Chemické zloženie uhlia. Uhlie: vlastnosti

DEFINÍCIA

Uhlie- jedna z alotropných modifikácií chemický prvok uhlíka.

Štruktúra atómu uhlíka je znázornená na obr. 1. Okrem dreveného uhlia môže uhlík existovať vo forme jednoduchej substancie diamantu alebo grafitu, patriacej do šesťuholníkového a kubického systému, koks, sadze, karabína, grafén polykumulén, fullerén, nanorúrky, nanovlákna, astralén atď.

Ryža. 1. Štruktúra atómu uhlíka.

Chemický vzorec uhlia

Chemický vzorec uhlia- C. Ukazuje, že molekula tejto látky obsahuje jeden atóm uhlíka (Ar = 12 amu). Podľa chemického vzorca môžete vypočítať molekulovú hmotnosť uhlia:

M(C) \u003d M r (C) × 1 mol \u003d 12,0116 g / mol

Štrukturálny (grafický) vzorec uhlia

Ilustratívnejšie je štruktúrny (grafický) vzorec uhlia. Ukazuje, ako sú atómy v molekule prepojené (obr. 2).

Ryža. 2. Štruktúra alotropných modifikácií uhlíka: a) diamant; b - grafit; c) - fullerén.

Elektronický vzorec

Elektronický vzorec, ktorá ukazuje distribúciu elektrónov v atóme na energetických podúrovniach, je znázornená nižšie:

6 C 1s 2 2s 2 2p 2

Ukazuje tiež, že uhlík patrí k prvkom p-rodiny, ako aj počet valenčných elektrónov - vo vonkajšej energetickej hladine sú 4 elektróny (2s 2 2p 2).

Príklady riešenia problémov

PRÍKLAD 1

PRÍKLAD 2

Uhlie je jedným z najstarších palív človeku známy. A aj dnes zaujíma vedúcu pozíciu z hľadiska objemu použitia. Dôvodom je jeho rozšírenosť, jednoduchosť extrakcie, spracovania a použitia. Ale čo je on? Aký je chemický vzorec uhlia?

V skutočnosti táto otázka nie je úplne správna. Uhlie nie je látka, je to zmes rôznych látok. Je ich veľa, preto nie je možné úplne určiť zloženie uhlia. Preto pod chemickým vzorcom uhlia v tomto článku budeme myslieť skôr jeho elementárne zloženie a niektoré ďalšie vlastnosti.

Čo sa však môžeme dozvedieť o stave tejto látky? Uhlie sa tvorí zo zvyškov rastlín počas mnohých rokov v dôsledku vystavenia vysokej teplote a tlaku. A keďže rastliny sú organického charakteru, v zložení uhlia bude prevládať organická hmota.

V závislosti od veku a ďalších podmienok pôvodu uhlia sa delí na niekoľko druhov. Každý typ sa vyznačuje svojim elementárnym zložením, prítomnosťou nečistôt a ďalšími dôležitými vlastnosťami.

Je to najmladší druh uhlia. Má dokonca rastlinnú drevitú štruktúru. Vzniká priamo z rašeliny v hĺbke asi 1 kilometer.

Tento typ uhlia obsahuje pomerne veľké množstvo vlhkosti: od 20 do 40%. Keď je vystavený vzduchu, vyparí sa a uhlie sa rozpadne na prášok. Ďalej budeme hovoriť o chemickom zložení tohto konkrétneho suchého zvyšku. Množstvo anorganických nečistôt v hnedom uhlí je tiež vysoké a dosahuje 20-45%. Týmito nečistotami sú oxid kremičitý, oxidy hliníka, vápnika a železa. Môže tiež obsahovať oxidy alkalických kovov.

V tomto uhlí je veľa prchavých organických a anorganických látok. Môžu mať až polovicu hmotnosti tohto druhu uhlia. Elementárne zloženie mínus anorganické a prchavé látky je nasledovné:

• Uhlík 50-75%.
• Kyslík 26-37%.
• Vodík 3-5%.
• Dusík 0-2%.
• Síra 0,5-3%.

V čase formovania nasleduje tento typ uhlia po hnedom. Má čiernu alebo šedo-čiernu farbu, ako aj živicový, niekedy kovový lesk.

Obsah vlhkosti v čiernom uhlí je oveľa nižší ako v hnedom uhlí: iba 1-12%. Obsah prchavých látok v uhlí veľmi kolíše v závislosti od miesta ťažby. Môže byť minimálny (od 2%), ale môže dosiahnuť aj hodnoty podobné hnedému uhliu (až 48%). Elementárne zloženie je nasledovné:

• Uhlík 75-92%.
• Vodík 2,5-5,7 %.
• Kyslík 1,5-15%.
• Dusík do 2,7 %.
• Síra 0-4%.

Z toho môžeme usúdiť, že chemický vzorec čierneho uhlia pozostáva z väčšieho počtu uhlíka ako hnedého. To robí z tohto druhu uhlia kvalitnejšie palivo.

Antracit

Antracit je najstaršia forma fosílneho uhlia. Je tmavo čiernej farby a má charakteristický kovový lesk. Toto je najlepšie uhlie z hľadiska množstva tepla, ktoré uvoľňuje pri spaľovaní.

Množstvo vlhkosti a prchavých látok v ňom je veľmi malé. Asi 5-7% pre každý ukazovateľ. A elementárne zloženie sa vyznačuje extrémne vysokým obsahom uhlíka:

• Uhlík nad 90%.
• Vodík 1-3%.
• Kyslík 1-1,5%.
• Dusík 1-1,5%.
• Síra do 0,8 %.

