زغالسنگ

زغال سنگ
يک ماده جامد قابل احتراق و غير بلورين است که رنگ آن از قهوه اي روشن تا سياه تغيير مي کنند.زغالسنگ از بقاياي گياهان وبوته ها تشکيل شده است .اين ذخيره با ارزش حاصل تغييرات بيولوژيکي مي باشد که شامل افزايش فشار و بالا رفتن دما بر روي گياهان است .
کربن موجود در زغال ‌سنگ به صورت ترکيب‌هاي مختلف آلي از جمله اسيدهاي کربوکسيليک متراکم شده و به صورت ترکيبات آروماتيک با حلقه‌هاي ناجور (که علاوه بر کربن ، شامل هيدروژن ، اکسيژن ، نيتروژن و گوگرد نيز مي‌باشند) در آمده است.

به وجود آمدن زغال سنگ شامل

الف تجمع گیاهان ومواد اولیه به حد وفور

ب تجهیزات فیزیکی وشیمیایی بروی مواد اولیه .شروع فعایت عناصر وتغیر جنس آب  میکروب در این مرحله بر اثر فعالیتباکتری ها وسایر موجودات ذره بینی واثر آب وفرسایش  هوا زده گی تغیراتی در حجم .شکل .رنگ.وجنس مواد اولیه به وجودمیآید وبه اصطلاح مواد تجزیه می شود  وبرای تبدیل شدن به مواد معدنی کربن وهیدروژن دار که همان زغال سنگ است آمادهمی شوند

ج دگرگونی یا متامرفیزم دراین حالت مواد اولیه زغال سنگ درزیر رسوبات بادی قرار می گیرند ودر اثر فسار لایه های بالای دمایشان بسیار بالا می رود ومواد درونشان به مولکول های جدیدی تبدیل می شود گه با توجه به درجه ی حرارت وفشار به انواع مختلفی زغال سنگ تبدیل می شود وزغال ها ممکن است ب ه شکل یک یاچند لنز{عدسی}وبه شکل لایه ی تشکیل می شوند .

خصوصيات زغالسنگ شامل جلاي تيره ، چگالي 1 تا8/1،سختي 5/0تا 5/2،ترد، داراي سطح شکست ناهموار تا صدفي
براي اينکه ثابت شود که زغال از بقاياي گياهان است توجه وجود ساخت هاي ارگانيکي در زغال و سريهاي کاملا مشخص زغالي که با چوب آغاز و به آنتراسيت ختم مي شود هيچ ترديدي را براي منشاء گياهي زغال باقي نمي گذارد .
کربن موجود در زغال ‌سنگ به صورت ترکيب‌هاي مختلف آلي متراکم مي شود که مي توان اسيد هاي کربوکسيليک و ترکيبات آروماتيک رانام برد که علاوه برکربن داراي هيدروژن – اکسيژن – نيتروژن – گوگرد نيز مي باشند
زغالسنگ را با توجه به خواص فيزيکي و درجه از جمله ميزان خاکستر – کربن وغيره طبقه بندي مي کنند .زغال سنگ به طور عمده از کربن – اکسيژن – هيدروژن ساخته مي شود در هنگام نزديک شدن به ترکيب مرغوب و عيار بالااز ميزان موجوديت اکسيژن و هيدروژن کاسته مي شود .
زغال سنگ، اعم از اينکه آن را درگروه ليگنيت،زغال سنگ نيمه قيري- زغال سنگ قيري، يا آنتراسيت تقسيم کنيم قبل از هر چي به عنوان سوخت مصرف مي شود.زغال سنگي که براي مصرف هاي گرمايشي معمولي بيش از حد نرم است،با فشرده شدن به کمک مقداري قير،به عنوان چسب و تبديل به خشته يا گُندُله- سوخت مفيدي را بدست ميدهد.وقتي پودر زغال سنگ را با هوا مخلوط کنيم و به داخل کوره بدميم،به خوبي نفت ميسوزد.
آنتراسيت

