La mineria del carbó
Els mètodes d'extracció del carbó depenen de la profunditat de la seva aparició. El desenvolupament es realitza de manera oberta a les mines de carbó, si la profunditat de la veta de carbó no supera els cent metres. També hi ha casos freqüents en què, amb l'aprofundiment cada cop més gran d'un pou de carbó, és més avantatjós desenvolupar un jaciment de carbó per un mètode subterrani. Les mines s'utilitzen per extreure carbó de grans profunditats. Les mines més profundes de la Federació Russa extreuen carbó d'un nivell de poc més de mil dos-cents metres.
En la producció de mines convencionals, al voltant del 40% del carbó no s'extreu. L'ús de nous mètodes de mineria -longwall- permet extreure més carbó.
Juntament amb el carbó, els jaciments de carbó contenen molts tipus de georecursos que tenen importància per al consumidor. Aquests inclouen roques hostes com a matèries primeres per a la indústria de la construcció, aigües subterrànies, metà de llit de carbó, elements rars i oligoelements, inclosos metalls valuosos i els seus compostos. Per exemple, alguns carbons estan enriquits amb germani.
va assolir un màxim de 8254,9 milions de tones el 2013.
formació de carbó
En diferents moments i en diferents llocs del passat geològic de la Terra, els boscos densos han existit a les terres baixes dels aiguamolls. A causa de processos naturals com les inundacions, aquests boscos van quedar enterrats sota terra. A mesura que la capa de terra per sobre d'ells augmentava, la pressió augmentava. La temperatura també va pujar a mesura que baixava. En aquestes condicions, el material vegetal estava protegit de la biodegradació i l'oxidació. El carboni segrestat per les plantes a les grans torberes va ser finalment cobert i profundament enterrat pels sediments. Sota alta pressió i alta temperatura, la vegetació morta es converteix gradualment en carbó. Com que el carbó és principalment carboni, la conversió de la vegetació morta en carbó vegetal s'anomena carbonització.
El carbó es forma quan el material vegetal en descomposició s'acumula més ràpidament del que es pot descompondre bacterianament. L'entorn ideal per a això es crea als pantans, on l'aigua estancada, pobre en oxigen, impedeix l'activitat vital dels bacteris i, per tant, protegeix la massa vegetal de la destrucció completa. En una determinada etapa del procés, els àcids alliberats impedeixen una major activitat bacteriana. Així és com torba - el producte inicial per a la formació del carbó. Si aleshores s'enterra sota altres sediments, aleshores la torba experimenta compressió i, perdent aigua i gasos, es converteix en carbó.
Sota la pressió de capes de sediments d'un quilòmetre de gruix, a partir d'una capa de torba de 20 metres s'obté una capa de carbó marró de 4 metres de gruix. Si la profunditat d'enterrament del material vegetal arriba als tres quilòmetres, la mateixa capa de torba es convertirà en una capa de carbó de 2 metres de gruix. A una profunditat més gran, uns sis quilòmetres, i a una temperatura més alta, una capa de torba de 20 metres es converteix en una capa d'antracita d'1,5 metres de gruix.
Per a la formació de carbó, és necessària una acumulació abundant de massa vegetal. A les antigues torberes, a partir del període Devonià (fa uns 400 milions d'anys), s'acumulava matèria orgànica, de la qual es formaven carbons fòssils sense accés a l'oxigen. La majoria dels jaciments comercials de carbó fòssil daten d'aquest període, encara que també existeixen jaciments més joves. L'edat dels carbons més antics s'estima en uns 300-400 milions d'anys.
La formació de grans volums de carbó probablement va cessar després de l'aparició dels fongs, ja que la podridura blanca dels fongs descompon completament la lignina.
Els mars amples i poc profunds del Carbonífer van proporcionar les condicions ideals per a la formació del carbó, encara que es coneixen carbons de la majoria dels períodes geològics.L'excepció és la bretxa de carbó durant l'esdeveniment d'extinció del Permià-Triàsic, on el carbó és rar. Es creu que el carbó trobat a les capes del Precambrià que són anteriors a les plantes terrestres es va originar a partir de restes d'algues.
Com a resultat del moviment de l'escorça terrestre, les vetes de carbó van experimentar elevació i plegament. Amb el temps, les parts aixecades van ser destruïdes per l'erosió o combustió espontània, mentre que les rebaixades es van conservar en amples conques poc profundes, on el carbó es troba almenys a 900 metres sobre la superfície terrestre. La formació de les vetes de carbó més gruixudes s'associa amb zones de la superfície terrestre, a la zona de les quals es van produir sortides de volums significatius de masses bituminoses, com, per exemple, a Hat Creek (anglès) rus. (Canadà), el gruix total del paquet de vetes de carbó arriba als 450 m.
Impacte en el medi ambient i la salut dels miners
El carbó fòssil conté metalls pesants nocius com el mercuri i el cadmi (concentració de fins a 0,0001 a 0,01% en pes)[font no especificada 2077 dies].
