Uhlí

Uhlí je a neklastická sedimentární hornina. Jsou to zkamenělé zbytky rostlin a jsou v hořlavých černých a hnědočerných tónech. Jeho hlavním prvkem je uhlík, ale může obsahovat i různé prvky, jako je vodík, síra a kyslík. Na rozdíl od uhlí minerály, nemá pevné chemické složení a krystalovou strukturu. V závislosti na druhu rostlinného materiálu, různém stupni karbonizace a přítomnosti nečistot vznikají různé druhy uhlí. Existují 4 uznané odrůdy. Lignit je nejnižší třídy a je nejměkčí a nejméně zuhelnatělý. Podbituminózní uhlí je tmavě hnědé až černé. Nejhojnější je bituminózní uhlí, které se často spaluje pro výrobu tepla. Antracit je nejkvalitnější a nejvíce metamorfovaná forma uhlí. Obsahuje nejvyšší procento nízkoemisního uhlíku a bylo by ideálním palivem, kdyby ho nebylo srovnatelně méně.

Jako palivo se používá hlavně uhlí. Uhlí se používá již tisíce let, ale jeho skutečné využití začalo až s vynálezem parních strojů po průmyslové revoluci. Uhlí zajišťuje celosvětově dvě pětiny výroby elektřiny a uhlí se používá jako hlavní palivo železo a zařízení na výrobu oceli.

Příjmení původ: Slovo původně převzalo staroanglickou formu col z protogermánského *kula(n), které má pocházet z protoindoevropského kořene *g(e)u-lo- „živé uhlí“.

Barva: Černá a hnědočerná

Tvrdost: Cpověsitelné

Velikost zrna: Jemně zrnité

Skupina: Neklastický Sedimentární hornina

Klasifikace uhlí

Jak geologické procesy vyvíjejí tlak na mrtvý biotický materiál v průběhu času za příznivých podmínek, stupeň nebo pořadí metamorfózy se postupně zvyšuje takto:

Hnědé uhlí, nejnižší množství uhlí, nejvíce škodlivé pro zdraví, se používá téměř výhradně jako palivo pro výrobu elektrické energie

Proud, kompaktní forma lignitu, někdy leštěná; Vrchní paleolit ​​Spodní bituminózní uhlí, jehož vlastnosti sahají od lignitu po bituminózní uhlí, se používalo především jako okrasný kámen, protože se používalo jako palivo pro výrobu paroelektrické energie.

Živice uhlí, hustá sedimentární hornina, obvykle černá, ale někdy tmavě hnědá, často s dobře definovanými pásy lesklého a matného materiálu. Používá se především jako palivo při výrobě paroelektrické energie a při výrobě koksu. Ve Spojeném království je známé jako energetické uhlí a historicky se používá ke zvyšování páry v parních lokomotivách a lodích.

Antracitová, nejvyšší třída uhlí, je tvrdší, lesklé černé uhlí používané především pro vytápění obytných a komerčních prostor.

Grafit obtížně se zapaluje a běžně se nepoužívá jako palivo; nejčastěji se používá v tužkách nebo práškový k mazání.

Kanálské uhlí (někdy nazývané „svíčkové uhlí“) je různé jemnozrnné, vysoce kvalitní uhlí složené převážně z liptinitu s významným obsahem vodíku.

Pro uhlí existuje několik mezinárodních norem. Klasifikace uhlí je obecně založena na obsahu těkavých látek. Ale nejdůležitější rozdíl je tepelné uhlí (také známé jako energetické uhlí), které se spaluje k výrobě elektřiny prostřednictvím páry; a metalurgické uhlí (také známé jako koksovatelné uhlí), které se spaluje při vysoké teplotě za účelem výroby oceli.

Historický význam

Uhlí hrálo důležitou roli v historii lidstva a bylo používáno jako zdroj paliva po tisíce let. V dávných dobách se uhlí používalo k ohřevu a vaření jídla a k zahřívání. Během průmyslové revoluce se uhlí stalo primárním zdrojem energie pro pohon parních strojů a strojů, což vedlo k významnému technologickému pokroku v dopravě, výrobě a dalších průmyslových odvětvích. Používání uhlí také vedlo k rozvoji těžby jako hlavního průmyslu a pomohlo urychlit ekonomický růst v mnoha částech světa. Využívání uhlí je však také spojeno s významnými dopady na životní prostředí, včetně znečištění ovzduší a vody, a významně přispívá ke změně klimatu. V důsledku toho probíhají snahy o přechod k čistším zdrojům energie a snížení závislosti na uhlí.