اين نوع زغال سنگ خود به انواع زير تقسيم مي‌شود:
متا آنتراسيت : داراي 98درصد کربن ثابت و 2درصد مواد فرار است. اين نوع زغال سنگ به ندرت يافت مي‌شود و کارايي سوختي ندارد.
آنتراسيت : داراي 92 تا 91 درصد کربن ثابت و 2 تا 8 درصد مواد فرار با رنگ خاکستري است و با شعله آبي کم رنگ کوتاه همراه با بو مي‌سوزد. از سوختن آن کک تشکيل نمي‌شود. ارزش سوختي آن از سمي‌آنتراسيت و يا زغال سنگ قيري مرغوب کمتر است.
سمي‌آنتراسيت : داراي 86 تا 92 درصد کربن ثابت و 8 تا 14 درصد مواد فرار است. به دليل افزايش درصد مواد فرار در آن ، با شعله کوتاه زرد رنگ مي‌سوزد و چون سريعتر از آنتراسيت مي‌سوزد، داراي کارايي و مصرف سوختي بيشتري است.
زغال سنگ‌هاي قيري
زغال سنگ قيري با فراريت کم : داراي 76 تا 78 درصد کربن ثابت و 14 تا 22 درصد مواد فرار است و ودر هنگام سوختن دود توليد نمي کند .
زغال سنگ قيري با فراريت متوسط : داراي 69 تا 78 درصد کربن ثابت و 22 تا 31 درصد مواد فرار است، وبدون دود مي سوزد.
• زغال سنگ قيري با فراريت بالا (A) : داراي توان گرمايي mi 14.8 است.
• زغال سنگ قيري با فراريت بالا (B) : داراي توان گرمايي mi 13.7 است.
• زغال سنگ قيري با فراريت بالا (C) : داراي توان گرمايي mi 12.1 است.

زغال سنگ پست ( ليگنيت سياه )
اين نوع زغال سنگ نيز به سه دسته با توان گرمايي بين 8.8 mi تا mi 12.1 تقسيم مي‌شود و گاهي «ليگنيت سياه» ناميده مي‌شود.
زغال سنگ شيار
اين نوع زغال سنگ داراي مواد فرار و هيدروژن زياد است و چگالي 1.2 الي 1.3 گرم بر سانتي متر مکعب دارد ودر هنگام سوختن داراي شعله هاي بلند و دماي زياد است . يکي از خصوصياتي که اين نوع زغال دارد اين است که داراي بافتي منظم و دانه اي است که در ديگر زغال ها وجود ندارد .
ليگنيت
اين نوع زغال سنگ به دو دسته – يکي گروه ليگنيتي و ديگري گروه زغال سنگ قهوه‌اي تقسيم مي‌شود.خصوصيات فيزيکي هردو دسته اعم از فيزيکي – شيميايي و رنگ بسيار به هم نزديک است . توان گرمايي ليگنيت‌ها کمتر از 8.8mi است.
کاربرد هاي زغالسنگ
استفاده به عنوان سوخت در نيروگاه‌هاي حرارتي مولد برق ، در توليد بخار توسط توربين‌هاي بخار در کارخانجات صنعتي ، راه‌آهن و در کشتي‌ها و نيز به صورت سوخت خانگي در برخي از کشورها استفاده مي‌شود. تقريبا 87% زغال سنگ جهان براي توليد گرما و ديگر انواع انرژي‌هاي مربوطه سوزانيده مي‌شود. بديهي است که ضمن سوختن زغال سنگ فرآورده‌هاي جنبي مانند گازهاي سوختني ، زغال کک و قطران نيز بدست مي‌آيد. بايد توجه داشت که در برخي از کشورهاي جهان ، قسمتي از گازهاي سوختي شهري از زغال سنگ تهيه مي‌شود.براي اين منظور ، زغال سنگ را با جرياني از بخار آب و اکسيژن در فشار 20 تا 30 اتمسفر مجاور مي‌کنند. در اين عمل قسمتي از زغال سنگ در مجاورت با بخار آب و اکسيژن به هيدروژن و منوکسيد کربن تبديل مي‌شود. بعد ، اين فرآورده‌هاي گازي را در مجاورت کاتاليزور آهن به هيدروکربن و يا بوسيله کاتاليزور روي و مس به متيل الکل تبديل مي‌کنند. علاوه بر مصارف سوختي ، از زغال سنگ در تهيه بسياري از مواد مفيد و مهم آلي و غيرآلي استفاده مي‌شود که عمدتا از تقطير قطران حاصل از پيروليز زغال سنگ و يا مواد جامد باقي مانده از عمل پيروليز تهيه مي‌شود.