Viac uhlia je obsiahnuté iba v grafite, čo je ďalší stupeň preuhoľovania antracitu.

Tento typ uhlia nie je fosília, takže má niektoré vlastnosti svojho zloženia. Vyrába sa ohrevom suchého dreva na teplotu 450-500 oC bez prístupu vzduchu. Tento proces sa nazýva pyrolýza. Pri nej sa z dreva uvoľňuje množstvo látok: metanol, acetón, kyselina octová a ďalšie, po ktorých sa mení na uhlie. Mimochodom, spaľovanie dreva je tiež pyrolýza, ale kvôli prítomnosti kyslíka vo vzduchu sa uvoľnené plyny vznietia. To spôsobuje prítomnosť plameňov pri spaľovaní.

Drevo nie je homogénne, má veľa pórov a kapilár. Podobná štruktúra je čiastočne zachovaná aj v uhlí z nej získanom. Z tohto dôvodu má dobrú adsorpčnú kapacitu a používa sa spolu s aktívnym uhlím.

Vlhkosť tohto druhu uhlia je veľmi nízka (asi 3%), ale pri dlhodobom skladovaní absorbuje vlhkosť zo vzduchu a percento vody sa zvyšuje na 7-15%. Obsah anorganických nečistôt a prchavých látok je regulovaný GOST a nemal by prekročiť 3% a 20%. Elementárne zloženie závisí od výrobnej technológie a vyzerá približne takto:

• Uhlík 80-92%.
• Kyslík 5-15%.
• Vodík 4-5%.
• Dusík ~0 %.
• Síra ~0 %.

Chemický vzorec dreveného uhlia ukazuje, že obsahom uhlíka sa blíži kameňu, no navyše má len malé množstvo prvkov nepotrebných na spaľovanie (síra a dusík).

Aktívne uhlie

Aktívne uhlie je typ uhlíka s vysokým špecifickým povrchom pórov, vďaka čomu je ešte nasiakavejší ako drevo. Ako suroviny na jeho výrobu sa používa drevené uhlie a uhlie, ako aj kokosové škrupiny. Východiskový materiál sa podrobí procesu aktivácie. Jeho podstatou je otváranie upchatých pórov pôsobením vysokej teploty, roztokov elektrolytov alebo vodnej pary.

Počas procesu aktivácie sa mení iba štruktúra látky, teda chemický vzorec aktívne uhlie identické so zložením surovín, z ktorých bol vyrobený. Obsah vlhkosti aktívneho uhlia závisí od špecifického povrchu pórov a je zvyčajne nižší ako 12%.

Z čoho sa vyrába uhlie? Aký je chemický vzorec uhlia - všetko o cestovaní na miesto

1. Chemické vlastnosti uhlia

2. Klasifikácia čierneho uhlia

3. Vznik čierneho uhlia

4. Zásoby uhlia

Uhlie je sedimentárna hornina, čo je hĺbkový rozklad rastlinných zvyškov (stromové paprade, prasličky a palice, ako aj prvé nahosemenné rastliny).

Chemické vlastnosti čierneho uhlia

Podľa chemického zloženia uhlia je zmes vysokomolekulárnych aromatických zlúčenín s vysokým hmotnostným podielom uhlíka, ako aj vody a prchavých látok s malým množstvom minerálnych nečistôt. Tieto nečistoty tvoria popol pri spaľovaní uhlia. Fosílne uhlie sa navzájom líšia pomerom svojich zložiek, ktorý určuje ich spalné teplo. Množstvo organických zlúčenín, ktoré tvoria uhlie, má karcinogénne vlastnosti.

Väčšina ložísk uhlia vznikla v paleozoiku, hlavne v období karbónu, asi pred 300-350 miliónmi rokov. Podľa chemického zloženia uhlia je zmes vysokomolekulárnych polycyklických aromatických zlúčenín s vysokým hmotnostným podielom uhlíka, ako aj vody a prchavých látok s malým množstvom minerálnych nečistôt, ktoré pri spaľovaní uhlia tvoria popol. Fosílne uhlie sa navzájom líšia pomerom svojich zložiek, ktorý určuje ich spalné teplo. Množstvo organických zlúčenín, ktoré tvoria uhlie, má karcinogénne vlastnosti. Obsah uhlíka v čiernom uhlí sa v závislosti od jeho kvality pohybuje od 75 % do 95 %.

Uhlie, pevný horľavý minerál rastlinného pôvodu; druh fosílneho uhlia s vyšším obsahom uhlíka a väčšou hustotou ako hnedé uhlie. Je to hustá hornina čiernej, niekedy šedo-čiernej farby s lesklým, polomatným alebo matným povrchom. Obsahuje 75 – 97 % alebo viac uhlíka; 1,5-5,7 % vodíka; 1,5-15 % kyslíka; 0,5-4 % síry; do 1,5 % dusíka; 45-2 % prchavých látok; množstvo vlhkosti sa pohybuje od 4 do 14%; popol - zvyčajne od 2-4% do 45%. Vyššia výhrevnosť, vypočítaná na mokrú bezpopolovú hmotu čierneho uhlia, nie je nižšia ako 23,8 MJ / kg (5 700 kcal / kg).

Uhlie sú pozostatky rastlín, ktoré zomreli pred mnohými miliónmi rokov, ktorých rozpad bol prerušený v dôsledku zastavenia prístupu vzduchu. Z nej odobratý uhlík preto nemohli vypustiť do atmosféry. Prístup vzduchu sa prudko zastavil najmä tam, kde močiare a močiarne lesy v dôsledku tektonických pohybov a zmien klimatických podmienok klesali a zhora boli pokryté inými látkami. Rastlinné zvyšky sa zároveň vplyvom baktérií a húb premieňali (uhličovali) na rašelinu a ďalej na hnedé uhlie, uhlie, antracit a grafit.

