Pagmimina ng karbon
Ang mga paraan ng pagmimina ng karbon ay nakasalalay sa lalim ng paglitaw nito. Ang pag-unlad ay isinasagawa sa isang bukas na paraan sa mga minahan ng karbon, kung ang lalim ng seam ng karbon ay hindi lalampas sa isang daang metro. Mayroon ding mga madalas na kaso kung saan, sa patuloy na pagtaas ng pagpapalalim ng hukay ng karbon, higit na kapaki-pakinabang na bumuo ng deposito ng karbon sa pamamagitan ng underground na pamamaraan. Ang mga mina ay ginagamit upang kumuha ng karbon mula sa napakalalim. Ang pinakamalalim na minahan sa Russian Federation ay kumukuha ng karbon mula sa antas na mahigit lamang sa isang libo dalawang daang metro.
Sa kumbensyonal na produksyon ng minahan, humigit-kumulang 40% ng karbon ay hindi nakuha. Ang paggamit ng mga bagong paraan ng pagmimina - longwall - ay nagbibigay-daan sa iyo na kumuha ng mas maraming karbon.
Kasama ng karbon, naglalaman ang mga deposito ng coal-bearing ng maraming uri ng georesource na may kahalagahan sa consumer. Kabilang dito ang mga host rock bilang hilaw na materyales para sa industriya ng konstruksiyon, tubig sa lupa, coal-bed methane, bihira at trace elements, kabilang ang mahahalagang metal at mga compound nito. Halimbawa, ang ilang mga uling ay pinayaman ng germanium.
umabot sa 8254.9 milyong tonelada noong 2013.
pagbuo ng karbon
Sa iba't ibang panahon at sa iba't ibang lugar sa geological na nakaraan ng Earth, ang mga makakapal na kagubatan ay umiral sa wetland lowlands. Dahil sa mga natural na proseso tulad ng baha, ang mga kagubatan na ito ay ibinaon sa ilalim ng lupa. Habang tumataas ang layer ng lupa sa itaas ng mga ito, tumaas ang presyon. Tumaas din ang temperatura habang bumababa. Sa ilalim ng gayong mga kondisyon, ang materyal ng halaman ay protektado mula sa biodegradation at oksihenasyon. Ang carbon na na-sequester ng mga halaman sa malalaking peatlands ay kalaunan ay natabunan at malalim na nabaon ng mga sediment. Sa ilalim ng mataas na presyon at mataas na temperatura, ang mga patay na halaman ay unti-unting nagiging karbon. Dahil ang uling ay halos carbon, ang conversion ng mga patay na halaman sa uling ay tinatawag na carbonization.
Ang karbon ay nabubuo kapag ang nabubulok na materyal ng halaman ay naiipon nang mas mabilis kaysa sa maaari itong mabulok ng bacteria. Ang perpektong kapaligiran para dito ay nilikha sa mga latian, kung saan ang stagnant na tubig, mahirap sa oxygen, ay pumipigil sa mahahalagang aktibidad ng bakterya at sa gayon ay pinoprotektahan ang masa ng halaman mula sa kumpletong pagkawasak. Sa isang tiyak na yugto ng proseso, pinipigilan ng mga inilabas na acid ang karagdagang aktibidad ng bacterial. Ganito po pit - ang unang produkto para sa pagbuo ng karbon. Kung pagkatapos ay ibinaon ito sa ilalim ng iba pang mga sediment, kung gayon ang pit ay nakakaranas ng compression at, ang pagkawala ng tubig at mga gas, ay na-convert sa karbon.
Sa ilalim ng presyon ng mga layer ng sediments na isang kilometro ang kapal, isang layer ng brown coal na 4 metro ang kapal ay nakuha mula sa isang 20-meter layer ng peat. Kung ang lalim ng paglilibing ng materyal ng halaman ay umabot sa tatlong kilometro, kung gayon ang parehong layer ng pit ay magiging isang layer ng karbon na 2 metro ang kapal. Sa mas malawak na lalim, mga anim na kilometro, at sa mas mataas na temperatura, ang isang 20-meter layer ng peat ay nagiging layer ng anthracite na 1.5 metro ang kapal.
Para sa pagbuo ng karbon, kinakailangan ang masaganang akumulasyon ng masa ng halaman. Sa sinaunang peat bog, simula sa panahon ng Devonian (mga 400 milyong taon na ang nakalilipas), naipon ang mga organikong bagay, kung saan nabuo ang mga fossil coal nang walang access sa oxygen. Karamihan sa mga komersyal na fossil na deposito ng karbon ay mula sa panahong ito, bagama't mayroon ding mga mas batang deposito. Ang edad ng mga pinaka sinaunang uling ay tinatayang nasa 300-400 milyong taon.
