تقدم هذه المقالة معلومات حول صخرة رسوبية مثيرة للاهتمام ، وهي مصدر ذو أهمية اقتصادية كبيرة. هذا الصنف المدهش في تاريخه يسمى "الفحم". تعليمه ممتع للغاية. وتجدر الإشارة إلى أنه على الرغم من حقيقة أن هذه الصخرة تشكل أقل من واحد في المائة من جميع الصخور الرسوبية الموجودة على الأرض ، إلا أنها ذات أهمية كبيرة في العديد من مجالات الحياة البشرية.
معلومات عامة
كيف تم تشكيل الفحم؟ يتضمن تكوينه العديد من العمليات التي تحدث في الطبيعة.
ظهر الفحم على الأرض منذ حوالي 350 مليون سنة. ببساطة ، حدث الأمر بالطريقة التالية. جذوع الأشجار ، التي سقطت في الماء مع النباتات الأخرى ، شكلت تدريجياً طبقات ضخمة من الكتلة العضوية غير المتحللة. لم يسمح الوصول المحدود للأكسجين لهذه الفوضى بالتحلل والتعفن ، والتي غرقت تدريجياً تحت ثقلها بشكل أعمق وأعمق. لفترة طويلة وبسبب إزاحة طبقات قشرة الأرض ، ذهبت هذه الطبقات إلى عمق كبير ، حيث تم تحويل هذه الكتلة إلى فحم تحت تأثير درجات الحرارة المرتفعة والضغط العالي.
أدناه سوف نلقي نظرة فاحصة على كيفية ظهور الفحم ، والذي يعتبر تكوينه مثيرًا للاهتمام وفضوليًا للغاية.
أنواع الفحم
رواسب الفحم الحديثة في العالم تنتج أنواع مختلفةالفحم الصلب:
1. أنثراسيت. هذه هي أصعب الأصناف ، يتم استخراجها من أعماق كبيرة ولها أعلى درجة حرارة احتراق.
2. الفحم. يتم استخراج العديد من أصنافها بطريقة مفتوحة وفي المناجم. هذا النوع هو الأكثر شيوعًا في مجالات النشاط البشري.
3. الفحم البني. هذا هو أصغر الأنواع التي تشكلت من بقايا الخث ولها أدنى درجة حرارة احتراق.
تحدث جميع أشكال الفحم المدرجة في طبقات ، وتسمى أماكن تراكمها أحواض الفحم.
نظريات منشأ الفحم
ما هو الفحم الصلب؟ ببساطة ، هذه الصخور الرسوبية هي النباتات المتراكمة والمضغوطة والمعالجة بمرور الوقت.
هناك نوعان من النظريات ، وأكثرها شعبية هي تلك التي يتبناها العديد من الجيولوجيين. وهي كالتالي: النباتات التي يتكون منها الفحم المتراكم في مستنقعات كبيرة من الخث أو المياه العذبة لآلاف السنين. هذه النظريةيفترض نمو الغطاء النباتي في مكان اكتشاف الصخور ويسمى "أصلي".
تعتمد نظرية أخرى على حقيقة أن طبقات الفحم المتراكمة من النباتات المنقولة من أماكن أخرى ، والتي ترسبت في موقع جديد تحت ظروف الفيضانات. بمعنى آخر ، نشأ الفحم النباتي من بقايا النبات المنقولة. النظرية الثانية تسمى allochthonous.
في كلتا الحالتين ، مصدر تكوين الفحم هو النباتات.
لماذا هذا الحجر على النار؟
أساسي عنصر كيميائيفي الزاوية مع خصائص مفيدة، - كربون.
اعتمادًا على ظروف التكوين والعمليات وعمر اللحامات ، تحتوي كل رواسب الفحم على النسبة المئوية الخاصة بها من الكربون. يحدد هذا المؤشر جودة الوقود الطبيعي ، حيث أن مستوى انتقال الحرارة يرتبط ارتباطًا مباشرًا بكمية الكربون المؤكسد أثناء الاحتراق. كلما زادت القيمة الحرارية لصخرة معينة ، كلما كانت أكثر ملاءمة كمصدر للحرارة والطاقة.
ما هو الفحم بالنسبة للناس في جميع أنحاء العالم؟ بادئ ذي بدء ، إنه أفضل وقود مناسب لمختلف مجالات الحياة.
حول الحفريات في الفحم
لا تدعم أنواع النباتات الأحفورية الموجودة في الفحم نظرية المنشأ الأصلية. لماذا؟ على سبيل المثال ، يمكن أن تنمو الطحالب والسراخس العملاقة ، المميزة لرواسب الفحم في ولاية بنسلفانيا ، في ظروف المستنقعات ، بينما تفضل النباتات الأحفورية الأخرى من نفس الحوض (الشجرة الصنوبرية أو ذيل الحصان العملاق ، إلخ) التربة الجافة أكثر من أماكن المستنقعات. اتضح أنه تم نقلهم بطريقة ما إلى هذه الأماكن.
كيف نشأ الفحم؟ التعليم في الطبيعة مذهل. غالبًا ما توجد الحفريات البحرية في الفحم: الرخويات والأسماك وذراعيات الأرجل (أو ذوات الأرجل). تحتوي طبقات الفحم أيضًا على كرات من الفحم (كتل دائرية مجعدة من النباتات والحيوانات الأحفورية المحفوظة تمامًا ، بما في ذلك البحرية). على سبيل المثال ، عادة ما توجد دودة البحر الصغيرة مرتبطة بالنباتات في الفحم في أمريكا الشمالية وأوروبا. هم ينتمون إلى العصر الكربوني.
يشير تواجد الحيوانات البحرية التي تتخللها نباتات غير بحرية في الصخور الرسوبية بالفحم إلى أنها اختلطت في عملية الانتقال. حدثت عمليات مذهلة وطويلة في الطبيعة قبل تشكيل الفحم أخيرًا. يؤكد تشكيلها بهذه الطريقة على النظرية الخلقية.
