Minería de carbón
Los métodos de extracción de carbón dependen de la profundidad de su ocurrencia. El desarrollo se lleva a cabo de forma abierta en minas de carbón, si la profundidad de la veta de carbón no supera los cien metros. También hay casos frecuentes en los que, con una profundidad cada vez mayor de un pozo de carbón, es más ventajoso desarrollar un depósito de carbón por un método subterráneo. Las minas se utilizan para extraer carbón de grandes profundidades. Las minas más profundas de la Federación Rusa extraen carbón desde un nivel de poco más de mil doscientos metros.
En la producción minera convencional, alrededor del 40% del carbón no se extrae. El uso de nuevos métodos de minería, longwall, le permite extraer más carbón.
Junto con el carbón, los depósitos carboníferos contienen muchos tipos de georecursos que tienen importancia para el consumidor. Estos incluyen rocas huésped como materia prima para la industria de la construcción, agua subterránea, metano de lecho de carbón, elementos raros y traza, incluidos metales valiosos y sus compuestos. Por ejemplo, algunos carbones están enriquecidos con germanio.
alcanzó un máximo de 8254,9 millones de toneladas en 2013.
formación de carbón
En diferentes momentos y en diferentes lugares del pasado geológico de la Tierra, han existido bosques densos en las tierras bajas de los humedales. Debido a procesos naturales como las inundaciones, estos bosques quedaron enterrados bajo tierra. A medida que aumentaba la capa de tierra sobre ellos, aumentaba la presión. La temperatura también subió a medida que bajaba. En tales condiciones, el material vegetal quedó protegido de la biodegradación y oxidación. El carbono secuestrado por las plantas en las enormes turberas finalmente fue cubierto y enterrado profundamente por los sedimentos. Bajo alta presión y alta temperatura, la vegetación muerta se convierte gradualmente en carbón. Dado que el carbón es principalmente carbono, la conversión de vegetación muerta en carbón se llama carbonización.
El carbón se forma cuando el material vegetal en descomposición se acumula más rápido de lo que se puede descomponer por bacterias. El ambiente ideal para esto se crea en los pantanos, donde el agua estancada, pobre en oxígeno, impide la actividad vital de las bacterias y, por lo tanto, protege la masa vegetal de la destrucción total. En una determinada etapa del proceso, los ácidos liberados evitan una mayor actividad bacteriana. Así es como turba - el producto inicial para la formación del carbón. Si luego se entierra bajo otros sedimentos, entonces la turba se comprime y, perdiendo agua y gases, se convierte en carbón.
Bajo la presión de capas de sedimentos de un kilómetro de espesor, se obtiene una capa de lignito de 4 metros de espesor a partir de una capa de turba de 20 metros. Si la profundidad de entierro del material vegetal alcanza los tres kilómetros, entonces la misma capa de turba se convertirá en una capa de carbón de 2 metros de espesor. A mayor profundidad, unos seis kilómetros, ya mayor temperatura, una capa de turba de 20 metros se convierte en una capa de antracita de 1,5 metros de espesor.
Para la formación del carbón es necesaria una abundante acumulación de masa vegetal. En las antiguas turberas, a partir del período Devónico (hace unos 400 millones de años), se acumuló materia orgánica, a partir de la cual se formaron carbones fósiles sin acceso al oxígeno. La mayoría de los depósitos comerciales de carbón fósil datan de este período, aunque también existen depósitos más jóvenes. La edad de los carbones más antiguos se estima en unos 300-400 millones de años.
La formación de grandes volúmenes de carbón probablemente cesó después de la aparición de los hongos, ya que la podredumbre blanca de los hongos descompone completamente la lignina.
Los mares anchos y poco profundos del Carbonífero proporcionaron las condiciones ideales para la formación de carbón, aunque se conocen carbones de la mayoría de los períodos geológicos.La excepción es la brecha de carbón durante el evento de extinción Pérmico-Triásico, donde el carbón es raro. Se cree que el carbón que se encuentra en las capas precámbricas que preceden a las plantas terrestres se originó a partir de restos de algas.
Como resultado del movimiento de la corteza terrestre, las vetas de carbón experimentaron levantamiento y plegamiento. Con el tiempo, las partes levantadas fueron destruidas por erosión o combustión espontánea, mientras que las hundidas se conservaron en amplias cuencas poco profundas, donde el carbón se encuentra al menos a 900 metros sobre la superficie terrestre. La formación de las vetas de carbón más gruesas está asociada con áreas de la superficie terrestre, en el área de las cuales ocurrieron salidas de volúmenes significativos de masas bituminosas, como, por ejemplo, en Hat Creek (inglés) ruso. (Canadá), el espesor total del paquete de vetas de carbón alcanza los 450 m.
Impacto en el medio ambiente y la salud de los mineros
El carbón fósil contiene metales pesados nocivos como el mercurio y el cadmio (concentración de hasta 0,0001 a 0,01 % en peso)[fuente no especificada 2077 días].
