Estrazione del carbone
I metodi di estrazione del carbone dipendono dalla profondità della sua presenza. Lo sviluppo viene effettuato in modo aperto nelle miniere di carbone, se la profondità del giacimento di carbone non supera i cento metri. Sono frequenti anche i casi in cui, con un approfondimento sempre maggiore di un pozzo di carbone, è ulteriormente vantaggioso sviluppare un deposito di carbone con un metodo sotterraneo. Le miniere vengono utilizzate per estrarre carbone da grandi profondità. Le miniere più profonde della Federazione Russa estraggono carbone da un livello di poco più di milleduecento metri.
Nella produzione mineraria convenzionale, circa il 40% del carbone non viene estratto. L'uso di nuovi metodi di estrazione - longwall - consente di estrarre più carbone.
Insieme al carbone, i depositi di carbone contengono molti tipi di georisorse che hanno un significato per i consumatori. Questi includono rocce ospiti come materie prime per l'industria edile, acque sotterranee, metano da letto di carbone, elementi rari e in tracce, inclusi metalli preziosi e loro composti. Ad esempio, alcuni carboni sono arricchiti con germanio.
ha raggiunto il picco di 8254,9 milioni di tonnellate nel 2013.
formazione di carbone
In tempi diversi e in luoghi diversi nel passato geologico della Terra, nelle pianure delle zone umide sono esistite fitte foreste. A causa di processi naturali come le inondazioni, queste foreste furono sepolte sottoterra. Man mano che lo strato di terreno sopra di loro aumentava, la pressione aumentava. Anche la temperatura è aumentata mentre scendeva. In tali condizioni, il materiale vegetale era protetto dalla biodegradazione e dall'ossidazione. Il carbonio sequestrato dalle piante in enormi torbiere è stato infine coperto e profondamente sepolto dai sedimenti. Sotto alta pressione e alta temperatura, la vegetazione morta viene gradualmente convertita in carbone. Poiché il carbone è principalmente carbonio, la conversione della vegetazione morta in carbone è chiamata carbonizzazione.
Il carbone si forma quando il materiale vegetale in decomposizione si accumula più velocemente di quanto possa essere decomposto battericamente. L'ambiente ideale per questo si crea nelle paludi, dove l'acqua stagnante, povera di ossigeno, impedisce l'attività vitale dei batteri e protegge così la massa vegetale dalla completa distruzione. Ad un certo stadio del processo, gli acidi rilasciati impediscono un'ulteriore attività batterica. Questo è come torba - il prodotto iniziale per la formazione del carbone. Se poi viene sepolto sotto altri sedimenti, la torba subisce una compressione e, perdendo acqua e gas, viene convertita in carbone.
Sotto la pressione di strati di sedimenti spessi un chilometro, da uno strato di torba di 20 metri si ottiene uno strato di lignite spesso 4 metri. Se la profondità di sepoltura del materiale vegetale raggiunge i tre chilometri, lo stesso strato di torba si trasformerà in uno strato di carbone spesso 2 metri. A una profondità maggiore, circa sei chilometri, e ad una temperatura più elevata, uno strato di 20 metri di torba diventa uno strato di antracite di 1,5 metri di spessore.
Per la formazione del carbone è necessario un abbondante accumulo di massa vegetale. Nelle antiche torbiere, a partire dal periodo devoniano (circa 400 milioni di anni fa), si accumulava materia organica, da cui si formavano carboni fossili senza accesso all'ossigeno. La maggior parte dei giacimenti di carbone fossile commerciali risalgono a questo periodo, sebbene esistano anche depositi più giovani. L'età dei carboni più antichi è stimata in circa 300-400 milioni di anni.
La formazione di grandi volumi di carbone molto probabilmente è cessata dopo la comparsa dei funghi, poiché il marciume bianco dei funghi decompone completamente la lignina.
