Cărbunele este numele substanței și al formulei. Cărbune. Proprietăți, extracția și utilizarea cărbunelui. Cum se formează cărbunele

Cărbunele în diferitele sale modificări poate avea o culoare de la maro la negru. Este un combustibil bun, deci este folosit la conversia energiei termice in energie electrica. Se formează ca urmare a acumulării de masă vegetală și a trecerii proceselor fizice și chimice în ea.

Diverse modificări ale cărbunelui

Acumularea de pulpă de lemn în solul mlaștinos duce la formarea turbei, care este precursorul cărbunelui. Formula de turbă este destul de complicată, în plus, nu există un raport stoechiometric specific pentru acest tip de cărbune. Turba uscată este formată din atomi de carbon, hidrogen, oxigen, azot și sulf.

Cărbune brun sau lignit.
Bitum.
Antracit.

Produsul final al acestui lanț de transformări este grafitul dur sau carbonul asemănător grafitului, a cărui formulă este carbonul C pur.

Lemn carbonifer

Cu aproximativ 300 de milioane de ani în urmă, în perioada Carboniferului, cea mai mare parte a pământului planetei noastre era acoperită cu păduri de ferigi gigantice. Treptat, aceste păduri s-au stins, iar lemnul s-a acumulat în solurile mlăștinoase pe care creșteau. O cantitate mare de apă și murdărie a creat obstacole pentru pătrunderea oxigenului, astfel încât lemnul mort nu s-a descompus.

Multă vreme, lemnul nou mort a acoperit straturile mai vechi, a căror presiune și temperatură au crescut treptat. Procesele geologice asociate au dus în cele din urmă la formarea zăcămintelor de cărbune.

procesul de carbonizare

Termenul de „carbonizare” se referă la transformarea metamorfică a carbonului asociată cu o creștere a grosimii straturilor de lemn, mișcări și procese tectonice, precum și o creștere a temperaturii în funcție de adâncimea straturilor.

O creștere a presiunii modifică în primul rând proprietățile fizice ale cărbunelui, formula chimica care rămâne neschimbată. În special, se modifică densitatea, duritatea, anizotropia optică și porozitatea. O creștere a temperaturii schimbă însăși formula cărbunelui către o creștere a conținutului de carbon și o scădere a oxigenului și a hidrogenului. Aceste procese chimice duc la o creștere a caracteristicilor combustibilului cărbunelui.

Această modificare a cărbunelui este foarte bogată în carbon, ceea ce duce la un coeficient de transfer termic ridicat și determină utilizarea lui în industria energetică ca principal combustibil.

Formula cărbunelui constă din substanțe bituminoase, a căror distilare permite extragerea din el hidrocarburi aromatice și o substanță cunoscută sub numele de cocs, care este utilizată pe scară largă în procesele metalurgice. Pe lângă compușii bituminoși, în cărbune există mult sulf. Acest element este principala sursă de poluare a aerului din arderea cărbunelui.

Cărbunele este negru și arde încet, producând o flacără galbenă. Spre deosebire de cărbune brun, puterea sa calorică este mai mare și se ridică la 30-36 MJ/kg.

Formula cărbunelui are o compoziție complexă și conține mulți compuși de carbon, oxigen și hidrogen, precum și azot și sulf. O astfel de varietate de compuși chimici a fost începutul dezvoltării unei întregi direcții în industria chimica- carbochimie.

În prezent cărbune aproape înlocuită de gazele naturale și petrolul, dar două domenii importante de utilizare continuă să existe:

combustibilul principal la centralele termice;
sursă de cocs obținută prin arderea fără oxigen a cărbunelui în furnalele închise.

Cărbunele este unul dintre cei mai vechi combustibili cunoscută omului. Și chiar și astăzi ocupă o poziție de lider în ceea ce privește volumul de utilizare. Motivul pentru aceasta este prevalența, ușurința de extracție, prelucrare și utilizare. Dar ce este el? Care este formula chimică a cărbunelui?

De fapt această întrebare nu complet corect. Cărbunele nu este o substanță, este un amestec de diverse substanțe. Există multe, așa că este imposibil să se determine complet compoziția cărbunelui. Prin urmare, sub formula chimică a cărbunelui din acest articol, ne vom referi mai degrabă la compoziția sa elementară și la câteva alte caracteristici.

Dar ce putem învăța despre starea acestei substanțe? Cărbunele se formează din rămășițele plantelor de-a lungul multor ani din cauza expunerii la temperaturi și presiuni ridicate. Și deoarece plantele sunt de natură organică, materia organică va predomina în compoziția cărbunelui.

În funcție de vârsta și alte condiții de origine a cărbunelui, acesta este împărțit în mai multe tipuri. Fiecare tip se distinge prin compoziția sa elementară, prezența impurităților și alte caracteristici importante.

Este cel mai tânăr tip de cărbune. Are chiar o structură vegetală lemnoasă. Se formează direct din turbă la o adâncime de aproximativ 1 kilometru.

Acest tip de cărbune conține o cantitate destul de mare de umiditate: de la 20 la 40%. Când este expus la aer, se evaporă, iar cărbunele se sfărâmă în pulbere. În continuare, vom vorbi despre compoziția chimică a acestui reziduu uscat. Cantitatea de impurități anorganice din cărbune brun este, de asemenea, mare și se ridică la 20-45%. Aceste impurități sunt dioxid de siliciu, oxizi de aluminiu, calciu și fier. De asemenea, poate conține oxizi de metale alcaline.

Există multe substanțe organice și anorganice volatile în acest cărbune. Ele pot fi până la jumătate din masa acestui tip de cărbune. Compoziția elementară minus substanțele anorganice și volatile este următoarea:

Carbon 50-75%.
Oxigen 26-37%.
Hidrogen 3-5%.
Azot 0-2%.
Sulf 0,5-3%.

În momentul formării, acest tip de cărbune urmează după maro. Are o culoare neagră sau gri-negru, precum și o strălucire rășinoasă, uneori metalică.