Podľa zloženia hlavnej zložky - organickej hmoty sa uhlie delí do troch genetických skupín: humolity, sapropelity, saprohumolity. Prevládajú humolity, ktorých východiskovým materiálom boli zvyšky vyšších suchozemských rastlín. K ich ukladaniu dochádzalo najmä v močiaroch, ktoré zaberali nízko položené pobrežie morí, zálivov, lagún a sladkovodných nádrží. V dôsledku biochemického rozkladu sa nahromadený rastlinný materiál spracovával na rašelinu, pričom významný vplyv mal obsah vody a chemické zloženie vodného prostredia. Obsah uhlíka v čiernom uhlí sa pohybuje od 75 do 90 percent. Presné zloženie je určené miestom a podmienkami konverzie uhlia. Minerálne nečistoty sú buď v jemne rozptýlenom stave v organickej hmote, alebo vo forme najtenších vrstiev a šošoviek, ako aj kryštálov a konkrementy. Zdrojom minerálnych nečistôt vo fosílnom uhlí môžu byť anorganické časti uhoľnotvorných rastlín, minerálne novotvary, ktoré sa vyzrážajú z roztokov vody cirkulujúcej v rašeliniskách a pod.

V dôsledku dlhodobého vystavenia zvýšeným teplotám a tlaku sa hnedé uhlie mení na bitúmenové uhlie a tie na antracit. Nevratná postupná zmena chemického zloženia, fyzikálnych a technologických vlastností organickej hmoty v štádiu premeny hnedého uhlia na antracit sa nazýva metamorfóza uhlia.

Štrukturálne a molekulárne preskupenie organickej hmoty počas metamorfózy je sprevádzané stálym zvyšovaním relatívneho obsahu uhlíka v uhlí, poklesom obsahu kyslíka a uvoľňovaním prchavých látok; mení sa obsah vodíka, spaľovacie teplo, tvrdosť, hustota, krehkosť, optika, elektrina a ďalšie fyzikálne vlastnosti. Uhlie v stredných štádiách metamorfózy získava spekacie vlastnosti - schopnosť gélových a lipoidných zložiek organickej hmoty prechádzať pri zahriatí do určité podmienky do plastického stavu a tvoria porézny monolit – koks. V zónach prevzdušňovania a aktívneho pôsobenia podzemných vôd v blízkosti zemského povrchu dochádza k oxidácii uhlia.

Vo svojom vplyve na chemické zloženie a fyzikálne vlastnosti má oxidácia opačný smer ako metamorfizmus:

uhlie stráca svoje pevnostné vlastnosti a vlastnosti spekania;

zvyšuje sa v ňom relatívny obsah kyslíka, znižuje sa množstvo uhlíka, zvyšuje sa vlhkosť a obsah popola a prudko klesá výhrevnosť.

Hĺbka oxidácie fosílneho uhlia sa v závislosti od moderného a starovekého reliéfu, polohy hladiny podzemnej vody, charakteru klimatických podmienok, materiálového zloženia a metamorfózy pohybuje vertikálne od 0 do 100 metrov.

Špecifická hmotnosť uhlia je 1,2 - 1,5 g / cm3, výhrevnosť je 35 000 kJ / kg. Uhlie sa považuje za vhodné na technologické využitie, ak po spálení je obsah popola 30 % alebo menej. Primitívna ťažba fosílneho uhlia je známa už od staroveku (Grécko). Uhlie začalo hrať významnú úlohu ako palivo v Británii v 17. storočí. Vznik uhoľného priemyslu je spojený s využívaním uhlia ako koksu pri tavení železa. Od 19. storočia bola významným odberateľom uhlia doprava. Hlavné smery priemyselného využitia uhlia: výroba elektriny, hutnícky koks, spaľovanie na energetické účely, získavanie rôznych (až 300 položiek) produktov pri chemickom spracovaní. Rastie spotreba uhlia na výrobu uhlíkového grafitu s vysokým obsahom uhlíka konštrukčné materiály, horský vosk, plasty, syntetické, kvapalné a plynné vysokoenergetické palivá, aromatické produkty hydrogenáciou, kyseliny s vysokým obsahom dusíka do hnojív. Koks získaný z uhlia je potrebný vo veľkých množstvách pre hutníctvo priemyslu.

Koks sa vyrába v koksovniach. Uhlie sa podrobuje suchej destilácii (koksovaniu) zahrievaním v špeciálnych koksovacích peciach bez prístupu vzduchu na teplotu C. V tomto prípade sa získa koks - pórovitá tuhá látka. Okrem koksu pri suchej destilácii uhlia vznikajú aj prchavé produkty, pri ich ochladzovaní na 25-75°C, uhoľný decht, čpavková voda a plynné produkty. Uhoľný decht prechádza frakčnou destiláciou, výsledkom čoho je niekoľko frakcií:

ľahký olej (bod varu do 170 C) obsahuje aromatické uhľovodíky (benzén, toluén, kyseliny a iné látky);

stredný olej (bod varu 170-230 C). Sú to fenoly, naftalén;

ťažký olej (bod varu 230-270 C). Ide o naftalén a jeho homológy

antracénový olej – antracén, fenatrén atď.

Zloženie plynných produktov (koksárenský plyn) zahŕňa benzén, toluén, xyoly, fenol, amoniak a ďalšie látky. Z koksárenského plynu sa po čistení od amoniaku, sírovodíka a kyanidových zlúčenín získava surový benzén, z ktorého sa izolujú jednotlivé uhľovodíky a množstvo ďalších cenných látok.

