جالب است بدانید که در ایالات متحده حدود نیمی از برق تولید شده به زغال‌سنگ وابسته‌است. این آمار کم و بیش در بسیاری از کشورهای دیگر هم وجود دارد. زغال‌سنگ یکی از مهم‌ترین سوخت‌های فسیلی موجود در جهان است که فعالیت بسیاری از صنایع به وجود آن وابسته‌است. به همین دلیل آشنایی با روش‌های استخراج این سوخت فسیلی اهمیت زیادی دارد. اما زغال‌سنگ چیست و چگونه استخراج می‌شود؟ در این مطلب به بررسی جامع این موضوع خواهیم پرداخت.
خلاصه‌ای از نحوه تشکیل زغال‌سنگ
برای روشن شدن مطلب روش‌های استخراج زغال‌سنگ، چاره‌ای جز آشنایی با نحوه تشکیل این ماده وجود ندارد. ابتدا باید بدانید که زغال‌سنگ اساساً چگونه شکل می‌گیرد. همان طور که می‌دانید زغال‌سنگ یکی از مهم‌ترین سوخت‌های فسیلی شناخته‌شده در طبیعت محسوب‌می‌شود. این سوخت تجدیدناپذیر طی میلیون‌ها سال و از بقایای گیاهان مرده به وجود می‌آید. امروزه از زغال‌سنگ استفاده‌های زیادی می‌شود، اما اولین بار از این ماده در قرن 18 و همزمان با انقلاب صنعتی استفاده شد.
زغال‌سنگ‌ها از نظر ظاهری تیره هستند. علت تیرگی زغال‌سنگ وجود کربن است. عنصر هیدروژن هم در کنار کربن، بیشترین سهم را در ترکیب زغال‌سنگ دارد. مراحل تشکیل زغال‌سنگ، شامل دو مرحله تصفیه و زهکشی است. همان طور که اشاره کردیم، بقایای گیاهان مرده بعد از گذشت میلیون‌ها سال، زغال‌سنگ را تشکیل می‌دهند.
روش‌های استخراج زغال‌سنگ
برای رشد گیاهانی که منجر به تشکیل زغال‌سنگ می‌شوند، نیاز به آب و هوای ملایم و مرطوب است. گیاهان مورد نظر بعد از خشک شدن داخل باتلاق می‌افتند. با توجه به نبود اکسیژن، خیلی زود تبدیل به پیت می‌شوند. پیت‌ها سیاه و قهوه‌ای رنگ هستند.
با مراحل تشکیل زغال‌سنگ آشنا شوید
برای درک و یادگیری بیشتر روش‌های استخراج زغال‌سنگ، بد نیست نگاهی به مراحل تشکیل این ماده هم داشته‌باشیم. از زغال‌سنگ برای تولید کک، قطران و گاز هم استفاده می‌کنند. با توجه به اینکه بخش بزرگی از زغال‌سنگ را کانی تشکیل می‌دهد، برخی زمین‌شناسان معتقدند که جزو کانی‌ها نیست. برخی دیگر از ترکیبات زغال‌سنگ به‌جز کربن شامل اکسیژن، هیدروژن، نیتروژن و گوگرد می‌شود. در ادامه به تشریح مراحل تشکیل زغال‌سنگ خواهیم پرداخت.
مرحله اول؛ تورب (پیت)
وقتی گیاهان مرده بعد از میلیون‌ها سال در حال تبدیل شدن به زغال‌سنگ هستند، ابتدا به تورب یا پیت تبدیل می‌شوند. در این حالت توده متراکم از گیاهان را داریم که به‌صورت ناقص تجزیه‌شده‌اند. در واقع نه دیگر گیاه مرده هستند و نه زغال‌سنگ کامل!
مرحله دوم؛ لیگ نت
بعد از تورب یا پیت، نوبت به تشکیل زغال‌سنگ قهوه‌ای رنگ با نام لیگ نت می‌رسد. این نوع زغال‌سنگ را به‌عنوان ضعیف‌ترین و پایین‌ترین درجه خلوص زغال‌سنگ می‌شناسند. معمولاً از لیگ نت یا زغال‌سنگ قهوه‌ای، برای تولید انرژی استفاده می‌کنند. نوع شپک یا شپق لیگ نت در بازار با عنوان سنگ نیمه‌قیمتی شناخته می‌شود، اما به‌طور کلی استفاده از آن آسیب زیادی برای محیط زیست به‌همراه دارد.