Durant la mineria subterrània del carbó, el contingut de pols de l'aire pot superar el MPC centenars de vegades. Sota les condicions de treball que hi ha a les mines, l'ús continuat de respiradors és pràcticament impossible (a cada contaminació severa requereixen un canvi ràpid per netejar les màscares respiradores noves, no permeten la comunicació, etc.), la qual cosa no permet utilitzar-les. com a mitjà de prevenció fiable de malalties professionals irreversibles i incurables: silicosi, pneumoconiosi (etc.). Per tant, per protegir de manera fiable la salut dels miners i dels treballadors de les empreses de processament de carbó als Estats Units, s'utilitzen mitjans de protecció col·lectiva més eficaços.
Classificació, tipus
El carbó es divideix en brillant, semibrillant, semimat i mat. Com a regla general, els tipus de carbó brillants tenen poca cendra a causa del contingut insignificant d'impureses minerals.
Entre les estructures de la matèria orgànica del carbó, es distingeixen 4 tipus (telinita, posttelinita, precolinita i colinita), que són etapes successives d'un sol procés de descomposició de lignines - teixits de cel·lulosa. Als grups genètics de carbó dur, a més d'aquests quatre tipus, també s'inclou carbó de leuptinita. Cadascun dels cinc grups genètics segons el tipus de substància dels microcomponents del carbó es divideix en classes corresponents.
Hi ha molts tipus de classificacions del carbó: per composició material, composició petrogràfica, genètica, químic-tecnològica, industrial i mixta. Les classificacions genètiques caracteritzen les condicions d'acumulació de carbó, reals i petrogràfiques: la seva composició material i petrogràfica, química-tecnològica: la composició química del carbó, els processos de formació i processament industrial, l'agrupació industrial i tecnològica dels tipus de carbó en funció dels requisits del carbó. indústria. Les classificacions del carbó en les vetes s'utilitzen per caracteritzar els dipòsits de carbó.
Classificació industrial del carbó
La classificació industrial del carbó dur a països individuals es basa en diversos paràmetres de les propietats i la composició del carbó: als EUA, el carbó dur es classifica segons la calor de combustió, el contingut de carboni fix i el contingut relatiu de substàncies volàtils, al Japó - d'acord amb la calor de la combustió, els anomenats coeficients de combustible i la força del coc, o incapacitat de coc. A l'URSS, l'anomenada classificació de Donetsk desenvolupada l'any per V.S. Krym va actuar com a principal classificació industrial. De vegades s'anomena "de marca", i alhora és genètica, ja que els canvis en les propietats del carbó que es prenen com a base reflecteixen la seva connexió amb el desenvolupament genètic de la matèria orgànica del carbó.
dipòsits
| El país | Carbó | carbó marró | Total | % |
|---|---|---|---|---|
| EUA | 111 338 | 135 305 | 246 643 | 27,1 |
| Rússia | 49 088 | 107 922 | 157 010 | 17,3 |
| Xina | 62 200 | 52 300 | 114 500 | 12,6 |
| Índia | 90 085 | 2360 | 92 445 | 10,2 |
| Austràlia | 38 600 | 39 900 | 78 500 | 8,6 |
| Sud-Àfrica | 48 750 | 48 750 | 5,4 | |
| Ucraïna | 16 274 | 17 879 | 34 153 | 3,8 |
| Kazakhstan | 28 151 | 3128 | 31 279 | 3,4 |
| Polònia | 14 000 | 14 000 | 1,5 | |
| Brasil | 10 113 | 10 113 | 1,1 | |
| Alemanya | 183 | 6556 | 6739 | 0,7 |
| Colòmbia | 6230 | 381 | 6611 | 0,7 |
| Canadà | 3471 | 3107 | 6578 | 0,7 |
| txec | 2094 | 3458 | 5552 | 0,6 |
| Indonèsia | 740 | 4228 | 4968 | 0,5 |
| Turquia | 278 | 3908 | 4186 | 0,5 |
| Madagascar | 198 | 3159 | 3357 | 0,4 |
| Pakistan | 3050 | 3050 | 0,3 | |
| Bulgària | 4 | 2183 | 2187 | 0,2 |
| Tailàndia | 1354 | 1354 | 0,1 | |
| Corea del Nord | 300 | 300 | 600 | 0,1 |
| Nova Zelanda | 33 | 538 | 571 | 0,1 |
| Espanya | 200 | 330 | 530 | 0,1 |
| Zimbabwe | 502 | 502 | 0,1 | |
| Romania | 22 | 472 | 494 | 0,1 |
| Veneçuela | 479 | 479 | 0,1 | |
| Total | 478 771 | 430 293 | 909 064 | 100,0 |
El carbó dur es concentra a la conca carbonífera de Donetsk i a la conca carbonífera de Lvov-Volyn (Ucraïna); Karaganda (Kazakhstan); South Yakutsk, Minusinsk, Bureinsky, Tungussky, Lensky, Taimyrsky (Rússia); Apalatxe, Pennsilvània (Amèrica del Nord), Baix Renània-Westfàlia (Ruhr - Alemanya); Alta Silèsia, Ostrava-Karvinsky (República Txeca i Polònia); Conca de Shanxi (Xina), conca del sud de Gal·les (Gran Bretanya).