Conținutul de umiditate al cărbunelui este mult mai mic decât al cărbunelui brun: doar 1-12%. Conținutul de substanțe volatile din cărbune variază foarte mult în funcție de locul de extracție. Poate fi minim (de la 2%), dar poate atinge și valori asemănătoare cărbunelui brun (până la 48%). Compoziția elementară este următoarea:

Carbon 75-92%.
Hidrogen 2,5-5,7%.
Oxigen 1,5-15%.
Azot până la 2,7%.
Sulf 0-4%.

Din aceasta putem concluziona că formula chimică a cărbunelui este alcătuită dintr-un număr mai mare de carbon decât cel de maro. Da această specie cărbunele ca combustibil de mai bună calitate.

Antracit

Antracitul este cea mai veche formă de cărbune fosil. Este de culoare neagră închisă și are un luciu metalic caracteristic. Acesta este cel mai bun cărbune în ceea ce privește cantitatea de căldură pe care o eliberează atunci când este ars.

Cantitatea de umiditate și substanțe volatile din el este foarte mică. Aproximativ 5-7% pentru fiecare indicator. Și compoziția elementară se caracterizează printr-un conținut extrem de ridicat de carbon:

Carbon peste 90%.
Hidrogen 1-3%.
Oxigen 1-1,5%.
Azot 1-1,5%.
Sulf până la 0,8%.

Mai mult cărbune este conținut doar în grafit, care este o etapă ulterioară în coalirea antracitului.

Acest tip de cărbune nu este o fosilă, așa că are unele caracteristici ale compoziției sale. Se produce prin încălzirea lemnului uscat la o temperatură de 450-500 oC fără acces la aer. Acest proces se numește piroliză. În timpul acesteia, din lemn sunt eliberate o serie de substanțe: metanol, acetonă, acid acetic și altele, după care se transformă în cărbune. Apropo, arderea lemnului este și piroliză, dar din cauza prezenței oxigenului în aer, gazele degajate se aprind. Aceasta este ceea ce provoacă prezența flăcărilor în timpul arderii.

Lemnul nu este omogen, are o mulțime de pori și capilare. O structură similară se păstrează parțial în cărbunele obținut din aceasta. Din acest motiv, are o capacitate bună de adsorbție și este folosit împreună cu cărbunele activ.

Umiditatea acestui tip de cărbune este foarte scăzută (aproximativ 3%), dar în timpul depozitării pe termen lung absoarbe umiditatea din aer și procentul de apă crește la 7-15%. Conținutul de impurități anorganice și substanțe volatile este reglementat de GOST și nu trebuie să depășească 3%, respectiv 20%. Compoziția elementară depinde de tehnologia de producție și arată aproximativ astfel:

Carbon 80-92%.
Oxigen 5-15%.
Hidrogen 4-5%.
Azot ~0%.
Sulf ~0%.

Formula chimică a cărbunelui arată că din punct de vedere al conținutului de carbon este aproape de piatră, dar în plus are doar o cantitate mică de elemente inutile pentru ardere (sulf și azot).

Cărbune activ

Cărbunele activ este un tip de cărbune cu o suprafață specifică mare a porilor, ceea ce îl face și mai absorbant decât lemnul. Cărbunele și cărbunele, precum și cojile de nucă de cocos sunt folosite ca materii prime pentru producerea acestuia. Materia primă este supusă unui proces de activare. Esența sa este de a deschide porii înfundați prin acțiunea temperaturii ridicate, a soluțiilor de electroliți sau a vaporilor de apă.

În timpul procesului de activare, se modifică doar structura substanței, deci formula chimică cărbune activ identică cu compoziția materiilor prime din care a fost realizat. Conținutul de umiditate al cărbunelui activ depinde de suprafața specifică a porilor și este de obicei mai mic de 12%.

Din ce este făcut cărbunele? Care este formula chimică a cărbunelui - totul despre călătoria la șantier

1. Proprietăți chimice carbune tare

2. Clasificarea cărbunelui

3. Formarea cărbunelui

4. Rezerve de cărbune

Cărbunele este rocă sedimentară, care este o descompunere profundă a resturilor vegetale (ferigi arbore, coada-calului și mușchi de măciucă, precum și primele gimnosperme).

Proprietățile chimice ale cărbunelui

De compoziție chimică cărbune este un amestec de compuși aromatici cu greutate moleculară mare cu înaltă fractiune in masa carbon, precum și apă și substanțe volatile cu cantități mici de impurități minerale. Aceste impurități formează cenușă atunci când este ars cărbunele. Cărbunii fosili diferă unul de celălalt prin raportul dintre componentele lor, ceea ce determină căldura lor de ardere. O serie de compuși organici care alcătuiesc cărbunele au proprietăți cancerigene.

Cele mai multe zăcăminte de cărbune s-au format în Paleozoic, în principal în perioada Carboniferului, cu aproximativ 300-350 de milioane de ani în urmă. După compoziția chimică cărbune este un amestec de compuși aromatici policiclici cu greutate moleculară mare cu o fracție de masă mare de carbon, precum și apă și substanțe volatile cu cantități mici de impurități minerale, care formează cenușă la arderea cărbunelui. Cărbunii fosili diferă unul de celălalt prin raportul dintre componentele lor, ceea ce determină căldura lor de ardere. O serie de compuși organici care alcătuiesc cărbunele au proprietăți cancerigene. Conținutul de carbon din cărbune, în funcție de gradul său, variază de la 75% la 95%.

Cărbune, un mineral solid combustibil de origine vegetală; un tip de cărbune fosil cu un conținut de carbon mai mare și o densitate mai mare decât cărbune brun. Este o rocă densă de culoare neagră, uneori gri-negru, cu o suprafață lucioasă, semi-mată sau mată. Conține 75-97% sau mai mult carbon; 1,5-5,7% hidrogen; 1,5-15% oxigen; 0,5-4% sulf; până la 1,5% azot; 45-2% volatile; cantitatea de umiditate variază de la 4 la 14%; cenusa - de obicei de la 2-4% la 45%. Puterea calorică mai mare, calculată pe masa umedă fără cenușă a cărbunelui, nu este mai mică de 23,8 MJ / kg (5700 kcal / kg).