Durante la extracción subterránea de carbón, el contenido de polvo del aire puede superar el MPC cientos de veces. Bajo las condiciones de trabajo que existen en las minas, el uso continuo de respiradores es prácticamente imposible (con cada contaminación severa requieren un cambio rápido para limpiar nuevas máscaras de respirador, no permiten la comunicación, etc.), lo que no permite usarlos. como medio de prevención confiable de enfermedades profesionales irreversibles e incurables: silicosis, neumoconiosis (etc.). Por lo tanto, para proteger de manera confiable la salud de los mineros y trabajadores de las empresas de procesamiento de carbón en los Estados Unidos, se utilizan medios de protección colectiva más efectivos.
Clasificación, tipos
El carbón se divide en brillante, semibrillante, semimate, mate. Como regla general, los tipos brillantes de carbón son bajos en cenizas debido al contenido insignificante de impurezas minerales.
Entre las estructuras de la materia orgánica del carbón, se distinguen 4 tipos (telinita, posttelinita, precolinita y colinita), que son etapas sucesivas de un solo proceso de descomposición de ligninas: tejidos de celulosa. A los grupos genéticos de las hullas, además de estos cuatro tipos, se les incluye adicionalmente las hullas de leuptinita. Cada uno de los cinco grupos genéticos según el tipo de sustancia de los microcomponentes del carbón se divide en clases correspondientes.
Existen muchos tipos de clasificaciones de carbón: por composición material, composición petrográfica, genética, químico-tecnológica, industrial y mixta. Las clasificaciones genéticas caracterizan las condiciones de acumulación de carbón, reales y petrográficas: su composición material y petrográfica, químico-tecnológica: la composición química del carbón, los procesos de formación y procesamiento industrial, industrial: agrupación tecnológica de tipos de carbón según los requisitos de la industria. Las clasificaciones de carbón en vetas se utilizan para caracterizar los depósitos de carbón.
Clasificación industrial del carbón
La clasificación industrial de la hulla en países individuales se basa en varios parámetros de las propiedades y la composición del carbón: en los EE. UU., la hulla se clasifica según el calor de combustión, el contenido de carbono fijo y el contenido relativo de sustancias volátiles, en Japón, según el calor de la combustión, los llamados coeficientes de combustible y la fuerza de los coques, o incapacidad para coquear. En la URSS, la llamada clasificación de Donetsk desarrollada en el año por V. S. Krym actuó como la principal clasificación industrial. A veces se le llama "marcado", y al mismo tiempo es genético, ya que los cambios en las propiedades del carbón que se toman como base reflejan su conexión con el desarrollo genético de la materia orgánica del carbón.
depósitos
| El país | Carbón | carbón marron | Total | % |
|---|---|---|---|---|
| EE.UU | 111 338 | 135 305 | 246 643 | 27,1 |
| Rusia | 49 088 | 107 922 | 157 010 | 17,3 |
| China | 62 200 | 52 300 | 114 500 | 12,6 |
| India | 90 085 | 2360 | 92 445 | 10,2 |
| Australia | 38 600 | 39 900 | 78 500 | 8,6 |
| Sudáfrica | 48 750 | 48 750 | 5,4 | |
| Ucrania | 16 274 | 17 879 | 34 153 | 3,8 |
| Kazajistán | 28 151 | 3128 | 31 279 | 3,4 |
| Polonia | 14 000 | 14 000 | 1,5 | |
| Brasil | 10 113 | 10 113 | 1,1 | |
| Alemania | 183 | 6556 | 6739 | 0,7 |
| Colombia | 6230 | 381 | 6611 | 0,7 |
| Canadá | 3471 | 3107 | 6578 | 0,7 |
| checo | 2094 | 3458 | 5552 | 0,6 |
| Indonesia | 740 | 4228 | 4968 | 0,5 |
| pavo | 278 | 3908 | 4186 | 0,5 |
| Madagascar | 198 | 3159 | 3357 | 0,4 |
| Pakistán | 3050 | 3050 | 0,3 | |
| Bulgaria | 4 | 2183 | 2187 | 0,2 |
| Tailandia | 1354 | 1354 | 0,1 | |
| Corea del Norte | 300 | 300 | 600 | 0,1 |
| Nueva Zelanda | 33 | 538 | 571 | 0,1 |
| España | 200 | 330 | 530 | 0,1 |
| Zimbabue | 502 | 502 | 0,1 | |
| Rumania | 22 | 472 | 494 | 0,1 |
| Venezuela | 479 | 479 | 0,1 | |
| Total | 478 771 | 430 293 | 909 064 | 100,0 |
La hulla se concentra en la cuenca carbonífera de Donetsk y en la cuenca carbonífera de Lvov-Volyn (Ucrania); Karaganda (Kazajstán); Yakutsk del Sur, Minusinsk, Bureinsky, Tunguska, Lensky, Taymyrsky (Rusia); Apalache, Pensilvania (América del Norte), Bajo Rin-Westfalia (Ruhr - Alemania); Alta Silesia, Ostrava-Karvinsky (República Checa y Polonia); cuenca de Shanxi (China), cuenca de Gales del Sur (Gran Bretaña).