I mari ampi e poco profondi del Carbonifero fornivano le condizioni ideali per la formazione del carbone, sebbene i carboni siano noti dalla maggior parte dei periodi geologici.L'eccezione è il divario di carbone durante l'evento di estinzione del Permiano-Triassico, dove il carbone è raro. Si pensa che il carbone trovato negli strati precambriani che precedono le piante terrestri abbia avuto origine dai resti di alghe.
Come risultato del movimento della crosta terrestre, i giacimenti di carbone hanno subito un sollevamento e un piegamento. Nel tempo le parti sollevate sono andate distrutte per erosione o combustione spontanea, mentre quelle abbassate si sono conservate in ampi bacini poco profondi, dove il carbone si trova ad almeno 900 metri sopra la superficie terrestre. La formazione dei giacimenti di carbone più spessi è associata ad aree della superficie terrestre, sull'area in cui si sono verificati deflussi di volumi significativi di masse bituminose, come, ad esempio, a Hat Creek (inglese) russo. (Canada), lo spessore totale del pacco di giacimenti di carbone raggiunge i 450 m.
Impatto sull'ambiente e sulla salute dei minatori
Il carbone fossile contiene metalli pesanti nocivi come mercurio e cadmio (concentrazione da 0,0001 a 0,01% in peso)[fonte non specificata 2077 giorni].
Durante l'estrazione sotterranea del carbone, il contenuto di polvere nell'aria può superare l'MPC centinaia di volte. Nelle condizioni di lavoro che esistono nelle miniere, l'uso continuo dei respiratori è praticamente impossibile (con ogni forte inquinamento richiedono un rapido cambio per pulire nuove maschere respiratorie, non consentono la comunicazione, ecc.), Il che non consente di utilizzarle come mezzo di prevenzione affidabile delle malattie professionali irreversibili e incurabili - silicosi, pneumoconiosi (ecc.). Pertanto, al fine di proteggere in modo affidabile la salute dei minatori e dei lavoratori delle imprese di lavorazione del carbone negli Stati Uniti, vengono utilizzati mezzi più efficaci di protezione collettiva.
Classificazione, tipi
Il carbone è diviso in lucido, semilucido, semiopaco, opaco. Di norma, i tipi di carbone lucidi sono a basso contenuto di ceneri a causa del contenuto insignificante di impurità minerali.
Tra le strutture della materia organica del carbone si distinguono 4 tipi (telinite, posttelinite, precolinite e colinite), che sono fasi successive di un unico processo di decomposizione delle lignine - tessuti cellulosici. Ai gruppi genetici del carbon fossile, oltre a questi quattro tipi, è incluso anche il carbone di leuptinite. Ciascuno dei cinque gruppi genetici in base al tipo di sostanza dei microcomponenti del carbone è suddiviso in classi corrispondenti.
Esistono molti tipi di classificazioni del carbone: per composizione materiale, composizione petrografica, genetica, chimico-tecnologica, industriale e mista. Le classificazioni genetiche caratterizzano le condizioni di accumulo del carbone, reali e petrografiche - la sua composizione materiale e petrografica, chimico-tecnologica - la composizione chimica del carbone, i processi di formazione e lavorazione industriale, il raggruppamento industriale - tecnologico dei tipi di carbone a seconda delle esigenze del industria. Le classificazioni del carbone nei giacimenti vengono utilizzate per caratterizzare i depositi di carbone.
Classificazione industriale del carbone
La classificazione industriale del carbon fossile nei singoli paesi si basa su vari parametri delle proprietà e della composizione del carbone: negli USA il carbon fossile è classificato in base al calore di combustione, al contenuto di carbonio fisso e al relativo contenuto di sostanze volatili, in Giappone - in base al calore di combustione, ai cosiddetti coefficienti di carburante e alla forza del coke, o incapacità di coke. In URSS, la cosiddetta classificazione di Donetsk sviluppata nell'anno da VS Krym fungeva da principale classificazione industriale. A volte è chiamato "di marca", e allo stesso tempo è genetico, poiché i cambiamenti nelle proprietà del carbone presi come base riflettono la loro connessione con lo sviluppo genetico della materia organica del carbone.