اكتشافات مذهلة
أكثر الاكتشافات إثارة للاهتمام في طبقات الفحم هي جذوع الأشجار ، الكاذبة عموديًا. غالبًا ما يعبرون طبقات ضخمة من الصخور بشكل عمودي على طبقة الفحم. غالبًا ما توجد الأشجار في مثل هذا الوضع المستقيم في طبقات مرتبطة برواسب الفحم ، وغالبًا ما توجد في الفحم نفسه. يرى الكثيرون حول حركة جذوع الأشجار.
والشيء المذهل هو أن الرواسب كان يجب أن تتراكم بسرعة كبيرة لتغطية هذه الأشجار قبل أن تتدهور (تتعفن) وتسقط.
هذه هي جميلة قصة مثيرة للاهتمامتشكيل صخرة تسمى الفحم. يعد تكوين مثل هذه الطبقات في أحشاء الأرض سببًا لمزيد من البحث بحثًا عن إجابات للعديد من الأسئلة.
أين الكتل في الفحم؟
بديع ميزة خارجيةالفحم هو محتوى الكتل الضخمة فيه. تم العثور على هذه الكتل الكبيرة في طبقات الفحم للعديد من الرواسب لأكثر من مائة عام. كان متوسط وزن 40 قطعة تم جمعها من حقل الفحم في ولاية فرجينيا الغربية حوالي 12 رطلاً ، وأكبرها 161 رطلاً. علاوة على ذلك ، كان العديد منهم من الصخور المتحولة أو البركانية.
اقترح الباحث برايس أنه كان من الممكن أن يسافروا إلى حقل الفحم في فيرجينيا من بعيد ، لينسجوا في جذور الأشجار. ويدعم هذا الاستنتاج أيضًا النموذج الخَطْنِي لتكوين الفحم.
خاتمة
تثبت العديد من الدراسات صحة النظرية الخلقية لتكوين الفحم: وجود بقايا الحيوانات والنباتات البرية والبحرية يعني حركتها.
أظهرت الدراسات أيضًا أن تحول هذه الصخرة لا يتطلب وقتًا طويلاً (ملايين السنين) من التعرض للضغط والحرارة - ويمكن أيضًا أن تتشكل نتيجة التسخين السريع. والأشجار الموجودة عموديًا في رواسب الفحم تؤكد التراكم السريع إلى حد ما لمخلفات الغطاء النباتي.
أنثراسايت هو أقدم الفحم الأحفوري ، والفحم هو الأكثر درجة عاليةالائتلاف.
يتميز بالكثافة العالية واللمعان. يحتوي على 95٪ كربون. يتم استخدامه كوقود صلب عالي السعرات الحرارية (القيمة الحرارية 6800-8350 كيلو كالوري / كجم).
فحم
فحم- الصخور الرسوبية ، وهي نتاج تحلل عميق لبقايا النباتات (سرخس الأشجار ، وذيل الحصان ، وطحالب الندى ، وكذلك عاريات البذور الأولى). تشكلت معظم رواسب الفحم في حقب الحياة القديمة ، في الغالب في العصر الكربوني ، منذ حوالي 300-350 مليون سنة.
بواسطة التركيب الكيميائيالفحم عبارة عن خليط من المركبات العطرية متعددة الحلقات ذات الوزن الجزيئي العالي مع نسبة عالية من الكربون ، بالإضافة إلى الماء والمواد المتطايرة بكميات صغيرة من الشوائب المعدنية ، والتي تشكل الرماد عند حرق الفحم. تختلف أنواع الفحم الأحفوري عن بعضها البعض في نسبة مكوناتها ، والتي تحدد حرارة الاحتراق. عدد من المركبات العضوية التي يتكون منها الفحم لها خصائص مسرطنة. محتوى الكربون في الفحم الصلب ، اعتمادًا على درجته ، يتراوح من 75٪ إلى 95٪.
الفحم البني
الفحم البني- الفحم الأحفوري الصلب ، المكون من الخث ، يحتوي على 65-70٪ كربون ، ولونه بني ، أصغر أنواع الفحم الأحفوري. يتم استخدامه كوقود محلي ، وكذلك مادة خام كيميائية.
تشكيل الفحم
من أجل تكوين الفحم ، من الضروري التراكم الوفير لكتلة النبات. في مستنقعات الخث القديمة ، بدءًا من العصر الديفوني ، تراكمت المواد العضوية، والتي تشكلت من الفحم الأحفوري دون الوصول إلى الأكسجين. يعود تاريخ معظم رواسب الفحم الأحفوري التجارية إلى هذه الفترة ، على الرغم من وجود رواسب أصغر أيضًا. يقدر عمر أقدم أنواع الفحم بحوالي 350 مليون سنة.
يتكون الفحم عندما تتراكم المواد النباتية المتعفنة بشكل أسرع مما يمكن أن تتحلل جرثوميًا. يتم إنشاء بيئة مثالية لهذا في المستنقعات ، حيث المياه الراكدة ، المستنفدة في الأكسجين ، تمنع النشاط الحيوي للبكتيريا وبالتالي تحمي الكتلة النباتية من التدمير الكامل. في مرحلة معينة من العملية ، تمنع الأحماض التي يتم إطلاقها أثناء العملية المزيد من النشاط البكتيري. هذه هي الطريقة الجفت- المنتج الأولي لتشكيل الفحم. إذا تم دفنها تحت رواسب أخرى ، فإن الخث يتعرض للضغط ، وفقدان الماء والغازات ، يتم تحويله إلى فحم.
