εξόρυξη άνθρακα
Οι μέθοδοι εξόρυξης άνθρακα εξαρτώνται από το βάθος εμφάνισής του. Η ανάπτυξη πραγματοποιείται με ανοιχτό τρόπο σε ανθρακωρυχεία, εάν το βάθος της ανθρακωρυχικής ραφής δεν υπερβαίνει τα εκατό μέτρα. Υπάρχουν επίσης συχνές περιπτώσεις όπου, με μια συνεχώς αυξανόμενη εμβάθυνση ενός λάκκου άνθρακα, είναι περαιτέρω πλεονεκτικό να αναπτυχθεί ένα κοίτασμα άνθρακα με μια υπόγεια μέθοδο. Τα ορυχεία χρησιμοποιούνται για την εξαγωγή άνθρακα από μεγάλα βάθη. Τα βαθύτερα ορυχεία στη Ρωσική Ομοσπονδία εξάγουν άνθρακα από ένα επίπεδο λίγο πάνω από χίλια διακόσια μέτρα.
Στη συμβατική παραγωγή ορυχείων, περίπου το 40% του άνθρακα δεν εξορύσσεται. Η χρήση νέων μεθόδων εξόρυξης - longwall - σας επιτρέπει να εξάγετε περισσότερο άνθρακα.
Μαζί με τον άνθρακα, τα ανθρακοφόρα κοιτάσματα περιέχουν πολλούς τύπους γεωπόρων που έχουν καταναλωτική σημασία. Αυτά περιλαμβάνουν πετρώματα-ξενιστές ως πρώτες ύλες για την οικοδομική βιομηχανία, υπόγεια ύδατα, μεθάνιο από στρώμα άνθρακα, σπάνια και ιχνοστοιχεία, συμπεριλαμβανομένων πολύτιμων μετάλλων και των ενώσεων τους. Για παράδειγμα, ορισμένα κάρβουνα είναι εμπλουτισμένα με γερμάνιο.
κορυφώθηκε στους 8254,9 εκατομμύρια τόνους το 2013.
σχηματισμός άνθρακα
Σε διαφορετικές εποχές και σε διαφορετικά μέρη του γεωλογικού παρελθόντος της Γης, πυκνά δάση υπήρχαν σε υγροτόπους πεδιάδες. Λόγω φυσικών διεργασιών όπως οι πλημμύρες, αυτά τα δάση θάφτηκαν υπόγεια. Καθώς το στρώμα του εδάφους από πάνω τους αυξανόταν, η πίεση αυξανόταν. Η θερμοκρασία επίσης ανέβηκε καθώς έπεφτε. Κάτω από τέτοιες συνθήκες, το φυτικό υλικό προστατεύτηκε από βιοαποικοδόμηση και οξείδωση. Ο άνθρακας που δεσμεύτηκε από τα φυτά σε τεράστιες τυρφώνες τελικά καλύφθηκε και θάφτηκε βαθιά από ιζήματα. Υπό υψηλή πίεση και υψηλή θερμοκρασία, η νεκρή βλάστηση σταδιακά μετατρέπεται σε άνθρακα. Δεδομένου ότι ο άνθρακας είναι ως επί το πλείστον άνθρακας, η μετατροπή της νεκρής βλάστησης σε άνθρακα ονομάζεται ανθρακοποίηση.
Ο άνθρακας σχηματίζεται όταν το φυτικό υλικό που σαπίζει συσσωρεύεται ταχύτερα από ό,τι μπορεί να αποσυντεθεί βακτηριακά. Το ιδανικό περιβάλλον για αυτό δημιουργείται σε βάλτους, όπου το στάσιμο νερό, φτωχό σε οξυγόνο, εμποδίζει τη ζωτική δραστηριότητα των βακτηρίων και έτσι προστατεύει τη φυτική μάζα από την πλήρη καταστροφή. Σε ένα ορισμένο στάδιο της διαδικασίας, τα οξέα που απελευθερώνονται εμποδίζουν την περαιτέρω βακτηριακή δραστηριότητα. Ετσι τύρφη - το αρχικό προϊόν για το σχηματισμό άνθρακα. Εάν στη συνέχεια θαφτεί κάτω από άλλα ιζήματα, τότε η τύρφη υφίσταται συμπίεση και, χάνοντας νερό και αέρια, μετατρέπεται σε άνθρακα.