Cărbunele este rămășițele plantelor care au murit cu multe milioane de ani în urmă, a căror degradare a fost întreruptă ca urmare a încetării accesului aerian. Prin urmare, nu au putut elibera în atmosferă carbonul prelevat din acesta. Accesul aerian sa oprit mai ales brusc acolo unde mlaștinile și pădurile mlăștinoase au coborât ca urmare a mișcărilor tectonice și a modificărilor condiții climaticeși acoperit cu alte substanțe. În același timp, rămășițele vegetale au fost transformate sub influența bacteriilor și ciupercilor (coalificate) în turbă și mai departe în cărbune brun, cărbune, antracit și grafit.

În funcție de compoziția componentului principal - materia organică, cărbunii sunt împărțiți în trei grupe genetice: humoliți, sapropeliți, saprohumoliți. Predomină humolitele, al căror material sursă au fost rămășițele plantelor terestre superioare. Depunerea lor a avut loc în principal în mlaștini care ocupau coasta joasă a mărilor, golfuri, lagune și bazine de apă dulce. Ca urmare a descompunerii biochimice, materialul vegetal acumulat a fost transformat în turbă, în timp ce conținutul de apă și compoziția chimică a mediului acvatic au avut un efect semnificativ. Conținutul de carbon al cărbunelui variază de la 75 la 90 la sută. Compoziția exactă este determinată de locația și condițiile de conversie a cărbunelui. Impuritățile minerale sunt fie în stare fin dispersată în masa organică, fie sub formă de straturi și lentile cele mai subțiri, precum și cristale și concreţiuni. Sursa de impurități minerale din cărbunii fosili pot fi părți anorganice ale plantelor carbonifere, neoplasme minerale care precipită din soluțiile de apă care circulă în turbării etc.

Ca urmare a expunerii prelungite la temperaturi și presiuni ridicate, cărbunii bruni sunt transformați în cărbuni bituminoși, iar cei din urmă în antracit. Modificarea treptată ireversibilă a compoziției chimice, proprietăților fizice și tehnologice ale materiei organice în stadiul de transformare din cărbune brun în antracit se numește metamorfism al cărbunelui.

Rearanjarea structurală și moleculară a materiei organice în timpul metamorfismului este însoțită de o creștere consistentă a conținutului relativ de carbon în cărbune, o scădere a conținutului de oxigen și eliberarea de substanțe volatile; se modifică conținutul de hidrogen, căldura de ardere, duritatea, densitatea, fragilitatea, optica, electricitatea și alte proprietăți fizice. Cărbunii în stadiile mijlocii ale metamorfismului dobândesc proprietăți de sinterizare - capacitatea componentelor gelificate și lipoide ale materiei organice de a trece atunci când sunt încălzite în anumite condiții în stare plasticăși formează un monolit poros - cocs. În zonele de aerare și acțiune activă a apelor subterane din apropierea suprafeței Pământului, cărbunii suferă oxidare.

În efectul său asupra compoziției chimice și proprietăților fizice, oxidarea are direcția opusă față de metamorfism:

cărbunele își pierde proprietățile de rezistență și proprietățile de sinterizare;

conținutul relativ de oxigen din acesta crește, cantitatea de carbon scade, umiditatea și conținutul de cenușă cresc, iar puterea calorică scade brusc.

Adâncimea de oxidare a cărbunilor fosili, în funcție de relieful modern și antic, de poziția pânzei freatice, de natura condițiilor climatice, de compoziția materialului și de metamorfism, variază de la 0 la 100 de metri pe verticală.

Greutatea specifică a cărbunelui este de 1,2 - 1,5 g/cm3, puterea calorică este de 35.000 kJ/kg. Cărbunele este considerat adecvat pentru utilizare tehnologică dacă după ardere cenușa este de 30% sau mai puțin. Exploatarea primitivă a cărbunilor fosili este cunoscută încă din cele mai vechi timpuri (, Grecia). Cărbunele a început să joace un rol semnificativ ca combustibil în Marea Britanie în secolul al XVII-lea. Formarea industriei cărbunelui este asociată cu utilizarea cărbunelui ca cocs în topirea fierului. Din secolul al XIX-lea, un important cumpărător de cărbune a fost transportul. Principalele direcții de utilizare industrială a cărbunelui: producerea de energie electrică, cocs metalurgic, ardere în scopuri energetice, obținerea diverselor (până la 300 de articole) produse în timpul prelucrării chimice. Consumul de cărbuni pentru producerea materialelor structurale carbon-grafit cu conținut ridicat de carbon, ceară de munte, materiale plastice, combustibili sintetici, lichizi și gazoși cu conținut ridicat de calorii, produse aromatice prin hidrogenare și acizi foarte azoți pentru îngrășăminte este în creștere. Cocsul obținut din cărbune este necesar în cantități mari pentru metalurgie industrie.

Cocs este produs la fabricile de cocs. Cărbunele este supus distilării uscate (cocsificare) prin încălzire în cuptoare speciale de cocs fără acces de aer la o temperatură de C. În acest caz, se obține cocs - o substanță solidă poroasă. Pe lângă cocs, în timpul distilării uscate a cărbunelui, se formează și produse volatile, când sunt răcite la 25-75 ° C, se formează gudron de cărbune, apă amoniacală și produse gazoase. Gudronul de cărbune este supus distilarii fracționate, rezultând mai multe fracțiuni:

ulei usor (punct de fierbere pana la 170 C) contine hidrocarburi aromatice (benzen, toluen, acizi si alte substante);

ulei mediu (punct de fierbere 170-230 C). Aceștia sunt fenolii, naftalina;

ulei greu (punct de fierbere 230-270 C). Aceasta este naftalina și omologii săi

ulei de antracen - antracen, fenatren etc.