تحت ضغط طبقات من الرواسب بسمك 1 كم ، يتم الحصول على طبقة من الفحم البني بسمك 4 أمتار من طبقة من الجفت بطول 20 مترًا. إذا وصل عمق دفن المواد النباتية إلى 3 كيلومترات ، فإن نفس طبقة الخث ستتحول إلى طبقة من الفحم بسمك 2 متر. على عمق أكبر ، حوالي 6 كيلومترات ، وعند درجة حرارة أعلى ، تصبح طبقة من الجفت بطول 20 مترًا طبقة من الأنثراسايت بسمك 1.5 متر.
ثبت احتياطيات الفحم
| بلد | فحم | الفحم البني | المجموع | % |
|---|---|---|---|---|
| الولايات المتحدة الأمريكية | 111338 | 135305 | 246643 | 27,1 |
| روسيا | 49088 | 107922 | 157010 | 17,3 |
| الصين | 62200 | 52300 | 114500 | 12,6 |
| الهند | 90085 | 2360 | 92445 | 10,2 |
| الاتحاد الاسترالي | 38600 | 39900 | 78500 | 8,6 |
| جنوب أفريقيا | 48750 | 0 | 48750 | 5,4 |
| كازاخستان | 28151 | 3128 | 31279 | 3,4 |
| أوكرانيا | 16274 | 17879 | 34153 | 3,8 |
| بولندا | 14000 | 0 | 14000 | 1,5 |
| البرازيل | 0 | 10113 | 10113 | 1,1 |
| ألمانيا | 183 | 6556 | 6739 | 0,7 |
| كولومبيا | 6230 | 381 | 6611 | 0,7 |
| كندا | 3471 | 3107 | 6578 | 0,7 |
| التشيكية | 2094 | 3458 | 5552 | 0,6 |
| إندونيسيا | 740 | 4228 | 4968 | 0,5 |
| ديك رومى | 278 | 3908 | 4186 | 0,5 |
| مدغشقر | 198 | 3159 | 3357 | 0,4 |
| باكستان | 0 | 3050 | 3050 | 0,3 |
| بلغاريا | 4 | 2183 | 2187 | 0,2 |
| تايلاند | 0 | 1354 | 1354 | 0,1 |
| كوريا الشمالية | 300 | 300 | 600 | 0,1 |
| نيوزيلندا | 33 | 538 | 571 | 0,1 |
| إسبانيا | 200 | 330 | 530 | 0,1 |
| زيمبابوي | 502 | 0 | 502 | 0,1 |
| رومانيا | 22 | 472 | 494 | 0,1 |
| فنزويلا | 479 | 0 | 479 | 0,1 |
| المجموع | 478771 | 430293 | 909064 | 100,0 |
الفحم في روسيا
أنواع الفحم
في روسيا ، اعتمادًا على مرحلة التحول ، يميزون: الفحم البني والفحم الأسود والأنثراسيت والجرافيت. ومن المثير للاهتمام ، أن هناك تصنيفًا مختلفًا بعض الشيء في الدول الغربية: على التوالي ، الليغنيت ، والفحم شبه القار ، والفحم القاري ، والأنثراسيت والجرافيت.
- الفحم البني. تحتوي على الكثير من الماء (43٪) وبالتالي فهي ذات قيمة منخفضة من السعرات الحرارية. بالإضافة إلى أنها تحتوي على عدد كبير من المواد المتطايرة (تصل إلى 50٪). تتشكل من المخلفات العضوية الميتة تحت ضغط الحمل وتحت تأثير درجات الحرارة المرتفعة على أعماق تصل إلى كيلومتر واحد.
- الفحم الحجري. تحتوي على ما يصل إلى 12٪ رطوبة (3-4٪ داخلية) ، وبالتالي فهي ذات قيمة حرارية أعلى. تحتوي على ما يصل إلى 32٪ من المواد المتطايرة ، بسبب اشتعالها جيدًا. يتكون من الفحم البني على أعماق حوالي 3 كيلومترات.
- أنثراسيت. تقريبا بالكامل (96٪) تتكون من الكربون. لديهم أعلى قيمة من السعرات الحرارية ، لكنها تشتعل بشكل سيئ. تتشكل من الفحم مع زيادة الضغط ودرجة الحرارة على أعماق حوالي 6 كيلومترات. تستخدم بشكل رئيسي في الصناعة الكيميائية
تاريخ تعدين الفحم في روسيا
يعود تشكيل صناعة الفحم في روسيا إلى الربع الأول من القرن التاسع عشر ، عندما تم اكتشاف أحواض الفحم الرئيسية بالفعل.
ديناميات أحجام إنتاج الفحم الأحفوري في الإمبراطورية الروسيةتستطيع رؤيتها.
احتياطيات الفحم في روسيا
تمتلك روسيا 5.5٪ (لماذا هذا الاختلاف مع النسبة المئوية لاحتياطيات الفحم المؤكدة لعام 2006؟ - لأن معظمها غير مناسب للتنمية - سيبيريا والتربة الصقيعية) من احتياطيات الفحم العالمية ، والتي تزيد عن 200 مليار طن. من هذه ، 70 ٪ من احتياطيات الليغنيت.
- في عام 2004 ، تم استخراج 283 مليون طن من الفحم في روسيا. تم تصدير 76.1 مليون طن.
- في عام 2005 ، تم استخراج 298 مليون طن من الفحم في روسيا. تم تصدير 79.61 مليون طن.
في روسيا في عام 2004 كان هناك نقص في درجات فحم الكوك Zh و K بمبلغ لا يقل عن 10 ملايين طن (تقدير VUHIN) ، والذي كان بسبب تقاعد منشآت التعدين في Vorkuta و Kuzbass.
