زغال سنگ

زغال سنگ چیست؟

زغال سنگ ، سنگی است که از تجزیه حیات گیاهی به وجود آمده است. این ماده عمدتاً از کربن و بسیاری از عناصر کمیاب دیگر تشکیل شده است. چگالی انرژی بالای زغال سنگ و ذخایر گسترده موجود در طبیعت، آن را به عنوان سوختی برای تولید برق در نیروگاه های ذغال سنگ و در برخی مکان ها برای گرمایش مفید می کند.

زغال‌سنگ نام کانی سیاه‌رنگی است که از پسماند مواد گیاهی دوران‌های قدیم زمین‌شناختی (میلیون‌ها سال پیش) تشکیل شده‌است و به‌عنوان سوخت و نیز مادهٔ اولیهٔ برخی صنایع شیمیایی برای تولید گاز، کُک، روغن، قطران و غیره استفاده می‌شود.

برخی از زمین‌شناسان بر این باورند که زغال‌سنگ کانی نیست. بخش بزرگی از جِرم زغال‌سنگ کربن است. از دیگر ترکیبات زغال‌سنگ میتوان به هیدروژن، نیتروژن، اکسیژن و گوگرد اشاره کرد . انواع زغال‌سنگ در دوران‌های گوناگون زمین‌شناسی و تحت شرایط مختلفی به وجود آمده‌اند. پوده (تورب) ، نخستین مرحله تشکیل زغال‌سنگ است.

پس از آن به ترتیب لیگنیت، زغال‌سنگ نیمه بیتومینه، زغال‌سنگ بیتومینه و زغال‌سنگ آنتراسیت با درجات مختلف درون‌داشت مواد تشکیل‌دهنده قرار دارند.

زغال‌سنگ از فشرده شدن و تحمل گرما برخی گیاهان به وجود می‌آید که اکثراً از گیاه سرخس است.

در ذغال سنگ همچنین مقادیر کمی از فلز‌های گوناگون مانند نیکل، مس، الومنیوم، سرب، ارسنیک و جیوه وجود دارد. مقدار جیوه در ذغال سنگ ppm۵۰_۲۰۰ است و با این توصیف نیروگاه‌هایی که آن را می‌سوزانند روزانه هزاران گرم جیوه به هواکره وارد می‌کنند.

تاریخچه زغال سنگ:

زغال سنگ به عنوان یک منبع انرژی برای حدود ۲۰۰۰ سال استفاده شده است. به عنوان مثال، ذغال سنگ به طور گسترده ای برای گرم کردن خانه در اوایل قرن هفدهم انگلستان استفاده می شد. اما انقلاب صنعتی به طور چشمگیری تقاضا برای زغال سنگ را افزایش داد. به طور خاص، بهبودهای جیمز وات در موتور بخار، ذغال سنگ را برای انجام کار مفید ساخت.

در دهه 1830 استخراج زغال سنگ صنعتی پر رونق در شرق ایالات متحده بود که ذغال سنگ برای صنعت و لوکوموتیوهای بخار در جاده های راه آهن تازه توسعه یافته تامین می شد. در سال 2010 زغال سنگ 9.2 درصد از انرژی اولیه کانادا را تشکیل می داد. coal در دنیای مدرنT پرمصرف ترین و فراوان ترین سوخت فسیلی است. زغال سنگ دارای نسبت ذخیره به تولید 109 ساله است (از سال 2012). مقدار کل ذخایر ذغال سنگ تقریباً 1012 تن است، ایالات متحده بزرگترین ذخایر زغال سنگ را در خود جای داده است.

روند تشکیل:

زغال‌سنگ کانی پر انرژی است، که از بقایای درختان، بوته‌ها و سایر گیاهان زندهٔ میلیون‌ها سال پیش به وجود می‌آید. نشو و نمای این گیاهان در دوره‌هایی که آب و هوای زمین ملایم و مرطوب بود، صورت گرفت. زغال‌سنگ، یک سنگ رسوبی است. به زغال‌سنگ ابتدایی که پوک است و مواد فرار زیادی دارد تورب می‌گویند تورب نامرغوبترین نوع زغال‌سنگ است قسمت اعظم این ذخایر تقریباً ۲۵۰ میلیون سال پیش پدید آمدند. سپس اوضاع برای رشد سرخس‌های دانه‌دار گرمسیری بسیار عظیم و درختان بدون گل غول پیکر، در باتلاق‌های وسیع فراهم شد. این گیاهان بعد از خشک شدن و از بین رفتن به داخل باتلاق‌ها می‌افتادند و بر اثر خروج اکسیژن، فساد بی‌هوازی تسریع می‌شد. پوشش گیاهی به ماده‌ای لجن مانند، به نام پیت (Peat) تبدیل شد. پیت در زیر فشار خشک و سخت شد و به زغال‌سنگ پیت (لنیت یا لیگنیت، که به زغال‌سنگ قهوه‌ای نیز موسوم است) تبدیل شد. فشار بیشتر و گذشت زمان، زغال‌سنگ قیردار را به وجود آورد، که هر ۶ متر ضخامت رسوب گیاهان نخستین به ۰٫۳ متر زغال‌سنگ تبدیل شده بود که به آن بیتومین می‌گویند و در نهایت سخت‌ترین و مرغوب‌ترین نوع زغال‌سنگ، یعنی آنتراسیت (Anthracite) را به وجود آورد.