Compoziția produselor gazoase (gazul cuptorului de cocs) include benzen, toluen, xioli, fenol, amoniac și alte substanțe. Benzenul brut este extras din gazul cuptorului de cocs după purificarea din compuși de amoniac, hidrogen sulfurat și cianuri, din care sunt izolate hidrocarburi individuale și o serie de alte substanțe valoroase.

Carbonul amorf sub formă de cărbune, precum și mulți compuși de carbon joacă rol esentialîn viața modernă ca surse de diferite feluri energie. Când cărbunele este ars, se eliberează căldură care este folosită pentru încălzire, gătit și pentru mulți Procese de producție. Cea mai mare parte a căldurii primite este convertită în alte forme de energie și cheltuită pentru lucrări mecanice.

Cărbunele este un combustibil solid, un mineral de origine vegetală. Este o rocă densă de culoare neagră, uneori gri închis, cu o suprafață mată strălucitoare. Conține 75-97% carbon, 1,5-5,7% hidrogen, 1,5-15% oxigen, 0,5-4% sulf, până la 1,5% azot, 2-45% substanțe volatile, cantitatea de umiditate variază de la 4 la 14%. Puterea calorică mai mare calculată pentru masa umedă fără cenușă a cărbunelui tare nu este mai mică de 238 MJ/kg.

Cărbunele se formează din produsele de descompunere a materiei organice ai plantelor superioare care au suferit modificări sub presiunea diferitelor roci din scoarța terestră și sub influența temperaturii. Odată cu creșterea gradului de metamorfism în masa combustibilă, cărbunele crește conținutul de carbon și, în același timp, reduce cantitatea de oxigen, hidrogen și substanțe volatile. Se modifică și puterea calorică a cărbunelui.

Proprietăți fizice caracteristice ale cărbunelui:

densitate (g/cm3) - 1,28-1,53;

rezistență mecanică (kg / cm2) - 40-300;

capacitatea termică specifică C (Kcal / g grad) - 026-032;

indicele de refracție al luminii - 1,82-2,04.

Cele mai mari zăcăminte de cărbune din lume în ceea ce privește volumul de producție sunt bazinele Tunguska, Kuznetsk, Pechora - în Federația Rusă; Karaganda - în Kazahstan; Bazinele Appalachian și Pennsylvania - în SUA; Ruhr - în Republica Germania; Big Yellow River - în China; Țara Galilor de Sud - în Anglia; Valenciennes - în Franța etc.

Utilizarea cărbunelui este variată. Este folosit ca combustibil de uz casnic, energetic, pentru metalurgie și chimie industrie, precum și pentru extragerea de elemente rare și oligoelemente din acesta. Cărbunele, cocsificarea, industriile grele realizează prelucrarea cărbunelui prin cocsificare. Cocsificarea este o metodă industrială de prelucrare a cărbunelui prin încălzire până la 950-1050 C fără acces la aer. Principalele produse chimice de cocs sunt: gazul cuptorului de cocs, benzenul brut, gudronul de cărbune, amoniacul.

Hidrocarburile sunt recuperate din gazul cuptorului de cocs prin spălare în scrubere cu uleiuri lichide de absorbție. După distilare din ulei, distilare dintr-o fracție, purificare și re-rectificare, se obțin produse comerciale pure, precum: benzen, toluen, xilen etc. Din compușii nesaturați conținuți în benzen brut se obțin rășini cumarone, care se folosesc pentru producția de lacuri, vopsele, linoleum și în industria cauciucului. O materie primă promițătoare este și ciclopentadiena, care se obține tot din cărbune. Cărbune - materii prime pentru a obține naftalina și alte hidrocarburi aromatice individuale. Cei mai importanți produse de prelucrare sunt bazele piridinice și fenolii.

Prin prelucrare, în total, pot fi obținute peste 400 de produse diferite, al căror cost, în comparație cu cost cărbunele în sine, crește de 20-25 de ori, iar produsele secundare obținute la cocserii depășesc Preț coca în sine.

Foarte promițătoare este arderea (hidrogenarea) cărbunelui cu formarea de combustibil lichid. Pentru producerea a 1 tonă de aur negru se consumă 2-3 tone de cărbune. Grafitul artificial este obținut din cărbune. Sunt folosite ca materii prime anorganice. La procesarea cărbunelui, vanadiul, germaniul, sulful, galiul, molibdenul și plumbul sunt extrase din acesta la scară industrială. Cenușa de la arderea cărbunelui, deșeurile miniere și de prelucrare este utilizată în producția de materiale de construcție, ceramică, materii prime refractare, alumină și abrazivi. În scopul utilizării optime a cărbunelui, acesta este îmbogățit (îndepărtarea impurităților minerale).

Cărbunele conține până la 97% carbon; se poate spune că stă la baza tuturor hidrocarburilor, adică. se bazează pe atomi de carbon. Adesea se întâlnește carbon amorf sub formă de cărbune. După structură, carbonul amorf este același grafit, dar într-o stare de cea mai fină măcinare. Uz practic formele amorfe de carbon sunt variate. Cocs și cărbune - ca agent reducător în metalurgie în timpul topirii fierului.

Clasificarea cărbunelui

Cărbunele se formează din produșii de descompunere ai resturilor organice ale plantelor superioare care au suferit modificări (metamorfism) sub presiunea rocilor din jurul scoarței terestre și temperaturi relativ ridicate. Odată cu creșterea gradului de metamorfism în masa combustibilă a cărbunelui, conținutul de carbon crește constant și, în același timp, scade cantitatea de oxigen, hidrogen și substanțe volatile; căldura de ardere, capacitatea de sinterizare și alte proprietăți se schimbă, de asemenea. Pe modificarea acestor calități, determinată de rezultatele descompunerii termice a cărbunelui (randamentul de substanțe volatile, caracteristica reziduului nevolatil), se construiește clasificarea industrială adoptată în URSS.

Calitati de carbune:

flacără lungă (D),

gaz (G),

gaz gras (GZh),

gras (F),

grăsimi de cocs (QOL),

cocs (K),

sinterizare slabă (OS),

slab (T),

slab aglomerat (SS),

semiantracit (PA)

antracit (A).