Ang pagbuo ng malalaking dami ng karbon ay malamang na tumigil pagkatapos ng paglitaw ng fungi, dahil ang puting bulok ng fungi ay ganap na nabubulok ang lignin.
Ang malawak, mababaw na dagat ng Carboniferous ay nagbigay ng mainam na kondisyon para sa pagbuo ng karbon, bagama't kilala ang mga uling mula sa karamihan ng mga panahon ng geological.Ang exception ay ang coal gap sa panahon ng Permian-Triassic extinction event, kung saan bihira ang coal. Ang karbon na natagpuan sa mga layer ng Precambrian na nauna sa mga halaman sa lupa ay pinaniniwalaang nagmula sa mga labi ng algae.
Bilang resulta ng paggalaw ng crust ng lupa, ang mga coal seam ay nakaranas ng pagtaas at pagtiklop. Sa paglipas ng panahon, ang mga nakataas na bahagi ay nawasak dahil sa pagguho o kusang pagkasunog, habang ang mga nakababa ay napanatili sa malalawak na mababaw na palanggana, kung saan ang karbon ay hindi bababa sa 900 metro sa ibabaw ng lupa. Ang pagbuo ng pinakamakapal na mga tahi ng karbon ay nauugnay sa mga lugar sa ibabaw ng lupa, sa lugar kung saan ang mga pag-agos ng makabuluhang dami ng bituminous na masa ay naganap, tulad ng, halimbawa, sa Hat Creek (Ingles) Russian. (Canada), ang kabuuang kapal ng pakete ng mga seam ng karbon ay umabot sa 450 m.
Epekto sa kapaligiran at kalusugan ng mga minero
Ang fossil coal ay naglalaman ng mapaminsalang mabibigat na metal gaya ng mercury at cadmium (konsentrasyon mula hanggang 0.0001 hanggang 0.01% ayon sa timbang)[hindi tinukoy ang pinagmulan 2077 araw].
Sa panahon ng underground coal mining, ang dust content ng hangin ay maaaring lumampas sa MPC ng daan-daang beses. Sa ilalim ng mga kondisyon sa pagtatrabaho na umiiral sa mga minahan, ang patuloy na pagsusuot ng mga respirator ay halos imposible (sa bawat matinding polusyon ay nangangailangan sila ng mabilis na pagbabago upang linisin ang mga bagong respirator mask, hindi nila pinapayagan ang komunikasyon, atbp.), na hindi pinapayagan ang paggamit nito bilang isang paraan ng maaasahang pag-iwas sa hindi maibabalik at hindi magagamot na mga sakit sa trabaho - silicosis, pneumoconiosis (atbp.). Samakatuwid, upang mapagkakatiwalaan na maprotektahan ang kalusugan ng mga minero at manggagawa ng mga negosyo sa pagpoproseso ng karbon sa Estados Unidos, ginagamit ang mas epektibong paraan ng sama-samang proteksyon.
Pag-uuri, mga uri
Ang karbon ay nahahati sa makintab, semi-makintab, semi-matte, matte. Bilang isang patakaran, ang mga makintab na uri ng karbon ay mababa ang abo dahil sa hindi gaanong halaga ng mga impurities ng mineral.
Kabilang sa mga istruktura ng organikong bagay ng karbon, 4 na uri (telinite, posttelinite, precolinite, at colinite) ang nakikilala, na mga sunud-sunod na yugto ng isang solong proseso ng agnas ng mga lignin - mga tisyu ng selulusa. Sa mga genetic na grupo ng matigas na karbon, bilang karagdagan sa apat na uri na ito, ang leuptinite coal ay kasama din. Ang bawat isa sa limang genetic na grupo ayon sa uri ng sangkap ng mga microcomponents ng karbon ay nahahati sa kaukulang mga klase.
Mayroong maraming mga uri ng pag-uuri ng karbon: ayon sa komposisyon ng materyal, komposisyon ng petrograpiko, genetic, kemikal-teknolohiya, pang-industriya at halo-halong. Ang mga pag-uuri ng genetic ay nagpapakilala sa mga kondisyon ng akumulasyon ng karbon, tunay at petrographic - ang materyal at petrographic na komposisyon nito, kemikal-teknolohiya - ang kemikal na komposisyon ng karbon, ang mga proseso ng pagbuo at pagproseso ng industriya, pang-industriya - teknolohikal na pagpapangkat ng mga uri ng karbon depende sa mga kinakailangan ng industriya. Ang mga klasipikasyon ng karbon sa mga tahi ay ginagamit upang makilala ang mga deposito ng karbon.
