Extracția cărbunelui
Metodele de extracție a cărbunelui depind de adâncimea apariției acestuia. Dezvoltarea se realizează în mod deschis în minele de cărbune, dacă adâncimea stratului de cărbune nu depășește o sută de metri. Există, de asemenea, cazuri frecvente când, odată cu adâncirea din ce în ce mai mare a unei cărbuni, este în continuare avantajoasă dezvoltarea unui zăcământ de cărbune printr-o metodă subterană. Minele sunt folosite pentru extragerea cărbunelui de la adâncimi mari. Cele mai adânci mine din Federația Rusă extrag cărbune de la un nivel de puțin peste o mie două sute de metri.
În producția minieră convențională, aproximativ 40% din cărbune nu este extras. Utilizarea unor noi metode de exploatare - longwall - vă permite să extrageți mai mult cărbune.
Alături de cărbune, zăcămintele purtătoare de cărbune conțin multe tipuri de georesurse care au importanță pentru consumator. Acestea includ roci gazdă ca materii prime pentru industria construcțiilor, apele subterane, metanul din stratul de cărbune, elemente rare și oligoelemente, inclusiv metale valoroase și compușii acestora. De exemplu, unii cărbuni sunt îmbogățiți cu germaniu.
a atins un vârf de 8254,9 milioane de tone în 2013.
formarea cărbunelui
În diferite momente și în diferite locuri din trecutul geologic al Pământului, în zonele joase din zonele umede au existat păduri dense. Datorită proceselor naturale precum inundațiile, aceste păduri au fost îngropate sub pământ. Pe măsură ce stratul de sol de deasupra lor creștea, presiunea creștea. Temperatura a crescut și ea pe măsură ce a scăzut. În astfel de condiții, materialul vegetal a fost protejat de biodegradare și oxidare. Carbonul captat de plante în turbării uriașe a fost în cele din urmă acoperit și îngropat adânc de sedimente. Sub presiune ridicată și temperatură ridicată, vegetația moartă este transformată treptat în cărbune. Deoarece cărbunele este în mare parte carbon, conversia vegetației moarte în cărbune se numește carbonizare.
Cărbunele se formează atunci când materialul vegetal putrezit se acumulează mai repede decât poate fi descompus bacterian. Mediul ideal pentru aceasta este creat în mlaștini, unde apa stagnantă, săracă în oxigen, împiedică activitatea vitală a bacteriilor și protejează astfel masa vegetală de distrugerea completă. La o anumită etapă a procesului, acizii eliberați împiedică continuarea activității bacteriene. Acesta este cum turbă - produsul inițial pentru formarea cărbunelui. Dacă apoi este îngropată sub alte sedimente, atunci turba suferă compresie și, pierzând apă și gaze, este transformată în cărbune.
Sub presiunea straturilor de sedimente grosime de un kilometru, dintr-un strat de turbă de 20 de metri se obține un strat de cărbune brun gros de 4 metri. Dacă adâncimea de îngropare a materialului vegetal ajunge la trei kilometri, atunci același strat de turbă se va transforma într-un strat de cărbune de 2 metri grosime. La o adâncime mai mare, aproximativ șase kilometri, și la o temperatură mai mare, un strat de turbă de 20 de metri devine un strat de antracit de 1,5 metri grosime.
Pentru formarea cărbunelui este necesară o acumulare abundentă de masă vegetală. În turbării antice, începând din perioada devoniană (acum aproximativ 400 de milioane de ani), s-a acumulat materie organică, din care s-au format cărbuni fosili fără acces la oxigen. Cele mai multe zăcăminte comerciale de cărbune fosil datează din această perioadă, deși există și zăcăminte mai tinere. Vârsta celor mai vechi cărbuni este estimată la aproximativ 300-400 de milioane de ani.
Formarea unor volume mari de cărbune a încetat cel mai probabil după apariția ciupercilor, deoarece putregaiul alb al ciupercilor descompune complet lignina.