Uneori, antraciții ies în evidență într-un grup separat. Pentru cocsificare se utilizează în principal cărbuni din clasele G, Zh, K și OS și parțial D și T. .5-5,0% pentru clasele T-A; scăderea conținutului (în masa combustibilă) de oxigen de la 15% la 1,5%; hidrogen - de la 5,7% la 1,5%; conţinut sulf, azotul și cenușa nu depind de apartenența la o anumită marcă. Puterea calorică a cărbunelui de masă combustibilă crește succesiv de la 32,4 MJ/kg (7750 kcal/kg) pentru gradul D la 36,2–36,6 MJ/kg (8650–8750 kcal/kg) pentru gradul K și scade la 35,4—33,5 MJ/kg (8450—8000 kcal/kg) pentru clasele PA și A.

În funcție de dimensiunea pieselor obținute în timpul exploatării, cărbunele se clasifică în:

placa (P) - mai mult de 100 mm,

mare (K) - 50-100 mm,

nuc (O) - 26-50 mm,

mic (M) - 13-25 mm,

sămânță (C) - 6-13 mm,

shtyb (W) - mai puțin de 6 mm,

obișnuit (P) - nu este limitat în dimensiune.

Apartenența mărcii și dimensiunea bucăților de cărbune sunt indicate prin combinații de litere - DK etc.

Aproximativ pe aceleași principii ca și în URSS, clasificările cărbunelui sunt construite într-un număr de țări din Europa de Vest. ÎN Statele Unite ale Americii cea mai comună clasificare este cărbunele, bazată pe randamentul substanțelor volatile și căldura de ardere, conform căreia acestea se împart în subbituminoase cu un randament ridicat de substanțe volatile (corespunde claselor sovietice D și G), bituminoase cu un randament mediu. de substanțe volatile (corespunde claselor PZh și K), bituminoase cu un randament redus de substanțe volatile (OS și T) și cărbuni antracit, împărțiți în semiantracite (parțial T și A), antracite propriu-zise și metaantracite (A). În plus, există o clasificare internațională a cărbunelui, bazată pe conținutul de substanțe volatile, aglomerarea, cocsificarea și afișarea proprietăților tehnologice ale cărbunilor.

Formarea cărbunelui

Formarea cărbunelui este caracteristică tuturor sistemelor geologice, începând de la Silurian și Devonian; cărbunele este foarte larg distribuit în depozitele sistemelor Carbonifer, Permian și Jurasic. Cărbunele apare sub formă de cusături de diferite grosimi (de la fracțiuni de m la câteva zeci sau mai mult de m). Adâncimea de apariție a cărbunelui este diferită - de la ieșire la suprafață până la 2000-2500 m și mai adânc. Cu nivelul modern al tehnologiei miniere, extracția cărbunelui poate fi efectuată în mod deschis până la o adâncime de 350 m.

Pentru formarea cărbunelui, este necesară acumularea abundentă de masă a plantelor. În turbării antice, începând din perioada devoniană, s-au acumulat materie organică, din care s-au format cărbuni fosili fără acces la oxigen. Majoritate zăcăminte industriale cărbunelui fosil aparține acestei perioade, deși există zăcăminte mai tinere. Vârsta celor mai vechi cărbuni este estimată la aproximativ 350 de milioane de ani.

Cărbunele se formează atunci când materialul vegetal putrezit se acumulează mai repede decât poate fi descompus bacterian. Mediul ideal pentru aceasta este creat în mlaștini, unde apa stagnantă, epuizată de oxigen, împiedică activitatea vitală a bacteriilor și astfel protejează masa plantei de distrugerea completă. La o anumită etapă proces acizii eliberați în timpul acesteia împiedică activitatea ulterioară a bacteriilor. Așa apare turba - originalul produs pentru a forma cărbune. Dacă apoi este îngropată sub alte depozite, atunci turba suferă comprimare și, pierzând apă și gaze, este transformată în cărbune.

Sub presiunea unei grosimi de sedimente cu o grosime de 1 kilometru, se obține un strat de cărbune brun de 4 metri grosime dintr-un strat de turbă de 20 de metri. Dacă adâncimea de îngropare a materialului vegetal ajunge la 3 kilometri, atunci același strat de turbă se va transforma într-un strat de cărbune de 2 metri grosime. La o adâncime mai mare, aproximativ 6 kilometri, și la o temperatură mai mare, un strat de turbă de 20 de metri devine un strat de antracit de 1,5 metri grosime.

Metoda de extragere a cărbunelui depinde de adâncimea apariției sale. Dezvoltarea se realizează într-un mod deschis, dacă adâncimea stratului de cărbune nu depășește 100 de metri. Există, de asemenea, cazuri frecvente când, cu o adâncire tot mai mare a unei cărbuni, este în continuare avantajoasă dezvoltarea unui zăcământ de cărbune printr-o metodă subterană. Minele sunt folosite pentru extragerea cărbunelui de la adâncimi mari. Cele mai adânci mine din teritoriu Rusia cărbunele este extras de la un nivel de puțin peste 1200 de metri.

Alături de cărbune, zăcămintele purtătoare de cărbune conțin multe tipuri de georesurse care au importanță pentru consumator. Acestea includ roci gazdă precum materii prime pentru industria construcțiilor, ape subterane, metan din strat de cărbune, elemente rare și oligoelemente, inclusiv metale valoroase și compușii acestora. De exemplu, unii cărbuni sunt îmbogățiți cu germaniu.

Rezerve de cărbune

Rezervele geologice generale de cărbune din URSS sunt de aproximativ 4.700 miliarde de tone (conform estimărilor din 1968), inclusiv gradele (în miliarde de tone): D - 1.719; D-G - 331; G - 475; GZh - 69,4; W - 156; QOL - 21,5; K - 105; OS - 88.2; SS - 634; T - 205; T-A - 540; PA, A - 139.