Chemické složení

Uhlí je primárně složeno z uhlíku, vodíku, kyslíku, dusíku a síry. Přesné složení uhlí se liší v závislosti na jeho stáří a původu, ale obecně lze uhlí na základě obsahu uhlíku rozdělit do čtyř hlavních typů: lignit, podbituminózní, bituminózní a antracit. Lignit je nejmladším typem uhlí a obsahuje nejméně uhlíku, zatímco antracit je nejstarší a má nejvyšší obsah uhlíku. Obecně platí, že uhlí s vyšším obsahem uhlíku má vyšší energetický obsah a spaluje efektivněji. Uhlí také obsahuje různá množství minerálů, jako je oxid křemičitý, oxid hlinitý, železo, vápník, sodík a draslík, které mohou při spalování ovlivnit jeho spalovací vlastnosti a dopad na životní prostředí.

Fyzikální vlastnosti

Uhlí má různé fyzikální vlastnosti, včetně:

1. Barva: Uhlí může mít barvu od černé přes hnědou až po šedavou.
2. Tvrdost: Tvrdost uhlí se může pohybovat od velmi měkkého a drobivého, jako je grafit, až po velmi tvrdé, jako je antracit.
3. Hustota: Uhlí má nižší hustotu než mnoho jiných skály a minerály, díky čemuž je relativně lehký.
4. Porozita: Uhlí může být velmi porézní, s malými mezerami mezi částicemi uhlí.
5. Konchoidální zlomenina: Uhlí se často láme v hladkém, zakřiveném vzoru, známém jako lasturový lom.
6. Lesk: Uhlí má matný až lesklý lesk v závislosti na druhu uhlí.
7. Proužek: Uhlí vytváří černý nebo tmavě hnědý pruh, když se natírá na bílý, neglazovaný porcelánový talíř.

Fyzikální vlastnosti uhlí jsou důležité pro jeho těžbu, zpracování a využití. Například tvrdost uhlí může ovlivnit typ použité těžební metody, zatímco poréznost a hustota mohou ovlivnit zpracování a přepravu uhlí.

Těžba a úprava uhlí

Uhlí se obvykle získává z podzemních nebo povrchových dolů. Mezi metody podzemní těžby patří prostorová a pilířová, porubní a ústupová těžba, zatímco metody povrchové těžby zahrnují pásovou těžbu, odstraňování z vrcholků hor a povrchovou těžbu.

Při metodě těžby v místnostech a pilířích se do uhelné sloje hloubí tunely a na podepření střechy se ponechávají uhelné pilíře. Při porubní těžbě se těží dlouhá stěna uhlí v jediném plátku, přičemž střecha nad dobývaným prostorem se za těžebním strojem propadá. Ústupová těžba zahrnuje odstranění pilířů z dříve vytěžené oblasti.

Při povrchové těžbě se pro přístup k uhlí odstraňuje nadložní hornina a zemina. Tento proces lze provést pásovou těžbou, při které se skrývka odstraňuje v pásech, nebo odstraňováním vrcholků hor, při kterém se odstraňují celé vrcholky hor, aby se získal přístup k uhlí. Povrchová těžba je další technika povrchové těžby, při které se těží velká jáma pro těžbu uhlí.

Jakmile je uhlí vytěženo, zpracovává se, aby se odstranily nečistoty a připravilo se k použití. Zpracování může zahrnovat drcení, prosévání a praní za účelem odstranění horniny a jiných nečistot, stejně jako sušení za účelem snížení obsahu vlhkosti uhlí. Uhlí může být také ošetřeno chemikáliemi k odstranění síry a jiných nečistot, což je proces známý jako čištění uhlí.

Technika těžby (povrchová a hlubinná těžba)

Těžbu uhlí lze rozdělit do dvou širokých kategorií: povrchová těžba a hlubinná těžba.

