ماده معدنی زغال سنگ یکی از منابع انرژی فسیلی است که از تغییرات شیمیایی و فیزیکی در بقایای گیاهی، تحت فشار و دما در طول میلیون‌ها سال به وجود آمده است. این ماده به‌طور عمده از کربن تشکیل شده و در ترکیب با دیگر عناصر مانند هیدروژن، اکسیژن، گوگرد و نیتروژن به‌صورت سنگ‌های سیاه و قهوه‌ای در لایه‌های زیرزمینی یافت می‌شود. زغال سنگ به‌عنوان یکی از قدیمی‌ترین منابع انرژی در دنیا شناخته می‌شود و هنوز هم در بسیاری از صنایع و فرآیندهای صنعتی کاربرد گسترده‌ای دارد.
زغال سنگ یک سوخت فسیلی تجدید ناپذیر و قابل احتراق است که برای تولید برق استفاده می‌شود. تکنیک‌های استخراج زغال سنگ برای معدنچیان و محیط زیست خطرناک هستند. با این حال، زغال سنگ حدود نیمی از تولید برق در ایالات متحده را تشکیل می‌دهد. شکل گیری زغال سنگ به 300 میلیون سال پیش برمی‌گردد. زغال سنگ که حاوی مقادیر زیادی کربن، هیدروژن، گوگرد، نیتروژن و اکسیژن است معمولا سیاه و قهوه‌ای و تجدیدناپذیر است.
جایی از سطح زمین که از دریاهای وسیع، کم عمق و جنگل‌های متراکم پوشیده شده‌باشد، بر اثر سیل و با گذشت زمان، گیاهان خصوصا خزه‌ها و جلبک‌ها در گل و لای دفن و فشرده می‌شوند؛ این گیاهان هرچه بیشتر دفن شوند تحت دما و فشار بیشتر قرار می‌گیرند.
در این مرحله گل و آب اسیدی از تماس گیاه با اکسیژن جلوگیری می‌کنند. در نتیجه تجزیه گیاه با سرعت کمتری انجام شده و گیاه می‌تواند بیشتر کربن خود را حفظ کند. طی سال‌ها باتلاقی از این گیاهان درست می‌شود که زغال سنگ نارس نامیده می‌شود.
زغال سنگ نارس منبعی غنی از ترکیبات کربنی به حساب می‌آید که می‌تواند به‌عنوان سوخت مورد استفاده قرار گیرد.
اگر شرایط مناسب باشد و فشار و دمای بسیار بالا وجود داشته‌باشد، زغال سنگ نارس طی فرایند کربونیزاسیون به زغال سنگ تبدیل می‌شود. در کشورهایی مانند ایرلند، روسیه و اسکاتلند از این باتلاق‌ها به‌عنوان منبع اصلی انرژی گرمایی استفاده می‌شود.
زغال سنگ با توجه به ویژگی‌های خاص خود، در صنایع مختلف کاربردهای متعددی دارد که برخی از مهم‌ترین آن‌ها عبارتند از:
یکی از عمده‌ترین کاربردهای زغال سنگ، استفاده از آن در نیروگاه‌های برق‌سازی است. در این فرآیند، زغال سنگ در کوره‌های نیروگاه‌ها سوزانده می‌شود تا گرما تولید کرده و این گرما برای تولید بخار استفاده شود. بخار تولیدشده به توربین‌ها هدایت شده و در نهایت انرژی الکتریکی تولید می‌شود.
زغال سنگ به‌ویژه در صنعت فولادسازی نقش حیاتی دارد. کک، که از تقطیر زغال سنگ تولید می‌شود، در کوره‌های بلند به‌عنوان ماده‌ای برای تولید آهن و فولاد استفاده می‌شود. کک به‌عنوان سوخت و همچنین عامل احیای اکسیدهای فلزی در این صنعت بسیار مهم است.
زغال سنگ در تولید بسیاری از محصولات شیمیایی نیز به کار می‌رود. برای مثال، از زغال سنگ برای تولید گازهای صنعتی مانند مونوکسید کربن، آمونیاک و متان استفاده می‌شود. همچنین در تولید مواد شیمیایی مانند پلاستیک، رنگ‌ها و داروها نیز کاربرد دارد.