Cele mai mari rezerve de cărbune din URSS se află în bazinul Tunguska. Cele mai mari bazine carbonifere dezvoltate în URSS sunt Donețk, Kuznetsk, Pechora, Karaganda; în Statele Unite ale Americii- Appalachian și Pennsylvania, în Polonia - Silezia Superioară și continuarea ei în Cehoslovacia - Ostrava-Karvinsky, în Germania— Ruhr, în China— Big Juanhabass, în Anglia— Țara Galilor de Sud, în Franţa- Valenciennes si in Belgia - Brabant. Utilizarea cărbunelui este variată.

Este folosit ca combustibil de uz casnic, combustibil energetic, materie primă pentru industria metalurgică și chimică, precum și pentru extragerea de elemente rare și oligoelemente din acesta.

Timp de două decenii la rând, cărbunele a fost în umbra boom-ului petrolului. Munții de cărbune necomercializat au crescut spre cer. Numeroase mine au fost închise, sute de mii de mineri și-au pierdut-o pe ale lor. Regiunea Appalachian din Statele Unite, cândva un zăcământ de cărbune înfloritor, a devenit una dintre cele mai întunecate zone de dezastru. O tranziție dezordonată, condusă de monopolist, la ieftine, importate - mai ales din Orientul Mijlociu - ulei cărbune condamnat la rolul de „Cenuşăreasa”, lipsită de viitor. Cu toate acestea, acest lucru nu s-a întâmplat în unele ţări, inclusiv în fosta URSS, care a ținut cont de avantajele unei structuri energetice bazate pe resurse naționale.

Rezervele de cărbune sunt dispersate în întreaga lume. Cele mai industriale ţări nu sunt cruţaţi. Terenul este înconjurat de două zone bogate în cărbuni. Unul se întinde peste țări fosta URSS, prin China, America de Nord până în Europa Centrală. Celălalt, mai îngust și mai puțin bogat, merge din sudul Braziliei prin Africa de Sud până în Australia de Est.

Cel mai semnificativ depozite cărbunele se află în ţările fostei URSS, SUA şi China. Cărbunele domina vestul Europei. Principalele bazine carbonifere din Eurasia: Țara Galilor de Sud, Valenciennes Liege, Saar-Lotharga, Ruhr, Asturias, Kizelovsky, Donețk, Taimyr, Tunguska, South Yakutia, Funshunsky; în Africa: Jerada, Abadla, Enugu, Huanki, Witbank; în Australia: Great Syncline, New South Wales; în America de Nord: Green River, Junnta, San Juan River, Western, Illinois, Appalachian, Sabinas, Texas, Pennsylvania; în continentul în flăcări: Carare, Junin, Santa Catarina, Concepción. În Ucraina, trebuie remarcate bazinul Lvov-Volyn și Donbasul bogat în zăcăminte.

Surse

bse.sci-lib.com/ Marea Enciclopedie Sovietică

en.wikipedia.org Wikipedia - enciclopedia liberă

www.bankreferatov.ru rezumate

dic.academic.ru Dicționare și enciclopedii la Academician

geografie.kz Geografie

www.bibliotekar.ru Bibliotecar

poddoni.com/ PalletEck

Enciclopedia investitorului. 2013 .

Sinonime:

Cărbunele este unul dintre cei mai vechi combustibili cunoscuți de om. Și chiar și astăzi ocupă o poziție de lider în ceea ce privește volumul de utilizare. Motivul pentru aceasta este prevalența, ușurința de extracție, prelucrare și utilizare. Dar ce este el? Care este substanța chimică

De fapt, această întrebare nu este în întregime corectă. Cărbunele nu este o substanță, este un amestec de diverse substanțe. Există o mulțime de ele, așa că este imposibil de determinat complet. Prin urmare, sub formula chimică a cărbunelui din acest articol, ne vom referi mai degrabă la compoziția sa elementară și la câteva alte caracteristici.

Este cel mai tânăr tip de cărbune. Are chiar o structură vegetală lemnoasă. Se formează direct din turbă la o adâncime de aproximativ 1 kilometru.

Acest tip de cărbune conține o cantitate destul de mare de umiditate: de la 20 la 40%. Când este expus la aer, se evaporă, iar cărbunele se sfărâmă în pulbere. În continuare, vom vorbi despre compoziția chimică a acestui reziduu uscat. Cantitatea de impurități anorganice din este de asemenea mare și se ridică la 20-45%. Aceste impurități sunt dioxid de siliciu, oxizi de aluminiu, calciu și fier. De asemenea, poate conține oxizi de metale alcaline.

Carbon 50-75%.
Oxigen 26-37%.
Hidrogen 3-5%.
Azot 0-2%.
Sulf 0,5-3%.

În momentul formării, acest tip de cărbune urmează după maro. Are o culoare neagră sau gri-negru, precum și o strălucire rășinoasă, uneori metalică.

Carbon 75-92%.
Hidrogen 2,5-5,7%.
Oxigen 1,5-15%.
Azot până la 2,7%.
Sulf 0-4%.

Din aceasta putem concluziona că formula chimică a cărbunelui este alcătuită dintr-un număr mai mare de carbon decât cel de maro. Acest lucru face ca acest tip de cărbune să fie un combustibil de mai bună calitate.

Antracit

Carbon peste 90%.
Hidrogen 1-3%.
Oxigen 1-1,5%.
Azot 1-1,5%.
Sulf până la 0,8%.

Mai mult cărbune este conținut doar în grafit, care este o etapă ulterioară în coalirea antracitului.

Acest tip de cărbune nu este o fosilă, așa că are unele caracteristici ale compoziției sale. Se produce prin încălzirea lemnului uscat la o temperatură de 450-500 o C fără aer. Acest proces se numește piroliză. În timpul acesteia, din lemn sunt eliberate o serie de substanțe: metanol, acetonă, acid acetic și altele, după care se transformă în cărbune. Apropo, arderea lemnului este și piroliză, dar din cauza prezenței oxigenului în aer, gazele degajate se aprind. Aceasta este ceea ce provoacă prezența flăcărilor în timpul arderii.

