Уголь образуется из древнего растительного материала, погребенного и преобразованного под воздействием тепла и давления в течение миллионов лет. Его добывают из земли - на поверхности или глубоко под землей. Когда я смотрю на то, как добывают уголь, я вижу процесс, который начинается с того, что остатки растений превращаются в торф, а затем постепенно превращаются в различные виды угля. Сегодня уголь добывают более чем в 70 странах, причем около 6 900 шахт ежегодно производят 8,9 миллиарда тонн.
Как образуется уголь
Уголь образуется, когда слои отмерших растений оказываются погребенными, спрессованными и нагретыми глубоко под землей, в течение миллионов лет медленно превращаясь из торфа в более твердые и богатые углеродом виды угля. Когда я смотрю на то, как образуется уголь, я вижу поэтапную трансформацию, которая начинается с мягкого, губчатого торфа и заканчивается блестящим, твердым антрацитом.
Этапы образования угля
Позвольте мне рассказать вам об основных этапах формирования угля. Каждая стадия показывает, как меняется растительный материал по мере того, как он зарывается глубже и подвергается большему воздействию тепла и давления:
- Торф 🌱
Я считаю торф первым шагом. Он образуется из отмерших растений в болотистых местах с низким содержанием кислорода. Торф мягкий, влажный и имеет самое низкое содержание углерода. - Лигнит (бурый уголь) 🟫
Когда торф закапывают и сжимают, он превращается в бурый уголь. Лигнит по-прежнему мягкий и коричневый, но в нем больше углерода и меньше воды, чем в торфе. - Битуминозный уголь ⚫
При большем нагреве и давлении бурый уголь превращается в битуминозный. Этот вид более твердый, темный и горит жарче. Его часто используют для производства электричества и стали. - Антрацит 💎
Последняя стадия - антрацит. Он образуется при наибольшем нагреве и давлении. Антрацит блестящий, твердый и имеет самое высокое содержание углерода. Он горит чисто и жарко.
Вот таблица, показывающая, как меняется содержание углерода и кислорода по мере созревания угля:
| Стадия ранга угля | Примерное содержание углерода (%) | Содержание кислорода в функциональных группах (масс.%) |
|---|---|---|
| Торф/бурый уголь | ~65.5 – 70.5 | Высокий (OCOOH 8.0%) |
| Суббитумный | ~75.5 – 81.5 | Нижний (OCOOH 0,3-0,6%) |
| Битумный | ~85.5 – 88.6 | Очень низкий (OCOOH около 0%) |
| Антрацит | ~90.3 | Минимальный (OCOOH 0%) |
Когда уголь проходит эти стадии, я замечаю, что углерода становится больше, а кислорода - меньше. Это делает уголь тверже и лучше для горения.
Чтобы отследить эти изменения, ученые используют такие тесты, как витринитовая отражательная способность, а также смотрят на такие вещи, как водородный индекс и молекулярные биомаркеры. Например, в формации Гуадуас я вижу, что уголь с более высокой степенью зрелости содержит больше углерода, меньше золы и серы.
Типы по формам
Когда я рассказываю о том, как образуется уголь, я также рассматриваю различные виды угля, которые получаются в результате этого процесса. Каждый тип образуется в разных условиях и имеет свое применение.
- Торф: Мягкий, коричневый, с кусочками растений. Используется в садах и иногда в качестве топлива.
- Бурый уголь: Бурый уголь, более компактный, более энергетичный, чем торф. Используется на электростанциях.
- Битуминозный уголь: Более твердый, черный и блестящий. Используется для производства электричества и стали.
- Антрацит: Самый твердый и блестящий. Горит наиболее жарко и чисто. Используется для отопления.
Я обнаружил, что тип угля зависит от того, как глубоко он был зарыт и как сильно он нагревался и давил. Чем глубже и жарче, тем тверже уголь.
История образования угля началась в каменноугольном периоде, когда Землю покрывали гигантские растения. Эти растения погибли, упали в болота и начали путь от торфа к антрациту. За миллионы лет геологические изменения, деятельность микроорганизмов и химические реакции превратили растительные остатки в уголь, который мы используем сегодня.