روش‌های استخراج ذغال سنگ:

برگزیدن شیوه استخراج معدن زغال سنگ به زمین‌شناسی منطقه آن بستگی دارد. اما به طو رکلی دو روش استخراج زیر سطحی و سطحی از رایج‌ترین روش‌های آن است.

استخراج زیر سطحی)

این شیوه به دو نوع شیوه اتاق ستون و روش جبهه کار طولانی تقسیم می‌شوند. در روش اتاق ستون از طریق ایجاد شبکه‌ای از اتاق در شکاف معدن و ستون‌های از زغال سنگ با هدف جلوگیری از ریزش سقف در هر اتاق اقدام به استخراج می‌کنند. در روش جبهه کار طولانی با ایجاد برش مکانیکی اقدام به استخراج کامل از شکاف معدن می‌کنند. قبل از استخراج از طریق زمین‌شناسی اقدام به برنامه ریزی دقیق برای استخراج مطلوب می‌کنند.

استخراج سطحی)

در صورتی که شکاف معدن در نزدیک سطح زمین باشد، استخراج سطحی مقرون به صرفه بوده و بازیابی آن نسبت به روش زیرسطحی بالاتر است. برای استخراج آن از بیل مکانیکی و کامیون بزرگ استفاده کرده و با توجه به این معدن زغال سنگ سطحی مساحت زیادی را اشغال می‌کند، توانسته ۹۰ درصد آن به راحتی استخراج کرد.

کاربرد زغال سنگ:

بیشتر افراد از این ماده معدنی برای سوخت استفاده می کردند. انرژی به دست آمده از زغال سنگ می تواند آب را به بخار تبدیل کرده و با آن توربین ها را به حرکت در آورد و انرژی برق را تولیدکرد. در حال حاضر حدود ۳۸ درصد انرژی برق جهان از این ذغال سنگ تامین می شود.

با توجه به این ماده نوعی سوخت فسیلی است و جز منابع تجدید ناپذیر است و همچنین استفاده طولانی مدت از آن موجب تغییرات اقلیمی و گرمایش جهانی را به دنبال دارد، از سال ۲۰۰۸ مصرف آن به طور چشمگیری کاهش یافت و به جای آن از سوخت های پاک استفاده کردند. استفاده آن در صنعت فولاد، فیلترهای خالص سازی هوا و آب، تولید فیبر کربن، سیلیکون و سیلان ها و … بسیار مشهود است.

میزان انرژی انواع زغال سنگ:

منبع انرژی نهایی زغال سنگ خورشید است زیرا انرژی ذخیره شده در ماده مرده گیاهی همان چیزی است که زغال سنگ تولید می کند. ذغال سنگ در حضور اکسیژن اتمسفر سوزانده می شود. این افزایش دما اجازه می دهد تا یک واکنش شیمیایی بین سوخت (کربن در زغال سنگ) و اکسیژن موجود در جو رخ دهد که دی اکسید کربن (CO 2 ) را تشکیل می دهد. از آن جایی که ذغال سنگ نیز حاوی اتم های هیدروژن است، احتراق مقداری بخار آب را به عنوان محصول تشکیل می دهد.

CO 2 نشان دهنده پایین ترین حالت انرژی ممکن یک اتم کربن در اتمسفر حاوی اکسیژن زمین است، بنابراین انتقال از سوخت (کربن در ذغال سنگ) و اکسیژن اتمسفر به CO2 اجازه می دهد تا حداکثر مقدار انرژی از سوخت استخراج شود. محتوای انرژی زغال سنگ همراه با بلوغ آن متفاوت است. آنتراسیت دارای بالاترین محتوای انرژی در بین انواع زغال سنگ است.

از اینکه تا پایان مقاله ما را همراهی کردید ، سپاسگزاریم .