Entre les conques carboníferes més grans, el desenvolupament industrial de les quals va començar als segles XVIII-XIX, destaquen el centre d'Anglaterra, Gal·les del Sud, Escòcia i Newcastle (Gran Bretanya); conques de Westfàlia (Ruhr) i de Saarbrücken (Alemanya); jaciments de Bèlgica i del nord de França; conques de Saint-Etienne (França); Silèsia (Polònia); Conca de Donetsk (Ucraïna).
Educació
El carbó es forma a partir dels productes de descomposició de les restes orgàniques de plantes que han patit canvis (metamorfisme) en condicions d'alta pressió de les roques circumdants de l'escorça terrestre i temperatures relativament altes.
Quan l'estrat carboní es submergeix a una profunditat en condicions de pressió i temperatura creixents, es produeix una transformació consistent de la massa orgànica, un canvi en la seva composició química, propietats físiques i estructura molecular. Totes aquestes transformacions s'anomenen "metamorfisme regional del carbó". En l'etapa final (més alta) del metamorfisme, el carbó es converteix en antracita amb una estructura cristal·lina pronunciada de grafit. A més del metamorfisme regional, de vegades (menys sovint) es produeixen transformacions sota la influència de la calor de les roques ígnies situades al costat d'estrats carbonífers (superposats o subjacents) - metamorfisme tèrmic, així com directament a les vetes de carbó - metamorfisme de contacte. Un augment del grau de metamorfisme de la matèria orgànica del carbó es caracteritza per un augment constant del contingut relatiu de carboni i una disminució del contingut d'oxigen i hidrogen. El rendiment de substàncies volàtils disminueix constantment (del 50 al 8% en termes d'estat lliure de cendres seques), també canvien la calor de combustió, la capacitat de sinterització i les propietats físiques del carbó. En particular, la brillantor, la reflectivitat, la densitat aparent del carbó i altres propietats canvien linealment. Altres propietats físiques importants (porositat, densitat, aglomeració, calor de combustió, propietats elàstiques, etc.) canvien segons lleis parabòliques o mixtes pronunciades.
Com a criteri òptic per a l'etapa del metamorfisme del carbó s'utilitza l'índex de reflectivitat; també s'utilitza en geologia del petroli per establir l'etapa de transformacions catagèniques dels estrats sedimentaris. La reflectivitat en la immersió en oli (R0) augmenta constantment del 0,5 al 0,65% per al carbó de grau D al 2-2,5% per al carbó de grau T.
La densitat i la porositat del carbó depenen de la composició petrogràfica, de la quantitat i naturalesa de les impureses minerals i del grau de metamorfisme. Els components del grup de la fusinita es caracteritzen per la densitat més alta (1300–1500 kg/m³) i la més baixa (1280–1300 kg/m³) pel grup de la vitrinite. El canvi de densitat amb un augment del grau de metamorfisme es produeix en una llei parabòlica amb una inversió a la zona de transició al grup gras; en manifestacions baixes en cendra, disminueix del grau de carbó D al grau Zh de mitjana de 1370 a 1280 kg/m³ i després augmenta seqüencialment per al grau de carbó T fins a 1340 kg/m³.
La porositat total del carbó també canvia segons lleis extremes; per al carbó de grau D de Donetsk és del 14-22%, el carbó de grau K del 4-8% i augmenta (probablement a causa de l'afluixament) fins a un 10-15% per a la qualitat de carbó T.Els porus del carbó es divideixen en macroporos (diàmetre mitjà 500×10–10 m) i microporus (5–15×10–10 m). El buit està ocupat per mesopors. La porositat disminueix amb l'augment de l'etapa de metamorfisme. La fracturació endògena (desenvolupada durant la formació del carbó), que s'estima pel nombre d'esquerdes per cada 5 cm de carbó brillant, depèn de l'etapa del metamorfisme del carbó: augmenta a 12 esquerdes durant la transició del carbó marró a la flama llarga. carbó i té un màxim de 35-60 per al carbó coc i disminueix successivament fins a 12-15 esquerdes en la transició a antracites. Subordinats al mateix patró de canvi en les propietats elàstiques del carbó es troben el mòdul de Young, la relació de Poisson, el mòdul de cisalla i la velocitat dels ultrasons. La resistència mecànica del carbó dur es caracteritza per la seva capacitat de trituració, fragilitat i duresa, així com per la seva resistència a la compressió temporal.
Ús
El carbó dur s'utilitza com a matèria primera tecnològica, energètica i energètica, en la producció de coc i semi-coc en relació amb la producció d'un gran nombre de productes químics a partir d'ells (naftalè, fenol, breu, etc.), sobre la base dels quals fertilitzants, plàstics, fibres sintètiques, vernissos, pintures, etc.
Una de les àrees més prometedores per a l'ús del carbó és la liqüefacció (hidrogenació del carbó) per produir combustible líquid. Hi ha diversos esquemes per a l'ús no energètic del carbó basat en processaments termoquímics, químics i altres amb l'objectiu del seu ús totalment integrat i garantir la protecció del medi ambient.