أكبر الودائع الواعدة
حقل إلغا(سخا). ينتمي إلى OAO Mechel. يقع أكثر الأشياء الواعدة للتطوير المفتوح في جنوب شرق جمهورية ساخا (ياقوتيا) ، على بعد 415 كم شرق مدينة نيريونغري. تبلغ مساحة الوديعة 246 كيلومترًا مربعًا. الوديعة عبارة عن طية غير متماثلة عضدية لطيفة. رواسب العصر الجوراسي العلوي والطباشيري السفلي حاملة للفحم. تنحصر طبقات الفحم الرئيسية في رواسب Neryungri (6 طبقات ، سمك 0.7-17 متر) و Undyktan (18 طبقة ، سمك 0.7-17 متر أيضًا). تتركز معظم موارد الفحم في أربع طبقات y4 ، y5 ، n15 ، n16 ، وعادة ما تكون ذات بنية معقدة. يتكون الفحم في الغالب من شرائط عدسية شبه لامعة وتحتوي على نسبة عالية جدًا من المكون الأكثر قيمة - الفيترينيت (78-98٪). وفقًا لدرجة التحول ، تنتمي الفحم إلى المرحلة الثالثة (الدهون). درجة الفحم Zh ، المجموعة 2Zh. الفحم متوسط وعالي الرماد (15-24٪) ، منخفض الكبريت (0.2٪) ، منخفض الفوسفور (0.01٪) ، تلبيد جيد (Y = 28-37 مم) ، ذو قيمة حرارية عالية (28 ميجا جول / كلغ). يمكن تخصيب فحم Elga وفقًا لأعلى المعايير العالمية والحصول على فحم الكوك للتصدير عالي الجودة. يمثل الرواسب طبقات سميكة (تصل إلى 17 مترًا) مسطحة مع رواسب ثقيلة بسماكة صغيرة (نسبة التحميل الزائد - حوالي 3 أمتار مكعبة لكل طن من الفحم الخام) ، وهو أمر مفيد جدًا لتنظيم التعدين في حفرة مكشوفة.
أكبر إيداع(Tyva) لديها احتياطيات تبلغ حوالي 1 مليار طن من فحم الكوك من العلامة التجارية النادرة "Zh" (إجمالي الاحتياطيات تقدر بنحو 20 مليار طن). يقع 80٪ من الاحتياطيات في طبقة واحدة بسماكة 6.4 متر (تعمل أفضل المناجم في كوزباس في طبقات بسمك 2-3 متر ، في فوركوتا يتم استخراج الفحم من طبقات أرق من 1 متر). بعد الوصول إلى الطاقة التصميمية بحلول عام 2012 ، من المتوقع أن تنتج شركة Elegest 12 مليون طن من الفحم سنويًا. تعود ملكية ترخيص تطوير فحم Elegest إلى شركة Yenisei Industrial ، وهي جزء من شركة United Industrial Corporation (OPK). في 22 مارس 2007 ، وافقت اللجنة الحكومية للمشاريع الاستثمارية في الاتحاد الروسي على تنفيذ مشاريع البناء خط السكة الحديدية"Kyzyl-Kuragino" بالتزامن مع تطوير قاعدة الموارد المعدنية لجمهورية توفا.
أكبر منتجي الفحم الروس
تغويز الفحم
يرتبط هذا الاتجاه لاستخدام الفحم بما يسمى بالاستخدام "غير للطاقة". نحن نتحدث عن معالجة الفحم إلى أنواع أخرى من الوقود (على سبيل المثال ، في غاز قابل للاحتراق ، وفحم الكوك متوسط الحرارة ، وما إلى ذلك) ، قبل أو مصاحبة لإنتاج الطاقة الحرارية منه. على سبيل المثال ، في ألمانيا خلال الحرب العالمية الثانية ، تم استخدام تقنيات تغويز الفحم بنشاط لإنتاج وقود المحرك. في جنوب إفريقيا ، في مصنع SASOL ، باستخدام تقنية التغويز الطبقي تحت الضغط ، تم تنفيذ التطورات الأولى أيضًا في ألمانيا في 30-40s من القرن العشرين ، ويتم حاليًا إنتاج أكثر من 100 نوع من المنتجات من اللون البني فحم. (تُعرف عملية التغويز هذه أيضًا باسم "عملية Lurgi".)
في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية ، تم تطوير تقنيات تغويز الفحم ، على وجه الخصوص ، بنشاط في معهد البحث والتصميم لتطوير حوض الفحم Kansk-Achinsk (KATEKNIIugol) من أجل زيادة كفاءة استخدام الفحم البني Kansk-Achinsk. طور موظفو المعهد عددًا من التقنيات الفريدة لمعالجة الفحم البني والأسود منخفض الرماد. قد تكون هذه الأنواع من الفحم عرضة للتأثر معالجة تكنولوجيا الطاقةفي منتجات قيمة مثل فحم الكوك بدرجة حرارة متوسطة، قادرة على العمل كبديل لفحم الكوك الكلاسيكي في عدد من العمليات المعدنية ، غاز قابل للاشتعال، مناسب ، على سبيل المثال ، للاحتراق في غلايات الغاز كبديل للغاز الطبيعي ، و غاز التوليف، والتي يمكن استخدامها في إنتاج الوقود الهيدروكربوني الاصطناعي. يعطي احتراق الوقود الذي يتم الحصول عليه نتيجة المعالجة التكنولوجية للطاقة للفحم مكسبًا كبيرًا من حيث الانبعاثات الضارة بالنسبة إلى احتراق الفحم الأصلي.
بعد انهيار الاتحاد السوفياتي ، تمت تصفية KATEKNIIugol ، وأنشأ موظفو المعهد ، الذين شاركوا في تطوير تقنيات تغويز الفحم ، مشاريعهم الخاصة. في عام 1996 ، تم بناء مصنع لمعالجة الفحم وتحويله إلى غاز ماص وقابل للاحتراق في كراسنويارسك (إقليم كراسنويارسك ، روسيا). يعتمد المصنع على التكنولوجيا الحاصلة على براءة اختراع لتغويز الفحم متعدد الطبقات مع انفجار مقلوب (أو العملية العكسية لتغويز الفحم الطبقي). هذا المصنع لا يزال قيد التشغيل. نظرًا للمؤشرات المنخفضة بشكل استثنائي للانبعاثات الضارة (مقارنة بتقنيات احتراق الفحم التقليدية) ، فهي تقع بحرية بالقرب من وسط المدينة. في وقت لاحق ، على أساس نفس التكنولوجيا ، تم أيضًا بناء مصنع تجريبي لإنتاج القوالب المنزلية في منغوليا (2008).
وتجدر الإشارة إلى بعض الاختلافات المميزة بين تقنية التغويز الطبقي للفحم مع انفجار عكسي من عملية التغويز المباشر ، أحد أنواعها (التغويز تحت الضغط) يستخدم في مصنع SASOL في جنوب إفريقيا. الغاز القابل للاحتراق المنتج في العملية المقلوبة ، على عكس العملية المباشرة ، لا يحتوي على منتجات الانحلال الحراري للفحم ، لذا فإن أنظمة تنظيف الغاز المعقدة والمكلفة ليست مطلوبة في العملية المقلوبة. بالإضافة إلى ذلك ، في العملية المقلوبة ، من الممكن تنظيم تغويز غير كامل (كربنة) للفحم. في الوقت نفسه ، يتم إنتاج منتجين مفيدين في وقت واحد: فحم الكوك متوسط الحرارة (كربونات) والغاز القابل للاحتراق. من ناحية أخرى ، فإن ميزة عملية التغويز المباشر هي إنتاجيتها العالية. خلال فترة التطوير الأكثر نشاطًا لتقنيات تغويز الفحم (النصف الأول من القرن العشرين) ، أدى ذلك إلى نقص شبه كامل في الاهتمام بالعملية المعكوسة لتغويز الفحم الطبقي. ومع ذلك ، فإن ظروف السوق الحالية تجعل تكلفة فحم الكوك ذو درجة الحرارة المتوسطة وحدها ، التي يتم إنتاجها في عملية تغويز الفحم (الكربنة) المعكوسة ، من الممكن تعويض جميع تكاليف إنتاجها. المنتج المصاحب - غاز قابل للاحتراق مناسب للاحتراق في غلايات الغاز من أجل الحصول على الحرارة و / أو الطاقة الكهربائية - في هذه الحالة ، تكلفته صفرية مشروطة. يوفر هذا الظرف جاذبية استثمارية عالية لهذه التكنولوجيا.
هناك تقنية أخرى معروفة جيداً لتحويل الفحم البني إلى غاز وهي المعالجة التكنولوجية للطاقة للفحم إلى فحم الكوك متوسط درجة الحرارة والطاقة الحرارية في منشأة ذات طبقة وقود مميعة (مميعة). من المزايا المهمة لهذه التقنية إمكانية تنفيذها من خلال إعادة بناء غلايات قياسية تعمل بحرق الفحم. في نفس الوقت ، يتم الحفاظ على أداء المرجل من حيث الطاقة الحرارية عند نفس المستوى. تم تنفيذ مشروع مماثل لإعادة بناء مرجل نموذجي ، على سبيل المثال ، في حفرة بيريزوفسكي المفتوحة (إقليم كراسنويارسك ، روسيا). بالمقارنة مع تقنية تغويز الفحم الطبقي ، تتميز المعالجة التكنولوجية للطاقة للفحم إلى فحم الكوك متوسط الحرارة في طبقة مميعة بإنتاجية أعلى بكثير (15-20 مرة).
"كيف تم تشكيل الفحم" رسالة قصيرةستساعدك المقدمة في هذه المقالة على الاستعداد للدرس وتوسيع نطاق معرفتك بهذا الموضوع.
رسالة "كيف تم تشكيل الفحم"
الفحم معدن صلب لا يمكن الاستغناء عنه ويستخدمه الإنسان لتوليد الحرارة في عملية حرقه. إنه ينتمي إلى الصخور الرسوبية.
ما هو المطلوب لتشكيل الفحم؟
أولا ، الكثير من الوقت. عندما يتكون الخث من النباتات في قاع المستنقعات ، فهناك مركبات كيميائية: النباتات تتحلل ، تذوب جزئيا أو تتحول إلى غاز الميثان وثاني أكسيد الكربون.
ثانياً: الفطريات بأنواعها والبكتيريا. تسبب التحلل الأنسجة النباتية. يبدأ الخث في تراكم مادة ثابتة تسمى الكربون ، والتي تصبح أكثر فأكثر بمرور الوقت.
ثالثًا ، نقص الأكسجين. إذا تراكم في الخث ، فلن يتشكل الفحم ويتبخر ببساطة.
كيف يتكون الفحم في الطبيعة؟
تشكلت رواسب الفحم من كمية هائلة من المواد النباتية. الظروف المثالية هي عندما تتراكم كل هذه النباتات في مكان واحد ولم يتح لها الوقت لتتحلل تمامًا. المستنقعات هي الأنسب لهذه العملية: الماء فقير بالأكسجين وبالتالي فإن النشاط الحيوي للبكتيريا معلق.
بعد أن تتراكم الكتلة النباتية في المستنقعات ، يتم ضغطها بواسطة رواسب التربة دون أن يتوفر لها الوقت لتتعفن تمامًا. هذه هي الطريقة التي تتشكل بها مادة مصدر الفحم ، الخث. طبقات من التربة تغلقها في الأرض دون الوصول إلى الأكسجين والماء. بمرور الوقت ، يتحول الخث إلى طبقة من الفحم. هذه العملية طويلة - تم تشكيل جزء كبير من احتياطيات الفحم منذ أكثر من 300 مليون سنة.
