Mineração de carvão
Os métodos de mineração de carvão dependem da profundidade de sua ocorrência. O desenvolvimento é realizado de forma aberta em minas de carvão, se a profundidade da camada de carvão não exceder cem metros. Há também casos frequentes em que, com um aprofundamento cada vez maior de um poço de carvão, é ainda mais vantajoso desenvolver um depósito de carvão por um método subterrâneo. As minas são usadas para extrair carvão de grandes profundidades. As minas mais profundas da Federação Russa extraem carvão de um nível de pouco mais de mil e duzentos metros.
Na produção de mina convencional, cerca de 40% do carvão não é extraído. O uso de novos métodos de mineração - longwall - permite extrair mais carvão.
Juntamente com o carvão, os depósitos de carvão contêm muitos tipos de georecursos que têm importância para o consumidor. Estes incluem rochas hospedeiras como matérias-primas para a indústria da construção, águas subterrâneas, metano de leito de carvão, elementos raros e traços, incluindo metais valiosos e seus compostos. Por exemplo, alguns carvões são enriquecidos com germânio.
atingiu o pico de 8.254,9 milhões de toneladas em 2013.
formação de carvão
Em diferentes épocas e em diferentes lugares do passado geológico da Terra, florestas densas existiram nas planícies úmidas. Devido a processos naturais como enchentes, essas florestas foram enterradas no subsolo. À medida que a camada de solo acima deles aumentava, a pressão aumentava. A temperatura também subiu à medida que desceu. Sob tais condições, o material vegetal foi protegido da biodegradação e oxidação. O carbono sequestrado pelas plantas em enormes turfeiras acabou sendo coberto e profundamente enterrado por sedimentos. Sob alta pressão e alta temperatura, a vegetação morta é gradualmente convertida em carvão. Como o carvão é principalmente carbono, a conversão da vegetação morta em carvão é chamada de carbonização.
O carvão é formado quando o material vegetal em decomposição se acumula mais rapidamente do que pode ser decomposto por bactérias. O ambiente ideal para isso é criado em pântanos, onde a água estagnada, pobre em oxigênio, impede a atividade vital das bactérias e, assim, protege a massa vegetal da destruição completa. Em um determinado estágio do processo, os ácidos liberados impedem a atividade bacteriana adicional. É assim turfa - o produto inicial para a formação do carvão. Se então for enterrado sob outros sedimentos, a turfa sofre compressão e, perdendo água e gases, é convertida em carvão.
Sob a pressão de camadas de sedimentos de um quilômetro de espessura, uma camada de lenhite de 4 metros de espessura é obtida a partir de uma camada de 20 metros de turfa. Se a profundidade do enterro do material vegetal atingir três quilômetros, a mesma camada de turfa se transformará em uma camada de carvão com 2 metros de espessura. A uma profundidade maior, cerca de seis quilómetros, e a uma temperatura mais elevada, uma camada de 20 metros de turfa transforma-se numa camada de antracite com 1,5 metro de espessura.
Para a formação do carvão, é necessário um acúmulo abundante de massa vegetal. Nas antigas turfeiras, a partir do período Devoniano (cerca de 400 milhões de anos atrás), acumulou-se matéria orgânica, da qual se formaram carvões fósseis sem acesso ao oxigênio. A maioria dos depósitos comerciais de carvão fóssil datam desse período, embora também existam depósitos mais jovens. A idade dos carvões mais antigos é estimada em cerca de 300-400 milhões de anos.
A formação de grandes volumes de carvão provavelmente cessou após o aparecimento dos fungos, uma vez que a podridão branca dos fungos decompõe completamente a lignina.
Os mares largos e rasos do Carbonífero forneceram condições ideais para a formação de carvão, embora os carvões sejam conhecidos da maioria dos períodos geológicos.A exceção é a lacuna de carvão durante o evento de extinção Permiano-Triássico, onde o carvão é raro. Acredita-se que o carvão encontrado nas camadas pré-cambrianas que antecedem as plantas terrestres tenha se originado dos restos de algas.
Como resultado do movimento da crosta terrestre, os veios de carvão sofreram elevação e dobras. Com o tempo, as partes erguidas foram destruídas por erosão ou combustão espontânea, enquanto as rebaixadas foram preservadas em bacias largas e rasas, onde o carvão está a pelo menos 900 metros acima da superfície terrestre. A formação das camadas de carvão mais espessas está associada a áreas da superfície terrestre, na área das quais ocorreram fluxos de volumes significativos de massas betuminosas, como, por exemplo, em Hat Creek (inglês) russo. (Canadá), a espessura total do pacote de veios de carvão chega a 450 m.
Impacto no meio ambiente e na saúde dos mineradores
O carvão fóssil contém metais pesados nocivos, como mercúrio e cádmio (concentração de até 0,0001 a 0,01% em peso)[fonte não especificada 2077 dias].