Amorfný uhlík vo forme uhlia, ako aj mnohé zlúčeniny uhlíka, zohrávajú v modernom živote dôležitú úlohu ako zdroje rôzne druhy energie. Pri spaľovaní uhlia sa uvoľňuje teplo, ktoré sa používa na vykurovanie, varenie a pre mnohých výrobné procesy. Väčšina prijatého tepla sa premení na iné formy energie a minie sa na mechanickú prácu.

Uhlie je tuhé palivo, minerál rastlinného pôvodu. Je to hustá hornina čiernej, niekedy tmavosivej farby s lesklým matným povrchom. Obsahuje 75-97% uhlíka, 1,5-5,7% vodíka, 1,5-15% kyslíka, 0,5-4% síra, do 1,5 % dusíka, 2-45 % prchavých látok, množstvo vlhkosti sa pohybuje od 4 do 14 %. Vyššia výhrevnosť vypočítaná pre mokrú bezpopolovú hmotu čierneho uhlia nie je nižšia ako 238 MJ/kg.

Uhlie vzniká z produktov rozkladu organických látok vyšších rastlín, ktoré prešli zmenami pod tlakom rôznych hornín zemskej kôry a pod vplyvom teploty. So zvyšovaním stupňa metamorfózy v horľavej hmote uhlie zvyšuje obsah uhlíka a zároveň znižuje množstvo kyslíka, vodíka a prchavých látok. Mení sa aj výhrevnosť uhlia.

Charakteristické fyzikálne vlastnosti uhlia:

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

mechanická pevnosť (kg / cm2) - 40-300;

merná tepelná kapacita C (Kcal / g deg) - 026-032;

index lomu svetla - 1,82-2,04.

Najväčšími ložiskami uhlia na svete z hľadiska objemu ťažby sú povodie Tunguska, Kuznetsk, Pečora - v r. Ruská federácia; Karaganda - v Kazachstane; Apalačské povodie a povodie Pennsylvánie – v USA; Porúrie - v Nemeckej republike; Veľká žltá rieka - v Číne; Južný Wales – v Anglicko; Valenciennes - vo Francúzsku atď.

Využitie uhlia je rôznorodé. Používa sa ako palivo v domácnosti, energetické, hutnícke a chemické priemyslu, ako aj na získavanie vzácnych a stopových prvkov z neho. Uhlie, koksárenský, ťažký priemysel vykonáva spracovanie uhlia koksovaním. Koksovanie je priemyselný spôsob spracovania uhlia ohrevom na 950-1050 C bez prístupu vzduchu. Hlavnými koksochemickými produktmi sú: koksárenský plyn, surový benzén, uhoľný decht, čpavok.

Uhľovodíky sa získavajú z koksárenského plynu premývaním v práčkach kvapalnými absorpčnými olejmi. Po destilácii z ropy, destilácii z frakcie, čistení a rerektifikácii sa získajú čisté komerčné produkty ako: benzén, toluén, xylény a pod.. Z nenasýtených zlúčenín obsiahnutých v surovom benzéne sa získavajú kumarónové živice, ktoré sa používajú na vo výrobe lakov, farieb, linolea a v gumárenskom priemysle. Perspektívnou surovinou je aj cyklopentadién, ktorý sa získava aj z uhlia. uhlie - Surový materiál na získanie naftalénu a iných individuálnych aromatických uhľovodíkov. Najdôležitejšími produktmi spracovania sú pyridínové zásady a fenoly.

Spracovaním možno celkovo získať viac ako 400 rôznych produktov, ktorých náklady v porovnaní s náklady samotné uhlie sa zvyšuje 20-25-krát a vedľajšie produkty získané v koksovniach prevyšujú cena samotný koks.

Veľmi perspektívne je spaľovanie (hydrogenácia) uhlia za vzniku kvapalného paliva. Na výrobu 1 tony čierneho zlata sa spotrebujú 2-3 tony uhlia. Umelý grafit sa získava z uhlia. Používajú sa ako anorganické suroviny. Pri spracovaní uhlia sa z neho v priemyselnom meradle získava vanád, germánium, síra, gálium, molybdén a olovo. Popol zo spaľovania uhlia, ťažby a spracovania odpadu sa používa pri výrobe stavebných materiálov, keramiky, žiaruvzdorných surovín, oxidu hlinitého a brusív. Za účelom optimálneho využitia uhlia sa obohacuje (odstraňovanie minerálnych nečistôt).

Uhlie obsahuje až 97 % uhlíka, dá sa povedať, že je základom všetkých uhľovodíkov, t.j. sú založené na atómoch uhlíka. Často sa človek stretne s amorfným uhlíkom vo forme uhlia. Podľa štruktúry je amorfný uhlík rovnaký grafit, ale v stave najjemnejšieho mletia. Praktické využitie amorfných foriem uhlíka je rôznorodé. Koks a uhlie - ako redukčné činidlo v hutníctve pri tavení železa.

Klasifikácia uhlia

Uhlie vzniká z produktov rozkladu organických zvyškov vyšších rastlín, ktoré prešli zmenami (metamorfózami) pod tlakom okolitých hornín zemskej kôry a relatívne vysokých teplôt. So zvyšujúcim sa stupňom metamorfózy v horľavej hmote uhlia neustále rastie obsah uhlíka a súčasne klesá množstvo kyslíka, vodíka a prchavých látok; mení sa aj spalné teplo, schopnosť spekania a ďalšie vlastnosti. Na zmene týchto vlastností, určených na základe výsledkov tepelného rozkladu uhlia (výťažok prchavých látok, charakteristika neprchavého zvyšku), je postavená priemyselná klasifikácia prijatá v ZSSR.