Povrchová těžba zahrnuje odstranění nadložních hornin, půdy a vegetace, aby se odkryla uhelná sloj. To se obvykle provádí velkými stroji, které odstraňují skrývku (materiál nad uhelnou slojí) ve vrstvách. Existují různé metody povrchové těžby, včetně pásové těžby, povrchové těžby, těžby z vrcholků hor a těžby ve vysokých stěnách. Při pásové těžbě se skrývka odstraňuje v dlouhých pásech, při povrchové těžbě se skrývka odstraňuje ve velké jámě. Hornické odstranění těžby zahrnuje odstranění celého vrcholu a hora pro přístup k uhelné sloji, zatímco horská těžba se používá k získávání uhlí z odkryté vertikální stěny nebo útesu.

Podzemní těžba zahrnuje hloubení tunelů nebo šachet do země, aby se dostalo do uhelné sloje. Existují dva hlavní typy hlubinné těžby: pokojová a pilířová těžba a porubní těžba. Při těžbě v místnostech a sloupech se uhelná sloj těží v řadě místností, přičemž na střeše zůstávají sloupy uhlí. Při porubní těžbě se stroj zvaný kombajn pohybuje tam a zpět podél uhelné sloje, řeže uhlí a shazuje jej na dopravní pás. Střecha je při pohybu stroje podepřena hydraulickými podpěrami.

Po vytěžení uhlí může být zpracováno k odstranění nečistot a připraveno k použití. Zpracování může zahrnovat drcení, prosévání a praní, aby se odstranily kameny a jiné materiály, které jsou smíchány s uhlím. Uhlí může být také ošetřeno chemikáliemi k odstranění síry a jiných nečistot, nebo může být přeměněno na kapalná nebo plynná paliva.

Metody zpracování (čištění, drcení, třídění atd.)

Po vytěžení uhlí je často potřeba jej vyčistit a zpracovat, aby se odstranily nečistoty a připravilo se k použití. Přesné použité způsoby zpracování se mohou lišit v závislosti na typu uhlí a jeho zamýšleném použití.

Jednou z běžných metod zpracování uhlí je proces známý jako „praní“, který zahrnuje použití vody, chemikálií a mechanického zařízení k oddělení uhlí od nečistot, jako je kámen, popel a síra. Uhlí je rozdrceno a smícháno s vodou a chemikáliemi, aby se vytvořila kaše, která pak prochází řadou sít a cyklónů, aby se uhlí oddělilo od ostatních materiálů. Oddělené uhlí se pak dále zpracovává, aby se odstranily všechny zbývající nečistoty, a třídí se podle velikosti.

Jiné zpracovatelské metody mohou zahrnovat drcení a mletí uhlí, aby bylo vhodné pro spalování nebo jiné použití, stejně jako procesy pro odstranění síry a jiných znečišťujících látek z uhlí. V závislosti na zamýšleném použití uhlí mohou být také vyžadovány další zpracovatelské kroky, jako je karbonizace pro výrobu koksu pro použití v procesu výroby oceli.

Složení uhlí

Složení uhlí lze analyzovat dvěma způsoby. První se uvádí jako podrobná analýza (vlhkost, těkavé látky, pevný uhlík a popel) nebo konečná analýza (popel, uhlík, vodík, dusík, kyslík a síra). Typické bituminózní uhlí může mít konečnou analýzu na suchém bezpopelovém základě 84.4 % uhlíku, 5.4 % vodíku, 6

POPELOVÉ SLOŽENÍ, PROCENTO HMOTNOSTI
SiO 2	20-40
Al 2O 3	10-35
Fe 2O 3	5-35
CaO	1-20
MgO	0.3-4
TiO 2	0.5-2.5
Na 2OK 2O	1-4
SO 3	0.1-12

Tvorba uhlí

Proces přeměny mrtvé vegetace na uhlí se nazývá prouhelnění. V geologické minulosti byly v různých oblastech nízké mokřady a husté lesy. Odumřelá vegetace v těchto oblastech obecně začala biodegradovat a transformovat se bahnem a kyselou vodou.

To uvěznilo uhlík v obrovských rašeliništích, která byla nakonec pohřbena hluboko v sedimentech. Potom, během milionů let, teplo a tlak hlubokého pohřbu způsobily ztrátu vody, metanu a oxidu uhličitého a zvýšený obsah uhlíku.

Kvalita vyrobeného uhlí závisela na maximálním dosaženém tlaku a teplotě; Lignit (také nazývaný „hnědé uhlí“) a subbituminózní uhlí, bituminózní uhlí nebo antracit (také nazývané „černé uhlí“ nebo „černé uhlí“) vyráběné za relativně mírných podmínek se vyrábí se zvyšující se teplotou a tlakem.

