یکی از مهم‌ترین سوخت‌های فسیلی تجدیدناپذیر زغال سنگ خام است که انرژی فراوانی دارد. این انرژی در زغال سنگ به صورت نهفته ذخیره شده است و با ایجاد حرارت و یا گرما آزاد می‌شود. با گذشت سال‌های طولانی زغال سنگ به وسیله پسماند گیاهان پیشین تشکیل شده و در بخش‌های مختلف و صنایع گوناگون از آن استفاده‌های فراوانی می‌شود.
زغال سنگ خام در صنعت کشاورزی برای تولید کود به کار می‌رود. همچنین سوختن زغال سنگ سبب تولید برق می‌شود. این ماده سوخت رایج بسیاری از کارخانه‌ها و صنایع بزرگ است که در تولید محصولات صنایع نقش اصلی و مهمی را ایفا می‌کند. در ادامه به معرفی زغال سنگ و کاربردهای مختلف آن می‌پردازیم.
آشنایی با زغال سنگ خام
زغال سنگ خام انرژی تولید می‌کند. با سوختن زغال سنگ مواد مختلفی با کاربردهای گوناگون از آن به دست می‌آید. این ماده به عنوان سنگ رسوبی شناخته می‌شود که با تشکیل آن به صورت لایه‌های سنگی، بستر و رگه‌های زغال سنگ ایجاد خواهد شد.
زغال سنگ به عنوان سنگ سیاه نیز شناخته می‌شود. رنگ سیاه و یا قهوه‌ای مایل به سیاه در این سنگ رسوبی به چشم می‌خورد که بعد از میلیون‌ها سال از باقی‌مانده گیاهان مرده در دوران قدیم ساخته می‌شود.
تشکیل زغال سنگ با استفاده از فرآیندهای زمین‌شناسی صورت می‌گیرد و انرژی موجود در آن غیرقابل تجدید است که از طریق سوختن مصرف می‌شود. عناصر تشکیل‌دهنده زغال سنگ با مقادیر متغیر از هر کدام موجب ایجاد خواص گوناگون در آن شده است.
در صنایع شیمیایی به وفور از این ماده استفاده می‌کنند. کربن عنصر اصلی تشکیل‌دهنده زغال سنگ است. عناصر دیگری مانند هیدروژن، گوگرد، اکسیژن و نیتروژن به مقدار اندکی در تشکیل زغال سنگ کاربرد دارند. تبدیل مواد اضافی و مرده از گیاهان باقی‌مانده به زغال سنگ نارس در اثر گرما و فشار ناشی از دفن در اعماق زمین در طول سالیان دراز منجر به تشکیل زغال سنگ می‌شود.
نوع ترکیبات زغال سنگ و آزاد شدن هر کدام از عناصر موجود در آن سبب تولید مواد اولیه گوناگون برای برخی از کارخانه‌ها و صنایع گوناگون می‌شود. تالاب‌های قدیمی منابع اصلی تولید زغال سنگ هستند که به آنها جنگل‌های زغال سنگ گفته می‌شود. سرچشمه بسیاری از ذخایر زغال سنگ مربوط به منابع موجود در دوران مزوزوئیک و سنوزوئیک است.
نحوه تشکیل زغال سنگ
استفاده از زغال سنگ بعد از انقلاب صنعتی رواج زیادی پیدا کرد و باعث تولید محصولات متنوعی شد. تشکیل زغال سنگ به عنوان ماده‌ای پرکاربرد و ضروری در شرایطی با ایجاد تغییرات فیزیکی و شیمیایی انجام می‌شود.
زغال سنگ میلیون‌ها سال پیش در جنگل‌های باتلاقی بزرگ با رشد گیاهان و سرخس‌های غول‌پیکر به وجود آمد. با از بین‌رفتن گیاهان و ماندن آنها در باتلاق‌های پر از آب، گیاهان جدیدی رشد می‌کنند که با تمام‌شدن عمر گیاهان موجود و تکرار آن در مراحل مختلف لایه‌ای ضخیم از باقی‌مانده گیاهان مرده در باتلاق ایجاد می‌شود.