Druhy uhlia:

dlhý plameň (D),

plyn (G),

plynatosť (GZh),

mastné (F),

koks mastný (QOL),

koks (K),

chudé spekanie (OS),

chudá (T),

slabá spekavosť (SS),

poloantracity (PA)

antracit (A).

Niekedy v samostatnej skupine vystupujú antracit. Na koksovanie sa používa najmä uhlie tried G, Zh, K a OS a čiastočne D a T. 0,5-5,0 % pre triedy T-A; zníženie obsahu (v horľavej hmote) kyslíka z 15 % na 1,5 %; vodík - od 5,7 % do 1,5 %; obsahu síra, dusík a popol nezávisí od príslušnosti k určitej značke. Výhrevnosť uhlia sa postupne zvyšuje z 32,4 MJ/kg (7750 kcal/kg) pre triedu D na 36,2–36,6 MJ/kg (8650–8750 kcal/kg) pre triedu K a klesá na 35,4–33,5 MJ/kg (8450-8000 kcal/kg) pre stupne PA a A.

Podľa veľkosti kúskov získaných pri ťažbe sa čierne uhlie delí na:

doska (P) - viac ako 100 mm,

veľké (K) - 50-100 mm,

orech (O) - 26-50 mm,

malý (M) - 13-25 mm,

semená (C) - 6-13 mm,

shtyb (W) - menej ako 6 mm,

obyčajné (P) - bez obmedzenia veľkosti.

Príslušnosť k značke a veľkosť kusov uhlia sú označené kombináciami písmen - DK atď.

Približne na rovnakých princípoch ako v ZSSR sa v mnohých krajinách západnej Európy stavajú klasifikácie uhlia. IN USA najbežnejšou klasifikáciou je uhlie, na základe výťažnosti prchavých látok a spaľovacieho tepla, podľa ktorého sa delia na subbitúmenové s vysokou výťažnosťou prchavých látok (zodpovedá sovietskym stupňom D a G), bitúmenové s priemernou výťažnosťou. prchavých látok (zodpovedá stupňom PZh a K), bitúmenových s nízkou výťažnosťou prchavých látok (OS a T) a antracitových uhlia, rozdelených na semiantracity (čiastočne T a A), vlastné antracit a metaantracity (A). Okrem toho existuje medzinárodná klasifikáciačierne uhlie, založené na obsahu prchavých látok, spekanie, koksovanie a odrážajúce technologické vlastnosti uhlia.

Tvorba čierneho uhlia

Tvorba uhlia je charakteristická pre všetky geologické systémy, počnúc silúrom a devónom, uhlie je veľmi rozšírené v ložiskách sústavy karbónu, permu a jury. Uhlie sa vyskytuje vo forme slojov rôznej hrúbky (od zlomkov m až po niekoľko desiatok a viac m). Hĺbka výskytu uhlia je rôzna - od výstupu na povrch až po 2000-2500 m a hlbšie. S modernou úrovňou banskej techniky je možné realizovať ťažbu čierneho uhlia otvorená cesta až do hĺbky 350 m.

Na tvorbu uhlia je potrebná bohatá akumulácia rastlinnej hmoty. V starovekých rašeliniskách sa počnúc devónskym obdobím hromadila organická hmota, z ktorej bez prístupu kyslíka vznikalo fosílne uhlie. Väčšina komerčných ložísk fosílneho uhlia pochádza z tohto obdobia, hoci existujú aj mladšie ložiská. Vek najstaršieho uhlia sa odhaduje na približne 350 miliónov rokov.

Uhlie vzniká, keď sa hnijúci rastlinný materiál hromadí rýchlejšie, ako sa môže bakteriálne rozložiť. Ideálne prostredie na to je vytvorené v močiaroch, kde stojatá voda, ochudobnená o kyslík, bráni životnej aktivite baktérií, a tým chráni rastlinnú hmotu pred úplným zničením. V určitom štádiu proces kyseliny, ktoré sa pri ňom uvoľňujú, zabraňujú ďalšej činnosti baktérií. Takto vzniká rašelina – originál produkt vytvárať uhlie. Ak je potom pochovaná pod inými ložiskami, rašelina sa stlačí a stratí vodu a plyny a premení sa na uhlie.

Pod tlakom hrúbky sedimentov s hrúbkou 1 kilometer sa z 20-metrovej vrstvy rašeliny získava vrstva hnedého uhlia hrubá 4 metre. Ak hĺbka zasypania rastlinného materiálu dosiahne 3 kilometre, potom sa rovnaká vrstva rašeliny zmení na vrstvu uhlia s hrúbkou 2 metre. Vo väčšej hĺbke, asi 6 kilometrov, a pri vyššej teplote sa z 20-metrovej vrstvy rašeliny stáva vrstva antracitu s hrúbkou 1,5 metra.

Spôsob ťažby uhlia závisí od hĺbky jeho výskytu. Vývoj sa vykonáva otvoreným spôsobom, ak hĺbka uhoľného sloja nepresahuje 100 metrov. Nezriedkavé nie sú ani prípady, keď pri stále sa zväčšujúcom prehlbovaní uhoľnej jamy je ďalej výhodné rozvíjať ložisko uhlia podzemnou metódou. Bane sa používajú na ťažbu uhlia z veľkých hĺbok. Najhlbšie bane na území Rusko uhlie sa ťaží z výšky niečo vyše 1200 metrov.