زغال سنگ در صنعت سیمان نیز به‌عنوان سوخت برای تأمین انرژی در کوره‌های سیمان‌پزی مورد استفاده قرار می‌گیرد. گرمای حاصل از سوختن زغال سنگ در این کوره‌ها سبب می‌شود که سنگ آهک به سیمان تبدیل شود.
یکی از کاربردهای خاص زغال سنگ در صنعت داروسازی است. زغال سنگ فعال شده به دلیل خاصیت جذب بالا، برای تولید فیلترها، تصفیه آب و حتی در برخی داروها برای درمان مسمومیت‌ها و مشکلات گوارشی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
در صنایع شیشه و سرامیک، زغال سنگ به‌عنوان سوخت در کوره‌های صنعتی استفاده می‌شود. همچنین برخی از فرآیندهای تولید شیشه نیازمند دماهای بالا هستند که از زغال سنگ برای تأمین این گرما استفاده می‌شود.
7. صنعت حمل و نقل: در گذشته، زغال سنگ به‌عنوان سوخت اصلی برای قطارها و کشتی‌ها استفاده می‌شد. اگرچه امروزه این سوخت جای خود را به سوخت‌های دیگر داده است، اما هنوز در برخی مناطق و در حمل و نقل صنعتی کاربرد دارد.
خرید و فروش معدن را با ماناماین تجربه کنید.
مراحل شگل گیری زغال سنگ[/capti
فرآیندهای زمین شناسی به مرور زمان به مواد بیوتیکی مرده فشار وارد می‌کنند. در شرایط مناسب درجه دگرگونی آن‌ها به طور مستمر افزایش می‌یابد و در نتیجه انواع زغال سنگ تولید می‌شوند.
زغال سنگ به 4 دسته تقسیم می‌شود. انواع زغال سنگ بر اساس نوع و مقدار کربن و انرژی حرارتی که در اثر سوختن آزاد می‌کند و درجه‌ی سختی (میزان فشار و درجه حرارت اعمال شده) در طول سال‌ها به‌طور کلی به 4 دسته آنتراسیت، بیتومینه، ساب‌بیتومینه و زغال سنگ قهوه‌ای تقسیم می‌شود.
اولین مراحل دگرگونی بقایای گیاهان برای تبدیل شدن به زغال سنگ، تورب یا پیت نامیده می‌شود. این بخش شامل توده‌ای متراکم از گیاهان است که به شکل ناقص تجزیه می‌شوند. به این توده‌ی گیاهی مرده نمی‌توان زغال سنگ گفت. پوده‌ها را می‌توان از پوده زارها جمع آوری کرد و به عنوان سوخت مورد استفاده قرار داد.
تورب با زغال سنگ تفاوت دارد و درواقع مرحله‌ای از تشکیل آن است. زغال سنگ از بقایای درختان و گیاهان قدیمی که صد‌ها میلیون سال پیش در جنگل‌های باتلاقی و در آب و هوای گرم و مرطوب ریشه می‌کردند تشکیل می‌شود. این درختان و گیاهان داخل مرداب افتاده، باکتری‌ها قسمت‌هایی از چوب را تغییر داده و تولید گاز می‌کردند. این گاز‌ها فرار بوده و ترکیبی سیاه که اکثرا کربن بوده بجای می‌گذاشتند، با وجود گل و شن از بالا بیشتر مایع خارج و آب آن گرفته شده و توده‌ای خمیری بر جای گذاشتند که بتدریج سخت شده و به ذغال سنگ تبدیل شده‌اند.
در باتلاق بزرگ دیسمال در «ویرجینیا » و کارولینای شمالی و نیز در هزاران باتلاق در ایالت‌های شمالی آمریکا و کانادا، تورب در حال تشکیل است. در این باتلاق‌ها گیاهان معمولا در یک مرحله فاسد شده و مقدار زیادی کربن بجای می‌گذارند، این عمل سال‌ها ادامه یافته و توده‌ای قهوه‌ای و درهم از شاخه‌ها، ترکه‌ها و برگ‌ها تولید می‌شود که بعنوان تورب شناخته می‌شود.