depositi
| Paese | Carbone | Carbone marrone | Totale | % |
|---|---|---|---|---|
| Stati Uniti d'America | 111 338 | 135 305 | 246 643 | 27,1 |
| Russia | 49 088 | 107 922 | 157 010 | 17,3 |
| Cina | 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 |
| Sud Africa | 48 750 | 48 750 | 5,4 | |
| Ucraina | 16 274 | 17 879 | 34 153 | 3,8 |
| Kazakistan | 28 151 | 3128 | 31 279 | 3,4 |
| Polonia | 14 000 | 14 000 | 1,5 | |
| Brasile | 10 113 | 10 113 | 1,1 | |
| Germania | 183 | 6556 | 6739 | 0,7 |
| Colombia | 6230 | 381 | 6611 | 0,7 |
| Canada | 3471 | 3107 | 6578 | 0,7 |
| ceco | 2094 | 3458 | 5552 | 0,6 |
| Indonesia | 740 | 4228 | 4968 | 0,5 |
| tacchino | 278 | 3908 | 4186 | 0,5 |
| Madagascar | 198 | 3159 | 3357 | 0,4 |
| Pakistan | 3050 | 3050 | 0,3 | |
| Bulgaria | 4 | 2183 | 2187 | 0,2 |
| Tailandia | 1354 | 1354 | 0,1 | |
| Corea del nord | 300 | 300 | 600 | 0,1 |
| Nuova Zelanda | 33 | 538 | 571 | 0,1 |
| Spagna | 200 | 330 | 530 | 0,1 |
| Zimbabwe | 502 | 502 | 0,1 | |
| Romania | 22 | 472 | 494 | 0,1 |
| Venezuela | 479 | 479 | 0,1 | |
| Totale | 478 771 | 430 293 | 909 064 | 100,0 |
Il carbon fossile è concentrato nel bacino carbonifero di Donetsk e nel bacino carbonifero di Lvov-Volyn (Ucraina); Karaganda (Kazakistan); South Yakutsk, Minusinsk, Bureinsky, Tunguska, Lensky, Taymyrsky (Russia); Appalachian, Pennsylvanian (Nord America), Basso Reno-Westfalia (Ruhr - Germania); Alta Slesia, Ostrava-Karvinsky (Repubblica Ceca e Polonia); Bacino dello Shanxi (Cina), Bacino del Galles meridionale (Gran Bretagna).
Tra i maggiori bacini carboniferi, il cui sviluppo industriale iniziò nei secoli XVIII-XIX, si segnalano l'Inghilterra centrale, il Galles meridionale, la Scozia e Newcastle (Gran Bretagna); Bacini della Vestfalia (Ruhr) e del Saarbrücken (Germania); giacimenti del Belgio e della Francia settentrionale; bacini di Saint-Etienne (Francia); Slesia (Polonia); Bacino di Donetsk (Ucraina).
Formazione scolastica
Il carbone è formato dai prodotti di decomposizione dei resti organici di piante che hanno subito trasformazioni (metamorfismo) in condizioni di alta pressione delle rocce circostanti della crosta terrestre e temperature relativamente elevate.
