Compoziția chimică a cărbunelui. Cărbune: proprietăți

DEFINIŢIE

Cărbune- una dintre modificările alotrope element chimic carbon.

Structura atomului de carbon este prezentată în Fig. 1. Pe lângă cărbune, carbonul poate exista sub forma unei substanțe simple de diamant sau grafit, aparținând sistemelor hexagonal și cubic, cocs, funingine, carbină, policumulen grafen, fullerenă, nanotuburi, nanofibre, astralen etc.

Orez. 1. Structura atomului de carbon.

Formula chimică a cărbunelui

Formula chimică a cărbunelui- C. Arata ca molecula acestei substante contine un atom de carbon (Ar = 12 amu). Folosind formula chimică, puteți calcula greutatea moleculară a cărbunelui:

M(C) = M r (C) × 1 mol = 12,0116 g/mol

Formula structurală (grafică) a cărbunelui

Mai evident este formula structurală (grafică) a cărbunelui. Acesta arată modul în care atomii sunt conectați între ei în interiorul unei molecule (Fig. 2).

Orez. 2. Structura modificărilor alotropice ale carbonului: a) diamant; b - grafit; c) - fullerenă.

Formula electronica

Formula electronica, care arată distribuția electronilor într-un atom în funcție de subnivelul energetic este prezentat mai jos:

6 C 1s 2 2s 2 2p 2

De asemenea, arată că carbonul aparține elementelor familiei p, precum și numărul de electroni de valență - există 4 electroni în nivelul de energie exterior (2s 2 2p 2).

Exemple de rezolvare a problemelor

EXEMPLUL 1

EXEMPLUL 2

Cărbunele este unul dintre cele mai vechi tipuri de combustibil, cunoscută omului. Și chiar și astăzi ocupă o poziție de lider în ceea ce privește volumul de utilizare. Motivul pentru aceasta este prevalența, ușurința de extracție, prelucrare și utilizare. Dar ce este el? Care este formula chimică a cărbunelui?

De fapt, această întrebare nu este în întregime corectă. Cărbunele nu este o substanță, este un amestec de diferite substanțe. Există multe, așa că este imposibil să se determine complet compoziția cărbunelui. Prin urmare, prin formula chimică a cărbunelui din acest articol ne vom referi mai degrabă la compoziția sa elementară și la câteva alte caracteristici.

Dar ce putem învăța despre starea acestei substanțe? Cărbunele se formează din rămășițele vegetale de-a lungul multor ani din cauza expunerii la temperaturi și presiuni ridicate. Și deoarece plantele sunt de natură organică, substanțele organice vor predomina în compoziția cărbunelui.

În funcție de vârsta și alte condiții de origine a cărbunelui, acesta este împărțit în mai multe tipuri. Fiecare tip diferă prin compoziția sa elementară, prezența impurităților și alte caracteristici importante.

Este cel mai tânăr tip de cărbune. Are chiar și o structură lemnoasă asemănătoare plantelor. Se formează direct din turbă la o adâncime de aproximativ 1 kilometru.

Acest tip de cărbune conține suficient număr mare umiditate: de la 20 la 40%. Când este expus la aer, se evaporă și cărbunele se sfărâmă în pulbere. În continuare vom vorbi despre compoziția chimică a acestui reziduu uscat. Cantitatea de impurități anorganice din cărbune brun este, de asemenea, mare și se ridică la 20-45%. Aceste impurități includ dioxid de siliciu, aluminiu, calciu și oxizi de fier. De asemenea, poate conține oxizi de metale alcaline.

Acest cărbune conține o mulțime de substanțe organice și anorganice volatile. Ele pot reprezenta până la jumătate din masa acestui tip de cărbune. Compoziția elementară, excluzând substanțele anorganice și volatile, este următoarea:

• Carbon 50-75%.
• Oxigen 26-37%.
• Hidrogen 3-5%.
• Azot 0-2%.
• Sulf 0,5-3%.

În ceea ce privește timpul de formare, acest tip de cărbune urmează după cărbune brun. Are o culoare neagră sau gri-negru, precum și o strălucire rășinoasă, uneori metalică.

Conținutul de umiditate al cărbunelui este mult mai mic decât al cărbunelui brun: doar 1-12%. Conținutul de substanțe volatile din cărbune variază foarte mult în funcție de locația exploatării. Poate fi minim (de la 2%), dar poate atinge valori asemănătoare cărbunelui brun (până la 48%). Compoziția elementară este următoarea:

• Carbon 75-92%.
• Hidrogen 2,5-5,7%.
• Oxigen 1,5-15%.
• Azot până la 2,7%.
• Sulf 0-4%.

Din aceasta putem concluziona că formula chimică a cărbunelui este alcătuită din mai mult carbon decât cea a cărbunelui brun. Acest lucru face ca acest tip de cărbune să fie un combustibil de calitate superioară.

Antracit

Antracitul este cea mai veche formă de cărbune fosil. Se caracterizează printr-o culoare neagră închisă și are un luciu metalic caracteristic. Acesta este cel mai bun cărbune în ceea ce privește cantitatea de căldură pe care o eliberează în timpul arderii.

Cantitatea de umiditate și substanțe volatile din el este foarte mică. Aproximativ 5-7% pentru fiecare indicator. Și compoziția elementară se caracterizează printr-un conținut extrem de ridicat de carbon:

• Carbon peste 90%.
• Hidrogen 1-3%.
• Oxigen 1-1,5%.
• Azot 1-1,5%.
• Sulf până la 0,8%.