وكلما طالت فترة بقاء الفحم في طبقات الأرض ، كلما تعرضت الحفرية لعمل وضغط الحرارة العميقة. في المستنقعات حيث يتراكم الخث ، تدخل الرمل والطين والمواد الذائبة بالماء ، والتي تترسب في الفحم. تعطي هذه الشوائب طبقات بينية في المعدن ، وتقسمها إلى طبقات. عندما يتم تنظيف الفحم ، لا يتبقى منها إلا الرماد.
هناك عدة أنواع من الفحم - الفحم الحجري ، والفحم البني ، والليغنيت ، والبوغهيد ، والأنثراسايت. يوجد اليوم 3.6 ألف حوض فحم في العالم ، تشغل 15٪ من مساحة الأرض. تمتلك الولايات المتحدة أكبر نسبة من احتياطيات العالم من الأحافير (23٪) ، تليها روسيا (13٪) والصين في المرتبة الثالثة (11٪).
نأمل أن يساعدك تقرير "كيفية تكوين الفحم" في التحضير للدرس. ويمكنك إضافة رسالة حول موضوع "كيف تم تشكيل الفحم" ، يمكنك استخدام نموذج التعليق.
أصبح تعدين الفحم كقطاع صناعي واسع الانتشار في أوائل القرن العشرين وما زال حتى يومنا هذا أحد أكثر أنواع تعدين الرواسب المعدنية ربحية. يتم استخراج الفحم فيه النطاق الصناعيفي جميع أنحاء العالم.
خلافًا للاعتقاد الشائع ، لا تستخدم هذه الحفرية فقط كوقود عالي الجودة. في منتصف القرن العشرين ، أعطت صناعة الفحم دفعة قوية للتنمية بحث علميلاستخراج الهيدروكربونات من المعادن.
أين التعدين
معظم الدول الكبرى، استخراج الفحم - الصين والولايات المتحدة والهند. تحتل المرتبة السادسة في الترتيب العالمي من حيث إنتاجها ، على الرغم من أنها من بين المراكز الثلاثة الأولى من حيث الاحتياطيات.
يتم استخراج الفحم البني والفحم الصلب (بما في ذلك فحم الكوك) والأنثراسيت في روسيا. مناطق تعدين الفحم الرئيسية في روسيا هي منطقة كيميروفو وإقليم كراسنويارسك ومنطقة إيركوتسك وتشيتا وبورياتيا وجمهورية كومي. يوجد الفحم في جبال الأورال والشرق الأقصى وكامتشاتكا وياكوتيا وتولا وكالوغا. يوجد 16 حوضًا للفحم في روسيا. واحدة من أكبر - يتم استخراج أكثر من نصف الفحم الصلب في روسيا هناك.
كيف يتم استخراج الفحم
اعتمادًا على عمق التماس الفحم ومساحته وشكله وسمكه ومختلف جغرافيًا و العوامل البيئيةطريقة مختارة لتعدين الفحم. تشمل الطرق الرئيسية ما يلي:
- مِلكِي؛
- التطورات في مقلع الفحم.
- هيدروليكي.
بالإضافة إلى ذلك ، هناك مناجم الفحم في حفرة مفتوحة ، بشرط أن يكون التماس الفحم على عمق لا يزيد عن مائة متر. لكن هذه الطريقة تشبه إلى حد كبير في شكل تعدين الفحم في المحاجر.
طريقة الألغام
تُستخدم هذه الطريقة من أعماق كبيرة ولها ميزة لا يمكن إنكارها على طرق تعدين الفحم المكشوفة: الفحم الموجود في الأعماق الكبيرة يكون ذا جودة أفضل ولا يحتوي عمليًا على شوائب.
للوصول إلى طبقات الفحم ، يتم حفر الأنفاق الأفقية أو العمودية (المناجم والمناجم). هناك حالات معروفة لتعدين الفحم على عمق يصل إلى 1500 متر (مناجم Gvardeyskaya ، Shakhterskaya-Glubokaya).
يعد تعدين الفحم الجوفي من أصعب التخصصات بسبب عدد من المخاطر:
- التهديد المستمر لاختراق المياه الجوفية في بئر المنجم.
- التهديد المستمر باختراق الغازات المصاحبة في بئر المنجم. بالإضافة إلى الاختناق المحتمل ، هناك خطر خاص يتمثل في الانفجارات والحرائق.
- حوادث بسبب ارتفاع درجة الحرارة على أعماق كبيرة (حتى 60 درجة) ، والتعامل مع المعدات بإهمال ، وما إلى ذلك.
وبهذه الطريقة ، يتم استخراج ما يقرب من 36٪ من احتياطيات الفحم في العالم من باطن الأرض ، أي 2625.7 مليون طن.
طريق مفتوح
وفقًا لتصنيفهم ، تنتمي التطورات في مقلع الفحم إلى طريقة مفتوحة لتعدين الفحم ، لأنها لا تتطلب مناجم حفر وتعديلات على عمق كبير.
تتمثل طريقة التعدين هذه في تقويض وإزالة الأثقال (طبقة من الصخور الزائدة فوق رواسب الفحم) من موقع التعدين. بعد ذلك ، بمساعدة الحفارات ، ومدافع المياه ، والجرافات ، والكسارات ، وخطوط السحب ، والناقلات ، يتم تكسير الصخور ونقلها إلى أبعد من ذلك.
تعتبر طريقة تعدين الفحم هذه أقل أمانًا من الطريقة المغلقة (المنجم). لكن لديه أيضًا بعض عوامل الخطر المرتبطة بالتعامل اللامبالي مع المعدات والمركبات كبيرة الحجم ، وإمكانية التسمم بغازات العادم والمواد المصاحبة لنشاط الماكينة.
يعتبر وجود عيب كبير في هذه الطريقة يسبب ضررًا كبيرًا بيئةبسبب الإزالة مساحة كبيرةطبقة الأرض والعناصر الطبيعية المصاحبة لها.