مرحله سوم؛ شبه – بیتومینه
یکی دیگر از انواع زغال‌سنگ قبل از تجزیه کامل آن است که از آن برای تولید انرژی الکتریسیته استفاده می‌شود. میزان خلوص زغال‌سنگ شبه – بیتومینه، بین بیتومینه و لیگ نت است.
مرحله چهارم؛ بیتومینه
در این مرحله از تشکیل زغال‌سنگ، شکل ظاهری محصول تیره با نوارهای روشن و کدر است. کک که میزان کربن بسیار بالایی دارد از تقطیر بیتومینه ایجاد می‌شود. از این محصول برای تولید برق هم استفاده می‌شود.
مرحله پنجم؛ آنتراسیت
در مرحله پایانی، شاهد نوعی زغال‌سنگ سیاه و سخت خواهیم بود. آنتراسیت بیشترین میزان خلوص را دارد. در روش‌های استخراج زغال‌سنگ با این ماده که سیاه و براق است مواجه خواهیم شد. از سوزاندن آنتراسیت، شعله آبی رنگ حاصل می‌شود. زغال‌سنگ آنتراسیت دارای بیشترین کربن و کمترین میزان آب است.
انواع زغال‌سنگ را بیشتر بشناسید
این سوخت فسیلی پرکاربرد، انواع مختلفی دارد که هر کدام دارای خواص و ویژگی‌های خاص خود هستند. روش‌های استخراج زغال‌سنگ، اغلب خطرناک هستند. با این حال همچنان استفاده از این ماده بسیار رایج است. زغال‌سنگ‌ها را از نظر میزان کربن موجود در آنها به دو دسته کلی تقسیم می‌کنند که عبارتند از:
زغال‌سنگ قیری: در سال 2021 حدود 50 درصد تولید زغال‌سنگ جهان را به خود اختصاص داده‌بود. به همین دلیل یکی از رایج‌ترین زغال سنگ‌های جهان محسوب‌می‌شود. این نوع زغال‌سنگ چیزی در حدود 45 تا 86 درصد کربن دارد.
زغال‌سنگ زیرقیری: این نوع زغال‌سنگ هم کاربردهای خاص خود را دارد. زغال‌سنگ زیرقیری، حدود 35 تا 45 درصد کربن دارد. از نظر گرمایشی هم زغال‌سنگ زیرقیری گرمایش بسیار کمتری دارد.
انواع زغال‌سنگ
روش‌های استخراج زغال‌سنگ کدامند؟
همان طور که می‌دانید، کار در معدن بسیار سخت و طاقت‌فرساست. احتمالاً تصاویر مربوط به استخراج زغال‌سنگ توسط معدنچیان را زیاد دیده باشید. این زغال‌سنگ‌ها هم در اعماق زمین و هم در سطح آن وجود دارند. به هر حال برای استفاده از این ماده بسیار ارزشمند، چاره‌ای جز استخراج آن وجود ندارد. برای استخراج زغال‌سنگ، روش‌های زیادی وجود دارد. استفاده از این روش‌ها، بستگی به نکات زمین‌شناسی منطقه دارد. در ادامه 3 مورد از مهم‌ترین و رایج‌ترین روش‌های استخراج زغال‌سنگ را بررسی خواهیم کرد.
1. استخراج زغال‌سنگ به‌روش سطحی
وقتی شکاف معدن در نزدیکی سطح زمین قرار دارد از این روش استفاده می‌شود. از مهم‌ترین ابزارهای موردنیاز در روش سطحی، می‌توان به بیل مکانیکی و کامیون اشاره کرد. مهم‌ترین دلیل استفاده از روش سطحی برای استخراج زغال‌سنگ، صرفه اقتصادی این روش است. بازدهی روش سطحی هم بسیار بیشتر از سایر روش‌هاست. در این روش بیش از 90 درصد زغال سنگ‌های موجود استخراج می‌شوند.
2. استخراج زغال‌سنگ به‌روش زیرسطحی
یکی دیگر از روش‌های استخراج زغال‌سنگ است که مورد استفاده بسیاری از متخصصان این حوزه قرار می‌گیرد. روش زیرسطحی به دو شکل انجام‌می‌شود که عبارتند از:
روش اتاق ستون: در این حالت شبکه‌ای از ستون‌های زغال‌سنگ و شکاف معدن ایجاد می‌شود. به این ترتیب از ریزش سقف اتاق جلوگیری خواهد شد.