Виды угля
Торф
Торф - это самая первая ступень в семействе угля. Когда я прохожу по болотистой местности, то иногда вижу, как прямо под ногами образуется торф. Он похож на темную, губчатую почву и на ощупь влажный. Торф образуется из слоев отмерших растений, которые скапливаются в местах, где вода не пропускает воздух. Благодаря этому растения не сгнивают полностью.
- Торф мягкий и рассыпчатый.
- Он вмещает много воды.
- Люди иногда используют его в садах или в качестве низкокалорийного топлива.
Я считаю торф "малышом" в мире угля. В нем самое низкое содержание углерода, и он горит не так жарко, как другие виды. Большинство электростанций не используют торф, потому что он не дает много энергии.
Бурый уголь
Бурый уголь - это следующая ступень после торфа, его часто называют бурым углем. Я замечаю бурый уголь, когда вижу мягкую, коричневато-черную породу, которая легко распадается на части. Он образуется, когда торф зарывается глубже и начинает высыхать. В буром угле больше углерода, чем в торфе, поэтому он горит лучше, но все же не так мощно, как другие виды угля.
Вот что можно сказать о буром угле:
- Его энергетическая ценность выше, чем у торфа, но ниже, чем у битуминозного угля.
- Бурый уголь в основном используется на электростанциях, расположенных недалеко от места его добычи.
- На него приходится около 8% американского рынка угля.
Знаете ли вы? В таких странах, как Германия, Индия и Китай, добывается много бурого угля. Я вижу шахты по добыче бурого угля во многих частях Европы и Азии, где он является важным источником электроэнергии.
Битумный
Битуминозный уголь - самый распространенный вид угля в мире. Когда я беру в руки кусок битуминозного угля, я вижу твердую черную породу, которая на ощупь тяжелее и плотнее бурого угля. В этом угле гораздо выше содержание углерода, а значит, он горит жарче и дольше.
Позвольте мне показать вам, как эти типы сравниваются:
| Тип угля | Содержание углерода (%) | Содержание энергии | Доля рынка США (%) | Доля мирового рынка (%) |
|---|---|---|---|---|
| Торф | ~60 | Очень низкий | Н/Д | Н/Д |
| Бурый уголь | 25 – 35 | Самый низкий | 8 | Н/Д |
| Битумный | 45 – 86 | Высокий | 46 | 35.67 |
Битуминозный уголь выделяется по нескольким причинам:
- Она питает большинство электростанций в мире.
- Я вижу, как его используют при производстве стали, цемента и даже химикатов.
- На его долю приходится около 35,67% мирового рынка угля, что делает его главным выбором для многих отраслей промышленности.
Битуминозный уголь труднее разжечь, чем бурый, но когда он начинает гореть, то выделяет гораздо больше тепла. Вот почему я считаю его "рабочей лошадкой" семейства углей.
Сравнивая битуминозный уголь с бурым, я замечаю, что в битуминозном больше углерода, меньше влаги и сильнее выражена склонность к коксованию. Это делает его идеальным для промышленного применения, особенно когда требуется высокая температура или кокс.
Антрацит
Антрацит - самый твердый, блестящий и энергоемкий вид угля. Когда я беру в руки кусок антрацита, то замечаю, насколько он плотный и блестящий на ощупь. Он почти похож на черный драгоценный камень. Я всегда говорю людям, что антрацит отличается от других углей высоким содержанием углерода и мощным жаром.
Вот что делает антрацит особенным:
- Очень высокое содержание углерода: Обычно от 92% до 98%. Это выше, чем у любого другого вида угля.
- Самая высокая энергетическая ценность: Антрацит отдает больше тепла на фунт, чем другие угли, что делает его лучшим выбором, когда мне нужен сильный, устойчивый жар.
- Низкое содержание летучих веществ: В нем мало материала, который быстро сгорает, поэтому для его хорошего горения нужны специальные котлы.