Mai mult cărbune este conținut doar în grafit, care este o etapă ulterioară a coalificării antracitului.

Acest tip de cărbune nu este o fosilă, așa că are unele particularități în compoziția sa. Se produce prin încălzirea lemnului uscat la o temperatură de 450-500 oC fără acces la aer. Acest proces se numește piroliză. În timpul acestui proces, din lemn sunt eliberate o serie de substanțe: metanol, acetonă, acid acetic și altele, după care se transformă în cărbune. Apropo, arderea lemnului este și piroliză, dar din cauza prezenței oxigenului în aer, gazele eliberate se aprind. Aceasta este ceea ce determină prezența flăcărilor în timpul arderii.

Lemnul nu este omogen; are o mulțime de pori și capilare. O structură similară se păstrează parțial în cărbunele obținut din aceasta. Din acest motiv, are o bună capacitate de adsorbție și este folosit împreună cu cărbunele activ.

Umiditatea acestui tip de cărbune este foarte mică (aproximativ 3%), dar în timpul depozitării pe termen lung absoarbe umiditatea din aer, iar procentul de apă crește la 7-15%. Conținutul de impurități anorganice și substanțe volatile este reglementat de GOST și nu trebuie să depășească 3%, respectiv 20%. Compoziția elementară depinde de tehnologia de producție și arată aproximativ astfel:

• Carbon 80-92%.
• Oxigen 5-15%.
• Hidrogen 4-5%.
• Azot ~0%.
• Sulf ~0%.

Formula chimică a cărbunelui arată că din punct de vedere al conținutului de carbon este aproape de piatră, dar în plus are doar o cantitate mică de elemente inutile pentru ardere (sulf și azot).

Cărbune activ

Cărbunele activ este un tip de cărbune cu o suprafață specifică mare a porilor, ceea ce îl face chiar mai absorbant decât lemnul. Materiile prime pentru producerea sa sunt cărbunele și cărbunele, precum și cojile de nucă de cocos. Materia primă este supusă unui proces de activare. Esența sa este deschiderea porilor înfundați folosind soluții de temperatură ridicată, electroliți sau vapori de apă.

În timpul procesului de activare, doar structura substanței se modifică, prin urmare formula chimică a cărbunelui activ este identică cu compoziția materiilor prime din care a fost făcut. Conținutul de umiditate al cărbunelui activ depinde de suprafața specifică a porilor și este de obicei mai mic de 12%.

Din ce este făcut cărbunele? Care este formula chimică a cărbunelui - totul despre călătoria la șantier

1. Proprietățile chimice ale cărbunelui

2. Clasificarea cărbunelui

3. Formarea cărbunelui

4. Rezerve de cărbune

Cărbune- Asta rocă sedimentară, reprezentând descompunerea profundă a resturilor vegetale (ferigi arbore, coada-calului și mușchi, precum și primele gimnosperme).

Proprietățile chimice ale cărbunelui

După compoziția chimică cărbune Este un amestec de compuși aromatici cu greutate moleculară mare cu o fracție de masă mare de carbon, precum și apă și substanțe volatile cu cantități mici de impurități minerale. Astfel de impurități formează cenușă la arderea cărbunelui. Cărbunii fosili diferă unul de celălalt prin raportul dintre componentele lor constitutive, ceea ce determină puterea calorică a acestora. O serie de compuși organici care formează cărbunele au proprietăți cancerigene.

Majoritatea zăcămintelor de cărbune s-au format în Paleozoic, în principal în perioada Carboniferului, cu aproximativ 300-350 de milioane de ani în urmă. După compoziția chimică cărbune Este un amestec de compuși aromatici policiclici cu greutate moleculară mare cu o fracție de masă mare de carbon, precum și apă și substanțe volatile cu cantități mici de impurități minerale, care formează cenușă la arderea cărbunelui. Cărbunii fosili diferă unul de celălalt prin raportul dintre componentele lor constitutive, ceea ce determină puterea calorică a acestora. O serie de compuși organici care formează cărbunele au proprietăți cancerigene. Conținutul de carbon al cărbunelui, în funcție de tipul acestuia, variază de la 75% la 95%.

Cărbune, un mineral solid combustibil de origine vegetală; un tip de cărbune fosil cu un conținut mai mare de carbon și o densitate mai mare decât cărbunele brun. Este o rocă densă de culoare neagră, uneori gri-negru, cu o suprafață lucioasă, semi-mată sau mată. Conține 75-97% sau mai mult carbon; 1,5-5,7% hidrogen; 1,5-15% oxigen; 0,5-4% sulf; până la 1,5% azot; 45-2% volatile; cantitatea de umiditate variază de la 4 la 14%; cenusa - de obicei de la 2-4% la 45%. Cea mai mare putere calorică, calculată pentru masa de cărbune fără cenuşă umedă, nu este mai mică de 23,8 MJ/kg (5700 kcal/kg).

Cărbunele este rămășițele plantelor care au murit cu multe milioane de ani în urmă, a căror degradare a fost întreruptă ca urmare a încetării alimentării cu aer. Prin urmare, nu au putut elibera în atmosferă carbonul preluat din acesta. Accesul aerului a încetat mai ales brusc acolo unde mlaștinile și pădurile mlăștinoase s-au scufundat ca urmare a mișcărilor tectonice și a modificărilor condițiilor climatice și au fost acoperite cu alte substanțe. În același timp, rămășițele vegetale au fost transformate sub influența bacteriilor și ciupercilor (coalificate) în turbă și mai departe în cărbune brun, cărbune, antracit și grafit.