Κάτω από την πίεση στρωμάτων ιζημάτων πάχους ενός χιλιομέτρου, λαμβάνεται ένα στρώμα καφέ άνθρακα πάχους 4 μέτρων από ένα στρώμα τύρφης 20 μέτρων. Εάν το βάθος ταφής του φυτικού υλικού φτάσει τα τρία χιλιόμετρα, τότε το ίδιο στρώμα τύρφης θα μετατραπεί σε στρώμα άνθρακα πάχους 2 μέτρων. Σε μεγαλύτερο βάθος, περίπου έξι χιλιόμετρα, και σε υψηλότερη θερμοκρασία, ένα στρώμα τύρφης 20 μέτρων γίνεται ένα στρώμα ανθρακίτη πάχους 1,5 μέτρων.
Για το σχηματισμό του άνθρακα, είναι απαραίτητη η άφθονη συσσώρευση φυτικής μάζας. Στους αρχαίους τυρφώνες, ξεκινώντας από την περίοδο του Devonian (πριν από περίπου 400 εκατομμύρια χρόνια), συσσωρεύτηκε οργανική ύλη, από την οποία σχηματίστηκαν απολιθωμένα κάρβουνα χωρίς πρόσβαση σε οξυγόνο. Τα περισσότερα εμπορικά κοιτάσματα ορυκτού άνθρακα χρονολογούνται από αυτήν την περίοδο, αν και υπάρχουν και νεότερα κοιτάσματα. Η ηλικία των αρχαιότερων κάρβουνων υπολογίζεται σε περίπου 300-400 εκατομμύρια χρόνια.
Ο σχηματισμός μεγάλων όγκων άνθρακα πιθανότατα σταμάτησε μετά την εμφάνιση μυκήτων, αφού η λευκή σήψη των μυκήτων αποσυνθέτει πλήρως τη λιγνίνη.
Οι πλατιές, ρηχές θάλασσες του ανθρακοφόρου παρείχαν ιδανικές συνθήκες για τον σχηματισμό άνθρακα, αν και οι άνθρακας είναι γνωστοί από τις περισσότερες γεωλογικές περιόδους.Εξαίρεση αποτελεί το χάσμα άνθρακα κατά τη διάρκεια του γεγονότος εξαφάνισης Πέρμιας-Τριασσής, όπου ο άνθρακας είναι σπάνιος. Ο άνθρακας που βρέθηκε στα στρώματα της Προκάμβριας που προηγούνται των χερσαίων φυτών πιστεύεται ότι προήλθε από υπολείμματα φυκών.
Ως αποτέλεσμα της κίνησης του φλοιού της γης, οι ραφές άνθρακα παρουσίασαν ανύψωση και αναδίπλωση. Με την πάροδο του χρόνου, τα ανυψωμένα τμήματα καταστράφηκαν λόγω διάβρωσης ή αυθόρμητης καύσης, ενώ τα χαμηλωμένα διατηρήθηκαν σε φαρδιές ρηχές λεκάνες, όπου ο άνθρακας βρίσκεται τουλάχιστον 900 μέτρα πάνω από την επιφάνεια της γης. Ο σχηματισμός των παχύτερων ραφών άνθρακα σχετίζεται με περιοχές της επιφάνειας της γης, στην περιοχή της οποίας σημειώθηκαν εκροές σημαντικών όγκων ασφαλτικών μαζών, όπως, για παράδειγμα, στο Hat Creek (αγγλικά) ρωσικά. (Καναδάς), το συνολικό πάχος της συσκευασίας των ραφών άνθρακα φτάνει τα 450 m.