Z faktorů podílejících se na zuhelnatění je mnohem důležitější teplota než tlak nebo doba pohřbu. Subbituminózní uhlí se může tvořit při teplotách 35 až 80 °C (95 až 176 °F), zatímco antracit vyžaduje teplotu alespoň 180 až 245 °C (356 až 473 °F).

Přestože uhlí je známé z většiny geologických období, 90 % veškerého uhlí vklady byly uloženy během období karbonu a permu, což představuje pouze 2 % geologické historie Země.

Výskyt uhlí

Uhlí je běžným energetickým a chemickým zdrojem. Suchozemské rostliny nezbytné pro rozvoj uhlí se hojně vyskytovaly až v období karbonu (před 358.9 miliony až 298.9 miliony let), velké sedimentární pánve obsahující horniny karbonského stáří a mladší jsou známy téměř na všech kontinentech včetně Antarktidy. Přítomnost velkých uhelných ložisek v oblastech se současným arktickým nebo subarktickým podnebím (jako je Aljaška a Sibiř) je způsobena klimatickými změnami a tektonickým pohybem korových desek, které přesunuly starší kontinentální masy nad zemský povrch, někdy i přes subtropické a dokonce i tropické oblasti. . regionech. Některé oblasti (jako Grónsko a většina severní Kanady) postrádají uhlí, protože horniny, které se tam nacházejí, předcházejí období karbonu, a tyto oblasti, známé jako kontinentální štíty, postrádají hojný suchozemský rostlinný život potřebný pro tvorbu velkých uhelných ložisek.

Charakteristika a vlastnosti uhlí

Mnoho vlastností uhlí se liší podle faktorů, jako je jeho složení a přítomnost minerálních látek. Pro zkoumání vlastností uhlí byly vyvinuty různé techniky. Jsou to rentgenová difrakce, skenovací a transmisní elektronová mikroskopie, infračervená spektrofotometrie, hmotnostní spektroskopie, plynová chromatografie, termická analýza a elektrická, termická analýza a elektrická, optická a magnetická měření.

Intenzita

Znalost fyzikálních vlastností uhlí je důležitá při přípravě a použití uhlí. Například hustota uhlí se pohybuje od přibližně 1.1 do přibližně 1.5 megagramu na metr krychlový nebo gramů na centimetr krychlový. Uhlí je o něco hustší než voda a výrazně méně husté než většina hornin a minerálních látek. Rozdíly v hustotě umožňují zlepšit kvalitu uhlí odstraněním většiny horninové hmoty a částic bohatých na sulfidy separací těžkých kapalin. 

Porozita

Hustota uhlí je částečně řízena přítomností pórů, které přetrvávají během zuhelnatění. Velikost pórů a distribuce pórů se obtížně měří; zdá se však, že póry mají tři rozsahy velikostí:

(1) makropóry (průměr větší než 50 nanometrů),

(2) mezopóry (2 až 50 nanometrů v průměru) a

(3) mikropóry (průměr menší než 2 nanometry).

(Jeden nanometr se rovná 10−9 metrům.) Většina efektivního povrchu uhlí – asi 200 metrů čtverečních na gram – se nachází v pórech uhlí, nikoli na vnějším povrchu kousku uhlí. Přítomnost pórového prostoru je důležitá při výrobě koksu, zplyňování, zkapalňování a při výrobě uhlíku s velkým povrchem pro čištění vody a plynů. Z bezpečnostních důvodů mohou póry uhlí obsahovat značné množství adsorbovaného metanu, který se může při těžebních operacích uvolňovat a vytvářet se vzduchem výbušné směsi. Riziko výbuchu lze snížit dostatečným větráním nebo předchozím odstraněním uhelného metanu během těžby.

Odrazivost

Důležitou vlastností uhlí je jeho odrazivost (neboli odrazivost), tedy schopnost odrážet světlo. Odrazivost se měří ozařováním monochromatického světelného paprsku (s vlnovou délkou 546 nanometrů) na leštěný povrch vitrinitových macerálů ve vzorku dřevěného uhlí a měřením procenta odraženého světla fotometrem. Používá se vitrinit, protože jeho odrazivost se se zvyšující se mírou postupně mění. Odrazy fusinitu jsou velmi vysoké kvůli jeho uhelnému původu a liptinity mají tendenci mizet s rostoucím stupněm. Ačkoli se odráží velmi málo dopadajícího světla (v rozmezí od několika desetin procenta do 12 procent), hodnota se zvyšuje se stupni a lze ji použít ke třídění většiny uhlí bez měření procenta přítomných těkavých látek.