Pe baza compoziției componentei principale - materia organică, cărbunii sunt împărțiți în trei grupe genetice: humoliți, sapropeliți, saprohumoliți. Predomină humolitele, al căror material de pornire au fost rămășițele plantelor terestre superioare. Depunerea lor a avut loc în principal în mlaștini care ocupau coastele joase ale mărilor, golfurilor, lagunelor și bazinelor de apă dulce. Ca urmare a descompunerii biochimice, materialul vegetal acumulat a fost transformat în turbă, cu o influență semnificativă asupra conținutului de apă și compoziției chimice a mediului acvatic. Conținutul de carbon al cărbunelui variază de la 75 la 90 la sută. Compoziția exactă este determinată de locația și condițiile de conversie a cărbunelui. Impuritățile minerale sunt fie în stare fin dispersată în masa organică, fie sub formă de straturi subțiri și lentile, precum și cristale și concreţiuni. Sursa de impurități minerale din cărbunii fosili pot fi părți anorganice ale plantelor care formează cărbunele, noi formațiuni minerale care precipită din soluțiile de apă care circulă în turbării etc.

Ca urmare a expunerii prelungite la temperaturi și presiuni ridicate, cărbunii bruni sunt transformați în cărbuni tari, iar cei din urmă în antracit. Modificarea treptată ireversibilă a compoziției chimice, proprietăților fizice și tehnologice ale materiei organice în stadiul de transformare din cărbune brun în antracit se numește metamorfism al cărbunelui.

Rearanjarea structurală și moleculară a materiei organice în timpul metamorfismului este însoțită de o creștere consistentă a conținutului relativ de carbon din cărbune, o scădere a conținutului de oxigen și eliberarea de substanțe volatile; se modifică conținutul de hidrogen, puterea calorică, duritatea, densitatea, fragilitatea, optica, electricitatea și alte proprietăți fizice. Cărbunii în stadiile mijlocii ale metamorfismului dobândesc proprietăți de sinterizare - capacitatea componentelor gelificate și lipoide ale materiei organice de a se transforma în anumite conditiiîntr-o stare plastică și formează un monolit poros - cocs. În zonele de aerare și acțiune activă a apelor subterane din apropierea suprafeței Pământului, cărbunii suferă oxidare.

În ceea ce privește efectul său asupra compoziției chimice și proprietăților fizice, oxidarea are direcția opusă față de metamorfism:

cărbunele își pierde proprietățile de rezistență și sinterabilitate;

conținutul relativ de oxigen din acesta crește, cantitatea de carbon scade, umiditatea și conținutul de cenușă crește, iar căldura de ardere scade brusc.

Adâncimea de oxidare a cărbunilor fosili, în funcție de topografia modernă și antică, poziția pânzei freatice, natura condițiilor climatice, compoziția materialului și metamorfismul, variază de la 0 la 100 de metri pe verticală.

Greutatea specifică a cărbunelui este de 1,2 - 1,5 g/cm3, puterea calorică este de 35.000 kJ/kg. Cărbunele este considerat adecvat pentru utilizare tehnologică dacă, după ardere, conținutul de cenușă este de 30% sau mai puțin. Exploatarea primitivă a cărbunilor fosili este cunoscută încă din cele mai vechi timpuri (Grecia). Cărbunele a început să joace un rol semnificativ ca combustibil în Marea Britanie în secolul al XVII-lea. Devenirea industria cărbunelui asociat cu utilizarea cărbunelui, precum cocsul, în topirea fontei. Din secolul al XIX-lea, transportul a fost un cumpărător important de cărbune. Principalele domenii de utilizare industrială a cărbunelui: producția de energie electrică, cocs metalurgic, arderea în scopuri energetice, producția de produse diverse (până la 300 de articole) prin procesare chimică. Consumul de cărbuni pentru producția de materiale carbon-grafit cu conținut ridicat de carbon este în creștere. materiale de constructii, ceară de rocă, materiale plastice, combustibili sintetici, lichizi și gazoși cu conținut ridicat de calorii, produse aromatice prin hidrogenare, acizi foarte azoți pentru îngrășăminte. Cocsul obținut din cărbune este necesar în cantități mari pentru metalurgie industrie.

Cocs este produs la fabricile de cocs. Cărbunele este supus distilării uscate (cocsificare) prin încălzire în cuptoare speciale de cocs fără acces la aer la o temperatură de C. Se produce cocs - o substanță solidă poroasă. Pe lângă cocs, distilarea uscată a cărbunelui produce și produse volatile, care, atunci când sunt răcite la 25-75 C, formează gudron de cărbune, apă amoniacală și produse gazoase. Gudronul de cărbune este supus distilarii fracționate, rezultând mai multe fracțiuni:

ulei usor (punct de fierbere pana la 170 C) contine hidrocarburi aromatice (benzen, toluen, acizi si alte substante;

ulei mediu (punct de fierbere 170-230 C). Aceștia sunt fenolii, naftalina;

ulei greu (punct de fierbere 230-270 C). Acestea sunt naftalina și omologii săi

ulei de antracen - antracen, fenatren etc.

Compoziția produselor gazoase (gazul cuptorului de cocs) include benzen, toluen, xioli, fenol, amoniac și alte substanțe. După purificarea din compuși de amoniac, hidrogen sulfurat și cianuri, benzenul brut este extras din gazul cuptorului de cocs, din care sunt izolate hidrocarburi individuale și o serie de alte substanțe valoroase.