Mările largi și puțin adânci ale Carboniferului au oferit condiții ideale pentru formarea cărbunelui, deși cărbunii sunt cunoscuți din majoritatea perioadelor geologice.Excepția este decalajul de cărbune în timpul evenimentului de extincție Permian-Triasic, unde cărbunele este rar. Cărbunele găsit în straturile precambriene care preced plantele terestre se crede că provine din rămășițele de alge.
Ca rezultat al mișcării scoarței terestre, straturile de cărbune au experimentat ridicarea și plierea. De-a lungul timpului, părțile ridicate au fost distruse din cauza eroziunii sau arderii spontane, în timp ce cele coborâte s-au păstrat în bazine largi de mică adâncime, unde cărbunele se află la cel puțin 900 de metri deasupra suprafeței pământului. Formarea celor mai groase filamente de cărbune este asociată cu zone ale suprafeței pământului, pe zona cărora au avut loc scurgeri de volume semnificative de mase bituminoase, cum ar fi, de exemplu, în Hat Creek (engleză) rusă. (Canada), grosimea totală a pachetului de cusături de cărbune ajunge la 450 m.
Impactul asupra mediului și sănătății minerilor
Cărbunele fosil conține metale grele dăunătoare, cum ar fi mercur și cadmiu (concentrație de până la 0,0001 până la 0,01% în greutate)[sursa nespecificata 2077 zile].
În timpul exploatării subterane a cărbunelui, conținutul de praf din aer poate depăși MPC de sute de ori. În condițiile de lucru care există în mine, purtarea continuă a aparatelor respiratorii este practic imposibilă (cu fiecare poluare severă necesită o schimbare rapidă pentru curățarea măștilor respiratorii noi, nu permit comunicarea etc.), ceea ce nu permite utilizarea acestora. ca mijloc de prevenire fiabilă a bolilor profesionale ireversibile și incurabile - silicoză, pneumoconioză (etc.). Prin urmare, pentru a proteja în mod fiabil sănătatea minerilor și a lucrătorilor întreprinderilor de prelucrare a cărbunelui din Statele Unite, se folosesc mijloace mai eficiente de protecție colectivă.
Clasificare, tipuri
Cărbunele este împărțit în strălucitor, semi-strălucitor, semi-mat, mat. De regulă, tipurile strălucitoare de cărbune au un conținut scăzut de cenușă din cauza conținutului nesemnificativ de impurități minerale.
Dintre structurile materiei organice a cărbunelui se disting 4 tipuri (telinită, posttelinită, precolină și colinită), care sunt etape succesive ale unui singur proces de descompunere a ligninelor - țesuturi celulozice. Grupurilor genetice de cărbune tare, pe lângă aceste patru tipuri, este inclus și cărbunele de leuptinită. Fiecare dintre cele cinci grupe genetice în funcție de tipul de substanță a microcomponentelor cărbunelui este împărțită în clase corespunzătoare.
Există multe tipuri de clasificări ale cărbunelui: după compoziția materială, compoziția petrografică, genetică, chimico-tehnologică, industrială și mixtă. Clasificări genetice caracterizează condițiile de acumulare a cărbunelui, reale și petrografice - compoziția sa materială și petrografică, chimico-tehnologic - compoziția chimică a cărbunelui, procesele de formare și prelucrare industrială, gruparea industrială - tehnologică a tipurilor de cărbune în funcție de cerințele industrie. Clasificările cărbunelui în cusături sunt folosite pentru a caracteriza zăcămintele de cărbune.