روش جبهه کار طولانی: در این روش برش مکانیکی ایجاد می‌کنند. هدف از ایجاد این برش، فراهم شدن امکان استخراج کامل و ساده زغال‌سنگ از شکاف معدن است.
نکته: برای اینکه هر دو روش به بهترین شکل انجام شوند، نباید مطالعات دقیق زمین‌شناسی فراموش شوند.
3. استخراج زغال‌سنگ به‌روش برداشتن قله کوه
از این روش برای دسترسی به ذخایر زغال‌سنگ استفاده می‌کنند. روش برداشتن قله کوه، خیلی مورد استقبال متخصصان این حوزه قرار نمی‌گیرد. دلیل این امر آسیب‌هایی است که روش برداشتن قله کوه برای محیط زیست دارد.
حمل و نقل زغال‌سنگ
حمل و نقل زغال‌سنگ به چه صورت است؟
یکی از مهم‌ترین مسائلی که بعد از پرداختن به‌روش‌های استخراج زغال‌سنگ باید مورد بررسی قرار بگیرد، نحوه حمل و نقل این ماده است. بهتر است بدانید که ممکن است هزینه حمل و نقل زغال‌سنگ از استخراج آن پرهزینه‌تر باشد! به همین دلیل بسیاری از صنایعی که از زغال‌سنگ برای تولیدات خود استفاده می‌کنند در نزدیکی معادن زغال‌سنگ بنا می‌شوند. به این ترتیب در هزینه‌های گزاف حمل و نقل هم صرفه‌جویی می‌کنند.
یکی از مهم‌ترین صنایعی که با زغال‌سنگ فعالیت می‌کند، نیروگاه تولید برق است. این نیروگاه‌ها را معمولاً در نزدیکی معادن زغال‌سنگ قرار می‌دهند. به‌طور کلی روش‌های زیادی برای حمل و نقل زغال‌سنگ‌ها وجود دارد که برخی از مهم‌ترین آنها، عبارتند از:
بخشی از مسیر انتقال زغال‌سنگ به مقصد، توسط قطارها انجام‌می‌شود.
برای حمل و نقل زغال‌سنگ در اطراف معدن از کامیون، نوارهای نقاله و ترامواها استفاده می‌کنند.
برای حمل و نقل زغال‌سنگ از روی دریاچه‌ها و رودخانه‌ها، بهترین روش استفاده از بارج‌هاست.
از کشتی‌های بزرگ برای عبور زغال‌سنگ از دریاها و اقیانوس‌ها استفاده می‌شود.
در صورتی که زغال‌سنگ خردشده داشته‌باشیم از خطوط لوله دوغاب مخلوطی استفاده خواهد شد.
بررسی مهم‌ترین معیارهای تشخیص کیفیت زغال‌سنگ
بعد از انجام روش‌های استخراج زغال‌سنگ، نوبت به ارزیابی کیفیت ماده به‌دست‌آمده می‌رسد. به هر حال زغال‌سنگ‌ها هم از نظر کیفیت درجه‌بندی می‌شوند. زغال‌سنگ‌ها توسط متخصصین این حوزه بر اساس خواص شیمیایی و فیزیکی در رتبه‌های خاصی قرار می‌گیرند. معیار اصلی این رتبه‌بندی، درجه تبدیل گیاه به کربن است که شامل عوامل زیر می‌شود:
میزان دما و فشار اعماق
اعماق دفن
زمان مورد نیاز برای تشکیل زغال‌سنگ
انواع پوشش گیاهی تشکیل زغال‌سنگ
کلام پایانی
آشنایی با روش‌های استخراج زغال‌سنگ، برای نتیجه‌گیری حداکثری ضروری است. به‌طور کلی روش‌های زیادی برای استخراج زغال‌سنگ از معادن وجود دارد که در این مطلب 3 مورد از مهم‌ترین آنها را بررسی کردیم. موضوع مهم بعد از استخراج زغال‌سنگ، حمل و نقل و تشخیص کیفیت آن است. زغال‌سنگ‌ها را می‌توان به روش‌های مختلفی حمل و نقل کرد. معمولاً هزینه حمل و نقل زغال‌سنگ بسیار بالاست. برای تشخیص کیفیت زغال‌سنگ، معیارهای مختلفی هم وجود دارد. آشنایی با این معیارها برای سنجش و ارزیابی زغال‌سنگ استخراج‌شده ضروری است.
