углекислый газ и воду. Лигнин более богат углеродом, чем клетчатка. Разлагаясь, эти основные части растений образуют углерод и, чем сильнее их разложение, тем больше в торфе углерода, т.е. торф, наиболее разложившийся, отличается и более высокими топливными качествами.
Кроме клетчатки и лигнина в состав растений входят смолы, воски и жиры. Эти вещества отличаются большой стойкостью и накапливаются в залежах в значительном количестве. Накопление этих веществ повышает ценность торфа.
В процессе оторфовывания растительных остатков часть растительной клетчатки превращается в воду и углекислый газ и выбывают из состава торфа. Минеральные соли остаются в торфе полностью .
Несмотря на то, что на болотах встречается очень большое количество разнообразных растений, число торфообразователей весьма невелико (прил. рис 1, с.15, 16).
Значительное участие в образовании торфа принимают: тростник, камыш, хвощ, осока, пушица, шейхцерия, ольха черная, береза пушистая, сосна.
Но особенно большое участие в построении торфяной массы принимают мхи: сфагнумы и гипнумы .
Общее географическое распространение торфяников в Западной Сибири
Несмотря на неполные данные о болотах и особенно о торфяниках Западной Сибири, давно известно, что заторфованность ее вдвое превышает заторфованность европейской части России. (прил. рис.2, с.17)
На территории Западной Сибири (Новосибирской, Омской, Томской, Тюменской и Кемеровской областях) заторфованию, по данным на 1964 г., подлежит 11, 5% общей ее площади. В европейской части России торфяники от общей ее площади составляют 5, 7% (Кац, Нейштадт, 1963) . Западная Сибирь представляет собой торфяной регион, где сосредоточено более 60% мировых запасов торфа .
Распределение торфяных месторождений по территории Западной Сибири неравномерно (прил. табл.1, с.18). Первое место занимает Тюменская область, как по количеству болот и их общей площади, так и по запасам торфа. В целом по области преобладают залежи торфа низинного типа (57, 5%). Развиты они в основном на юге области. На территории Тюменской области известны месторождения вивианитовых торфов: Согра I, Павловское, _ысовое; очень крупное торфовивианитное месторождение – Боровое. В ряде районов области были выявлены месторождения и проявления фосфоросодержащих торфов: Крутое, Клюквенное месторождения, Тобольская Согра, Николаевское, Язевочное, Растес, Перейма.
В Томской области преобладают верховые и переходные торфяники. На сегодняшний день выявлены здесь крупные торфяные месторождения: свыше 80% площади разведанного торфяного фонда составляют месторождения с площадью более 10 000 га. Торфяные залежи верхового типа составляют 61, 9% от общих запасов, остальная часть запасов связана с низинными залежами. Здесь выявлены Аркадьевское месторождение торфовивианита и Поздняковское месторождение вивианитового торфа. Имеются сведения о наличии фосфора на торфяных месторождениях в Каргасокском и Калпашевском районах Томской области.
Разработка торфяных месторождений
(, Маслов мир болот. Томск. Изд-во ТГПУ. 2013. С. 232-241)
Цель разработки – эффективно осушить месторождение, поэтому осушение выполняется с целью создания условий для подготовки торфяного месторождения к разработке. Разработка торфяных месторождений включает следующие технологические процессы: осушение торфяной залежи, подготовка осушенного массива к эксплуатации, добыча торфа, его сушка, уборка и транспортирование, ремонт производственных площадей, их рекультивация. Все эти работы механизированы.
В связи с этим последовательность, параметры и технологии осушения болот под добычу торфа существенно отличаются от таковых под земледелие и лесоводство. Поэтому далее уделим внимание только этим особенностям.
Какие основные цели преследуются при осушении под добычу торфа?
Повысить выход воздушно сухого торфа,
Создать условия для прохождения различных торфяных машин,
Создать условия для более полной выработки промышленных запасов торфа на месторождении.
Осушение под добычу торфа. Осушение для целей добычи торфа проводится с целью снижения его влажности, которая прямо связана с глубиной залегания уровней грунтовых вод. В начале сезона добычи торфа глубина грунтовых вод должна быть не менее 0,6–0,7 м для обеспечения проходимости торфодобывающих машин.
Применяют для осушения систематическую сеть каналов, иногда – закрытый или щелевой дренажи. Элементы осушительной сети различаются в зависимости от способа добычи: фрезерный, экскаваторный.
0 " style="border-collapse:collapse">
Рис. 126. Схема осушения торфяных месторождений для добычи фрезерного торфа: 1 – водоприёмник; 2 – магистральный канал; 3 – нагорно-ловчий канал; 4 – валовые каналы; 5 – картовые каналы; 6 – граница болота. Размеры в метрах
Рис. 127. Схема осушения верхового болота для добычи торфа: а – план, б – профиль; 1 – магистральный канал; 2 – граница промышленной залежи торфа; 3 – валовый канал; 4 – картовые каналы; 5 – соединительный канал; 6 – водоприёмник
DIV_ADBLOCK159">
Особое внимание уделяется предварительному осушению торфяника. Предварительное осушение является необходимым условием стабилизации торфяной залежи за счёт отвода вековых запасов воды и её уплотнения. Без предварительного осушения невозможно придать каналам необходимые глубины из-за оплывания и оползания русла. Особенно это относится к верховым болотам. И еще одно предназначение этого этапа – создать условия для развертывания работ по подготовке производственных площадей.
После предварительного осушения торфяная залежь обеспечивает необходимую проходимость для тяжёлых торфодобывающих машин. Предварительное осушение начинают за 3–4 года, а заканчивают не менее чем за год до начала добычи торфа.
При карьерном способе добычи торфа проводящая осушительная сеть состоит из магистрального канала и впадающих в него карьерных каналов. Осушение проводят осушителями, длина которых должна обеспечить работу машин по добыче торфа в течение 3–5 лет. Осушители выводят под прямым углом в карьерные каналы. Расстояние между карьерными каналами 400–1200 м в зависимости от используемых машин и свойств торфа. Расстояние между осушителями принимают в зависимости от типа торфяной залежи: на верховой – 10–20 м, на низинной – 50–70 м.
Подготовительные работы. После осушения и частично одновременно с ним проводится подготовка осушенных площадей к эксплуатации, т. е. к добыче торфа. В этот вид работ входят: сводка леса, их сбор и вывоз; глубокое фрезерование торфяной залежи на глубину до 0,5 м с отбором древесных включений; вывоз пней и углубление картовых каналов. Извлеченные из торфа пни, складированные по краям месторождения – непременное «украшение» торфопредприятий. Современные технологии позволяют измельчать пни вместе с другой растительной массой на фракции 8–25 мм и оставлять в добываемом торфе.
Может возникнуть вопрос, откуда в торфяной залежи пни. Выше мы рассматривали, как образуется болото, какая растительность преобладает в разные по климатическим условиям временные периоды его формирования. При смене климата меняется и растительность. Например, травянистая растительность при похолодании заменяется древесной и т д. Так образуется торфяная залежь, слоистая по строению. И в ней сохраняются остатки деревьев, не подверженные распаду. Вот они то и мешают при промышленной добыче торфа. Поэтому важным показателем при добыче торфа является ее пнистость.
Под пнистостью понимается отношение объема пней, погребенных в торфяной залежи, к общему объему залежи, выраженное в процентах. Для практических целей имеет значение не только общий процент пнистости, но и характер распределения пней в толще торфяного пласта и степень их сохранности. Высокой пнистостью обладает, например, медиум-залежь, виды залежей смешанного типа. Во всех типах залежей хорошо сохраняется сосновый пень, в низинных залежах – сосновый и еловый пни. Лиственные породы разрушаются полностью. Пнистость определяется по данным зондирования при разведке торфяного месторождения.
После завершения этих трудоемких работ выполняется планировка поверхности полей, расположенных между картовыми и валовыми каналами, в продольном направлении с профилированием их под уклон к картовым каналам. Такое профилирование необходимо для ускорения стекания дождевых вод и снижения влажности верхнего слоя торфа, которая обычно составляет 75–89 %, а это, в свою очередь, повышает производительность торфодобывающих машин.
Готовая продукция торфопредприятий и её качество характеризуются следующими параметрами: содержание влаги, зольность, плотность, прочность и крошимость, засоренность (фрезерного торфа), водопоглощаемость. Хранят её на полевых складах в штабелях. Штабели фрезерного торфа с влажностью до 40% под воздействием микроорганизмов, жизнедеятельности бактерий и химических реакций могут самовозгораться. Во избежание этого штабели изолируют от воздуха слоем сырого торфа с влажностью более 70%, а появляющиеся щели забивают сырым торфом.
DIV_ADBLOCK162">
Для сведения. Добыча торфа в царской России была изнурительным трудом. Рабочий, стоя по колено в воде на дне ямы, нарезал лопатой плитки торфа и подавал их на поверхность. За смену он нарезал до трех тысяч плиток. Это значит, что за день подымал лопатой 16 т. торфа! И это не считая нескольких тысяч ударов лопатой по волокнистому, плохо поддающемуся резанию торфу.
Постепенно с развитием централизованного осушения участки резного торфа приобретали систему карьеров, напоминающих внешне карьеры машинно-формовочной добычи торфа. В последующем система резного торфа была механизирована, но сохранился важный признак этого способа – структура торфа не менялась при его извлечении.
Машинно-формовочный способ возни в конце XIX столетия. Главной особенностью этого способа было формование торфа – нарушение его структуры, но при этом получалась большая прочность и плотность. И если в начале извлечение торфа из карьера проводилось вручную, то в дальнейшем с помощью транспортера (элеваторный способ).
Интересно. При элеваторном способе в карьере находилось 15-29 человек. Непрерывно двигался элеватор. Стоя на уступе, рабочий - «ямщик» лопатой вырезал куски торфа, поднимал их на высоту до 1 м и забрасывал в элеватор. Смена длилась 10 часов. Норма 19 т. торфа. Из элеватора торф поступал в пресс, из которого непрерывной лентой выползал торфяной брус. Рядом стояли 12-летние мальчики, которые рассекали торфяной брус на кирпичи. Кирпичи перекладывались в вагонетки и отвозились для сушки.
Наибольшее распространение получил экскаваторный способ извлечения торфа, который использовался до 60-х годов XX века (рис. 132). На раме, которая опускалась в карьер, были установлены небольшие ковши, с помощью которых зачерпывался торф и транспортером подавался на поверхность.
К сведению. С применением этого способа были построены крупные торфяные предприятия на Урале для поставки торфа на газогенераторные станции заводов тяжелой промышленности, где торфяной газ использовался как технологическое топливо.
Технологическое совершенствование добычи торфа вызвало к жизни гидравлический способ (гидроторф), при котором струей гидромониторов торфяная залежь размывалась, превращая торф в жидкую массу. Эта масса извлекалась торфососом и по трубопроводам подавалась на поля сушки, которые размещали за пределами болота. Поля сушки ограничивали земляными дамбочками высотой до 40 см. Торфяная масса за счёт испарения подсыхала, её в последующем разрезали на куски вручную и с помощью специальных гусениц трактора. Вариантов подобной технологии было достаточно.
Напор водяной струи использовался в золотодобывающей промышленности. Однако широкое развитие гидромеханизация получила с тех пор, как русский инженер положил свойство водяной струи высокого давления размывать грунты, в основу гидравлического способа добычи торфа. Размывание мокрого торфа водой стало подлинной революцией в торфодобыче. Но изобретатель пошел дальше. В 1918 году была создана модель торфососа, который засасывал торфяную массу, перерабатывал ее, превращая в однородное месиво, и мощным напором переправлял торф на поля разлива.
На смену гидравлическому способу пришёл фрезерный способ добычи торфа. Весьма перспективный способ добычи! Этот способ по сравнению с другими имеет наименьшие трудоемкость и себестоимость продукции.
 |
Рис. 133. Фрезерование и уборка торфа: рабочий орган – фреза (а ); участок торфяного поля после фрезерования (б ); сбор готового фрезерного торфа (в ); пневмоуборочные машины (г )
Сушка нафрезерованной крошки осуществляется на той же площади, где было выполнено фрезерование в естественных условиях под открытым небом за счет использования солнечной энергии и тепла воздушных масс. После сбора готового фрезерного торфа вновь выполняется фрезерование на той же площади, а за ним и все последующие операции. Процесс неоднократно повторяется в одной и той же последовательности. Этот способ зависит от погодных условий и является сезонным.
В последние годы фрезерный способ стал основным способом добычи торфа (около 95 % промышленной добычи). Потому что все работы механизированы.
Технология добычи включает следующие машины: 1) скреперно-бункерный комплекс, необходимый для уборки торфа, 2) скреперно-перевалочный комплекс для механической уборки торфа последовательной перевалкой торфа из одного валка в другой, 3) пневмо-бункерный для уборки фрезерной крошки. Все комплексы выполняют также операции по ворошению торфа, образованию валков торфа и его штабелированию.
 |
Рис. 134. Топливо: торфяные брикеты (а ), торфяные шайбы (б)
В 1922 году инженеры и предложили машины для послойного фрезерования торфяной залежи. В 1923 г. инженером был заявлен к патентованию новый способ получения топливного торфа, названный им «способ получения торфяного торфа в виде порошка и крошки с поверхности болот». В этой заявке сушка торфа предусматривалась в толстом слое.
В 1927 году Инсторфом был предложен метод добычи фрезерного торфа с фрезерованием на небольшую глубину – 5-30 мм, что обеспечивало небольшую толщину сохнущего слоя при более низкой влажности торфяной крошки и, как следствие, резкое сокращение сроков сушки торфа. Это же обстоятельство облегчало условия для механизации операций технологического процесса добычи торфа.
Рис. 135. Уборка кускового торфа
При втором способе (щелевом) проводится щелевое фрезерование торфяной залежи на глубину 0,4–1,0 м. Эти комплексы включают в себя машины для переворачивания и группирования подсохнувших кусков, уборочно-транспортные машины. Получаемое торфяное топливо имеет размеры 15–20 мм (гранулированный), 60 мм (мелкокусковой) и до 100–120 мм (экскаваторный).
Детально о технологии производства и использования твердого кускового топлива на основе сырья, буквально лежащего под ногами - торфа
Торф и его производные в качестве топлива давно известны отечественным энергетикам. Запасы торфа в России поистине огромны - 700 млрд тонн торфа, приведенного к влажности 40 %. Это более 2,5 млрд ГВт энергии. В период активной торфодобычи (начиная с 50-х до середины 80-х годов) часть торфяных месторождений была не просто разведана - началась их разработка. Сегодня вполне реально выкупить месторождение площадью несколько га, частично разработанное и даже имеющее остатки спецтехники и строений.
Технологии добычи, производства и сжигания топливного торфа разнообразны и экономически доступны. Во многих регионах действуют программы для поддержки предприятий, добывающих и использующих торф. Это значит, что можно выгодно использовать торф в качестве топлива для предприятия.
Торф является полезным горючим ископаемым, образовавшимся в условиях болот из скоплений остатков мхов. Кроме того, торф является условно возобновляемым ископаемым, т. к. его образование продолжается до сих пор.
П Р А К Т И К А
В качестве исходного сырья для производства кускового топлива лучше подойдет торф со следующими параметрами: верховой или срединный торф, зольностью менее 23 %, степенью разложения выше 20 %, влажностью до 80 %, добытый открытым «экскаваторным» способом.
Зольность , согласно ГОСТ 21123-85 «Торф. Термины и определения», - это отношение массы минеральной части торфа, оставшейся после прокаливания, к массе сухого торфа. Хотя высокая зольность торфа и является положительной характеристикой для использования в сельском хозяйстве, большое количество золы в используемом топливе приведет к быстрому загрязнению колосников топки, поверхностей теплообмена и газового тракта, и как следствие, усложнит эксплуатацию и снизит ресурс тепловых установок. Снизить процент зольности в добытом торфе невозможно, поэтому использование торфа с зольностью более 23 % для нужд энергетики нежелательно.
Степень разложения -
это процентное содержание в торфе гуминовых веществ, мелких частиц тканей растений и т. д. (иными словами, «гумуса»). В некоторых залежах верхового торфа, образовавшегося в условиях лесной местности, степень разложения доходит до 80 %. Теплота, выделяемая при сгорании торфа, напрямую зависит от количества гумуса. Поэтому степень разложения торфа для использования в качестве топлива должна превышать 20 %.
Влажность торфа
– процентное содержание воды в общей массе добытого торфа. Данный параметр крайне важен, для эффективного использования в качестве топлива желательна влажность не более 55 %. Как правило, в местах естественного залегания (болота) влажность доходит до 90–98 %! Учитывая тот факт, что часть месторождений нашей страны, заброшенных в конце 80-х годов была осушена и подготовлена к добыче,сегодня реально найти и выгодно выкупить/арендовать заброшенные участки (т. н. карты) разработок.
П Р А К Т И К А
Распространенным способом получения торфа с пониженной влажностью является предварительная подсушка на месторождении (выкопанный торф вначале формируется в отвалы прямо на месторождении, и в течении полугода или более происходит снижение избыточной влаги благодаря солнцу и ветру).
По глубине залегания торф делится на верховой, переходный (срединный) и низинный. Часто месторождения могут сочетать разные типы залегания, такой тип называется смешанным. От глубины залегания напрямую зависят все физико-химические свойства торфа и возможности его добычи и использования. Топливный (или энергетический) торф находится в верхних, реже в срединных слоях. Такой торф имеет низкую зольность (от 1 % до 5 %), высокую степень разложения (не менее 20 %) и теплоту сгорания до 5,6 Гкал на тонну сухого вещества.
Иногда возможно использование низинного торфа в энергетических целях (при условии зольности менее 23 % и степени разложения не менее 15 %), но и теплота сгорания такого топлива колеблется от 3,3 Гкал до 4,5 Гкал. Кроме того, низинный торф по сравнению с верховым имеет большее содержание кальция, азота и микроэлементов - Cu, Mo, Со, Mn и др. , что плохо скажется на его использовании в качестве топлива.
Как правило, самым простым и наименее финансово- и энергозатратным способом оказывается открытая добыча торфа экскаватором. Гидравлический способ из-за высокой технологичности на сегодняшний день малорентабелен, особенно для малых и средних предприятий.
Кусковым топливом на основе торфа называют формованные куски торфа, смешанного с мелкой древесной щепой, опилками (иногда используют другие местные источники: костру, уголь, измельченную солому и т. д.). При этом основу топливного куска (65–85 %) составляет именно торф, а примешиваемые добавки - связующее вещество (не более 35 %) служат для корректировки физико-химических свойств, в том числе увеличения механической прочности готового куска, уменьшения затрат на сушку топлива за счет добавления сухих компонентов, увеличение насыпной плотности в массе материала, быстрый розжиг и лучшее сгорание топлива.
П Р А К Т И К А
Параметры выпускаемого топлива могут сильно отличаться на разных предприятиях в зависимости от исходного сырья и технологии производства. Продукция состоит из фракций (кусков) цилиндрической формы диаметром 8–20 мм и длиной 20–200 мм. Насыпная плотность кускового топлива 350-650 кг/м³, влажность 25–45 %, энергетическая ценность 3–4,3 Гкал/т. Готовое топливо складируется в отвалах под навесом (при условии вентиляции склада).
Разумеется, точные параметры получившегося топлива будут индивидуальны, т. к. каждое предприятие по изготовлению топлива работает с различными характеристиками исходного сырья, имеет отличия в технологии производства, способах хранения и транспортировки готового топлива.
Внешне одна фракция торфяного кускового топлива выглядит как цилиндр диаметром 8–20 мм и длиной 20–200 мм. Размеры готового куска могут варьироваться в зависимости от выбранного оборудования для формования и его индивидуальных настроек. Насыпная плотность готового продукта близка к торфобрикетам - от 400 до 650 кг/м3. Влажность зависит от исходного сырья и способов сушки, однако возможно без лишних энергозатрат выйти на значение между 25 и 45 %. Зольность готового топлива зависит только от исходного сырья, искусственно повлиять на данный параметр невозможно.
Важная характеристика получаемого топлива - его энергетическая ценность. В зависимости от многих факторов (используемого при производстве сырья, способа сушки, формовки и т. д.) калорийность готового куска составит от 3000 до 4300 ккал/кг. При сжигании куска, в отличие от древесных и сухих растительных видов топлива, в дымовой тракт котлов не попадают несгоревшие искры, что избавляет от необходимости установки на газовом тракте котла циклонов, а на дымовой трубе – искрогасителя.
Готовый кусок либо складируется в отвалах (при этом склад топлива должен быть защищен от атмосферных осадков и оснащен вентиляцией для исключения набора влаги в готовом топливе), либо расфасовывается в мешки - «биг-бэги» и в таком виде отправляется на склад. Транспортировка кускового топлива ничем не отличается от торфобрикетов или деревянных пеллет.
В силу собственного опыта отдаю предпочтение технологии производства и сжигания кускового комбинированного топлива торфа. Но есть несколько технико-экономических факторов, позволяющие устранить известные недостатки аналогичных торфяных топлив.
П Р А К Т И К А
Кусковое топливо лишено основных недостатков привычных аналогов – торфобрикета и фрезера. В отличие от торфяной крошки его легко транспортировать, хранить и сжигать, а по сравнению с торфобрикетом кусковое топливо менее энергозатратно при производстве.
Торфяная пыль/крошка - данный вид топлива кажется наиболее простым и доступным: достаточно лишь высушить добытый с помощью фрезы торф - и вот готовое топливо. Но транспортировать (особенно на дальние расстояния) и складировать такое топливо проблематично (с одной стороны, торф в рассыпном виде моментально вбирает влагу, с другой - сильно пылится, что отрицательно сказывается на пожарной безопасности и здоровье персонала). Сжигать такое топливо в обычных твердотопливных котлах сложно, для него используется специализированное (более сложное и дорогое) оборудование, которое также нужно обслуживать.
Торфяной брикет - как правило, именно его подразумевают, когда говорят о современном использовании торфа в энергетике. Готовый брикет обладает высокими потребительскими свойствами в качестве топлива. Согласно ГОСТ Р 54248-2010 «Брикеты и пеллеты (гранулы) торфяные для коммунально-бытовых нужд», торфяной брикет имеет высокую насыпную плотность (от 450 до 750 кг/м3), низкую влажность (не более 20 %), неплохую калорийность (удельная теплота сгорания не менее 3000–3500 ккал/кг).
Брикеты имеют относительно однородный по своим физико-механическим свойствам состав, что дает больше возможностей для автоматизации при сжигании такого топлива.
Однако, имея столь соблазнительные характеристики готового продукта, брикет очень энергозатратен в производстве. В технологическом процессе задействовано прессование (гранулирование), для которого необходим дорогой и мощный пресс-гранулятор, среднее потребление электроэнергии на котором не менее 70–80 кВт на 1 тонну готовой продукции.
Также брикетирование подразумевает высокую степень осушения торфа в начале технологической линии, что приводит к большим затратам тепловой энергии.