Clasificarea industrială a cărbunelui
Clasificarea industrială a cărbunelui în țări individuale se bazează pe diferiți parametri ai proprietăților și compoziției cărbunelui: în SUA, cărbunele este clasificat în funcție de căldura de ardere, conținutul de carbon fix și conținutul relativ de substanțe volatile, în Japonia - în funcție de căldura de ardere, așa-numiții coeficienți de combustibil și rezistența cocsului sau incapacitatea de a cocs. În URSS, așa-numita clasificare Donețk dezvoltată în anul de către V.S. Krym a acționat ca principală clasificare industrială. Uneori este numită „de marcă” și, în același timp, este genetică, deoarece modificările proprietăților cărbunelui luate ca bază reflectă legătura lor cu dezvoltarea genetică a materiei organice a cărbunelui.
depozite
| Tara | Cărbune | Cărbune brun | Total | % |
|---|---|---|---|---|
| Statele Unite ale Americii | 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 |
| Africa de Sud | 48 750 | 48 750 | 5,4 | |
| Ucraina | 16 274 | 17 879 | 34 153 | 3,8 |
| Kazahstan | 28 151 | 3128 | 31 279 | 3,4 |
| Polonia | 14 000 | 14 000 | 1,5 | |
| Brazilia | 10 113 | 10 113 | 1,1 | |
| Germania | 183 | 6556 | 6739 | 0,7 |
| Columbia | 6230 | 381 | 6611 | 0,7 |
| Canada | 3471 | 3107 | 6578 | 0,7 |
| ceh | 2094 | 3458 | 5552 | 0,6 |
| Indonezia | 740 | 4228 | 4968 | 0,5 |
| curcan | 278 | 3908 | 4186 | 0,5 |
| Madagascar | 198 | 3159 | 3357 | 0,4 |
| Pakistan | 3050 | 3050 | 0,3 | |
| Bulgaria | 4 | 2183 | 2187 | 0,2 |
| Tailanda | 1354 | 1354 | 0,1 | |
| Coreea de Nord | 300 | 300 | 600 | 0,1 |
| Noua Zeelandă | 33 | 538 | 571 | 0,1 |
| Spania | 200 | 330 | 530 | 0,1 |
| Zimbabwe | 502 | 502 | 0,1 | |
| România | 22 | 472 | 494 | 0,1 |
| Venezuela | 479 | 479 | 0,1 | |
| Total | 478 771 | 430 293 | 909 064 | 100,0 |
Cărbunele este concentrat în bazinul carbonifer Donețk și în bazinul carbonifer Lvov-Volyn (Ucraina); Karaganda (Kazahstan); Iakutsk de Sud, Minusinsk, Bureinsky, Tungussky, Lensky, Taimyrsky (Rusia); Appalachian, Pennsylvanian (America de Nord), Lower Rhine-Westphalian (Ruhr - Germania); Silezia Superioară, Ostrava-Karvinsky (Cehia și Polonia); Bazinul Shanxi (China), Bazinul Galilor de Sud (Marea Britanie).
Printre cele mai mari bazine carbonifere, a căror dezvoltare industrială a început în secolele XVIII-XIX, se remarcă Anglia Centrală, Țara Galilor de Sud, Scoția și Newcastle (Marea Britanie); bazinele Westfalia (Ruhr) și Saarbrücken (Germania); zăcăminte din Belgia și nordul Franței; bazinele Saint-Etienne (Franța); Silezia (Polonia); Bazinul Donețk (Ucraina).
Educaţie
Cărbunele se formează din produșii de descompunere ai resturilor organice ale plantelor care au suferit modificări (metamorfism) în condiții de presiune ridicată a rocilor din jurul scoarței terestre și temperaturi relativ ridicate.