لیگنیت حدود 13% از کل ذخایر زغال سنگ در جهان را شامل می‌شود که حاوی حدود 25% تا 35% کربن است و ارزش حرارتی آن نسبت به بقیه انواع کمتر است و در واقع به عنوان پایین‌ترین درجه خلوص در انواع زغال سنگ شناخته می شود.
زغال سنگ قهوه‌ای نسبتا جوان است و در معرض گرما و فشار شدید قرار نگرفته و رطوبت بالایی دارد و به راحتی خرد می‌شود. این نوع ذغال سنگ برای تولید انرژی استفاده می شود در حالی که بیشترین آسیب را به محیط زیست می‌زند. جالب است بدانید که نوع شپک یا شبق آن به عنوان سنگ نیمه قیمتی استفاده می‌شود.
شبه بیتومینه حدود 30% از کل ذخایر زغال سنگ جهان را تشکیل می‌دهد که حاوی حدود 25% تا 45% کربن است و در اثر سوختن، حرارت کمتری نسبت به بیتومینوس تولید می‌کند و بیشتر در صنعت سیمان کاربرد دارد. میزان خلوص آن بین لیگنت و زغال بیتومینه است و از آن برای تولید انرژی الکتریسیته نیز استفاده می‌شود.
قدمت بیتومینه در ایالات متحده آمریکا به 100 الی 300 میلیون سال می‌رسد و حدود 53% از منابع کل زغال سنگ مربوط به بیتومینه است. این نوع زغال سنگ برای تولید برق در نیروگاه‌ها همچنین به عنوان سوخت و مواد اولیه در صنعت آهن و فولاد استفاده می‌شود. زغال سنگ (بیتومینوس) حدود 45% تا 86% کربن دارد.
بیتومینوس یک زغال سنگ چگال است. رنگ آن قهوه‌ای تیره با نوارهای روشن و کدر است. برای تولید برق از این نوع نیز استفاده می کنند. در ضمن از تقطیر آن کک که دارای کربن بالاست، به وجود می آید.
مقدار کربن آنتراسیت بین 86% تا 97% است که بیشترین مقدار ارزش حرارتی را دارد. این ماده کمتر از 1% کل ذخایر زغال سنگ (coal) دنیا را تشکیل می‌دهد و عمدتا توسط صنایع مربوط به فلزات مورد استفاده قرار می‌گیرد.
روش استخراج معدن زغال سنگ، به زمین شناسی منطقه آن بستگی دارد. معادن زیر زمینی حدود 60 درصد از تولید زغال سنگ در جهان را تشکیل می‌دهند.
در استخراج سطحی، استرالیا 80% تولید سطحی و ایالات متحده آمریکا 67% را شامل می‌شود. در کشورهای مهم تولید کننده زعال سنگ معادن سطحی رایج‌تر هستند.
رطوبت آزاد رطوبت جذب شده رطوبت تركيبي
3-2 درصد در زغالسنگ بيتومينهتا 45 درصد در ليگنيتترابري، كاهش ارزش حرارتي، كاهش استحكام زغالسنگ، افزايش تناژ زغال و كك، افزايش هزينه
• مواد معدني غيرقابل سوختن در زغال را كه پس از سوختن به شكل تركيبات اكسيدي و سولفاته باقي مي‌مانند، خاكستر مي‌نامند.• خاكستر با كاني‌هاي همراه زغال متفاوت است و ممكن است كمتر، برابر و يا بيشتر از كاني‌هاي همراه زغال باشد.
• پارامتر اصلي تعيين كننده كيفيت زغالسنگ!• حداكثر خاكستر قابل قبول در زغال 45% است.
كائولينيت، ايليت، مونتموريلونيت، كلريت، كوارتز، ژيپس،روتيل، دولوميت، كلسيت و غيرهپيريتعناصر نادر خاكي: اورانيوم، ژرمانيوم، بريليوم، بور
استخراج زغال سنگ را می‌توان از طریق معادن سطحی یا زیرزمینی انجام داد. هنگامی که زغال سنگ استخراج شد، می‌توان از آن به طور مستقیم (برای گرمایش و فرآیندهای صنعتی) یا برای سوخت نیروگاه‌های برای برق استفاده کرد.