Pang-industriya na pag-uuri ng karbon
Ang pang-industriya na pag-uuri ng matigas na karbon sa mga indibidwal na bansa ay batay sa iba't ibang mga parameter ng mga katangian at komposisyon ng karbon: sa USA, ang matigas na karbon ay inuri ayon sa init ng pagkasunog, ang nilalaman ng nakapirming carbon at ang kamag-anak na nilalaman ng pabagu-bago ng isip na mga sangkap, sa Japan - ayon sa init ng combustion, ang tinatawag na fuel coefficients at ang lakas ng cokes, o inability to coke. Sa USSR, ang tinatawag na pag-uuri ng Donetsk na binuo noong taon ng V.S. Krym ay kumilos bilang pangunahing pag-uuri ng industriya. Minsan ito ay tinatawag na "branded", at sa parehong oras ito ay genetic, dahil ang mga pagbabago sa mga katangian ng karbon na kinuha bilang batayan nito ay sumasalamin sa kanilang koneksyon sa genetic na pag-unlad ng organikong bagay ng karbon.
mga deposito
| Ang bansa | uling | kayumangging karbon | Kabuuan | % |
|---|---|---|---|---|
| USA | 111 338 | 135 305 | 246 643 | 27,1 |
| Russia | 49 088 | 107 922 | 157 010 | 17,3 |
| Tsina | 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 |
| Timog Africa | 48 750 | 48 750 | 5,4 | |
| Ukraine | 16 274 | 17 879 | 34 153 | 3,8 |
| Kazakhstan | 28 151 | 3128 | 31 279 | 3,4 |
| Poland | 14 000 | 14 000 | 1,5 | |
| Brazil | 10 113 | 10 113 | 1,1 | |
| Alemanya | 183 | 6556 | 6739 | 0,7 |
| Colombia | 6230 | 381 | 6611 | 0,7 |
| Canada | 3471 | 3107 | 6578 | 0,7 |
| Czech | 2094 | 3458 | 5552 | 0,6 |
| Indonesia | 740 | 4228 | 4968 | 0,5 |
| Turkey | 278 | 3908 | 4186 | 0,5 |
| Madagascar | 198 | 3159 | 3357 | 0,4 |
| Pakistan | 3050 | 3050 | 0,3 | |
| Bulgaria | 4 | 2183 | 2187 | 0,2 |
| Thailand | 1354 | 1354 | 0,1 | |
| Hilagang Korea | 300 | 300 | 600 | 0,1 |
| New Zealand | 33 | 538 | 571 | 0,1 |
| Espanya | 200 | 330 | 530 | 0,1 |
| Zimbabwe | 502 | 502 | 0,1 | |
| Romania | 22 | 472 | 494 | 0,1 |
| Venezuela | 479 | 479 | 0,1 | |
| Kabuuan | 478 771 | 430 293 | 909 064 | 100,0 |
Ang matigas na karbon ay puro sa Donetsk coal basin at sa Lvov-Volyn coal basin (Ukraine); Karaganda (Kazakhstan); South Yakutsk, Minusinsk, Bureinsky, Tunguska, Lensky, Taymyrsky (Russia); Appalachian, Pennsylvanian (North America), Lower Rhine-Westphalian (Ruhr - Germany); Upper Silesian, Ostrava-Karvinsky (Czech Republic at Poland); Shanxi basin (China), South Welsh basin (Great Britain).
Kabilang sa mga pinakamalaking palanggana ng karbon, ang pag-unlad ng industriya kung saan nagsimula noong ika-18-19 na siglo, ang Central England, South Wales, Scotland at Newcastle (Great Britain) ay napili; Westphalian (Ruhr) at Saarbrücken basin (Germany); mga deposito ng Belgium at Northern France; basin ng Saint-Etienne (France); Silesia (Poland); Donetsk basin (Ukraine).
Edukasyon
Ang karbon ay nabuo mula sa mga produkto ng agnas ng mga organikong labi ng mga halaman na sumailalim sa mga pagbabago (metamorphism) sa ilalim ng mga kondisyon ng mataas na presyon ng nakapalibot na mga bato ng crust ng lupa at medyo mataas na temperatura.