Carbon 80-92%.
Oxigen 5-15%.
Hidrogen 4-5%.
Azot ~0%.
Sulf ~0%.

Cărbune activ

În timpul procesului de activare, se modifică doar structura substanței, astfel încât formula chimică a cărbunelui activ este identică cu compoziția materiilor prime din care a fost făcut. Conținutul de umiditate al cărbunelui activ depinde de suprafața specifică a porilor și este de obicei mai mic de 12%.

Oraș fantomă fără cărbune. Aceasta a fost Hasima japoneză. În anii 1930, a fost recunoscut ca fiind cel mai dens populat. Pe o bucată mică de pământ încap 5.000 de oameni. Toți au lucrat în industria cărbunelui.

Insula sa dovedit a fi construită literalmente dintr-o sursă de energie din piatră. Cu toate acestea, până în anii 1970, rezervele de cărbune s-au epuizat.

Toată lumea a plecat. Au rămas doar insula săpată și clădirile de pe ea. Turiștii și japonezii îl numesc pe Hashima o fantomă. Insula arată clar importanța cărbunelui, imposibilitatea omenirii de a trăi fără el. Nu există alternativă.

Există doar încercări de a-l găsi. Prin urmare, vom acorda atenție eroului modern și nu perspectivelor vagi.

Descriere și proprietăți

Cărbune- acest stâncă origine organică. Aceasta înseamnă că piatra este formată din rămășițele descompuse de plante și animale. Pentru ca acestea să formeze o grosime densă, este necesară acumularea și compactarea constantă.

Condiții adecvate în partea de jos a rezervoarelor. Unde există zăcăminte de cărbune, cândva erau mări, lacuri. Organismele moarte s-au scufundat în fund, apăsate de coloana de apă. Așa s-a format. Cărbunele este o consecință a comprimării sale ulterioare sub presiunea nu numai a apei, ci și a noilor straturi de materie organică.

Principal rezerve de cărbune aparțin epocii paleozoice. Au trecut 280.000.000 de ani de la sfârșitul ei. Aceasta este epoca plantelor gigantice și a dinozaurilor, abundența vieții de pe planetă. Nu este de mirare că atunci s-au acumulat în mod deosebit depozitele organice.

Cel mai adesea, cărbunele s-a format în mlaștini. Există puțin oxigen în apele lor, ceea ce împiedică descompunerea completă a materiei organice.

Pe plan extern zăcăminte de cărbune arată ca lemn ars. Conform compoziției chimice, roca este un amestec de compuși aromatici cu carbon înalt molecular și substanțe volatile cu apă.

Impuritățile minerale sunt nesemnificative. Raportul dintre componente nu este stabil. În funcție de predominanța anumitor elemente, acestea se disting tipuri de cărbune. Principalul este antracitul.

Varietatea maro de cărbune este saturată cu apă și, prin urmare, are o putere calorică scăzută. Se dovedește că roca nu este potrivită ca combustibil, precum piatra. Și cărbunele brun și-a găsit alte întrebuințări. Care?

Acestuia i se va acorda o atenție specială. Între timp, să ne dăm seama de ce roca saturată cu apă se numește maro. Motivul este culoarea.

Cărbune maroniu, fără strălucire, friabil. Din punct de vedere geologic, masa poate fi numită tânără. Adică procesele de „fermentare” nu sunt finalizate în ea. Prin urmare, piatra are o densitate scăzută, atunci când este arsă, se formează o mulțime de substanțe volatile.

cărbune fosil tip antracit - complet format. Este mai dens, mai dur, mai negru, strălucitor. Este nevoie de 40.000.000 de ani pentru ca o rocă maro să devină așa. Antracitul are o proporție mare de carbon - aproximativ 98%.

Desigur, transferul de căldură de la cărbunele negru este la înălțime, ceea ce înseamnă că piatra poate fi folosită drept combustibil.

Formațiunile de cărbune se găsesc cel mai adesea într-o mlaștină

Specia maro în acest rol este folosită numai pentru încălzirea caselor private. Nu au nevoie de niveluri record de energie.

Tot ce aveți nevoie este ușurința în manipularea combustibilului, iar antracitul este problematic în acest sens. Nu este ușor să aprinzi cărbune negru. Producătorii, lucrătorii căilor ferate, s-au adaptat. Costurile cu forța de muncă merită, deoarece nu este doar consumatoare de energie, dar și nu se sinterizează.

Cărbune tare - combustibil, din arderea căreia rămâne cenușă. De ce provine, dacă materia organică este transformată în energie? Vă amintiți nota despre amestecul mineral? Este componenta anorganică a pietrei care rămâne la fundul cuptoarelor.

O mulțime de cenușă a fost lăsată și la depozitul chinezesc din provincia Liuhuanggou. Depozitele de antracit au ars acolo aproape 130 de ani. Incendiul a fost stins abia în 2004. În fiecare an au fost arse 2.000.000 de tone de rocă.

Iată, numără cât cărbune risipită. Materiile prime ar putea fi utile nu numai ca combustibil.

Utilizarea cărbunelui

Cărbunele se numește energie solară închisă în piatră. Energia poate fi transformată. Nu trebuie sa fie termic.

Energia obținută din arderea rocii este transformată, de exemplu, în energie electrică. Temperatura de ardere a cărbunelui tipul maro aproape ajunge la 2.000 de grade. Pentru a obține energie electrică din antracit, va fi nevoie de aproximativ 3.000 de grade Celsius.

Cărbunele este folosit drept combustibil

Dacă vorbim despre rolul de combustibil al cărbunelui, acesta este folosit nu numai în forma sa pură.

În laboratoare, roca organică a fost folosită pentru a produce combustibili lichizi și gazoși, iar fabricile metalurgice au folosit de mult cocs.

Se obține prin încălzirea cărbunelui la 1.100 de grade fără oxigen. Coca Cola este un combustibil fără fum. Posibilitatea de a folosi brichete ca agenți reducători ai minereului de fier este, de asemenea, importantă pentru metalurgiști. Așadar, coca-cola este utilă la turnare.