اگر زغال سنگ کمتر از 61 متر (200 فوت) زیر زمین باشد، می‌توان آن را از طریق استخراج سطحی استخراج کرد.
در معادن سطحی، کارگران به سادگی هرگونه رسوب، پوشش گیاهی و سنگی را که روباره نامیده می شود، حذف می‌کنند . از نظر اقتصادی، استخراج معادن سطحی گزینه ارزان‌تری برای استخراج زغال سنگ نسبت به استخراج زیرزمینی است. حدود دو و نیم برابر زغالسنگ به ازای هر کارگر در ساعت استخراج می‌شود که در معادن زیرزمینی امکان‌پذیر است.
اثرات زیست محیطی استخراج سطحی زغال سنگ چشمگیر است. این کار زیستگاه‌ها و کل اکوسیستم را نابود می‌کند. استخراج سطحی همچنین می‌تواند باعث رانش زمین و فرونشست شود. مواد سمی که به هوا، سفره‌های زیرزمینی و سطح آب می‌روند ممکن است سلامت ساکنان محلی را به خطر بیندازند.
در روش استخراج سطحی مساحت بسیار زیادی اشغال می‌شود و همچنین از تجهیزات بسیار بزرگی مانند بیل‌های مکانیکی و کامیون‌های بسیار بزرگ نیز استفاده می‌شود.
در ایالات متحده، قانون کنترل و احیای معادن سطحی در سال 1977 روند استخراج زغال سنگ را تنظیم می‌کند و تلاشی برای محدود کردن اثرات مضر بر محیط زیست است.
در روش اتاق_پایه، در شکاف معدن شبکه‌ای از اتاق‌ها را ایجاد می‌کنند و پایه‌هایی از زغال سنگ را در هر اتاق ایجاد و رها می‌کنند تا ریزش نکند و سپس ذخایر آن استخراج می‌شود. این پایه‌ها حدود 40% از حجم معدن را تشکیل می‌دهند. این امر می‌تواند تحت عنوان فرآیندی به اسم «عقب نشینی معدن» حاصل شود. در این فرآیند، بعد از عقب نشینی کارگران، ذخایر از پایه‌ها استخراج می‌شوند، سپس سقف سقوط می‌کند و در نهایت معدن متروک می‌شود.
در روش جبهه کار طولانی، استخراج کامل از شکاف معدن با کمک برش‌های مکانیکی انجام می‌گیرد. در این روش قبل از شروع فرآیند استخراج باید برنامه‌ریزی دقیقی انجام گیرد تا از زمین‌شناسی مطلوب در همه بخش‌های معدن اطمینان حاصل شود. انتخاب روش استخراج معدن معمولا بر اساس ملاحظات اقتصادی صورت می‌گیرد. در بعضی مواقع از هر دو روش اتاق استون و جبهه کار طولانی به صورت ترکیبی استفاده می‌شود.
بیشتر ذخایر زغال سنگ جهان در اعماق زمین مدفون است. استخراج زیرزمینی، که گاهی اوقات استخراج عمیق نیز نامیده می‌شود، فرآیندی است که زغالسنگ را از اعماق زیر سطح زمین بازیابی می‌کند (گاهی تا 300 متر (1000 فوت). معدنچیان برای رسیدن به اعماق معدن با آسانسور به پایین چاه معدن می‌روند و با ماشین آلات سنگینی کار می‌کنند که زغال سنگ را استخراج کرده و آن را به بالای زمین منتقل می‌کنند. اثرات زیست محیطی فوری استخراج زیرزمینی کمتر از استخراج سطحی به نظر می‌رسد و اضافه بار کمتری دارد ، اما عملیات استخراج زیرزمینی باطله های قابل توجهی را به جا می‌گذارد. اغلب باطله‌ها سمی هستند.
کلام آخر
در این مطلب از سری مطالب ماناماین با زغال سنگ، انواع coal و روش‌های استخراج آن آشنا شدیم.