Antracyt jest skałą pochodzenia organicznego, powstałą w wyniki przeobrażenia obumarłej substancji organicznej, pod wpływem czynników biologicznych i chemicznych (diageneza) a następnie czynników geologicznych (metamorfizm). W szeregu przemiany substancji organicznej:
torf -> węgiel brunatny -> węgiel kamienny -> antracyt -> grafit
antracyt jest substancją poprzedzającą przejście substancji węglowej w stan krystalicznego grafitu (Kwiecińska 1978, 1980; Duber 2011).

Własności
Antracyt to odmiana węgla kamiennego o szaroczarnej barwie, z półmetalicznym, delikatnym połyskiem. Bryły antracytu są twardsze niż pozostałe rodzaje węgla. Pod pojęciem „antracytu” kryje się cała klasa węgli kopalnych o zawartości:
Cdaf > 90 %,
Hdaf < 4 %,
części lotnych Vdaf < 10%,
ciepła spalania Qdafs > 8000 kcal/kg.

Ta szeroka grupa węgli kamiennych często dzielona jest na trzy podklasy: semiantracyt (często w literaturze technicznej nazywany węglem antracytowym), antracyt i metaantracyt.

Podział antracytów na podklasy jest umowny ale największe znaczenie przy podziale ma wartość zawartości części lotnych (Vdaf) i współczynnik odbicia światła (R) (patrz: współczynnik odbicia światła grafitu i materiałów węglowo-grafitowych).

Struktura
Antracyt posiada strukturę turbostratyczną. Obecnie powszechnie przyjmuje się, że struktura turbostratyczna składa się z podstawowych jednostek strukturalnych (BSU - basic structural units), które są bardziej lub mniej chaotycznie ułożone względem siebie i powiązane wzajemnie wiązaniami chemicznymi lub siłami fizycznymi. Jest to struktura niekrystaliczna, ponieważ na dyfraktogramach takiej struktury, brak jest linii dyfrakcyjnych pochodzących od płaszczyzn, które świadczą istnieniu obszarów o trójwymiarowym uporządkowaniu ( rys. 1).

Szerokie pasma dyfrakcyjnie na przedstawionych rentgenogramach pochodzą od obszarów koherentnego rozpraszania, dawniej błędnie nazywanego krystalitami, które składają się z bardziej lub mniej równolegle ułożonych warstw BSU. Podczas metamorfizmu substancji organicznej od semiantracytu do metaantracytu średnia ilość warstw BSU w pakiecie rośnie od 2-3 w semiantracycie do kilkunastu w metaantracycie (rośnie Lc od 0.8 do ok 2.5 nm) rośnie również wielkość/średnica tych warstw do ok. 6 nm (La). Brak linii dyfrakcyjnych charakterystycznych dla kryształu grafitu swiadczy, że brak jest korelacji pomiędzy warstwami BSU w pakiecie. Więcej na ten temat można znaleźć w pracy (2).

Badania struktury antracytów przy wykorzystaniu transmisyjnego mikroskopu elektronowego (TEM) techniką wysokiej rozdzielczości (HR TEM) potwierdzają pogląd, że struktura antracytu jest turbostratyczna. Warstwy BSU nie są idealnie płaskie a pakiety tych warstw są rozdzielone i składają się z kilku takich warstw (Rys.2). Obraz ten doskonale koreluje z modelem struktury antracytu zaproponowanym przez Rosalind Franklin w 1951 na podstawie badań dyfrakcji promieni X (7).

W czasie metamorfizmu substancji organicznej, przy ruchach skorupy ziemskiej, występują silne naprężenia ścinające co prowadzi do powstania mikrotekstury antracytu. W antracycie istnieje statystycznie wyróżniony kierunek orientacji pakietów BSU. Teksturę można badać przy użyciu mikroskopu elektronowego (TEM) techniką obserwacji w ciemnym polu widzenia (DF). Metoda DF TEM daje pogląd jakościowy o mikroteksturze antracytu. Informację ilościową o stopniu uporządkowania/tekstury można uzyskać z badań współczynnika odbicia światła spolaryzowanego. Z pomiarów tych można obliczyć birefleksyjność (BR) czyli różnicę pomiędzy wartością maksymalnej refleksyjności (Rmax) a wielkością minimalną (Rmin) przy obrocie próbki o 360 deg. Wzrost birefleksyjności BR świadczy o lepszym/dokładniejszym ułożeniu BSU wzdłuż wyróżnionego kierunku (większa tekstura). Dla antracytów birefleksyjność BR rośnie dla semiantracytu 0,35 - 0,45, antracytu 0,5 – 1,4 aby dla metaantracytu osiągnąć >2. Więcej i bardziej szczegółowo badania struktury antracytów pochodzących z różnych części świata zostały omówione i analizowane w pracy (2).

Zastosowanie

1. Jako nośnik energii pierwotnej w energetyce, elektrociepłowniach i ciepłowniach zawodowych (spalanie w specjalnych piecach przemysłowych),
2. W przemyśle elektrodowym (wykładziny wielkopiecowe, bloki katodowe itp.) (5),(6),
3. W stacjach uzdatniania wody pitnej (wykorzystane własności jonowymienne),
4. W przemyśle metalurgicznym (jako reduktor, nawęglacz, spieniacz żużla),
5. W przemyśle materiałów ściernych.

Opracował: Stanisław Duber (stanislaw.duber@us.edu.pl)

Ostatnia aktualizacja: 15.09.2023

Przypisy

1. S. Jasieńko, Z. Chruściel, B.Bujnowska, Systematyka i klasyfikacja węgla. w: Chemia i fizyka węgla. pod redakcją S.Jasieńki. 1995, Wrocław.
2. Duber, S., 2011. Nanostruktura i mikrotekstura antracytów, Wydawnictwo Uniwersytetu Śląskiego, Katowice.
3. Kwiecińska, B., 1978. On the rhombohedral modification in natural graphites and semi-graphites. Mineralogia Polonica, 9, 3-15.
4. Kwiecińska, B., 1980. Mineralogy of natural graphites. Prace mineralogiczne, Zakład im. Ossolińskich, Wrocław
5. Skoczkowski, K., Technologia produkcji wyrobów węglowo-grafitowych, Śląskie Wydawnictwo Techniczne, Katowice 1995.
6. Skoczkowski, K., Wykładziny węglowo-grafitowe, Fundacja im. Wojciecha Świętosławskiego, Gliwice 1998.
7. Franklin R.E., 1951. Crystallite growth in graphitizing and non-graphitizing carbons. Proc. Roy. Soc. London, 209, s. 196-218.