Spolu s uhlím uhoľné ložiská obsahujú mnoho druhov geozdrojov, ktoré majú spotrebiteľský význam. Patria sem hostiteľské horniny ako napr Surový materiál pre stavebný priemysel, podzemné vody, uhoľný metán, vzácne a stopové prvky vrátane cenných kovov a ich zlúčenín. Napríklad niektoré uhlie sú obohatené o germánium.

Zásoby uhlia

Všeobecné geologické zásoby čierneho uhlia v ZSSR sú asi 4 700 miliárd ton (podľa odhadov z roku 1968), vrátane druhov (v miliardách ton): D - 1 719; D-G ​​​​- 331; G - 475; GZh - 69,4; W - 156; QOL - 21,5; K - 105; OS - 88,2; SS - 634; T - 205; T-A - 540; PA, A - 139.

Najväčšie zásoby čierneho uhlia v ZSSR sú v Tunguzskej panve. Najväčšie uhoľné panvy rozvíjané v ZSSR sú Doneck, Kuznetsk, Pečora, Karaganda; v USA- Apalačské a Pensylvánske, v Poľsku - Hornosliezske a jeho pokračovanie v ČSR - Ostravsko-Karvinské, v r. Nemecko— Porúrie, v Čína— Veľký Juanhabass, v Anglicko— Južný Wales, v Francúzsko- Valenciennes a v Belgicku - Brabantsko. Využitie uhlia je rôznorodé.

Používa sa ako domáce, energetické palivo, surovina pre hutníctvo a chemický priemysel, ako aj na získavanie vzácnych a stopových prvkov z neho.

Už dve desaťročia po sebe bolo uhlie v tieni ropného boomu. Do neba vyrástli hory nepredajného uhlia. Početné bane boli zatvorené, státisíce baníkov o svoje prišli. Apalačský región USA, kedysi prekvitajúce uhoľné pole, sa stal jednou z oblastí najtemnejších katastrof. Neusporiadaný, monopolistami riadený prechod na lacné, dovážané – väčšinou z Blízkeho východu – olej odsúdené uhlie na úlohu „Popolušky“, bez budúcnosti. V niektorých sa to však nestalo krajín, a to aj v bývalom ZSSR, ktorý zohľadňoval výhody energetickej štruktúry založenej na národných zdrojoch.

Zásoby uhlia sú rozptýlené po celom svete. Najviac priemyselné krajín nie sú ušetrení. Pozemok obklopujú dve bohaté uhoľné zóny. Jedna sa tiahne cez krajiny bývalého ZSSR, cez Čínu, Severnú Ameriku až po strednú Európu. Druhá, užšia a menej bohatá, vedie z južnej Brazílie cez Južnú Afriku do východnej Austrálie.

Najvýraznejšie vklady uhlia sa nachádzajú v krajinách bývalého ZSSR, USA a Čína. Čierne uhlie dominuje v západnej Európe. Hlavné uhoľné panvy v Eurázii: Južný Wales, Valenciennes Liege, Saar-Lotharginsky, Ruhr, Asturian, Kizelovsky, Doneck, Taimyr, Tunguska, South Yakutsky, Funshunsky; v Afrike: Jerada, Abadla, Enugu, Huanki, Witbank; v Austrálii: Great Syncline, Nový Južný Wales; v Severnej Amerike: Green River, Junnta, San Juan River, západná, Illinois, Appalachian, Sabinas, Texas, Pennsylvania; na horiacom kontinente: Carare, Junin, Santa Catarina, Concepción. Na Ukrajine treba spomenúť Ľvovsko-volynskú panvu a Donbass bohatý na ložiská.

Zdroje

bse.sci-lib.com/ Veľká sovietska encyklopédia

en.wikipedia.org Wikipedia – bezplatná encyklopédia

Abstrakty www.bankreferatov.ru

dic.academic.ru Slovníky a encyklopédie na Academician

geografia.kz Zemepis

www.bibliotekar.ru Knihovník

poddoni.com/ PalletEck

Encyklopédia investora. 2013 .

Horniny vznikajúce v hrúbke zemskej kôry vplyvom teploty, tlaku, pohybu zemskej kôry a iných fyzikálnych a chemických podmienok prechádzajú štádiami metamorfózy: rašelina, hnedé uhlie, uhlie, antracit.

Uhlie

Zloženie uhlia zahŕňa vlhkosť a minerálne nečistoty. Vlhkosť v uhlí znižuje spaľovacie teplo. Najškodlivejšou nečistotou v uhlí je síra v rôznych zlúčeninách (pyrit, vápnik, síran železitý). Pri spaľovaní uhlia so zlúčeninami síry vzniká oxid siričitý (oxid siričitý), ktorý je škodlivý pre ľudské zdravie, spôsobuje koróziu kovov, otravuje ovzdušie. Relatívne nízky obsah síry (1%-2%) v uhlí Donetskej panvy. V centrálnych a severných uhoľných panvách je obsah síry už 3,5 % a viac.

Chemické zloženie uhlia:

• Uhlík - 50% - 96%
• vodík - 3% - 6%
• Kyslík - 25% - 37%
• dusík - 0 - 2,7 %

Rašelina

Rašelina sa dnes používa v mnohých oblastiach života. Toto a poľnohospodárstvo, chov zvierat, biochémia, medicína, energetika. Rašelina zlepšuje nielen štruktúru pôdy, ale zlepšuje aj jej vodné a vzdušné vlastnosti. Rašelina obsahuje menej škodlivých nečistôt a síry. Rašelina má obsah uhlíka 50% - 60%.