- Твердый и блестящий: Его трудно сломать, и он обладает стеклянным блеском.
- Дефицит и ценность: Антрацит - редкое явление. В Соединенных Штатах почти весь он встречается на северо-востоке Пенсильвании. Он составляет менее 1% от всего добываемого в стране угля.
Поскольку антрацит так трудно найти и для его сжигания требуется специальное оборудование, обычно его используют в металлургической промышленности или для отопления домов, где требуется чистое, горячее топливо.
Согласно техническим исследованиям, содержание фиксированного углерода в антраците колеблется от 86% до 98%. Благодаря низкому содержанию влаги (3-6%) и летучих веществ (2-12%) он горит медленно и чисто. Я читал, что его дефицит обусловлен ограниченностью месторождений и необходимостью применения специальных методов сжигания. Поэтому антрацит ценится, но не используется так широко, как другие виды угля.
Ключевые различия
Основные различия между видами угля связаны с содержанием углерода, энергетической ценностью и легкостью сгорания. Мне нравится сравнивать их между собой, чтобы вы могли увидеть, что отличает каждый из них.
| Тип угля | Содержание углерода (%) | Энергетическая ценность (BTU/фунт) | Летучие вещества (%) | Типичное использование | Цвет и текстура |
|---|---|---|---|---|---|
| Торф | ~60 | Очень низкий | Высокий | Сады, низкое содержание топлива | Коричневый, губчатый |
| Бурый уголь | 25-35 | Низкий | Высокий | Электростанции | Коричневый, рассыпчатый |
| Битумный | 45-86 | От среднего до высокого | Средний | Электроэнергия, сталь | Черный, от мягкого до твердого |
| Антрацит | 86-98 | Самый высокий | Очень низкий | Металлургия, теплоэнергетика | Черный, блестящий, твердый |
- Торф мягкий и влажный, не подходит в качестве топлива.
- Бурый уголь лучше, но все равно не очень мощный.
- Битумный это рабочая лошадка, используемая на большинстве электростанций и в промышленности.
- Антрацит король тепла, но встречается редко и требует особой осторожности при использовании.
Я всегда помню: чем больше углерода, тем больше энергии выделяет уголь. Антрацит выигрывает в обоих случаях, но я не вижу его повсюду, потому что он так дефицитен.
Когда я смотрю на реакцию различных углей в исследованиях газификации, я замечаю, что угли с большим количеством летучих веществ (например, бурый уголь) производят больше газа и реагируют быстрее. Антрацит с его низким содержанием летучих веществ горит медленнее и требует более высоких температур. Вот почему каждый вид угля подходит для разных целей - от топлива для садов до питания крупных заводов.
Как добывается уголь
Чтобы понять, как разрабатывается уголь, необходимо знать, как он обычно захоранивается.
Уголь обычно добывается двумя способами: открытым и подземным. Открытая добыча определяется как добыча в пределах 200 футов от поверхности, а подземная - как добыча на высоте более 200 футов над поверхностью.
Они добываются разными способами. Открытая добыча проще, а подземная - сложнее и опаснее для шахтеров.
Добыча полезных ископаемых открытым способом:
Вскрышные работы - самый простой вид добычи, при котором угольный пласт находится очень близко к поверхности. Добыча обычно включает в себя удаление вскрышных пород, выемку грунта и породы экскаваторами и т.д., затем бурение, гидроразрыв и систематическую вскрышу экскаваторами, и, наконец, транспортировку самосвалом, полуприцеп-самосвал или полуприцепа-самосвала.
Полосовая разработка может применяться как на равнинных, так и на холмистых территориях. Полосовая разработка в горной местности называется контурной. Контурная добыча ведется по гребням, или контурам, вокруг холма.
Добыча полезных ископаемых открытым способом обычно включает в себя:
- Удаление части или всего погребенного угольного пласта для его обнажения.
- Сбросить излишки материала в близлежащие долины.
Общая добыча подразделяется на следующие пять этапов:
- Сначала удаляется слой породы и почвы над и между угольным пластом.