Επιπτώσεις στο περιβάλλον και την υγεία των ανθρακωρύχων
Ο ορυκτός άνθρακας περιέχει επιβλαβή βαρέα μέταλλα όπως ο υδράργυρος και το κάδμιο (συγκέντρωση από 0,0001 έως 0,01% κατά βάρος)[πηγή δεν καθορίζεται 2077 ημέρες].
Κατά τη διάρκεια της υπόγειας εξόρυξης άνθρακα, η περιεκτικότητα του αέρα σε σκόνη μπορεί να υπερβεί το MPC εκατοντάδες φορές. Υπό τις συνθήκες εργασίας που υπάρχουν στα ορυχεία, η συνεχής χρήση αναπνευστικών συσκευών είναι πρακτικά αδύνατη (με κάθε σοβαρή ρύπανση απαιτούν γρήγορη αλλαγή σε καθαρισμό νέων αναπνευστικών μάσκες, δεν επιτρέπουν επικοινωνία κ.λπ.), που δεν επιτρέπει τη χρήση τους ως μέσο αξιόπιστης πρόληψης μη αναστρέψιμων και ανίατων επαγγελματικών ασθενειών - πυριτίαση, πνευμονιοκονίαση (κ.λπ.). Επομένως, για την αξιόπιστη προστασία της υγείας των ανθρακωρύχων και των εργαζομένων σε επιχειρήσεις επεξεργασίας άνθρακα στις Ηνωμένες Πολιτείες, χρησιμοποιούνται πιο αποτελεσματικά μέσα συλλογικής προστασίας.
Ταξινόμηση, τύποι
Ο άνθρακας χωρίζεται σε γυαλιστερό, ημι-γυαλιστερό, ημι-ματ, ματ. Κατά κανόνα, οι γυαλιστεροί τύποι άνθρακα είναι χαμηλής τέφρας λόγω της ασήμαντης περιεκτικότητας σε ορυκτές ακαθαρσίες.
Μεταξύ των δομών της οργανικής ύλης του άνθρακα, διακρίνονται 4 τύποι (τελινίτης, μετατελινίτης, προκολινίτης και κολινίτης), που αποτελούν διαδοχικά στάδια μιας ενιαίας διαδικασίας αποσύνθεσης λιγνινών - ιστών κυτταρίνης. Στις γενετικές ομάδες του λιθάνθρακα, εκτός από αυτούς τους τέσσερις τύπους, περιλαμβάνεται επιπλέον ο άνθρακας λευτινίτη. Κάθε μία από τις πέντε γενετικές ομάδες ανάλογα με τον τύπο της ουσίας των μικροσυστατικών του άνθρακα χωρίζεται σε αντίστοιχες κατηγορίες.
Υπάρχουν πολλά είδη ταξινομήσεων άνθρακα: κατά σύσταση υλικού, πετρογραφική σύσταση, γενετική, χημική-τεχνολογική, βιομηχανική και μικτή. Οι γενετικές ταξινομήσεις χαρακτηρίζουν τις συνθήκες συσσώρευσης άνθρακα, πραγματικές και πετρογραφικές - το υλικό και την πετρογραφική του σύνθεση, χημική-τεχνολογική - τη χημική σύνθεση του άνθρακα, τις διαδικασίες σχηματισμού και βιομηχανικής επεξεργασίας, βιομηχανική - τεχνολογική ομαδοποίηση τύπων άνθρακα ανάλογα με τις απαιτήσεις του βιομηχανία. Οι ταξινομήσεις του άνθρακα σε ραφές χρησιμοποιούνται για τον χαρακτηρισμό των κοιτασμάτων άνθρακα.