Coca-cola este folosită și ca praf de copt în lot. Acesta este numele dat amestecului elementelor inițiale ale viitorului aliaj. Fiind slăbit de cocs, amestecul se topește mai ușor. Apropo, unele componente pentru aliaje sunt obținute și din antracit.

Ca impurități, poate conține și galiu - metalele sunt rare și rar întâlnite în altă parte.

Ei caută, de asemenea, să cumpere cărbune pentru producția de materiale compozite carbon-grafit. Compozitele sunt mase de mai multe componente, cu o limită clară între ele.

Materialele create artificial sunt folosite, de exemplu, în aviație. Aici, compozitele cresc rezistența pieselor.

Masele de carbon rezistă atât la temperaturi foarte ridicate, cât și la temperaturi scăzute; ele sunt utilizate în stâlpii de sprijin al rețelei de contact.

În general, compozitele au intrat deja ferm în toate sferele vieții. Lucrătorii căilor ferate acoperă noi platforme cu ei.

Suporturile structurilor clădirilor sunt realizate din materii prime nanomodificate. În medicină, cu ajutorul compozitelor, se propune completarea așchiilor pe oase și a altor leziuni care nu sunt supuse protezelor metalice. Aici ce fel de cărbune versatil și multifuncțional.

Chimiștii au dezvoltat o metodă de producere a materialelor plastice din cărbune. În același timp, nu se irosește deșeuri. Fracția de calitate scăzută este presată în brichete.

Acestea servesc drept combustibil care este potrivit atât pentru casele particulare, cât și pentru atelierele de producție. În brichetele de combustibil există un minim de hidrocarburi. Ele, de fapt, sunt femelele valoroase în cărbune.

Din el puteți obține rășini pur de benzen, toluen, xilen, cumorane. Acestea din urmă, de exemplu, servesc drept bază pentru vopsea și lacurile și pentru un astfel de material pentru decorarea interioară precum linoleumul.

Unele dintre hidrocarburi sunt aromatice. Oamenii cunosc mirosul de naftalină. Dar puțini oameni știu că îl produc din cărbune.

În chirurgie, naftalina servește ca antiseptic. În gospodărie, substanța luptă cu moliile. În plus, naftalina este capabilă să protejeze împotriva mușcăturilor unui număr de insecte. Printre aceștia: muște, tafan, cal.

Total, cărbune în saci cumpărare pentru producția a peste 400 de tipuri de produse.

Multe dintre ele sunt produse secundare obținute în producția de cocs. Interesant este că costul liniilor suplimentare este de obicei mai mare decât cel al cocsului.

Dacă luăm în considerare diferența medie dintre cărbune și mărfuri din acesta, aceasta este de 20-25 de ori.

Adică, producția este foarte profitabilă, se plătește rapid. Prin urmare, nu este de mirare că oamenii de știință caută tot mai multe tehnologii noi pentru prelucrarea rocii sedimentare. Trebuie să existe o ofertă pentru cererea în creștere. Hai să-l cunoaștem.

Extracția cărbunelui

Zăcămintele de cărbune se numesc bazine. În lume sunt peste 3.500. Suprafața totală a bazinelor este de aproximativ 15% din teren. Majoritatea cărbunelui din Statele Unite.

23% din rezervele mondiale sunt concentrate acolo. Cărbune în Rusia reprezintă 13% din rezervele totale. Bronz din China. 11% din rocă este ascunsă în măruntaiele ei.

Majoritatea sunt antracit. În Rusia, raportul dintre cărbune brun și cărbune negru este aproximativ același. În Statele Unite, predomină roca de tip maro, ceea ce reduce valoarea zăcămintelor. În ciuda abundenței de cărbune brun, zăcămintele din SUA sunt uimitoare nu numai ca volum, ci și ca scară.

Numai rezervele din bazinul de cărbune din Appalachi se ridică la 1.600 de miliarde de tone. În cel mai mare bazin al Rusiei, spre comparație, sunt stocate doar 640 de miliarde de tone de rocă. Vorbim despre câmpul Kuznetsk.

Este situat în regiunea Kemerovo. Mai multe bazine promițătoare au fost descoperite în Yakutia și Tyva. În prima regiune, zăcămintele au fost numite Elga, iar în a doua - Eleget. Depozitele din Yakutia și Tyva sunt de tip închis. Adică roca nu este la suprafață, la adâncime.

Este necesar să se construiască mine, galerii, puțuri. Se ridică prețul cărbunelui. Dar, amploarea depozitelor merită costul. În ceea ce privește bazinul Kuznetsk, aceștia lucrează pe un sistem mixt. Aproximativ 70% din materiile prime sunt extrase din adâncuri prin mijloace hidraulice.

30% din cărbune este extras în mod deschis folosind buldozere. Sunt suficiente dacă roca se află aproape de suprafață, iar straturile de acoperire sunt libere.

Cărbunele este extras deschis și în China. Majoritatea zăcămintelor Chinei sunt situate departe de orașe. Acest lucru nu a împiedicat însă ca unul dintre zăcăminte să provoace neplăceri populației țării. Acest lucru s-a întâmplat în 2010.

Beijingul și-a crescut drastic cererea de cărbune din Mongolia Interioară. Este considerată o provincie a Chinei. Atât de multe camioane cu mărfuri au pornit pe drum, încât Autostrada 110 a stat aproape 10 zile. Ambuteiajul a început pe 14 august, fiind rezolvat abia pe 25.

Adevărat, nu a fost fără lucrări de drumuri. Camioanele cu cărbune au înrăutățit situația. Autostrada 110 aparține drumurilor de stat. Deci, nu doar cărbunele a întârziat pe drum, dar și alte contracte au fost în pericol.

Pe Internet, puteți găsi videoclipuri în care șoferii care au condus pe autostrada chineză în august 2010 raportează că au depășit porțiunea de 100 de kilometri timp de aproximativ 5 zile.

Ar putea fi util să citiți: