Uhlí

ZAŘAZENÍ A DEFINICE
Uhlí jako takové se řadí mezi hořlavé horniny, pevné kaustobiolity (řecky: kaustos=hořlavý, bios=život). Definujeme ho jako nerostné palivo v tuhém skupenství, které vzniklo z nahromaděných odumřelých rostlinných látek a zbytků nižších živočichů usazujících se v bažinách. Vrstvy rostlinných zbytků změněné v rašelinu byly zanášeny při občasných přívalech pod vrstvami úlomkovitých usazenin a pod nimi účinkem tlaku a zpočátku i činností baktérií vznikalo uhlí přibližně podle rovnice:
( C6H10O5)n -> n CO2 + 3n H2O + n CH4 + 4n C
Voda a plynné látky byly z vrstev rostlinných zbytků vytlačovány, takže se vrstvy postupně obohacovaly uhlíkem, zpevňovaly se, nabývaly stále tmavší barvy a ztrácely vzhled horniny organického původu. Tento jev se nazývá prouhelnění. Uhlí třetihorní s kratší dobou prouhelňování má menší obsah uhlíku (průměrně 64%) než prvohorní černé uhlí karbonské (s 82% C). Během prouhelňování se objem uhlí zmenšoval. Obsah uhlíku v uhlí závisí nejen na délce prouhelňování, ale také na rostlinách, z nichž se uhlí tvořilo, na příměsi pryskyřic, uhlovodíků z živočišných zbytků, úlomkového materiálu i na tom, zda bylo uhlí vystaveno v minulosti horotvornému tlaku, který urychloval prouhelňování. Všichni tito činitelé podmiňují kvalitu uhlí a způsob jeho využití. Prouhelnění lze přirovnat k velice pomalé destilaci organických látek. Dalšími nánosy se zvyšoval tlak a vzduchotěsnost. Podle stupně prouhelnění můžeme sestavit následující řadu: dřevo-rašelina-lignit-hnědé uhlí-černé uhlí-antracit.
Vlastnosti uhlí závisí především na složení a vlastnosti hořlaviny a je také podle tohoto složení klasifikováno na:
1. UHLÍ ČERNÁ: antracit, antracitové uhlí, koksové uhlí, žírné uhlí, plynové uhlí, a pálavé uhlí.
2. UHLÍ HNĚDÁ: a) tvrdá: smolné hnědé, lesklé hnědé, pololesklé hnědé a celistvé hnědé
b) měkká: lignit, voskové hnědé, zemité hnědé, kapucín, mělné a lignitové

FYZIKÁLNÍ VLASTNOSTI
1. Barva
Barvy různých uhlí jsou značně rozdílné a leží v hranicích nejasných hnědých, šedých a černých tónů. Některá hnědá uhlí mají barvu žlutohnědou až žlutou (uhlí vosková), jiná pak světle hnědou, hnědou až tmavě hnědou. Zvláštní druhy hnědých voskových uhlí jako pyropisit jsou žlutavě bílé a naopak gagat je smolně černý. Hnědá barva pochází od volných i vázaných huminových kyselin, obsažených v hnědém uhlí.
Lesklá černá uhlí (např. ostravská a kladenská) mají barvu černou, matná uhlí černá (např. kenelové uhlí plzeňsko-radnické) jsou až šedavě černá. Mnohdy mají matná černá uhlí (např. ostravské) hnědočerný odstín.
Antracity mají šedočernou barvu se žlutavým kovovým odstínem. Černá barva černého uhlí pochází zřejmě od uhlovodíků a huminů, které uhlí obsahuje.
2. Lesk
Podle stupně lesku rozeznáváme uhlí matná, polomatná, pololesklá, smolně lesklá, kovově lesklá a silně lesklá. Všechny tyto stupně lesku jsou ale velmi subjektivní. Lesk uhlí závisí na schopnosti povrch uhlí odrážet dopadající světlo. Pro praxi je měření světelné odrazivosti proto, že technologické vlastnosti uhlí souvisí s leskem uhlí a že podle lesku můžeme usuzovat na technologické vlastnosti uhlí.
A) Vliv petrografického složení
Ze čtyř základních petrografických složek uhlí patří k lesklým složkám klarit a vitrit; fuzit a durit jsou matné, avšak i zde jsou výjimky. Uhlí nacházející se v bývalém SSSR vykazuje i fakt, že durit může být někdy lesklejší než vitrit a klarit uhlí z jiných ložisek.
B) Vliv stupně prouhelnění
Obecně platí, že stupeň prouhelnění je v přímé spojitosti s leskem nejlesklejších složek uhlí, zejména vitritu.
C) Vliv popelnatosti
Obecně platí, že čím více minerálních jemně rozptýlených částeček uhlí obsahuje, tím je matnější. Přitom nejvíce popelovin mají obvykla durity, které se tím stávají ještě matnějšími.
3. Lom a štěpnost
Lomem se rozumí vlastnosti povrchu rozlomeného uhlí, a to ne podle přirozené vrstevnatosti nebo štěpnosti. Obvykle se v literatuře rozeznávají tyto druhy lomu: lasturový, hranolový (souvisí se štěpností), nepravidelný (rovněž souvisí se štěpností), zemitý, vláknitý a listový. Nejzřetelnější a nejvýraznější je lom lasturový. Z tohoto lomu lze usoudit, že uhlí prošlo během svého vzniku kapalným nebo polokapalným stavem.
Štěpnost je pak taková vlastnost uhlí, která záleží jednak na postupném uložení vrstev a jednak na přirozených prasklinách a trhlinách způsobených smršťováním uhelné hmoty při prouhelňování. Uhlí se štěpí podle směru uložení a podle prasklin a trhlin.
4. Spalné teplo
Spalné teplo je celkové množství tepla, které se vyvine při dokonalém shoření paliva na plynný oxid uhličitý CO2, oxid siřičitý SO2, dusík N a kapalnou vodu H2O. zplodiny hoření jsou ochlazeny na výchozí teplotu paliva.
5. Výhřevnost
Výhřevnost je teplo uvolněné shořením paliva na plynný oxid uhličitý CO2, oxid siřičitý SO2, dusík N a vodní páru H2O.

ČERNÉ UHLÍ
Vlastnosti: Celistvá usazená hornina matného až sklovitého vzhledu, smolně černé až tmavě hnědé barvy, černého až tmavohnědého vrypu. Uhlí je často páskované, skládá se z různě lesklých vrstviček. Otírá se a špiní prsty. Hoří svítivým plamenem. Prášek vařen s roztokem KOH barví roztok nejvýše slabě černě, vařen s HNO3 zředěnou v poměru 1:9 ji nebarví.
Obsahuje 80 až 90% uhlíku, 1 až 15% vody, výhřevnost je 31 160 kJ až 35 260 kJ.

HNĚDÉ UHLÍ
Vlastnosti: Poměrně lehká usazená hornina barvy hnědé až hnědočerné, s hnědým vrypem. Lesk má matný až mastný, voskový, Snadno se otírá a silně špiní prsty. Skládá se z rostlinných zbytků změněných při zuhelňovacím procesu. Někdy obsahuje ještě dobře znatelné zbytky dřevitých částí rostlin (xylit). Prášek hnědého uhlí povařen s roztokem hydroxidu draselného barví roztok červenohnědě, vařen se zředěnou kyselinou dusičnou v poměru 1:9 ji barví červeně.
Obsahuje 32 až 80% uhlíku a 20 až 50% vody, výhřevnost je 24 190 kJ až 32 390 kJ.

ANTRACIT
Vlastnosti: Smolně černá, lehká usazená hornina s nerovným lomem. Vryp má černý. Nešpiní a neotírá se o prsty. Zahřáta plamenem netaje a hoří svítivým plamenem. Vařena s roztokem hydroxidu draselného nebo se zředěnou kyselinou dusičnou nebarví roztok.
Obsah uhlíku je vyšší než 90%, vody 1-3%; výhřevnost je 33 620-34 440 kJ.
POUŽITÍ
Černé uhlí se používá na výrobu energie, koksu pro hutnictví, plynu, dehtu, čpavkové vody a dalších.
Hnědé uhlí používáme k vytápění a jako chemickou surovinu k výrobě umělých hmot, barviv, léčiv atd.
Antracit se používá v chemickém průmyslu a jako palivo.

VÝSKYT
Černé uhlí: Nejbohatší karbonská pánev je ostravsko-karvinská; pak pánve rosicko-oslavanská, žacléřsko-svatoňovická, kladensko-rakovnická a plzeňská s menšími zásobami. Polsko těží kamenné uhlí v sousedství ostravsko-karvinské pánve, Rusko v pánvi doněcké, kuzněcké a jiných pánvích asijské části. Další místa s výskytem černého uhlí jsou Porúří v Německu, střed Velké Británie, severní Čína a východní státy USA.
Hnědé uhlí: Těží se v třetihorních pánvích severočeského hnědouhelného revíru (chebská, sokolovská, mostecko-ústecká a v pánvích kyjovsko-hodonínské, handlovské, novácké a modrokameňské. V Německu v Sasku a Lužici, v Polsku, v Rusku (moskevská pánev).
Antracit: Naše drobné pánve u Brandova v Krušných horách, u Českých Budějovic a Vlašimi jsou již vytěženy.

UHELNÉ SLOJE
Uhelné sloje jsou vrstvy uhlí, které mají deskovitý nebo čočkovitý tvar. Obvykle přecházejí pozvolna do podloží a nadloží. Bývají proloženy horninovými vložkami (tzv. proplástky). Proplástky snižují značně kvalitu uhlí. Mocnost sloje černého uhlí bývá zpravidla menší než u slojí hnědého uhlí, protože prouhelňováním z nich vyprchalo značné množství vody a plynů. Dosahují nejvýše mocnosti asi 10 m. Sloje hnědého uhlí mají nezřídka mocnost 20 až 30 m.
Jakost uhlí závisí do značné míry na tom, kde se pánev vyvíjela. Podle místa vzniku se pánve dělí na limnické (jezerní), které se tvořily ve vnitrozemí v jezerních pánvích a mají jen vrstvy sladkovodní. K takovým patří všechny naše černouhelné a hnědouhelné pánve uvnitř Českého masivu. Další jsou pánve paralické (přímořské). které vznikaly v lagunách na pobřeží moře. V těchto pánvích se střídají sladkovodní sedimenty lagun, které obsahují sloje s jalovými souvrstvími mořského původu. Tento původ mají ostravsko-karvinská a dolnoslezská pánev.
Limnické pánve mají zpravidla menší počet slojí, které však dosahují větší mocnosti. Paralické pánve mívají velký počet slojí, avšak jen menší část z nich je dobyvatelná.

PRAMENY:
Kolektiv autorů: Chemie uhlí. SNTL Praha 1962
Kolektiv autorů: Kronika země. Fortuna Print Praha 1995
Kolektiv autorů: Ložiska fosilních paliv. SNTL Praha 1985
Kolektiv autorů: Mineralogie, petrografie a geologie. SPN Praha 1969
Šibava Vladimír: Nerostné suroviny pro 2. ročník gymnázií. SNTL Praha 1981
Včelák Vladimír: Hnědé uhlí. SNTL Praha 1962