Βιομηχανική ταξινόμηση του άνθρακα
Η βιομηχανική ταξινόμηση του σκληρού άνθρακα σε μεμονωμένες χώρες βασίζεται σε διάφορες παραμέτρους των ιδιοτήτων και της σύνθεσης του άνθρακα: στις ΗΠΑ, ο σκληρός άνθρακας ταξινομείται σύμφωνα με τη θερμότητα της καύσης, την περιεκτικότητα σε σταθερό άνθρακα και τη σχετική περιεκτικότητα σε πτητικές ουσίες. στην Ιαπωνία - σύμφωνα με τη θερμότητα της καύσης, τους λεγόμενους συντελεστές καυσίμου και την ισχύ των κωκ, ή την αδυναμία οπτάνθρακα. Στην ΕΣΣΔ, η λεγόμενη ταξινόμηση του Ντόνετσκ που αναπτύχθηκε το έτος από τον V.S. Krym λειτούργησε ως η κύρια βιομηχανική ταξινόμηση. Μερικές φορές ονομάζεται "επώνυμο" και ταυτόχρονα είναι γενετικό, καθώς οι αλλαγές στις ιδιότητες του άνθρακα που λαμβάνονται ως βάση αντανακλούν τη σύνδεσή τους με τη γενετική ανάπτυξη της οργανικής ύλης του άνθρακα.
καταθέσεις
| Η χώρα | Κάρβουνο | Λιγνίτης | Σύνολο | % |
|---|---|---|---|---|
| ΗΠΑ | 111 338 | 135 305 | 246 643 | 27,1 |
| Ρωσία | 49 088 | 107 922 | 157 010 | 17,3 |
| Κίνα | 62 200 | 52 300 | 114 500 | 12,6 |
| Ινδία | 90 085 | 2360 | 92 445 | 10,2 |
| Αυστραλία | 38 600 | 39 900 | 78 500 | 8,6 |
| Νότια Αφρική | 48 750 | 48 750 | 5,4 | |
| Ουκρανία | 16 274 | 17 879 | 34 153 | 3,8 |
| Καζακστάν | 28 151 | 3128 | 31 279 | 3,4 |
| Πολωνία | 14 000 | 14 000 | 1,5 | |
| Βραζιλία | 10 113 | 10 113 | 1,1 | |
| Γερμανία | 183 | 6556 | 6739 | 0,7 |
| Κολομβία | 6230 | 381 | 6611 | 0,7 |
| Καναδάς | 3471 | 3107 | 6578 | 0,7 |
| Τσέχος | 2094 | 3458 | 5552 | 0,6 |
| Ινδονησία | 740 | 4228 | 4968 | 0,5 |
| Τουρκία | 278 | 3908 | 4186 | 0,5 |
| Μαδαγασκάρη | 198 | 3159 | 3357 | 0,4 |
| Πακιστάν | 3050 | 3050 | 0,3 | |
| Βουλγαρία | 4 | 2183 | 2187 | 0,2 |
| Ταϊλάνδη | 1354 | 1354 | 0,1 | |
| Βόρεια Κορέα | 300 | 300 | 600 | 0,1 |
| Νέα Ζηλανδία | 33 | 538 | 571 | 0,1 |
| Ισπανία | 200 | 330 | 530 | 0,1 |
| Ζιμπάμπουε | 502 | 502 | 0,1 | |
| Ρουμανία | 22 | 472 | 494 | 0,1 |
| Βενεζουέλα | 479 | 479 | 0,1 | |
| Σύνολο | 478 771 | 430 293 | 909 064 | 100,0 |
Ο σκληρός άνθρακας συγκεντρώνεται στη λεκάνη άνθρακα του Ντόνετσκ και στη λεκάνη άνθρακα Lvov-Volyn (Ουκρανία). Καραγκάντα (Καζακστάν); South Yakutsk, Minusinsk, Bureinsky, Tungussky, Lensky, Taimyrsky (Ρωσία); Αππαλαχίας, Πενσυλβανίας (Βόρεια Αμερική), Κάτω Ρηνανού-Βεστφαλίας (Ρουρ - Γερμανία); Άνω Σιλεσίας, Ostrava-Karvinsky (Τσεχία και Πολωνία)· Λεκάνη Shanxi (Κίνα), λεκάνη Νότιας Ουαλίας (Μεγάλη Βρετανία).