Carbonul amorf sub formă de cărbune, precum și mulți compuși de carbon, joacă rol vitalîn viaţa modernă ca surse de obţinere diverse tipuri energie. Când cărbunele arde, eliberează căldură, care este folosită pentru încălzire, gătit și multe alte lucruri. procesele de productie. Cea mai mare parte a căldurii primite este convertită în alte tipuri de energie și cheltuită pentru efectuarea lucrărilor mecanice.

Cărbunele este un combustibil solid, un mineral de origine vegetală. Este o rocă densă de culoare neagră, uneori gri închis, cu o suprafață mată strălucitoare. Conține 75-97% carbon, 1,5-5,7% hidrogen, 1,5-15% oxigen, 0,5-4% sulf, până la 1,5% azot, 2-45% volatile, cantitatea de umiditate variază de la 4 la 14%. Cea mai mare putere calorică calculată pentru masa umedă fără cenușă de cărbune nu este mai mică de 238 MJ/kg.

Cărbunele se formează din produsele de descompunere a substanțelor organice ale plantelor superioare, care au suferit modificări în condiții de presiune ale diferitelor roci din scoarța terestră și sub influența temperaturii. Odată cu creșterea gradului de metamorfism în masa combustibilă, cărbunele crește conținutul de carbon și, în același timp, reduce cantitatea de oxigen, hidrogen și substanțe volatile. Se modifică și căldura de ardere a cărbunelui.

Proprietăți fizice caracteristice ale cărbunelui:

densitate (g/cm3) - 1,28-1,53;

rezistenta mecanica (kg/cm2) - 40-300;

capacitatea termică specifică C (Kcal/g grad) - 026-032;

indicele de refracție a luminii - 1,82-2,04.

Cele mai mari zăcăminte de cărbune din lume în ceea ce privește volumul de producție sunt bazinele Tunguska, Kuznetsk și Pechora - în Federația Rusă; Karaganda - în Kazahstan; Bazinele Appalachian și Pennsylvania - în SUA; Ruhrsky - în Republica Germania; Marele Râu Galben - în China; Țara Galilor de Sud - în Anglia; Valenciennes - în Franța etc.

Utilizările cărbunelui sunt variate. Este folosit ca combustibil de uz casnic, energetic, metalurgic și chimic industrie, precum și pentru extragerea de elemente rare și oligoelemente din acesta. Cărbunele, cocsul și industriile grele prelucrează cărbunele folosind metoda de cocsificare. Cocsificarea este o metodă industrială de prelucrare a cărbunelui prin încălzire la 950-1050 C fără acces la aer. Principalele produse chimice de cocs sunt: ​​gazul cuptorului de cocs, produsele din prelucrarea benzenului brut, gudron de cărbune și amoniac.

Hidrocarburile sunt îndepărtate din gazul cuptorului de cocs prin spălare în scrubere cu uleiuri lichide de absorbție. După distilarea din ulei, distilarea din fracție, purificarea și rectificarea repetată, se obțin produse comerciale pure, precum benzen, toluen, xilen etc. Din compușii nesaturați conținuți în benzenul brut se obțin rășini cumarone, care se folosesc pentru producția de lacuri, vopsele, linoleum și în industria cauciucului. Ciclopentadiena, care se obține și din cărbune, este, de asemenea, o materie primă promițătoare. Cărbune - materii prime pentru producerea naftalinei și a altor hidrocarburi aromatice individuale. Cele mai importante produse de prelucrare sunt bazele piridinice și fenolii.

Prin prelucrare se pot obține în total peste 400 de produse diferite, al căror cost, în comparație cu cost cărbunele în sine, crește de 20-25 de ori, iar produsele secundare obținute la cocserii depășesc preţ coca în sine.

Arderea (hidrogenarea) cărbunelui pentru a forma combustibil lichid este foarte promițătoare. Pentru a produce 1t de aur negru, se consumă 2-3t de cărbune. Grafitul artificial este obținut din cărbune. Sunt folosite ca materii prime anorganice. La procesarea cărbunelui, vanadiul, germaniul, sulful, galiul, molibdenul și plumbul sunt extrase din acesta la scară industrială. Cenușa de la arderea cărbunelui, deșeurile miniere și de prelucrare este utilizată în producția de materiale de construcție, ceramică, materii prime refractare, alumină și abrazivi. Pentru utilizarea optimă a cărbunelui, acesta este îmbogățit (îndepărtând impuritățile minerale).

Cărbunele conține până la 97% carbon; se poate spune că este baza tuturor hidrocarburilor, adică. Se bazează pe atomi de carbon. Adesea întâlnim carbon amorf sub formă de cărbune. În structură, carbonul amorf este la fel cu grafitul, dar într-o stare de măcinare extrem de fină. Aplicațiile practice ale formelor amorfe de carbon sunt variate. Cocs și cărbune - ca agent reducător în metalurgie pentru topirea fierului.

Clasificarea cărbunelui

Cărbunele se formează din produșii de descompunere ai rămășițelor organice ale plantelor superioare care au suferit modificări (metamorfism) în condiții de presiune din rocile înconjurătoare ale scoarței terestre și temperaturi relativ ridicate. Odată cu creșterea gradului de metamorfism în masa combustibilă a cărbunelui, conținutul de carbon crește constant și, în același timp, scade cantitatea de oxigen, hidrogen și substanțe volatile; Căldura de ardere, capacitatea de sinterizare și alte proprietăți se schimbă, de asemenea. Clasificarea industrială adoptată în URSS se bazează pe modificări ale acestor calități, determinate pe baza rezultatelor descompunerii termice a cărbunelui (randament de substanțe volatile, caracteristici ale reziduului nevolatil).