– مصرف زغال سنگ در زمينه توليد برق رو به افزايش است.در ايالات متحده تعداد مولد هاي برقي که با زغال سنگ کار ميکنند،از مولدهايي که با همه ي انواع ديگر سوختهاي فسيلي يا انرژي هسته اي،نيروي آب يا ترکيبي از انرژي هاي جايگزين کار ميکنند،بيشتر است.درحقيقت مولدهاي برق زغال سنگ سوز بيش از 50درصد کل برق ايالات متحد را توليد و بيش از 90 درصد مجموع زغال سنگ کشور را مصرف ميکنند.

– زغال کُک : مقداري از زغال سنگ را براي توليد سوخت جامدي بنام زغال کُک مصرف ميکنند.اين ماده با حرارت دادن انواع ويژه اي از زغال سنگ قيري در کوره هايي که هوا به آنها راهي ندارد توليد ميشود.اجزاي فرِّارتر زغال سنگ،از قبيل رطوبت،قطران ها و گازها از آن خارج ميشود.ماده جامدي که بر جا مي ماند و متشکل از کربن تثبيت شده و خاکستر است،زغال کک نام دارد.زغال کُک را به مقدار زياد به عنوان سوخت براي ذوب کانه ها در کوره هاي بلند مصرف مي کنند.براي توليد زغال ککي که بتواند 1 تُن فولاد توليد کند،تقريبا 1 تن زغال سنگ لازم است.

– گازهاي سوختي: گازهاي سوختي موسوم به گاز آب کربوري شده را اززغال سنگ ميگيرند.براي تشکيل گازمولد،جريان پيوسته ي هوا را با مقدار کمي بخار از ميان زغال کُک يا زغال سنگ عبور ميدهند. بيش از نيمي از گاز مولد ، نيتروژن است و هيدروژن و منواکسيدکربن هم در آن وجود دارد.از گاز مولد که بهره ي حرارتي کمي دارد در فرايندهاي صنعتي گوناگوني،از جمله در کک سازي استفاده ميکنند.

– براي تشکيل گاز آب که گاهي آنرا گاز آبي هم ميخوانند،جرياني از هوا را از بستر مواد سوختي متشکل از زغال کک يا زغال سنگ ميگذرانند، به طوري که از شدت داغي به دماي نور سفيد ميرسد.وقتي بخار را از درون گاز بگذرانند،مخلوطي از منو اکسيدکربن، هيدروژن و کربن دي اکسيد توليد ميشود.آن گاه هوا را دوباره از بستر سوخت عبور ميدهند و چرخه را به طور کامل تکرار ميکنند.ارزش حرارتي گاز آب بيش از دو برابر گاز مولد است. براي ارزش حرارتي آن را از اين هم بالاتر ببرند،آنرا با گاز نفت،که از نفت گرفته ميشود غني ميکنند و گاز آب کربوري شده را پديد مي آورند.گاز آب کربوري شده سوختي بسيار کارا است که بطور گسترده در بسياري از سامانه هاي خدمات شهري مصرف ميشود.

– سوخت مايع: زغال سنگ را ميتوان به چندين روش ،که دوتاي آنها در آلمان ابداع شده،به سوخت مايع تبديل کرد.در فرايند هيدروژن زني برگيوس،پودر زغال سنگ شناور در نفت را تا دماي حدود 450درجه سانتي گراد حرارت ميدهند.ماده معلق را در حضور کاتاليست،به واکنش با گاز هيدروژن وا ميدارند.از اين فرايند ميتوان براي توليد نفت سوختي و بنزين استفاده کرد. فرايند هيدروژن زني برگيوس چندين گاز هيدروکربني و مواد اوليه شيميايي مهم،از قبيل بنزن،آنيلين و نفتالين را هم به دست ميدهد.

– مصرف هاي ديگرآنتراسيت: آنتراسيت،علاوه بر مصرفش به عنوان سوخت گرمايشي،چندين کاربرد مهم ديگر هم دارد.به طور نمونه،آنتراسيت به منزله ي صافي آب و فاضلاب بر شن برتري دارد.اگر خاکستر زغال آنتراسيت را به زمين کشاورزي اضافه کنيم،کود خوبي خواهد بود که مواد کاني لازم را به زمين ميرساند و نفوذ آب در ريشه ي گياهان را آسانتر ميسازد.فضولات آنتراسيت را که با سنگ آهک مخلوط کنند و بسوزانند ميتوان پشم سرباره توليد کرد.اين مخلوط در برابر گرما يا سرماي فوق العاده زياد عايقي بي نظير است.

– فرآورده هاي شيميايي زغال سنگ : زغال سنگ يکي از مهم ترين منابع براي تهيه ي مواد اوليه شيميايي است.قطران ها و گازهاي حاصل از فرايند کُک سازي در کوره محصول جنبي را غالبا به واحدهاي آماده سازي ويژه منتقل ميکنند.اين مواد را در آنجا ميتوان فراوري کرد و به گاز سوختي،آمونياک و قطران زغال سنگ مبدل ساخت.آمونياک را ميتوان با اسيد سولفوريک ترکيب کرد و سولفات آمونيم را که کودي با ارزش است فراهم آورد.قطران زغال سنگ ارزشمند ترين محصول جنبي کوره کُک سازي است.پس از آنکه قطران خشک شد،آنرا گرم و تقطير ميکنند . بخار حاصل را به مايع تبديل ميکنند و تعدادي روغن با چگالي هاي متفاوت بدست مي آورند.اين روغن ها که به مواد خام قطران زغال سنگ شهرت دارند،بنزن،تولوئن، نفتالين،آنتراسن ،فنول و کروزول را شامل ميشود.بازمانده فرايند تقطير مايعي تيره و لخته مانند بنام قير است که از آن محوطه سازي،بام سازي و آب بندي استفاده ميکننداگر آنرا با تکه هاي ريز دانه زغال سنگ مخلوط کنند،به شکل خشته در مي آيد که مي توان به عنوان سوخت بکار برد.قير در عايق کاري هم مصرف ميشود.
از بنزن،تولوئن،نفتالين و ساير مواد شيميايي قطران زغال سنگ مي توان استفاده هاي ديگري نيز کرد.از جمله توليد مواد منفجره اي چون تري نيتروتولوئن و اسيد پيريک.علاوه بر اين از فراورده هاي زغال سنگ انواع رنگها،عطرها و طعم دهنده ها نيز استفاده مي شود و آنها را به منزله پايه مواد پلاستيکي به کار مي برند.آنها را همچنين به پارچه،ورقه هاي بام پوش،مواد ضد بيد، و ثبوت عکاسي ،رنگ،پلاستيک مصنوعي،ساخارين شيرين کننده،کروزوت براي حفاظت از الوار،اسيد بنزوئيک براي نگهداري مواد غذايي و تعدادي حشره کش،آفت کش و سم تبديل ميکنند.
پزشکي به شدت وام دار مواد شيميايي حاصل از قطران است.از اين مواد فراورده هاي باارزشي چون ويتامين ها ،داروهاي ضد عفوني کننده،آسپرين و نووکائين را ميگيرند.مواد شيميايي ناشي از قطران زغال سنگ، مؤلفه اصلي داروهاي سولفاسيدي و نيز آتابرين هم هست که در درمان مالاريا مصرف دارند.
اما با توجه به اين مقدار خاصيت و مصرف زغالسنگ در صنعت و زندگي روزمره تنها عيب عمده اي زغال آلودگي هاي زيست محيطي است .
اما طبق نظريه کارشناسان که در حوزه زغالسنگ فعاليت دارند بهترين راه براي استفاده از اين ماده با ارزش جهت به حداقل رساندن آلودگي هاي زيست محيطي و نهايت بهره وري بايد آنرا به نفت و گاز طبيعي تبديل کرد.