- После выемки угольного пласта останется много лишнего грунта и породы, которые будут ссыпаны в прилегающую долину.
- Для начала выемки угля используйте крупное землеройное оборудование. Выбирайте различное оборудование в зависимости от способа и масштаба добычи.
- По мере продолжения добычи угля может возникнуть необходимость в его повторной сортировке в зависимости от конкретных условий.
- После завершения добычи угля для снижения загрязнения обычно используются такие методы, как укрытие растительностью.
Что делает с землей разработка месторождений?
При добыче угля образуются большие дыры в земле, поэтому после удаления угля необходимо восстановить шахту. Необходимо разработать план и постепенно восстановить ее.
Подземная добыча
Когда угольные пласты находятся глубоко под землей, я использую подземную добычу. Этот метод позволяет мне достать уголь, залегающий далеко под поверхностью. Вот что я делаю:
- 🕳️ Я копаю шахты или туннели до угольного пласта.
- 🚇 Я строю проходы, чтобы моя команда и машины могли добраться до угля.
- ⛏️ Я вырезаю уголь из пласта с помощью машин или ручных инструментов.
- Я перемещаю уголь на поверхность с помощью конвейерных лент или тележек 🚂 .
- 🛑 Я поддерживаю туннели сталью или деревом, чтобы они были безопасными.
Подземная добыча требует более тщательного планирования и соблюдения техники безопасности. Я слежу за рисками, такими как обрушения или утечки газа. Моя команда носит защитное снаряжение и соблюдает строгие правила. Я также использую специальные аппараты для измерения качества воздуха и прочности тоннеля.
Комнатная и столбовая добыча
Когда используется этот метод?
Комнатные и столбовые обычно используются для пологих залежей.
Как это работает?
При шахтно-столбовой добыче угольные месторождения разрабатываются путем проходки сети "комнат" в угольном пласте с оставлением столбов угля. Угольные месторождения разрабатываются путем проходки сети "комнат" в угольном пласте с оставлением столбов угля для поддержания кровли шахты. Эти столбы могут составлять до 40% от общего количества угля в пласте, хотя иногда этот уголь может быть извлечен на более поздней стадии.
Разработка длинных лав
Когда используется этот метод?
Лавы используются для добычи угля длинной стеной за один срез.
Как это работает?
Добыча угля из лавы предполагает полную выемку угля из участка пласта или "забоя" с помощью механических ножниц. Длина угольного "забоя" может варьироваться в пределах 100-350 м. Самоходная выработка, или "забой" с использованием механических ножниц. Длина угольного "забоя" может варьироваться в пределах 100-350 м.
Самодвижущиеся опоры с гидравлическим приводом временно удерживают кровлю во время добычи угля. По окончании добычи угля кровля обрушивается. Более 75% угля месторождения может быть извлечено из угольных панелей, которые могут простираться на 3 км вглубь пласта.
Транспорт
Наконец, перевезти уголь из шахты туда, где он нужен людям. Так уголь доставляют на электростанции, заводы или в порты для отправки. Я использую поезда, самосвальные полуприцепыБаржи и даже конвейерные ленты.
Заключение
Общие методы добычи угля для этих двух, как правило, мы добыча, будет основана на их реальной ситуации, чтобы выбрать. Независимо от того, какой метод добычи используется, не следует игнорировать воздействие на экологию после завершения добычи. Мы должны восстановить окружающую среду определенными способами.
Ссылка: https://en.wikipedia.org/wiki/Coal
Вопросы и ответы
Каковы этапы формирования угля?
Уголь образуется в четыре этапа: торф, бурый уголь, битуминозный уголь и антрацит. Если в месте залегания угля больше давления и тепла, то образуется более качественный антрацит.
Является ли уголь возобновляемым источником энергии
Нет, уголь - это невозобновляемый источник энергии. Точно так же невозобновляемыми источниками энергии являются ископаемые виды топлива, такие как уголь, а также нефть и природный газ. На их производство уходят сотни миллионов лет.