Hnedé uhlie

Hnedé uhlie je hustá zemitá hmota vytvorená z rašeliny, so zachovanou drevitou štruktúrou. Ľahko horí dymovým plameňom a vydáva nepríjemný zápach. Celkové svetové zásoby hnedého uhlia sú približne 4,9 bilióna ton. Hlavné zásoby sú v Rusku, Nemecku, Poľsku, Českej republike. Hnedé uhlie sa používa oveľa menej ako kameň. Pri suchej destilácii hnedého uhlia vzniká amoniak s kyselinou octovou. Počas suchej destilácie sa tiež získava parafín, gombíky, náramky a niektoré ďalšie drobnosti. Najmladším fosílnym uhlím je hnedé uhlie. Zloženie hnedého uhlia:

• 50% - 77% - uhlík,
• 26% - 37% - kyslík,
• 0 - 2 % - dusík,
• 3% - 5% - vodík.

Moderné technológie dnes umožňujú získavať z hnedého uhlia syntetický plyn, ktorý je alternatívou vykurovacieho oleja.

Uhlie

Čierne uhlie je jedným z druhov fosílnych palív, prechodným stavom od hnedého uhlia k antracitu. Vyvíja sa viac čierneho uhlia ako ktorékoľvek iné, asi 2,5 miliardy ton ročne, čo je asi 700 kg na každého obyvateľa našej Zeme. Uhlie sa používa na výrobu elektriny v tepelných elektrárňach, ako palivo v súkromných domoch, továrňach a oveľa viac. Čierne uhlie horí žiarivým plameňom a má vyššie spaľovacie teplo ako hnedé uhlie.

Zloženie uhlia zahŕňa vlhkosť od 3% do 12%, obsahuje tiež až 32% prchavých horľavých látok.

Chemické zloženie uhlia zahŕňa:

• uhlík od 75 % do 93 % (v závislosti od odrody, lokality),
• vodík od 4 % do 6 %,
• kyslík od 3% do 19%
• dusík do 2,7%

Antracit

Antracit sa vyznačuje vysokou hustotou, brilantnosťou, má najvyššie spalné teplo, ale zle sa zapaľuje. Používa sa najmä na výrobu uhlíkových elektród, elektródovej hmoty. Používa sa ako surovina v hutníctve. Antracit sa vyskytuje najmä v hĺbkach 6 kilometrov.

Má najvyšší obsah uhlíka 95 % – 97 %, vodíka – 1 % – 3 %.

Aktívne uhlie

Aktívne uhlie je látka s poréznou štruktúrou, získaná z rôznych uhlíkatých materiálov organického pôvodu, medzi ktoré patrí drevené uhlie, ropa, uhoľný koks, kokosové škrupiny, vlašské orechy, olivové kôstky, marhule. Najlepšie aktívne uhlie je karbolén, vyrobený z kokosových škrupín, dá sa mnohokrát regenerovať.

Zloženie aktívneho uhlia obsahuje 87% -97% uhlíka, obsahuje tiež vodík, dusík, kyslík, neobsahuje nečistoty. Chemické zloženie aktívneho uhlia je podobné ako grafit používaný v ceruzkách a diamantoch.

Aktívne uhlie je rozdelené do tried:

• podľa druhu suroviny (drevo, kokos, uhlie atď.),
• podľa spôsobu aktivácie (parná alebo termochemická),
• podľa formy uvoľňovania (prášok, granule, lisované, tkanina impregnovaná aktívnym uhlím)
• podľa účelu (čistenie, plyn, rekuperácia, katalyzátory).

Aplikácia aktívneho uhlia

Aktívne uhlie sa široko používa v mnohých oblastiach života, priemyslu:

• čistenie vody od xenobiotík, dioxínov,
• v Potravinársky priemysel(pri výrobe alkoholu, sýtených nápojov, dezodorizácii a čírení tukov a olejov atď.)
• v ropnom a plynárenskom, chemickom, spracovateľskom priemysle,
• v environmentálnych aktivitách (čistenie priemyselných odpadových vôd, likvidácia únikov ropy a ropných produktov, čistenie spalín a pod.)
• v hutníckom, ťažobnom priemysle,
• v palivovom a energetickom priemysle,
• v jadrovom priemysle
• v medicíne (čistenie tela od toxínov),
• v farmaceutický priemysel(tablety uhlia, krvné náhrady, antibiotiká atď.),
• pri produkcii fondov osobnú ochranu(respirátory, plynové masky),
• na čistenie vody v bazénoch, akváriách.

Dnes je uhlie jedným z najdôležitejších minerálov.

Tento zdroj sa tvorí prirodzene, má obrovské rezervy a množstvo užitočných vlastností.

Čo je to uhlie a ako vyzerá?

Výstavba bane je veľmi nákladná investícia, no časom sa všetky náklady plne splatia. Pri ťažbe uhlia vychádzajú na povrch aj iné zdroje.

Existuje možnosť ťažby drahých kovov a prvkov vzácnych zemín, ktoré je možné neskôr predať a získať tak dodatočný zisk.

Ropa je dnes prakticky najvzácnejším zdrojom a hlavným zdrojom paliva. Avšak ani jedna firma či krajina, ktorá ťaží uhlie, nezanedbá jeho ťažbu v mene ropy, pretože aj tuhé palivo má veľký význam a vysokú hodnotu.

Tvorba čierneho uhlia

Uhlie v prírode vzniká zmenou povrchového reliéfu. Vetvy stromov, rastliny, listy a iné prírodné zvyšky, ktoré nestihli zhniť, sú nasýtené vlhkosťou z močiarov, a preto sa premieňajú na rašelinu.