Cărbune după grad:

flacără lungă (D),

gaz (G),

gaz gras (GZh),

gras (F),

cocs gras (QF),

cocs (K),

sinterizare slabă (OS),

slab (T),

slab aglomerat (SS),

semiantracit (PA)

antracit (A).

Uneori, antracitele sunt clasificate ca un grup separat. Pentru cocsificare, se utilizează în principal cărbunele din clasele G, Zh, K și OS, parțial D și T Pe măsură ce cărbunele trece de la gradul D la gradul T-A, umiditatea din combustibilul de lucru scade de la 14% pentru gradul D la 4,5-. 5,0% pentru mărcile T-A; reducerea conținutului de oxigen (în masa combustibilă) de la 15% la 1,5%; hidrogen - de la 5,7% la 1,5%; conţinut sulf, azotul și cenușa nu depind de apartenența la o marcă sau alta. Căldura de ardere a masei combustibile a cărbunelui crește constant de la 32,4 MJ/kg (7750 kcal/kg) pentru gradul D la 36,2–36,6 MJ/kg (8650–8750 kcal/kg) pentru gradul K și scade la 35 . 4–33,5 MJ/kg (8450–8000 kcal/kg) pentru mărcile PA și A.

În funcție de dimensiunea pieselor obținute în timpul exploatării, cărbunele se clasifică în:

placa (P) - mai mult de 100 mm,

mare (K) - 50-100 mm,

piuliță (O) - 26-50 mm,

mic (M) - 13-25 mm,

sămânță (C) - 6-13 mm,

bucată (W) - mai puțin de 6 mm,

privat (P) - nelimitat de dimensiune.

Marca și dimensiunea bucăților de cărbune sunt indicate prin combinații de litere - DK etc.

Clasificarea cărbunelui într-un număr de țări din Europa de Vest se bazează pe aproximativ aceleași principii ca și în URSS. ÎN STATELE UNITE ALE AMERICII Cea mai obișnuită clasificare a cărbunelui se bazează pe randamentul de substanțe volatile și căldura de ardere, conform cărora acestea sunt împărțite în subbituminoase cu un randament ridicat de substanțe volatile (corespunzător claselor sovietice D și G), bituminoase cu un randament mediu. de substanțe volatile (corespunzător claselor PZh și K), bituminoase cu un randament scăzut de substanțe volatile (OS și T) și cărbuni antracit, împărțiți în semiantracite (parțial T și A), antraciți înșiși și meta-antraciți (A) . În plus, există clasificare internationala cărbune tare, bazat pe conținutul de substanțe volatile, capacitatea de aglomerare, capacitatea de cocsificare și care reflectă proprietățile tehnologice ale cărbunilor.

Formarea cărbunelui

Formarea cărbunelui este caracteristică tuturor sistemelor geologice din Silurian și Devonian cărbunele este foarte larg distribuit în zăcămintele sistemelor Carbonifer, Permian și Jurasic. Cărbunele apare sub formă de straturi de grosimi variate (de la fracțiuni de metru la câteva zeci de metri sau mai mult). Adâncimea de apariție a cărbunilor variază - de la atingerea suprafeței până la 2000-2500 m și mai adânc. Cu nivelul modern al tehnologiei miniere, cărbunele poate fi extras metoda deschisa la o adâncime de 350 m.

Pentru formarea cărbunelui este necesară acumularea abundentă de materie vegetală. În turbării antice, începând din perioada devoniană, 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. Se estimează că cei mai vechi cărbuni au o vechime de aproximativ 350 de milioane de ani.

Cărbunele se formează atunci când materialul vegetal în descompunere se acumulează mai repede decât are loc descompunerea bacteriană. Un mediu ideal pentru aceasta este creat în mlaștini, unde apa stagnantă, epuizată de oxigen, împiedică activitatea bacteriilor și, prin urmare, protejează masa plantei de distrugerea completă. La o anumită etapă proces Acizii eliberați în timpul acestui proces împiedică continuarea activității bacteriene. Așa apare turba - originalul produs pentru formarea cărbunelui. Dacă este apoi îngropată sub alte sedimente, turba suferă comprimare și, pierzând apă și gaze, este transformată în cărbune.

Sub presiunea unui strat de sediment de 1 kilometru grosime, un strat de turbă de 20 de metri produce un strat de cărbune brun de 4 metri grosime. Dacă adâncimea de îngropare a materialului vegetal ajunge la 3 kilometri, atunci același strat de turbă se va transforma într-un strat de cărbune de 2 metri grosime. La adâncimi mai mari, aproximativ 6 kilometri, și la temperaturi mai ridicate, un strat de turbă de 20 de metri devine un strat de antracit de 1,5 metri grosime.

Metoda de extragere a cărbunelui depinde de adâncimea apariției sale. Exploatarea se desfășoară prin exploatare în cară deschisă dacă adâncimea stratului de cărbune nu depășește 100 de metri. Există, de asemenea, cazuri frecvente când, cu o mină de cărbune în continuă adâncire, este și mai profitabilă dezvoltarea unui zăcământ de cărbune prin metoda subterană. Minele sunt folosite pentru extragerea cărbunelui de la adâncimi mari. Cele mai adânci mine din teritoriu Rusia Cărbunele este extras de la un nivel de puțin peste 1200 de metri.