با گذشت زمان لایه‌های جدید همراه با آب و خاک روی لایه‌های پایینی قرار می‌گیرند و تغییرات فیزیکی و شیمیایی در اثر ایجاد فشار و گرما در لایه‌های گیاهان حاصل می‌شود. آزادشدن گاز اکسیژن و کربن از پسماند گیاهان در طول سالیان دراز منجر به تشکیل زغال سنگ خواهد شد.
کاربرد زغال سنگ خام
زغال سنگ خام از هزاران سال پیش به عنوان ماده‌ای سوختی مورد استفاده قرار گرفته است. شناخت زغال سنگ کمک شایانی به پیشرفت صنایع گوناگون کرد و تاثیر زیادی در تولید فرآورده‌های شیمیایی گذاشت. سوخت بسیاری از وسایل نقلیه با استفاده از زغال سنگ تامین می‌شد.
همچنین مصرف زغال سنگ با اختراع ماشین بخار رشد چشمگیری داشت. زغال سنگ باعث افزایش تولید مواد سوختی می‌شود که کاربرد فراوانی در صنایع شیمیایی دارند. انرژی اولیه برای تولید محصولات صنعتی توسط زغال سنگ خام تامین می‌شود.
کشور چین از زغال سنگ خام در دوران قبل از میلاد استفاده‌های فراوانی داشته است. کنده‌کاری و تولید زیورآلات از زغال سنگ سیاه در دوران نوسنگی رواج بسیاری پیدا کرد. همچنین ذوب مس از 1000 سال قبل از میلاد توسط زغال سنگ‌های معدن فوشون در شمال شرقی کشور چین انجام می‌شد.
بهره‌برداری از زغال سنگ در تمام کشورهای اروپایی بعد از پایان قرن دوم میلاد با رشد فراوانی مواجه بود و در این دوران تمام زغال سنگ‌های موجود در میدان‌های اصلی زغال سنگ را کشف و استخراج کرده‌اند. حتی 200 سال بعد از میلاد تجارت زغال سنگ در سکونتگاه رومی هرونبریج مرسوم بوده است که زندگی بشر در آن دوران تحت تاثیر قرار گرفت.
در زمان رومیان استفاده از زغال سنگ برای آهن‌کاری در شهر افزایش قابل توجهی پیدا کرد. استفاده از زغال سنگ خام برای پخت و پز در قدیم از مهم‌ترین کاربردهای زغال سنگ خام بوده است. همچنین از زغال سنگ به عنوانی سوختی برای گرم‌کردن خانه استفاده می‌شد.
موارد استفاده زغال سنگ خام
با فراوانی زغال سنگ در سطح زمین استفاده از آن پس از توسعه انقلاب صنعتی گسترش یافت. کاربردهای زغال سنگ در تولید محصولات صنعتی در قرن 19 و 20 باعث افزایش اهمیت آن در صنایع شیمیایی شد.
بنابراین سوخت زغال سنگ در تامین انرژی و تولیدات صنعتی نقش موثری دارد. تامین یک سوم برق مورد نیاز در کشورهای مختلف با استفاده از این ماده انجام می‌شود. همچنین صنعت آهن و فولاد از مهم‌ترین صنایع تولیدی هستند که مصرف زغال سنگ در آنها افزایش یافته است.
تولید برق
استفاده از زغال سنگ در تولید برق بسیار کاربردی و مفید است. زغال سنگ تحت تاثیر حرارت زیاد و در دمای بالایی سوزانده می‌شود. سپس در اثر افزایش دما آب به بخار تبدیل شده که بخار تولیدی منجر به چرخش توربین‌ها با سرعت بالایی می‌شود. درنهایت میدان مغناطیسی قوی برای تولید برق ایجاد شده است.