Potom sa morská voda dostáva na pevninu, keď odchádza, zanecháva aj vrstvu sedimentu. Potom, čo rieky urobia svoje vlastné úpravy, krajina sa stáva bažinatou, znovu sa formuje alebo pokrýva pôdu. Preto je zloženie uhlia veľmi závislé od veku.

Uhlie je stredného veku medzi hnedým, najmladším a antracitovým, najstarším.

Druhy uhlia, ich zloženie a vlastnosti

Existuje niekoľko druhov uhlia:

• dlhý plameň;
• plyn;
• mastné;
• koks;
• slabé spekanie;
• chudá.

Časté sú aj druhy pozostávajúce z viacerých, takzvané zmiešané, s vlastnosťami dvoch skupín.

Uhlie je čiernej farby, tvrdé, vrstvené, ľahko deštruovateľná štruktúra, má lesklé inklúzie. Horľavé vlastnosti sú pomerne vysoké, pretože materiál sa používa ako palivo.

Zvážte fyzicka charakteristika:

1. Hustota (alebo špecifická hmotnosť) sa značne líši (maximálne môže dosiahnuť 1500 kg / m³).
2. Merná tepelná kapacita je 1300 J/kg*K.
3. Teplota spaľovania je 2100°C (pri spracovaní 1000°C).

Ložiská uhlia v Rusku

Asi tretina svetových zásob sa nachádza na ruskom území.

Ložiská uhlia a ropných bridlíc v Rusku (kliknutím zväčšíte)

Najväčšie ložisko uhlia v Rusku je Elginskoye. Nachádza sa v regióne Jakutsko.

Zásoby podľa približných prepočtov sú viac ako 2 miliardy ton.

Reliéf v blízkosti uhoľnej panvy Kuznetsk (Kuzbass) bol vážne poškodený v dôsledku rozsiahlej ťažby zdrojov.

Najväčšie ložiská uhlia na svete

Mapa ložísk uhlia vo svete (kliknutím zväčšíte)

V Spojených štátoch je najznámejšou uhoľnou panvou Illinois. Celková rezerva ložísk v tomto poli je 365 miliárd ton.

Ťažba uhlia

Uhlie sa v súčasnosti ťaží tromi zásadnými spôsobmi. Ako napríklad:

• kariérna metóda;
• ťažba cez štôlne;
• ťažobná metóda.

Lomová ťažobná metóda sa používa vtedy, keď uhoľné sloje ležia na povrchu v hĺbke asi sto metrov a viac.

Ťažba zahŕňa jednoduché kopanie zeminy alebo pieskovej jamy, z ktorej sa ťaží, zvyčajne v takýchto prípadoch je uhoľná sloj dostatočne hrubá, aby sa dala ľahšie ťažiť.

Štôlňami sa rozumejú studne s veľkým uhlom sklonu. Podľa nej sú všetky vyťažené nerasty dodávané na vrchol, pričom nie je potrebné používať seriózne vybavenie alebo kopať priehlbinu.

Nánosy na takýchto miestach majú zvyčajne malú hrúbku a nie sú pochované obzvlášť hlboko. Preto metóda ťažby cez štôlne umožňuje rýchlo vyrábať ťažbu bez veľkých nákladov.

Ťažba cez bane je najbežnejší spôsob ťažby, zároveň najproduktívnejší, no zároveň nebezpečný. Vŕta sa do mín veľká hĺbka dosahujúci niekoľko stoviek metrov. To si však vyžaduje povolenie potvrdzujúce opodstatnenosť takejto rozsiahlej práce, dôkaz o prítomnosti ložísk.

Niekedy môžu bane dosiahnuť hĺbku kilometer alebo viac a natiahnuť sa na dĺžku niekoľkých kilometrov, pričom vytvárajú prepojené siete chodieb v podzemí. V 20. storočí dokonca vznikali osady okolo baní a malých mestách kde bývali baníci so svojimi rodinami.

Práve pre banské podmienky je práca v baniach považovaná za veľmi náročnú a nebezpečnú, pretože bane sa mnohokrát zrútili a pochovali v nich desiatky až stovky ľudí.

Použitie uhlia

Najviac sa využíva uhlie rôznych odboroch. Je široko používaný ako tuhé palivo(hlavný účel), v hutníctve a chemickom priemysle a vyrába sa z neho mnoho ďalších komponentov.

Práve z uhlia sa získavajú niektoré aromatické látky, kovy, chemických látok, sa získa viac ako 360 ďalších spracovaných produktov.

Látky z neho vyrobené majú zase desaťnásobne vyššiu trhovú hodnotu, za najdrahší spôsob sa považuje spôsob spracovania uhlia na kvapalné palivo.

Na výrobu 1 tony kvapalného paliva bude potrebné spracovať 2-3 tony uhlia. Všetok priemyselný odpad získaný pri spracovaní sa často posiela do výroby stavebných materiálov.

Záver

Na Zemi je veľa ložísk uhlia, ktoré sa dodnes aktívne rozvíjajú. Na hodinách biológie v 5. ročníku a ešte skôr na hodinách prírodopisu na druhom stupni sa deti s týmto pojmom oboznamujú. V tejto práci sme si stručne zopakovali hlavné fakty o uhlí – pôvod, vzorec, triedy, chemické zloženie a použitie, ťažba a mnoho ďalšieho.

Uhlie je jedným z najdôležitejších zdrojov široko využívaných v priemysle. Pri narušení prirodzeného chodu látok by ste však mali byť stále opatrní, pretože vývoj narúša reliéf a postupne vyčerpáva prírodné zásoby.