Durante a mineração subterrânea de carvão, o teor de poeira do ar pode exceder o MPC centenas de vezes. Nas condições de trabalho que existem nas minas, o uso contínuo de respiradores é praticamente impossível (a cada poluição severa exige uma troca rápida para limpar novas máscaras de respirador, não permite comunicação, etc.), o que não permite usá-los como meio de prevenção confiável de doenças profissionais irreversíveis e incuráveis - silicose, pneumoconiose (etc.). Portanto, para proteger de forma confiável a saúde dos mineiros e trabalhadores das empresas de processamento de carvão nos Estados Unidos, são utilizados meios mais eficazes de proteção coletiva.
Classificação, tipos
O carvão é dividido em brilhante, semi-brilhante, semi-fosco, fosco. Como regra, os tipos brilhantes de carvão são baixos em cinzas devido ao teor insignificante de impurezas minerais.
Entre as estruturas da matéria orgânica do carvão, distinguem-se 4 tipos (telinita, pós-telinita, precolinita e colinita), que são etapas sucessivas de um único processo de decomposição de ligninas - tecidos celulósicos. Aos grupos genéticos da hulha, para além destes quatro tipos, inclui-se adicionalmente a leuptinite. Cada um dos cinco grupos genéticos de acordo com o tipo de substância dos microcomponentes do carvão é dividido em classes correspondentes.
Existem muitos tipos de classificações de carvão: por composição material, composição petrográfica, genética, químico-tecnológica, industrial e mista. As classificações genéticas caracterizam as condições de acumulação de carvão, real e petrográfica - sua composição material e petrográfica, químico-tecnológica - a composição química do carvão, os processos de formação e processamento industrial, industrial - agrupamento tecnológico dos tipos de carvão, dependendo dos requisitos do indústria. As classificações de carvão em veios são usadas para caracterizar depósitos de carvão.
Classificação industrial de carvão
A classificação industrial da hulha em países individuais é baseada em vários parâmetros das propriedades e composição do carvão: nos EUA, a hulha é classificada de acordo com o calor de combustão, o teor de carbono fixo e o teor relativo de substâncias voláteis, no Japão - de acordo com o calor de combustão, os chamados coeficientes de combustível e a força dos coques, ou incapacidade de coquear. Na URSS, a chamada classificação de Donetsk desenvolvida no ano por V.S. Krym atuou como a principal classificação industrial. Às vezes é chamado de "marcado", e ao mesmo tempo é genético, pois as mudanças nas propriedades do carvão tomadas como base refletem sua conexão com o desenvolvimento genético da matéria orgânica do carvão.
depósitos
| O país | Carvão | Carvão marrom | Total | % |
|---|---|---|---|---|
| EUA | 111 338 | 135 305 | 246 643 | 27,1 |
| Rússia | 49 088 | 107 922 | 157 010 | 17,3 |
| China | 62 200 | 52 300 | 114 500 | 12,6 |
| Índia | 90 085 | 2360 | 92 445 | 10,2 |
| Austrália | 38 600 | 39 900 | 78 500 | 8,6 |
| África do Sul | 48 750 | 48 750 | 5,4 | |
| Ucrânia | 16 274 | 17 879 | 34 153 | 3,8 |
| Cazaquistão | 28 151 | 3128 | 31 279 | 3,4 |
| Polônia | 14 000 | 14 000 | 1,5 | |
| Brasil | 10 113 | 10 113 | 1,1 | |
| Alemanha | 183 | 6556 | 6739 | 0,7 |
| Colômbia | 6230 | 381 | 6611 | 0,7 |
| Canadá | 3471 | 3107 | 6578 | 0,7 |
| tcheco | 2094 | 3458 | 5552 | 0,6 |
| Indonésia | 740 | 4228 | 4968 | 0,5 |
| Turquia | 278 | 3908 | 4186 | 0,5 |
| Madagáscar | 198 | 3159 | 3357 | 0,4 |
| Paquistão | 3050 | 3050 | 0,3 | |
| Bulgária | 4 | 2183 | 2187 | 0,2 |
| Tailândia | 1354 | 1354 | 0,1 | |
| Coréia do Norte | 300 | 300 | 600 | 0,1 |
| Nova Zelândia | 33 | 538 | 571 | 0,1 |
| Espanha | 200 | 330 | 530 | 0,1 |
| Zimbábue | 502 | 502 | 0,1 | |
| Romênia | 22 | 472 | 494 | 0,1 |
| Venezuela | 479 | 479 | 0,1 | |
| Total | 478 771 | 430 293 | 909 064 | 100,0 |
A hulha está concentrada na bacia carbonífera de Donetsk e na bacia carbonífera de Lvov-Volyn (Ucrânia); Karaganda (Cazaquistão); South Yakutsk, Minusinsk, Bureinsky, Tungussky, Lensky, Taimyrsky (Rússia); Appalachian, Pennsylvanian (América do Norte), Lower Rhine-Westphalian (Ruhr - Alemanha); Alta Silésia, Ostrava-Karvinsky (República Checa e Polónia); Bacia de Shanxi (China), bacia do Sul do País de Gales (Grã-Bretanha).