Când stratul purtător de cărbune este scufundat la o adâncime în condiții de creștere a presiunii și a temperaturii, are loc o transformare consistentă a masei organice, o modificare a compoziției sale chimice, proprietăților fizice și structurii moleculare. Toate aceste transformări sunt denumite „metamorfism regional al cărbunelui”. În stadiul final (cel mai înalt) al metamorfismului, cărbunele se transformă în antracit cu o structură cristalină pronunțată de grafit. Pe lângă metamorfismul regional, uneori (mai rar) au loc transformări sub influența căldurii din rocile magmatice situate lângă straturile purtătoare de cărbune (asupra sau subiacente acestora) - metamorfism termic, precum și direct în straturile de cărbune - metamorfism de contact. O creștere a gradului de metamorfism în materia organică a cărbunelui este urmărită printr-o creștere consistentă a conținutului relativ de carbon și o scădere a conținutului de oxigen și hidrogen. Randamentul substanțelor volatile scade constant (de la 50 la 8% în ceea ce privește starea uscată fără cenuşă), se schimbă, de asemenea, căldura de ardere, capacitatea de sinterizare și proprietățile fizice ale cărbunelui. În special, luciul, reflectivitatea, densitatea în vrac a cărbunelui și alte proprietăți se modifică liniar. Alte proprietăți fizice importante (porozitate, densitate, aglomerare, căldură de ardere, proprietăți elastice etc.) se modifică în funcție de legi parabolice sau mixte pronunțate.
Ca criteriu optic pentru stadiul metamorfismului cărbunelui se utilizează indicele de reflectivitate; se foloseşte şi în geologia petrolului pentru stabilirea stadiului transformărilor catagene ale straturilor sedimentare. Reflexivitatea în imersie în ulei (R0) crește constant de la 0,5–0,65% pentru cărbunele de gradul D la 2–2,5% pentru cărbunele de gradul T.
Densitatea și porozitatea cărbunelui depind de compoziția petrografică, de cantitatea și natura impurităților minerale și de gradul de metamorfism. Componentele grupului fusinite sunt caracterizate de cea mai mare densitate (1300–1500 kg/m³), iar cea mai mică (1280–1300 kg/m³) de grupul vitrinite. Modificarea densității cu creșterea gradului de metamorfism are loc într-o lege parabolică cu o inversare în zona de tranziție la grupul gras; în manifestări cu conținut scăzut de cenușă, scade de la gradul de cărbune D la gradul Zh în medie de la 1370 la 1280 kg/m³ și apoi crește succesiv pentru gradul de cărbune T până la 1340 kg/m³.
Porozitatea totală a cărbunelui se modifică, de asemenea, conform legilor extreme; pentru cărbunele de gradul D de Donețk este de 14–22%, gradul de cărbune K 4–8% și crește (probabil din cauza slăbirii) până la 10–15% pentru cărbunele de gradul T.Porii cărbunelui sunt împărțiți în macropori (diametru mediu 500×10–10 m) și micropori (5–15×10–10 m). Decalajul este ocupat de mezopori. Porozitatea scade odată cu creșterea stadiului metamorfismului. Fracturarea endogenă (dezvoltată în timpul formării cărbunelui), care este estimată prin numărul de fisuri pentru fiecare 5 cm de cărbune lucios, depinde de stadiul metamorfismului cărbunelui: crește la 12 fisuri în timpul tranziției cărbunelui brun la foc lung. cărbune și are maxim 35–60 pentru cărbunele cocsificabil și scade succesiv până la 12–15 fisuri în trecerea la antracit. Subordonate aceluiași model de modificare a proprietăților elastice ale cărbunelui sunt modulul lui Young, raportul lui Poisson, modulul de forfecare (forfecare) și viteza ultrasunetelor. Rezistența mecanică a cărbunelui este caracterizată prin zdrobire, fragilitate și duritate, precum și rezistența temporară la compresiune.
Utilizare
Cărbunele este folosit ca materie primă tehnologică, energetico-tehnologică și energetică, în producția de cocs și semi-cocs în legătură cu producerea unui număr mare de produse chimice din acestea (naftalină, fenol, smoală etc.), pe baza cărora îngrășăminte, materiale plastice, fibre sintetice, lacuri, vopsele și așa mai departe.
Una dintre cele mai promițătoare domenii pentru utilizarea cărbunelui este lichefierea (hidrogenarea cărbunelui) pentru a produce combustibil lichid. Există diverse scheme de utilizare non-energetică a cărbunelui, bazate pe procesări termochimice, chimice și de altă natură, în scopul utilizării lor deplin integrate și a asigurării protecției mediului.