Zăcămintele purtătoare de cărbune, împreună cu cărbunele, conțin multe tipuri de georesurse care au importanță pentru consumatori. Acestea includ roci gazdă precum materii prime pentru industria construcțiilor, ape subterane, metan din strat de cărbune, elemente rare și oligoelemente, inclusiv metale valoroase și compușii acestora. De exemplu, unii cărbuni sunt îmbogățiți cu germaniu.

Rezerve de cărbune

Rezervele geologice generale de cărbune din URSS sunt de circa 4.700 miliarde de tone (conform estimărilor din 1968), inclusiv după gradul (în miliarde de tone): D - 1.719; D—G—331; G - 475; GZh - 69,4; F - 156; QOL - 21,5; K - 105; OS - 88.2; SS - 634; T - 205; T-A - 540; PA, A - 139.

Cele mai mari rezerve de cărbune din URSS se află în bazinul Tunguska. Cele mai mari bazine carbonifere dezvoltate din URSS sunt Donețk, Kuznetsk, Pechora, Karaganda; V STATELE UNITE ALE AMERICII- Appalachian și Pennsylvania, în Polonia - Silezia Superioară și continuarea ei în Cehoslovacia - Ostrava-Karvinsky, în Germania— Ruhrsky, în China- Big Huanghebass, în Anglia— Țara Galilor de Sud, în Franţa- Valenciennes si in Belgia - Brabant. Utilizările cărbunelui sunt variate.

Este folosit ca combustibil de uz casnic, energie, materie primă pentru metalurgie și industria chimică, precum și pentru extragerea de elemente rare și oligoelemente din acesta.

Timp de două decenii la rând, cărbunele a fost în umbra boom-ului petrolului. Munții de cărbune de nevânzare se ridicau spre cer. Numeroase mine au fost închise, sute de mii de mineri și-au pierdut locul de muncă. Regiunea Appalachian din Statele Unite, cândva un zăcământ de cărbune înfloritor, a devenit una dintre cele mai întunecate zone de dezastru din lume. O tranziție dezordonată, sub presiunea monopoliștilor, la alimente ieftine, importate - în principal din Orientul Mijlociu - ulei a condamnat cărbunele la rolul de „Cenuşăreasa”, lipsit de viitor. Cu toate acestea, acest lucru nu s-a întâmplat în unele ţări, inclusiv în fosta URSS, care a ținut cont de avantajele unei structuri energetice bazate pe resurse naționale.

Rezervele de cărbune sunt împrăștiate în întreaga lume. Cele mai industriale ţări nu sunt lipsiti. Pământul este înconjurat de două zone bogate în cărbune. Unul se întinde peste țări fosta URSS, prin China, America de Nord până în Europa Centrală. Celălalt, mai îngust și mai puțin bogat, merge din sudul Braziliei prin Africa de Sud până în Australia de Est.

Cel mai semnificativ depozite cărbunele sunt situate în țările fostei URSS, SUA și China. Cărbunele domină în vestul Europei. Principalele bazine carbonifere din Eurasia: Țara Galilor de Sud, Valenciennes-Liège, Saar-Lotarginsky, Ruhrsky, Asturian, Kizelovsky, Donețk, Taimyrsky, Tungussky, South Yakutsky, Funshunsky; în Africa: Jerada, Abadla, Enugu, Huanqui, Witbank; în Australia: Great Syncline, New South Wales; în America de Nord: Green River, Junnta, San Juan River, Western, Illinois, Appalachian, Sabinas, Texas, Pennsylvania; în continentul care arde: Carare, Junin, Santa Catarina, Concepcion. În Ucraina, trebuie remarcate bazinul Lviv-Volyn și Donbasul, bogat în zăcăminte.

Surse

bse.sci-lib.com/ Marea Enciclopedie Sovietică

ru.wikipedia.org Wikipedia - enciclopedia liberă

www.bankreferatov.ru rezumate

dic.academic.ru Dicționare și enciclopedii despre Academician

geografie.kz Geografie

www.bibliotekar.ru Bibliotecar

poddoni.com/ PalletEk

Enciclopedia investitorilor. 2013 .

Rocile formate în grosimea scoarței terestre, datorită influenței temperaturii, presiunii, mișcării scoarței terestre și a altor condiții fizice și chimice, suferă etape de metamorfism: turbă, cărbune brun, cărbune, antracit.

Cărbune

Cărbunele conține umiditate și impurități minerale. Umiditatea din cărbune reduce căldura de ardere. Cea mai dăunătoare impuritate din cărbune este sulful din diverși compuși (pirită, calciu, sulfat de fier). La arderea cărbunelui cu compuși de sulf, se formează dioxid de sulf (dioxid de sulf), care are un efect dăunător asupra sănătății umane, provoacă coroziunea metalelor și otrăvește atmosfera. Conținut relativ scăzut de sulf (1%-2%) în cărbunele din bazinul Donețk. În bazinele carbonifere centrale și nordice, conținutul de sulf este deja de 3,5% sau mai mult.

Compoziția chimică a cărbunelui:

• Carbon – 50% - 96%
• Hidrogen - 3% - 6%
• Oxigen - 25% - 37%
• Azot – 0 – 2,7%

Turbă

Turba este folosită astăzi în multe domenii ale vieții. Aceasta și agricultură, zootehnie, biochimie, medicină, energie. Turba nu numai că îmbunătățește structura solului, dar îi îmbunătățește și proprietățile apei și ale aerului. Turba conține impurități mai puțin nocive și sulf. Turba are un conținut de carbon de 50% - 60%.