Entre as maiores bacias carboníferas, cujo desenvolvimento industrial começou nos séculos XVIII-XIX, destacam-se a Inglaterra Central, Gales do Sul, Escócia e Newcastle (Grã-Bretanha); bacias da Vestefália (Ruhr) e Saarbrücken (Alemanha); depósitos da Bélgica e norte da França; bacias de Saint-Etienne (França); Silésia (Polônia); Bacia de Donetsk (Ucrânia).
Educação
O carvão é formado a partir dos produtos de decomposição dos restos orgânicos de plantas que sofreram alterações (metamorfismo) sob condições de alta pressão das rochas circundantes da crosta terrestre e temperaturas relativamente altas.
Quando o estrato carbonífero é imerso a uma profundidade sob condições de pressão e temperatura crescentes, ocorre uma transformação consistente da massa orgânica, uma mudança em sua composição química, propriedades físicas e estrutura molecular. Todas essas transformações são chamadas de "metamorfismo regional do carvão". No estágio final (mais alto) do metamorfismo, o carvão se transforma em antracito com uma estrutura cristalina pronunciada de grafite. Além do metamorfismo regional, às vezes (menos frequentemente) as transformações ocorrem sob a influência do calor das rochas ígneas localizadas próximas aos estratos carboníferos (sobrejacentes ou subjacentes a eles) - metamorfismo térmico, bem como diretamente nas camadas de carvão - metamorfismo de contato. Um aumento no grau de metamorfismo na matéria orgânica do carvão é traçado por um aumento consistente no teor relativo de carbono e uma diminuição no teor de oxigênio e hidrogênio. O rendimento de substâncias voláteis diminui consistentemente (de 50 a 8% em termos de estado livre de cinzas secas), o calor de combustão, a capacidade de sinterizar e as propriedades físicas do carvão também mudam. Em particular, brilho, refletividade, densidade aparente do carvão e outras propriedades mudam linearmente. Outras propriedades físicas importantes (porosidade, densidade, aglomeração, calor de combustão, propriedades elásticas, etc.) mudam de acordo com leis parabólicas ou mistas pronunciadas.
Como critério óptico para o estágio de metamorfismo do carvão, utiliza-se o índice de refletividade; também é usado na geologia do petróleo para estabelecer o estágio das transformações catagênicas dos estratos sedimentares. A refletividade na imersão em óleo (R0) aumenta consistentemente de 0,5–0,65% para carvão grau D para 2–2,5% para carvão grau T.
A densidade e a porosidade do carvão dependem da composição petrográfica, da quantidade e natureza das impurezas minerais e do grau de metamorfismo. Os componentes do grupo fusinita são caracterizados pela maior densidade (1300–1500 kg/m³), e a menor (1280–1300 kg/m³) pelo grupo vitrinita. A mudança de densidade com o aumento do grau de metamorfismo ocorre em uma lei parabólica com inversão na zona de transição para o grupo gorduroso; nas manifestações com baixo teor de cinzas, diminui do grau de carvão D para o grau Zh em média de 1370 para 1280 kg/m³ e então aumenta sequencialmente para o grau de carvão T até 1340 kg/m³.
A porosidade total do carvão também muda de acordo com leis extremas; para o carvão de Donetsk grau D é 14-22%, carvão grau K 4-8% e aumenta (provavelmente devido ao afrouxamento) até 10-15% para carvão grau T.Os poros do carvão são divididos em macroporos (diâmetro médio 500×10–10 m) e microporos (5–15×10–10 m). A lacuna é ocupada por mesoporos. A porosidade diminui com o aumento do estágio de metamorfismo. O fraturamento endógeno (desenvolvido durante a formação do carvão), que é estimado pelo número de rachaduras para cada 5 cm de carvão brilhante, depende do estágio de metamorfismo do carvão: aumenta para 12 rachaduras durante a transição do carvão marrom para chama longa carvão e tem um máximo de 35-60 para carvão de coque e diminui sucessivamente para 12-15 fissuras na transição para antracites. Subordinados ao mesmo padrão de mudança nas propriedades elásticas do carvão estão o módulo de Young, a razão de Poisson, o módulo de cisalhamento (cisalhamento) e a velocidade do ultrassom. A resistência mecânica da hulha é caracterizada pela sua britabilidade, fragilidade e dureza, bem como pela resistência temporária à compressão.
Uso
A hulha é utilizada como matéria-prima tecnológica, energético-tecnológica e energética, na produção de coque e semicoque em conexão com a produção de um grande número de produtos químicos a partir deles (naftaleno, fenol, piche, etc.), com base em que fertilizantes, plásticos, fibras sintéticas, vernizes, tintas e assim por diante.
Uma das áreas mais promissoras para o uso do carvão é a liquefação (hidrogenação do carvão) para a produção de combustível líquido. Existem vários esquemas de utilização não energética da hulha baseada em processamentos termoquímicos, químicos e outros com vista à sua plena utilização integrada e à garantia da proteção ambiental.