تعتبر طريقة الحفرة المفتوحة واحدة من أكثر الطرق انتشارًا في العالم - فهي تنتج أكثر من 55٪ من الفحم سنويًا ، أي 4102.1 مليون طن.
تم استخدامه لأول مرة في الاتحاد السوفيتي في ثلاثينيات القرن العشرين. إنه ينطوي على استخراج الفحم في مناجم عميقة ، بينما يتم نقل الفحم إلى السطح بمساعدة نفاثات مائية تحت التوتر. جعلت هذه الطريقة من الممكن استخدام نقص تعدين الفحم تحت الأرض - المياه الجوفية - لصالحهم.
في الآونة الأخيرة ، يعتبر تعدين الفحم الهيدروليكي أحد أكثر الطرق احتراما. إنه قادر على استبدال العملية الشاقة والخطيرة لتعدين الفحم بواسطة عمال المناجم ، وبدلاً من ذلك ستعمل المياه كقوة مدمرة وقوة رفع.
تشمل عيوب هذه الطريقة في تعدين الفحم ما يلي:
- الاتصال المستمر لأدوات وآليات العمل بالماء والصخور ؛
- صعوبات معينة في استبدال أو إصلاح معدات العمل ؛
- اعتماد عملية تعدين الفحم على سمك الصخر وزاوية ميله وصلابته.
تنتج هذه الطريقة ما يقرب من 7.5٪ من الفحم سنويًا أي 545.5 مليون طن.
"أحشاء الأرض مخفية في حد ذاتها: اللازورد الأزرق ، الملكيت الأخضر ، الرودونيت الوردي ، الشارويت الأرجواني ... في النطاق الملون لهذه المعادن والعديد من المعادن الأخرى ، يبدو الفحم الأحفوري متواضعًا بالطبع."
هكذا يكتب إدوارد مارتن في عمله "تاريخ قطعة من الفحم" ، ولا يسع المرء إلا أن يتفق معه. ولكن بالنظر إلى الفوائد التي جلبها الفحم للناس منذ زمن سحيق ، فإنك تنظر إلى هذا البيان بنظرة مختلفة تمامًا.
الفحم معدن يستخدمه الناس كوقود. إنه لون أسود حجري كثيف (أحيانًا رمادي-أسود) مع سطح لامع أو شبه لامع أو غير لامع.
هناك نوعان من وجهات النظر الرئيسية حول أصل الفحم.الأول يقول إن الفحم نشأ عن طريق تحلل النباتات على مدى ملايين السنين. لكن هذه العملية لم تؤد دائمًا إلى رواسب الفحم. الحقيقة هي أن وصول الأكسجين يجب أن يكون محدودًا حتى لا تتمكن النباتات المتعفنة من إطلاق الكربون في الغلاف الجوي. البيئة المناسبة لهذه العملية هي مستنقع. لا تسمح المياه الراكدة ذات المحتوى الأدنى من الأكسجين للبكتيريا بتدمير النباتات تمامًا. وعند نقطة معينة ، يتم إطلاق الأحماض التي توقف عمل البكتيريا تمامًا. وهكذا ، يتشكل الخث ، الذي يتحول أولاً إلى الفحم البني ، ثم إلى الفحم الصلب ، وأخيراً إلى أنثراسيت. لكن تكوين الفحم يرجع إلى نقطة مهمة أخرى - نظرًا لحركة قشرة الأرض ، يجب تغطية طبقة الخث بطبقات أخرى من التربة. وهكذا ، تحت الضغط ودرجات الحرارة المرتفعة ، والبقاء بدون ماء وغازات ، يتكون الفحم.
هناك أيضا نسخة ثانية. يقترح أن الفحم هو نتيجة انتقال الكربون من الحالة الغازية إلى الحالة البلورية. يعتمد على حقيقة أن كمية كبيرة من الكربون في الحالة الغازية يمكن احتواؤها في أحشاء الأرض. أثناء عملية التبريد ، تترسب على شكل فحم.
تمتلك روسيا 5.5٪ من احتياطي الفحم في العالم، في هذه المرحلة 6421 مليار طن ، 2/3 منها احتياطي من الفحم الصلب. يتم توزيع الودائع بشكل غير متساو في جميع أنحاء البلاد: 95 ٪ تقع في المناطق الشرقية ، وأكثر من 60 ٪ منها تنتمي إلى سيبيريا. أحواض الفحم الرئيسية: كوزنيتسك ، كانسك أشينسك ، بيتشورا ، دونيتسك. من حيث إنتاج الفحم ، تحتل روسيا المرتبة الخامسة في العالم.
الكائنات الاوليه تعدين الفحم الأحفوريمعروفة منذ العصور القديمة وسجلت في الصين واليونان. في روسيا ، للمرة الأولى ، رأى بيتر الأول الفحم في عام 1696 في منطقة مدينة شاختي الحالية. ومنذ عام 1722 ، بدأ تجهيز البعثات بهدف استطلاع رواسب الفحم عبر أراضي روسيا. في هذا الوقت ، بدأ استخدام الفحم في إنتاج الملح والحدادة وتدفئة المنازل.
هناك طريقتان رئيسيتان لاستخراج الفحم الصلب: مفتوحة ومغلقة. تعتمد طريقة الاستخراج على عمق الصخر. إذا كانت الرواسب على عمق يصل إلى 100 متر ، فإن طريقة التعدين مفتوحة (تتم إزالة الطبقة العليا من التربة فوق الرواسب ، أي يتم تشكيل مقلع أو قسم). إذا كان العمق أكبر ، فسيتم إنشاء مناجم ، ويتم إنشاء ممرات خاصة تحت الأرض فيها. بالمناسبة ، يتكون الفحم عادة على عمق 3 كيلومترات أو أكثر. ولكن نتيجة لتحركات طبقات الأرض ، ترتفع الطبقات بالقرب من السطح أو تنخفض إلى مستوى أدنى. يوجد الفحم في شكل طبقات ورواسب عدسية. الهيكل ذو طبقات أو حبيبات. ويبلغ متوسط سمك التماس الفحم حوالي 2 متر.