Kapag ang coal-bearing stratum ay nahuhulog sa lalim sa ilalim ng mga kondisyon ng pagtaas ng presyon at temperatura, ang isang pare-parehong pagbabago ng organikong masa ay nangyayari, isang pagbabago sa komposisyon ng kemikal nito, pisikal na mga katangian at molekular na istraktura. Ang lahat ng pagbabagong ito ay tinutukoy bilang "regional coal metamorphism". Sa huling (pinakamataas) na yugto ng metamorphism, ang karbon ay nagiging anthracite na may malinaw na kristal na istraktura ng grapayt. Bilang karagdagan sa rehiyonal na metamorphism, kung minsan (mas madalas) ang mga pagbabagong nagaganap sa ilalim ng impluwensya ng init mula sa mga igneous na bato na matatagpuan sa tabi ng coal-bearing strata (overlying o underlying them) - thermal metamorphism, pati na rin nang direkta sa coal seams - contact metamorphism. Ang pagtaas sa antas ng metamorphism sa organikong bagay ng karbon ay sinusubaybayan ng pare-parehong pagtaas sa kamag-anak na nilalaman ng carbon at pagbaba sa nilalaman ng oxygen at hydrogen. Ang ani ng mga pabagu-bagong sangkap ay patuloy na bumababa (mula 50 hanggang 8% sa mga tuntunin ng dry ash-free na estado), ang init ng pagkasunog, ang kakayahang mag-sinter at ang mga pisikal na katangian ng karbon ay nagbabago din. Sa partikular, ang gloss, reflectivity, bulk density ng karbon at iba pang mga katangian ay nagbabago nang linearly. Iba pang mahahalagang pisikal na katangian (porosity, density, caking, init ng combustion, elastic properties, atbp.) ay nagbabago ayon sa binibigkas na parabolic o mixed laws.
Bilang isang optical criterion para sa yugto ng coal metamorphism, ginagamit ang reflectivity index; ginagamit din ito sa geology ng petrolyo upang itatag ang yugto ng mga pagbabagong catagenic ng sedimentary stratum. Ang reflectivity sa oil immersion (R0) ay patuloy na tumataas mula 0.5–0.65% para sa grade D na karbon hanggang 2–2.5% para sa grade T na karbon.
Ang density at porosity ng karbon ay nakasalalay sa komposisyon ng petrographic, ang dami at likas na katangian ng mga dumi ng mineral, at ang antas ng metamorphism. Ang mga bahagi ng fusinite group ay nailalarawan sa pamamagitan ng pinakamataas na density (1300–1500 kg/m³), at ang pinakamababa (1280–1300 kg/m³) ng vitrinite group. Ang pagbabago sa densidad na may pagtaas sa antas ng metamorphism ay nangyayari sa isang parabolic na batas na may inversion sa zone ng paglipat sa mataba na grupo; sa low-ash manifestations, bumababa ito mula sa coal grade D hanggang grade Zh sa average mula 1370 hanggang 1280 kg/m³ at pagkatapos ay sunod-sunod na tumataas para sa coal grade T hanggang 1340 kg/m³.
Ang kabuuang porosity ng karbon ay nag-iiba din ayon sa matinding batas; para sa Donetsk grade D coal ito ay 14–22%, grade K coal 4–8% at tumataas (marahil dahil sa pagluwag) hanggang 10–15% para sa grade T coal.Ang mga pores sa karbon ay nahahati sa macropores (average diameter 500×10–10 m) at micropores (5–15×10–10 m). Ang puwang ay inookupahan ng mga mesopores. Bumababa ang porosity sa pagtaas ng yugto ng metamorphism. Ang endogenous (nabuo sa panahon ng pagbuo ng karbon), na tinatantya ng bilang ng mga bitak para sa bawat 5 cm ng makintab na karbon, ay nakasalalay sa yugto ng metamorphism ng karbon: ito ay tumataas sa 12 na mga bitak sa panahon ng paglipat ng kayumangging karbon sa mahabang apoy. coal at may maximum na 35–60 para sa coking coal at sunod-sunod na bumababa sa 12–15 crack sa paglipat sa anthracites. Sa ilalim ng parehong pattern ng pagbabago sa nababanat na katangian ng karbon ay Young's modulus, Poisson's ratio, shear (shear) modulus, at ultrasound velocity. Ang mekanikal na lakas ng matigas na karbon ay nailalarawan sa pamamagitan ng pagkadurog, brittleness at katigasan nito, pati na rin ang pansamantalang lakas ng compressive.
Paggamit
Ang matigas na karbon ay ginagamit bilang isang teknolohikal, enerhiya-teknolohiya at hilaw na materyal ng enerhiya, sa paggawa ng coke at semi-coke na may kaugnayan sa paggawa ng isang malaking bilang ng mga produktong kemikal mula sa kanila (naphthalene, phenol, pitch, atbp.), sa batayan kung saan ang mga pataba, plastik, sintetikong hibla, barnis, pintura at iba pa.
Ang isa sa mga pinaka-promising na lugar para sa paggamit ng karbon ay liquefaction (hydrogenation ng karbon) upang makagawa ng likidong gasolina. Mayroong iba't ibang mga scheme para sa hindi-enerhiya na paggamit ng matigas na karbon batay sa thermochemical, kemikal at iba pang pagpoproseso na may layunin ng kanilang buong pinagsamang paggamit at matiyak ang pangangalaga sa kapaligiran.