تولید فولاد
در صنعت از روشی غیرمستقیم برای تولید فولاد از زغال سنگ استفاده می‌شود. ذوب سنگ آهن و تشکیل فولاد پس از پخته‌شدن زغال سنگ در کوره و تبدیل آن به کک زغال سنگ انجام می‌شود. بنابراین از جمله کاربردهای زغال سنگ خام در ساخت فولاد از کک زغال سنگ است. همچنین گاز آمونیاک نیز در کوره‌های تشکیل کک آزاد می‌شود و سپس آن را بازیابی می‌کنند. تولید اسید نیتریک، نمک‌های آمونیاک و کود توسط گاز آمونیاک امکان‌پذیر است.
تولید محصولات در صنایع مختلف
محصولات متنوع و خاصی با استفاده از زغال سنگ در صنایع مختلف تولید می‌شود. صنایع سیمان‌سازی، صنایع شیمیایی، داروسازی، صنعت کاغذ و آلومینیوم از مواردی هستند که زغال سنگ در تولید آنها نقش اصلی را ایفا می‌کند.
همچنین برای تولید موادی مانند بنزول، قطران زغال سنگ، قیر زغال سنگ، سولفات آمونیاک و کرئوزوت از زغال سنگ استفاده می‌شود. البته عمده کاربرد زغال سنگ خام در صنایع به عنوان منبع انرژی است.
تولید گاز و میعانات گازی
تبدیل زغال سنگ به گاز مصنوعی یکی از کاربردهای زغال سنگ خام است که مونوکسید کربن و هیدروژن عناصر اصلی آن را تشکیل می‌دهند. محصولاتی مانند اوره، متانول، هیدروژن خالص و … توسط گاز‌های به دست آمده از گاز مصنوعی تولید می‌شوند.
با تبدیل زغال سنگ به مایع به عنوان سوخت مصنوعی می‌توان استفاده‌های فراوانی از آن کرد. محصولات تولیدی در بازار عمدتا از اجزای زغال سنگ خام تشکیل می‌شوند. البته محصولات جانبی از زغال سنگ به طور غیرمستقیم در بازار موجود هستند که اجزای این مواد را زغال سنگ خام تشکیل می‌دهد. آسپرین، حلال‌ها، صابون‌های شمیایی، رنگ‌های مصنوعی، پلاستیک، الیاف نایلونی و الیاف ابریشمی از جمله موادی هستند که زغال سنگ در تولید آنها نقش دارد.
محصولات زغال سنگ
- زغال سنگ حرارتی
- زغال سنگ کک شو
- زغال سنگ آنتراسیت
تولید عناصر شیمیایی
تولید محصولاتی مانند کربن فعال، فیبر کربن و فلزات سیلیکونی توسط زغال سنگ خام کاربرد فراوانی در مصارف شیمیایی و تولیدات صنایع دارد. زغال سنگ به عنوان ماده‌ای اساسی و ضروری در تولید مواد اولیه بسیاری از صنایع شیمیایی و کارخانجات مختلف نقش دارد.
تولید سوخت خانگی
از زغال سنگ در مصارف خانگی نیز استفاده می‌شود. کاربرد زغال سنگ به عنوان ماده‌ای سوختی و قابل‌استفاده در پخت و پز بسیار رایج است. همچنین از زغال سنگ به عنوان منبع مناسبی برای ایجاد گرما در نواحی سردسیر استفاده می‌شود. این ماده در کشورهای توسعه‌نیافته و یا کشورهایی که در حال توسعه هستند برای مصارف گوناگون خانگی کاربرد دارد.
نتیجه‌گیری
زغال سنگ به عنوان یکی از اصلی‌ترین مواد سوختی کاربردهای فراوانی در صنایع شیمیایی دارد و انرژی فوق‌العاده‌ای در آن ذخیره شده است. مواد و محصولات گوناگونی را می‌توان طی فرآیند سوختن زغال سنگ به دست آورد که کاربردهای زغال سنگ خام را افزایش می‌دهند.
این انرژی همراه با تولید گرما و حرارت بالا آزاد می‌شود که می‌توان در مصارف گوناگونی مانند تولید برق و فولاد از آن استفاده کرد. همچنین هزینه استخراج زغال سنگ نسبت به منابع نفت و گاز کم‌تر است و به عنوان ارزان‌ترین سوخت فسیلی شناخته می‌شود.