Entre las mayores cuencas carboníferas, cuyo desarrollo industrial comenzó en los siglos XVIII-XIX, se destacan el centro de Inglaterra, el sur de Gales, Escocia y Newcastle (Gran Bretaña); Cuencas de Westfalia (Ruhr) y Saarbrücken (Alemania); depósitos de Bélgica y el norte de Francia; cuencas de Saint-Etienne (Francia); Silesia (Polonia); Cuenca de Donetsk (Ucrania).
Educación
El carbón se forma a partir de los productos de descomposición de los restos orgánicos de plantas que han sufrido cambios (metamorfismo) en condiciones de alta presión de las rocas circundantes de la corteza terrestre y temperaturas relativamente altas.
Cuando el estrato que contiene carbón se sumerge a una profundidad en condiciones de presión y temperatura crecientes, se produce una transformación constante de la masa orgánica, un cambio en su composición química, propiedades físicas y estructura molecular. Todas estas transformaciones se denominan "metamorfismo del carbón regional". En la etapa final (más alta) del metamorfismo, el carbón se convierte en antracita con una estructura cristalina pronunciada de grafito. Además del metamorfismo regional, a veces (con menos frecuencia) se producen transformaciones bajo la influencia del calor de las rocas ígneas ubicadas junto a los estratos carboníferos (superpuestos o subyacentes a ellos) - metamorfismo térmico, así como directamente en las vetas de carbón - metamorfismo de contacto. Un aumento en el grado de metamorfismo en la materia orgánica del carbón está marcado por un aumento constante en el contenido relativo de carbono y una disminución en el contenido de oxígeno e hidrógeno. El rendimiento de sustancias volátiles disminuye constantemente (del 50 al 8 % en términos de estado libre de cenizas secas), el calor de combustión, la capacidad de sinterización y las propiedades físicas del carbón también cambian. En particular, el brillo, la reflectividad, la densidad aparente del carbón y otras propiedades cambian linealmente. Otras propiedades físicas importantes (porosidad, densidad, apelmazamiento, calor de combustión, propiedades elásticas, etc.) cambian según leyes parabólicas o mixtas pronunciadas.
Como criterio óptico para la etapa de metamorfismo del carbón se utiliza el índice de reflectividad; también se utiliza en geología del petróleo para establecer la etapa de transformaciones catagénicas del estrato sedimentario. La reflectividad en la inmersión en aceite (R0) aumenta constantemente de 0,5 a 0,65 % para el carbón de grado D a 2 a 2,5 % para el carbón de grado T.
La densidad y porosidad del carbón dependen de la composición petrográfica, la cantidad y naturaleza de las impurezas minerales y el grado de metamorfismo. Los componentes del grupo fusinita se caracterizan por la mayor densidad (1300-1500 kg/m³), y la menor (1280-1300 kg/m³) por el grupo vitrinita. El cambio de densidad con aumento del grado de metamorfismo se produce en una ley parabólica con inversión en la zona de transición al grupo graso; en las manifestaciones con bajo contenido de cenizas, disminuye del carbón de grado D al grado Zh en promedio de 1370 a 1280 kg/m³ y luego aumenta secuencialmente para el carbón de grado T hasta 1340 kg/m³.
La porosidad total del carbón también varía según leyes extremas; para el carbón de grado D de Donetsk es del 14% al 22%, el carbón de grado K del 4% al 8% y aumenta (probablemente debido al aflojamiento) hasta el 10% al 15% para el carbón de grado T.Los poros en el carbón se dividen en macroporos (diámetro promedio 500×10–10 m) y microporos (5–15×10–10 m). El hueco está ocupado por mesoporos. La porosidad disminuye con el aumento de la etapa de metamorfismo. La fracturación endógena (desarrollada durante la formación del carbón), que se estima por el número de grietas por cada 5 cm de carbón brillante, depende de la etapa de metamorfismo del carbón: aumenta a 12 grietas durante la transición del lignito a carbón de llama larga. carbón y tiene un máximo de 35 a 60 para carbón de coque y disminuye sucesivamente a 12 a 15 grietas en la transición a antracitas. Subordinados al mismo patrón de cambio en las propiedades elásticas del carbón están el módulo de Young, la relación de Poisson, el módulo de cizallamiento (cizallamiento) y la velocidad del ultrasonido. La resistencia mecánica de la hulla se caracteriza por su triturabilidad, fragilidad y dureza, así como por su resistencia a la compresión temporal.
Uso
La hulla se utiliza como materia prima tecnológica, energética-tecnológica y energética, en la producción de coque y semicoque en relación con la producción de una gran cantidad de productos químicos a partir de ellos (naftaleno, fenol, brea, etc.), sobre la base de los cuales fertilizantes, plásticos, fibras sintéticas, barnices, pinturas, etc.
Una de las áreas más prometedoras para el uso del carbón es la licuefacción (hidrogenación del carbón) para producir combustible líquido. Existen varios esquemas para el uso no energético de la hulla basados en procesos termoquímicos, químicos y de otro tipo con el objetivo de su uso totalmente integrado y garantizar la protección del medio ambiente.