Από τις μεγαλύτερες λεκάνες άνθρακα, η βιομηχανική ανάπτυξη των οποίων ξεκίνησε τον 18ο-19ο αιώνα, ξεχωρίζουν η Κεντρική Αγγλία, η Νότια Ουαλία, η Σκωτία και το Νιούκαστλ (Μ. Βρετανία). λεκάνες Βεστφαλίας (Ruhr) και Saarbrücken (Γερμανία)· κοιτάσματα του Βελγίου και της Βόρειας Γαλλίας· λεκάνες του Saint-Etienne (Γαλλία); Σιλεσία (Πολωνία); Λεκάνη του Ντόνετσκ (Ουκρανία).
Εκπαίδευση
Ο άνθρακας σχηματίζεται από τα προϊόντα αποσύνθεσης των οργανικών υπολειμμάτων φυτών που έχουν υποστεί αλλαγές (μεταμόρφωση) υπό συνθήκες υψηλής πίεσης των γύρω πετρωμάτων του φλοιού της γης και σχετικά υψηλών θερμοκρασιών.
Όταν το ανθρακοφόρο στρώμα βυθίζεται σε βάθος υπό συνθήκες αυξανόμενης πίεσης και θερμοκρασίας, λαμβάνει χώρα ένας συνεπής μετασχηματισμός της οργανικής μάζας, μια αλλαγή στη χημική σύνθεση, τις φυσικές ιδιότητες και τη μοριακή δομή της. Όλοι αυτοί οι μετασχηματισμοί αναφέρονται ως "περιφερειακή μεταμόρφωση άνθρακα". Στο τελικό (υψηλότερο) στάδιο της μεταμόρφωσης, ο άνθρακας μετατρέπεται σε ανθρακίτη με έντονη κρυσταλλική δομή γραφίτη. Εκτός από τον περιφερειακό μεταμορφισμό, μερικές φορές (λιγότερο συχνά) πραγματοποιούνται μετασχηματισμοί υπό την επίδραση της θερμότητας από πυριγενή πετρώματα που βρίσκονται δίπλα σε στρώματα που φέρουν άνθρακα (που βρίσκονται πάνω ή κάτω από αυτά) - θερμική μεταμόρφωση, καθώς και απευθείας σε ραφές άνθρακα - μεταμορφισμός επαφής. Η αύξηση του βαθμού μεταμόρφωσης στην οργανική ύλη του άνθρακα εντοπίζεται από μια σταθερή αύξηση της σχετικής περιεκτικότητας σε άνθρακα και μια μείωση της περιεκτικότητας σε οξυγόνο και υδρογόνο. Η απόδοση των πτητικών ουσιών μειώνεται σταθερά (από 50 σε 8% όσον αφορά την ξηρή κατάσταση χωρίς τέφρα), αλλάζουν επίσης η θερμότητα της καύσης, η ικανότητα πυροσυσσωμάτωσης και οι φυσικές ιδιότητες του άνθρακα. Συγκεκριμένα, η στιλπνότητα, η ανακλαστικότητα, η χύδην πυκνότητα του άνθρακα και άλλες ιδιότητες αλλάζουν γραμμικά. Άλλες σημαντικές φυσικές ιδιότητες (πορώδες, πυκνότητα, συσσώρευση, θερμότητα καύσης, ελαστικές ιδιότητες κ.λπ.) αλλάζουν σύμφωνα με έντονους παραβολικούς ή μικτούς νόμους.
Ως οπτικό κριτήριο για το στάδιο της μεταμόρφωσης του άνθρακα, χρησιμοποιείται ο δείκτης ανακλαστικότητας. Χρησιμοποιείται επίσης στη γεωλογία πετρελαίου για τον καθορισμό του σταδίου των καταγονικών μετασχηματισμών των ιζηματογενών στρωμάτων. Η ανακλαστικότητα στη βύθιση λαδιού (R0) αυξάνεται σταθερά από 0,5–0,65% για άνθρακα κατηγορίας D σε 2–2,5% για άνθρακα κατηγορίας Τ.