Quando lo strato carbonifero è immerso a una profondità in condizioni di pressione e temperatura crescenti, si verifica una trasformazione consistente della massa organica, un cambiamento nella sua composizione chimica, proprietà fisiche e struttura molecolare. Tutte queste trasformazioni sono denominate "metamorfismo regionale del carbone". Nella fase finale (più alta) del metamorfismo, il carbone si trasforma in antracite con una pronunciata struttura cristallina di grafite. Oltre al metamorfismo regionale, a volte (meno spesso) si verificano trasformazioni sotto l'influenza del calore di rocce ignee situate accanto a strati carboniferi (sovrastanti o sottostanti) - metamorfismo termico, nonché direttamente nei giacimenti di carbone - metamorfismo di contatto. Un aumento del grado di metamorfismo nella sostanza organica del carbone è tracciato da un consistente aumento del contenuto relativo di carbonio e da una diminuzione del contenuto di ossigeno e idrogeno. La resa delle sostanze volatili diminuisce costantemente (dal 50 all'8% in termini di stato secco senza ceneri), cambiano anche il calore di combustione, la capacità di sinterizzazione e le proprietà fisiche del carbone. In particolare, la lucentezza, la riflettività, la densità apparente del carbone e altre proprietà cambiano in modo lineare. Altre importanti proprietà fisiche (porosità, densità, agglomerazione, calore di combustione, proprietà elastiche, ecc.) cambiano secondo leggi paraboliche o miste pronunciate.
Come criterio ottico per lo stadio del metamorfismo del carbone viene utilizzato l'indice di riflettività; è utilizzato anche in geologia petrolifera per stabilire lo stadio delle trasformazioni catageniche dello strato sedimentario. La riflettività nell'immersione in olio (R0) aumenta costantemente dallo 0,5–0,65% per il carbone di grado D al 2–2,5% per il carbone di grado T.
La densità e la porosità del carbone dipendono dalla composizione petrografica, dalla quantità e dalla natura delle impurità minerali e dal grado di metamorfismo. I componenti del gruppo fusinitico sono caratterizzati dalla densità più alta (1300–1500 kg/m³) e quella più bassa (1280–1300 kg/m³) dal gruppo vetrinitico. Il cambiamento di densità con un aumento del grado di metamorfismo avviene in una legge parabolica con un'inversione nella zona di transizione al gruppo grasso; nelle manifestazioni a basso contenuto di ceneri, diminuisce in media dal grado D del carbone al grado Zh da 1370 a 1280 kg/m³ e quindi aumenta sequenzialmente per il grado T del carbone fino a 1340 kg/m³.
La porosità totale del carbone varia anche secondo leggi estreme; per il carbone di grado D di Donetsk è del 14–22%, il carbone di grado K del 4–8% e aumenta (probabilmente a causa dell'allentamento) fino al 10–15% per il carbone di grado T.I pori del carbone sono divisi in macropori (diametro medio 500×10–10 m) e micropori (5–15×10–10 m). Il divario è occupato dai mesopori. La porosità diminuisce con l'aumentare della fase del metamorfismo. La fratturazione endogena (sviluppata durante la formazione del carbone), che è stimata dal numero di crepe per ogni 5 cm di carbone lucido, dipende dallo stadio del metamorfismo del carbone: aumenta a 12 crepe durante il passaggio della lignite a fiamma lunga carbone e ha un massimo di 35–60 per il carbone da coke e successivamente diminuisce a 12–15 crepe nel passaggio agli antraciti. Subordinati allo stesso schema di variazione delle proprietà elastiche del carbone sono il modulo di Young, il rapporto di Poisson, il modulo di taglio (taglio) e la velocità degli ultrasuoni. La resistenza meccanica del carbon fossile è caratterizzata dalla sua frantumabilità, fragilità e durezza, nonché dalla resistenza alla compressione temporanea.
Utilizzo
Il carbon fossile è utilizzato come materia prima tecnologica, energetica-tecnologica ed energetica, nella produzione di coke e semi-coke in connessione con la produzione di un gran numero di prodotti chimici da essi (naftalene, fenolo, pece, ecc.), sulla base dei quali fertilizzanti, plastica, fibre sintetiche, vernici, pitture e così via.
Una delle aree più promettenti per l'uso del carbone è la liquefazione (idrogenazione del carbone) per produrre combustibile liquido. Esistono vari schemi per l'uso non energetico del carbon fossile basati su trattamenti termochimici, chimici e di altro tipo con l'obiettivo del loro uso completamente integrato e garantire la protezione dell'ambiente.