Další funkce

Další vlastnosti, jako je tvrdost, brousitelnost, teplota tání popela a index volného bobtnání (vizuální měření míry bobtnání, ke kterému dochází při zahřívání vzorku uhlí v uzavřeném kelímku), mohou ovlivnit těžbu a přípravu uhlí. stejně jako způsob využití uhlí. Tvrdost a brousitelnost určují typy zařízení používaných pro těžbu, drcení a mletí, kromě množství energie spotřebované při jejich provozech. Teplota tavení popela ovlivňuje konstrukci pece a provozní podmínky. Index volného bobtnání poskytuje předběžnou informaci o vhodnosti uhlí pro výrobu koksu.

Hospodářský a společenský význam uhlí

Uhlí je důležitým přírodním zdrojem, který sehrál významnou roli v rozvoji moderního světa. Jeho ekonomický a společenský význam lze spatřovat v několika oblastech:

1. Výroba energie: Uhlí je jedním z primárních zdrojů energie využívaných k výrobě elektřiny. Spaluje se v elektrárnách k výrobě elektřiny, která se používá k napájení domácností, podniků a průmyslu.
2. Výroba oceli: Uhlí je také klíčovou složkou při výrobě oceli. Při zahřívání se z uhlí uvolňuje uhlík, který se používá k redukci Železná Ruda žehlit. Toto železo se pak používá k výrobě oceli, která je základním materiálem pro stavebnictví, infrastrukturu a mnoho dalších aplikací.
3. Vytváření pracovních míst: Těžba a zpracování uhlí vytváří pracovní místa a přispívá k místním ekonomikám v mnoha zemích. Průmysl zaměstnává velké množství lidí, včetně horníků, inženýrů, geologů a dalších odborníků.
4. Doprava: Uhlí se často přepravuje na dlouhé vzdálenosti po železnici nebo lodí, aby dosáhlo svého cíle, což může vytvářet pracovní místa a přispívat k ekonomice oblastí, kterými prochází.
5. Cenově dostupná energie: Uhlí je často dostupnějším zdrojem energie ve srovnání s jinými zdroji, což může spotřebitelům a podnikům pomoci udržet náklady na energii nízké.
6. Chemické produkty: Uhlí se také používá jako surovina při výrobě řady chemických produktů, včetně plastů, syntetických vláken, hnojiv a dalších chemikálií.

Využívání uhlí má však také významné dopady na životní prostředí, včetně emisí skleníkových plynů a dalších látek znečišťujících ovzduší, stejně jako negativní dopady na kvalitu vody a využívání půdy. Tyto dopady je třeba pečlivě zvážit při každém hodnocení hospodářského a sociálního významu uhlí.

Shrnutí klíčových bodů

Zde je několik klíčových bodů o uhlí:

• Uhlí je fosilní palivo, které vzniká ze zbytků starověkých rostlin, které žili před miliony let.
• Existují čtyři hlavní typy uhlí: lignit, subbituminózní, bituminózní a antracit, z nichž každý má jiné vlastnosti a použití.
• Uhlí je bohatý a relativně levný zdroj energie, což z něj činí důležité palivo pro výrobu energie, vytápění a průmyslové procesy.
• Těžba uhlí může mít významné environmentální a sociální dopady, včetně narušování půdy, znečištění vody a zdravotních rizik pro pracovníky a blízké komunity.
• Probíhají snahy o vývoj čistších uhelných technologií, jako je zachycování a ukládání uhlíku, aby se snížil dopad využívání uhlí na životní prostředí.

Reference

• Bonewitz, R. (2012). Horniny a minerály. 2. vyd. Londýn: DK Publishing.
• Kopp, OC (2020, 13. listopadu). uhlí. Encyklopedie Britannica. https://www.britannica.com/science/coal-fossil-fuel
• Přispěvatelé Wikipedie. (2021. října 26). Uhlí. Ve Wikipedii, The Free Encyclopedia. Získáno 09:57, 1. listopadu 2021, z https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Coal&oldid=1051971849