Η πυκνότητα και το πορώδες του άνθρακα εξαρτώνται από τη πετρογραφική σύνθεση, την ποσότητα και τη φύση των ορυκτών ακαθαρσιών και τον βαθμό μεταμόρφωσης. Τα συστατικά της ομάδας φουσινίτη χαρακτηρίζονται από την υψηλότερη πυκνότητα (1300–1500 kg/m³) και τη χαμηλότερη (1280–1300 kg/m³) από την ομάδα βιτρινίτη. Η αλλαγή στην πυκνότητα με την αύξηση του βαθμού μεταμόρφωσης συμβαίνει σε έναν παραβολικό νόμο με αντιστροφή στη ζώνη μετάβασης στη λιπαρή ομάδα. σε εκδηλώσεις χαμηλής τέφρας, μειώνεται από την κατηγορία άνθρακα D στην κατηγορία Zh κατά μέσο όρο από 1370 σε 1280 kg/m³ και στη συνέχεια αυξάνεται διαδοχικά για την κατηγορία άνθρακα T έως 1340 kg/m³.
Το συνολικό πορώδες του άνθρακα αλλάζει επίσης σύμφωνα με τους ακραίους νόμους. για τον άνθρακα κατηγορίας D του Ντόνετσκ είναι 14–22%, ο βαθμός άνθρακα Κ 4–8% και αυξάνεται (πιθανώς λόγω χαλάρωσης) έως και 10–15% για τον τύπο άνθρακα T.Οι πόροι στον άνθρακα χωρίζονται σε μακροπόρους (μέση διάμετρος 500×10–10 m) και μικροπόρους (5–15×10–10 m). Το κενό καταλαμβάνεται από μεσοπόρους. Το πορώδες μειώνεται με την αύξηση του σταδίου της μεταμόρφωσης. Η ενδογενής (αναπτύχθηκε κατά τον σχηματισμό του άνθρακα) ρωγμές, η οποία υπολογίζεται από τον αριθμό των ρωγμών για κάθε 5 cm γυαλιστερού άνθρακα, εξαρτάται από το στάδιο της μεταμόρφωσης του άνθρακα: αυξάνεται σε 12 ρωγμές κατά τη μετάβαση του καφέ άνθρακα σε μακράς φλόγας άνθρακα και έχει μέγιστο 35–60 για άνθρακα οπτανθρακοποίησης και διαδοχικά μειώνεται σε 12–15 ρωγμές κατά τη μετάβαση στους ανθρακίτες. Υπό το ίδιο μοτίβο αλλαγής των ελαστικών ιδιοτήτων του άνθρακα είναι ο συντελεστής Young, ο λόγος Poisson, ο συντελεστής διάτμησης (διάτμησης) και η ταχύτητα υπερήχων. Η μηχανική αντοχή του λιθάνθρακα χαρακτηρίζεται από τη θραύση, την ευθραυστότητα και τη σκληρότητά του, καθώς και την προσωρινή αντοχή σε θλίψη.
Χρήση
Ο σκληρός άνθρακας χρησιμοποιείται ως τεχνολογική, ενεργειακά-τεχνολογική και ενεργειακή πρώτη ύλη, στην παραγωγή οπτάνθρακα και ημι-οπτάνθρακα σε σχέση με την παραγωγή μεγάλου αριθμού χημικών προϊόντων από αυτά (ναφθαλίνη, φαινόλη, πίσσα κ.λπ.), με βάση τα οποία λιπάσματα, πλαστικά, συνθετικές ίνες, βερνίκια, χρώματα και ούτω καθεξής.
Ένας από τους πιο πολλά υποσχόμενους τομείς για τη χρήση άνθρακα είναι η υγροποίηση (υδρογόνωση του άνθρακα) για την παραγωγή υγρού καυσίμου. Υπάρχουν διάφορα σχέδια για τη μη ενεργειακή χρήση σκληρού άνθρακα με βάση τη θερμοχημική, χημική και άλλη επεξεργασία με στόχο την πλήρη ολοκληρωμένη χρήση τους και τη διασφάλιση της προστασίας του περιβάλλοντος.