Cărbune brun

Cărbunele brun este o masă pământoasă densă formată din turbă, cu o structură lemnoasă bine conservată. Arde ușor cu o flacără fumurie, eliberând un miros neplăcut. Rezervele totale mondiale de cărbune brun sunt de aproximativ 4,9 trilioane de tone. Principalele rezerve sunt situate în Rusia, Germania, Polonia și Republica Cehă. Cărbunele brun este folosit mult mai puțin decât cărbunele. În timpul distilării uscate a cărbunelui brun, se formează amoniac cu acid acetic. Distilarea uscată produce, de asemenea, parafină, nasturi, brățări și alte articole mici. Cel mai tânăr dintre cărbunii fosili este cărbunele brun. Compoziția cărbunelui brun:

• 50% - 77% - carbon,
• 26% - 37% oxigen,
• 0 - 2% - azot,
• 3% – 5% - hidrogen.

Tehnologiile moderne de astăzi fac posibilă producerea de gaz sintetic din cărbune brun, care este o alternativă la păcură.

Cărbune

Cărbunele este unul dintre tipurile de combustibili fosili, o stare de tranziție de la cărbune brun la antracit. Se dezvoltă mai mult cărbune decât oricare altul, aproximativ 2,5 miliarde de tone pe an, adică aproximativ 700 kg pentru fiecare locuitor al Pământului nostru. Cărbunele este folosit pentru a genera energie electrică în centralele termice, ca combustibil în case particulare, fabrici și multe altele. Cărbunele arde cu o flacără luminoasă și are o căldură de ardere mai mare decât cărbunele brun.

Cărbunele conține umiditate de la 3% la 12% și, de asemenea, conține până la 32% substanțe inflamabile volatile.

Compoziția chimică a cărbunelui include:

• carbon de la 75% la 93% (în funcție de varietate, locație),
• hidrogen de la 4% la 6%,
• oxigen de la 3% la 19%
• azot până la 2,7%

Antracit

Antracitul se caracterizează prin densitate mare, strălucire, are cea mai mare căldură de ardere, dar nu se aprinde bine. Ele sunt utilizate în special pentru fabricarea electrozilor de carbon și a masei electrozilor. Este folosit ca materie primă în metalurgie. Antracitul apare în principal la adâncimi de 6 kilometri.

Are cel mai mare conținut de carbon 95% - 97%, hidrogen - 1% - 3%.

Cărbune activ

Cărbunele activat este o substanță cu o structură poroasă, obținută din diferite materiale de origine organică care conțin carbon, care includ cărbune, petrol, cocs de cărbune, coajă de nucă de cocos, coajă de nucă, sâmbure de măsline, coajă de caise. Cel mai bun cărbune activ este carbolina, făcut din coji de nucă de cocos, poate fi regenerat de multe ori.

Compoziția cărbunelui activat include 87%-97% carbon, conține și hidrogen, azot, oxigen și nu conține impurități. Compoziția chimică a cărbunelui activ este similară cu grafitul, folosit în creioane și cu diamantul.

Cărbunele activ este împărțit în clase:

• după tipul de materie primă (lemn, nucă de cocos, cărbune etc.),
• prin metoda de activare (abur sau termochimic),
• prin forma de eliberare (pulbere, granule, turnat, material impregnat cu carbon activ)
• după scop (clarificare, gaz, recuperare, catalizatori).

Aplicarea cărbunelui activ

Cărbunele activat este utilizat pe scară largă în multe domenii ale vieții și industriei:

• purificarea apei din xenobiotice, dioxine,
• V industria alimentară(în producția de alcool, băuturi carbogazoase, dezodorizarea și clarificarea grăsimilor și uleiurilor etc.)
• în producția de petrol și gaze, industria chimică, industria de prelucrare,
• în activități de mediu (curățarea apelor uzate industriale, eliminarea scurgerilor de petrol și produse petroliere, curățarea gazelor de ardere etc.)
• în industria metalurgică, minieră,
• în industria combustibilului și energiei,
• în industria nucleară,
• în medicină (curățarea organismului de toxine),
• V industria farmaceutica(tablete de cărbune, înlocuitori de sânge, antibiotice etc.),
• în producerea de fonduri protectie personala(respiratoare, măști de gaz),
• pentru purificarea apei în piscine și acvarii.

Astăzi, cărbunele este unul dintre cele mai necesare minerale.

Această resursă se formează în mod natural, are rezerve uriașe și o mulțime de proprietăți utile.

Ce este cărbunele și cum arată?

Construcția unei mine este o investiție foarte costisitoare, dar în timp toate costurile sunt recuperate integral. Când se exploatează cărbunele, ies la suprafață și alte resurse.

Există posibilitatea de a extrage metale prețioase și elemente de pământ rare, care ulterior pot fi vândute și pot primi profit suplimentar.

Petrolul este practic cea mai prețioasă resursă și principala sursă de combustibil astăzi. Cu toate acestea, nici o singură companie sau țară care produce cărbune nu va neglija extracția acestuia în numele petrolului, deoarece și combustibilul solid are mare valoare si valoare mare.

Formarea cărbunelui

Cărbunele în natură se formează prin schimbarea topografiei suprafeței. Ramurile copacilor, plantele, frunzele și alte resturi naturale care nu au avut timp să putrezească sunt saturate cu umezeala din mlaștini, motiv pentru care sunt transformate în turbă.