الفحم ليس مجرد معدن ، ولكنه مجموعة من المركبات الجزيئية ذات المحتوى العالي من الكربون ، وكذلك الماء والمواد المتطايرة بكمية صغيرة من الشوائب المعدنية.
حرارة الاحتراق النوعية (محتوى السعرات الحرارية) - 6500 - 8600 كيلو كالوري / كغ.
يتم إعطاء الأرقام كنسبة مئوية ، ويعتمد التكوين الدقيق على موقع الودائع و الظروف المناخية. لفهم جودة الفحم ، حدد عدة نقاط مهمة. أولاً ، درجة رطوبة عملها (رطوبة أقل - خصائص طاقة أفضل). محتواها من الفحم هو 4-14٪ مما يعطي قيمة حرارية 10-30 ميجا جول / كجم. ثانيًا ، هو محتوى رماد الفحم. يتكون الرماد بسبب وجود الشوائب المعدنية في الفحم ويتم تحديده من خلال إخراج البقايا بعد الاحتراق عند درجة حرارة 800 درجة مئوية. يعتبر الفحم مناسبًا للاستخدام إذا كان الرماد بعد الاحتراق 30٪ أو أقل.
على عكس الفحم البني ، لا يحتوي الفحم على الأحماض الدبالية ، حيث يتم تحويلها إلى كربوهيدرات (مركبات الكربون المضغوط). وفقًا لذلك ، تكون كثافته ومحتواه من الكربون أكبر من الفحم البني.
عند الحديث عن الخصائص ، يتم تمييز الأنواع التالية من الفحم: لامع (فيترين) ، شبه لامع (كلارين) ، غير لامع (دغورن) ومائج (فوسين).
وفقًا لدرجة التخصيب ، يتم تقسيم الفحم إلى مركزات ومنتجات وسيطة وحمأة. تستخدم المركزات في غرفة الغلاية ولتوليد الكهرباء. المنتجات الصناعية تذهب إلى احتياجات علم المعادن. الحمأة مناسبة لصنع قوالب وبيع التجزئة للجمهور.
كما يوجد تصنيف للفحم حسب حجم القطع:
| تصنيف الفحم | تعيين | مقاس |
| بلاطة | ص | أكثر من 100 ملم |
| كبير | ل | 50.100 ملم |
| بندق | عن | 25..50 ملم |
| صغير | م | 13..25 ملم |
| منقطة | جي | 5..25 ملم |
| بذرة | مع | 6..13 ملم |
| شيب | دبليو | أقل من 6 مم |
| خاص | ص | لا يقتصر على الحجم |
الخصائص التكنولوجية الرئيسية للفحم هي خصائص التكتل وفحم الكوك. التكتل هو قدرة الفحم على تكوين بقايا منصهرة عند تسخينها (بدون هواء). يكتسب الفحم هذه الخاصية في مراحل تكوينه. التكويك هو قدرة الفحم في ظل ظروف معينة ودرجة حرارة عالية على تكوين مادة متكتلة مسامية - فحم الكوك. هذه الخاصية تعطي الفحم قيمة إضافية.
أثناء تكوين الفحم ، تحدث تغيرات تتعلق بمحتوى الكربون فيه وانخفاض كمية الأكسجين والهيدروجين والمواد المتطايرة ، وكذلك التغيرات في حرارة الاحتراق. ومن هنا يأتي تصنيف درجات الفحم:
| تصنيف الفحم حسب الدرجة: | تعيين |
| شعلة طويلة | د |
| غاز | جي |
|
عادة ما يتم استخدام اللهب الطويل والغاز في غرفة المرجل ، حيث يمكن أن يحترقا دون نفخ. يتم تشغيل الغازات Zhirny و Zhirny في علم المعادن الحديدية لإنتاج الفولاذ والحديد. يتم استخدام الرماد النحيف والرماد النحيف والقليل من الرماد لتوليد الكهرباء ، حيث أن لها قيمة عالية من السعرات الحرارية. في الوقت نفسه ، يرتبط حرقها بالصعوبات التكنولوجية. مجال تطبيق الفحم واسع للغاية ، بينما في بداية التعدين في روسيا كان يستخدم بشكل أساسي لتدفئة المنازل والحدادة. على هذه اللحظةهناك العديد من المناطق التي تستخدم الفحم الصلب. على سبيل المثال ، صناعة المعادن. هنا ، من أجل صهر المعدن ، هناك حاجة إلى درجة حرارة عالية ، وبالتالي ، نوع من الفحم مثل فحم الكوك. تستخدم الصناعة الكيميائية الفحم الصلب في فحم الكوك وإنتاج مزيد من غاز أفران الكوك ، والذي يتم الحصول على الهيدروكربونات منه. في عملية معالجة الهيدروكربونات ، يتلقى التولوين والبنزين ومواد أخرى ، بفضل المشمع والورنيش والدهانات وما إلى ذلك. يستخدم الفحم أيضًا كمصدر للحرارة. سواء بالنسبة للسكان أو لإنتاج الطاقة في محطات الطاقة الحرارية. أيضًا ، يتم تكوين كمية معينة من السخام من الفحم أثناء التسخين (يتم الحصول على السخام عالي الجودة من الغاز والفحم الدهني) ، والذي ينتج منه المطاط وأحبار الطباعة والحبر والبلاستيك وما إلى ذلك. إدوارد مارتن ، يمكننا أن نقول بأمان ، أن المظهر المتواضع للفحم لا ينتقص بأي شكل من الأشكال من خصائصه وصفاته المفيدة. |