Apoi, apa de mare ajunge pe uscat, iar când pleacă, lasă și un strat de sedimente. După ce râul își face propriile ajustări, solul devine mlaștin, din nou formează sau acoperă solul. Prin urmare, compoziția cărbunelui depinde în mare măsură de vârstă.

Cărbunele are o vârstă intermediară între maro, cel mai tânăr, și antracit, cel mai în vârstă.

Tipuri de cărbune, compoziția și proprietățile lor

Există mai multe tipuri de cărbune:

• flacără lungă;
• gaz;
• grăsime;
• cocs;
• slab aglomerat;
• slab.

De asemenea, comune sunt speciile formate din mai multe, așa-numitele mixte, având proprietățile a două grupe.

Cărbunele se distinge prin culoarea sa neagră, structura tare, stratificată, ușor de distrus, și are incluziuni strălucitoare. Proprietățile combustibile sunt destul de ridicate, deoarece materialul este folosit drept combustibil.

Să luăm în considerare caracteristici fizice:

1. Densitatea (sau greutatea specifică) variază foarte mult (maximul poate ajunge la 1500 kg/m³).
2. Capacitatea termică specifică este de 1300 J/kg*K.
3. Temperatura de ardere - 2100°C (1000°C în timpul procesării).

Zăcăminte de cărbune în Rusia

Aproximativ o treime din rezervele lumii se află pe teritoriul Rusiei.

Zăcăminte de cărbune și șist petrolier din Rusia (click pentru a mări)

Cel mai mare zăcământ de cărbune din Rusia este Elginskoye. Este situat în regiunea Yakutia.

Rezervele, conform calculelor aproximative, se ridică la peste 2 miliarde de tone.

Terenul din apropierea bazinului de cărbune Kuznetsk (Kuzbass) a fost grav avariat din cauza operațiunilor de extracție a resurselor pe scară largă.

Cele mai mari zăcăminte de cărbune din lume

Harta zăcămintelor de cărbune din lume (click pentru a mări)

În Statele Unite, cel mai faimos bazin de cărbune este Illinois. Rezervele totale de zăcăminte din acest domeniu se ridică la 365 miliarde de tone.

Exploatarea cărbunelui

În timpul nostru, cărbunele este extras în trei moduri fundamentale. Ca:

• metoda carierei;
• minerit prin adite;
• metoda de minerit.

Metoda de exploatare a carierei este utilizată atunci când straturile de cărbune se află la suprafață, aproximativ o sută de metri adâncime sau mai mare.

Carierele implică pur și simplu săparea pământului sau a gropii de nisip din care se efectuează mineritul, de obicei, în astfel de cazuri, stratul de cărbune este destul de gros, ceea ce face extragerea acestuia mai ușor.

Adiții înseamnă puțuri cu un unghi mare de înclinare. Toate mineralele extrase sunt transportate în sus de-a lungul acestuia, fără a fi nevoie să folosiți echipamente serioase sau să săpați un bazin.

De obicei, depozitele din astfel de locuri sunt subțiri și nu sunt îngropate deosebit de adânc. Prin urmare, metoda de exploatare prin adit permite o producție rapidă, fără costuri speciale.

Extracția prin mine este cea mai comună metodă de extragere a mineralelor, în același timp cea mai productivă, dar în același timp periculoasă. Minele sunt forate adâncime mai mare

, ajungând la câteva sute de metri. Cu toate acestea, aceasta necesită o autorizație care să confirme justificarea unei astfel de lucrări la scară largă și o dovadă a prezenței depozitelor. Uneori, minele pot ajunge la un kilometru sau mai mult în adâncime și se pot întinde pe câțiva kilometri în lungime, formând rețele interconectate de coridoare subterane. În secolul al XX-lea s-au format chiar așezări în jurul minelor și orase mici

, în care minerii locuiau împreună cu familiile lor.

Tocmai din cauza condițiilor miniere, munca în minele este considerată foarte dificilă și periculoasă, deoarece de un număr imens de ori minele s-au prăbușit, îngropând zeci sau chiar sute de oameni care lucrează acolo.

Aplicarea cărbunelui Cărbunele este folosit cel mai mult diverse domenii . Este utilizat pe scară largă ca combustibil solid

(scop principal), în metalurgie și industria chimică, plus multe alte componente sunt produse din acesta. Din cărbune, unele substanțe aromatice, metale, chimicale

, se obțin peste 360 ​​de alte produse prelucrate. La rândul lor, substanțele produse din acesta au valoarea de piata

de zeci de ori mai mare; cea mai scumpă metodă este considerată metoda de procesare a cărbunelui în combustibil lichid. Toate deșeurile industriale obținute în timpul procesării sunt adesea folosite pentru producerea materialelor de construcție.

Concluzie

Există multe zăcăminte de cărbune pe pământ care sunt încă exploatate activ până în prezent. La orele de biologie din clasa a V-a și chiar mai devreme, la orele de istorie naturală din clasa a II-a, copiii sunt introduși în acest concept. În această lucrare, am repetat pe scurt faptele de bază despre cărbune - origine, formulă, clase, compoziție chimică și utilizare, extracție și multe altele.

Cărbunele este una dintre cele mai importante resurse utilizate pe scară largă în industrie. Cu toate acestea, ar trebui să fiți totuși atenți atunci când perturbați fluxul natural de substanțe, deoarece dezvoltarea perturbă relieful și epuizează treptat rezervele naturale.