زغال سنگ چیست؟
زغال سنگ یکی از سوخت‌های بسیار رایج و پرکاربرد است. از این سوخت می‌توان در خانه‌ها و صنایع مختلف استفاده کرد. این سوخت فسیلی در دسته سنگ‌های رسوبی قابل‌احتراق قرار می‌گیرد. برای شکل‌گیری آن به بازه زمانی میلیون ساله نیازمند هستیم. رنگ آن نیز در محدوده سیاه یا قهوه‌ای مایل به سیاه است. این سوخت فسیلی از طی فرایند‌های زمین‌شناسی و از بقایای گیاهان تشکیل می‌شود. باید بدانید که Coal در دسته سوخت‌های تجدیدناپذیر قرار دارد. عناصری مانند گوگرد، هیدروژن، کربن، اکسیژن و نیتروژن مواد اصلی موجود در آن هستند.
زغال سنگ یا coal سوختی فسیلی و غیرقابل تجدید است
تاریخچه اکتشاف سوخت فسیلی Coal
اکتشاف آهن تحول و تغییر شگرفی در زندگی بشر ایجاد کرد. دانشمندان معتقدند این اکتشاف باعث ایجاد تمایز بین زندگی بشر با سایر حیوانات شده است. سوخت‌های اولیه غالبا چوب یا زغال چوب، کاه و کود‌های خشک بود. در برخی اسناد زمان اکتشاف و استفاده از Coal حدود هزار سال قبل از میلاد مسیح تعیین شده است. گفته شده چینی در آن دوران از سنگ‌های مخصوصی برای ذوب مس استفاده می‌کردند. در مخروبه‌های باستانی انگلیس نیز سلندر‌هایی یافت شده که نشان می‌دهد رومی‌های باستان نیز برای گرما و روشنایی قلعه‌های خود از این سوخت کمک می‌گرفتند.
اما، اولین مدرک معتبر مبنی بر استخراج Coal در اروپا توسط یک راهب ارائه شد. بر اساس آن، استخراج Coal در اروپا به قرن ۱۳ باز می‌گردد. تا قرن هجدهم استفاده از این سوخت فسیلی بسیار محدود بود. پس از آن، دانشمندان مختلفی از جمله آبراهام داربی روش‌های متعددی برای استفاده از این محصول در کوره‌های بلند و تولید کک‌های ساخته شده از Coal ابداع کردند. تحولات رخ داده در صنعت متالورژی بعد از اختراع موتور بخار نیز تقاضای زیادی برای استفاده از زغال سنگ ایجاد کرد.
فرآیند شکل‌گیری زغال سنگ
مستندات تاریخی و زمین‌شناسی شکل‌گیری این سوخت را به ۳۰۰ میلیون سال قبل نسبت می‌دهد. در آن دوران، سطح زمین پوشیده از جنگل‌های متراکم، دریا‌های وسیع و کم عمق بود. گذر زمان و تغییرات حوی باید ایجاد سیلاب و مدفون شدن انواع گیاهان و خزه‌ها زیر گل و لای می‌شد. باید بدانید که تجمع گیاهان و فشرده شدن آن‌ها باعث افزایش دما و فشار می‌شود. گل و لای همراه با آب اسیدی از تماس گیاهان با O۲ جلوگیری می‌کنند. پس، سرعت فرایند تجزیه کاهش می‌یابد. کاهش سرعت تجزیه به حفظ کربن در گیاهان کمک می‌کند.
گذشت سال‌ها به ایجاد باتلاقی از گیاهان کمک می‌کند. در این مرحله شاهد تشکیل Coal نارس هستیم. زغال نارسی منبعی غنی از ترکیبات کربنی بودهو می‌توان از آن به‌عنوان سوخت استفاده کرد. در کشور‌های روسیه، ایرلند و اسکاتلند از این باتلاق به‌عنوان منبع تامین انرژی و گرما استفاده می‌کنند. کربونیزاسیون فرایندی است که تحت فشار دمای بسیار بالا انجام می‌شود. این فرایند به ایجاد Coal منجر می‌شود.
فشار و دمای اعماق زمین دو عامل اصلی در تنوع coalها هستند
انواع Coal و کاربرد آن
در حالت کلی می‌توان این محصول را به چهار دسته اصلی تقسیم کرد. این موارد عبارتند از: آنتراسیت، بیتومینوس، ساب بیتومینوس و لیگنیت. سه عامل نوع زغال‌ها، میزان کربن و مقدار انرژی حرارتی در تقسیم‌بندی Coalها نقش مهمی دارند. درجه سختی این سنگ‌ها نیز به فشار و درجه حرارتی وابسته است که طی سال‌ها به سنگ وارد می‌شود.
·آنتراسیت Anthracite
میزان کربن موجود در این سنگ بین ۸۶ تا ۹۷ درصد است. این سنگ بالاترین ارزش حرارتی را به خود اختصاص می‌دهد. همین امر سبب شده که صنایع مختلف مانند فولاد و ذوب فلزات از آنتراسیت به‌عنوان ماده سوختی اصلی استفاده کنند. ذخایر آنتراسیت در جهان محدود بوده و تنها ۱ درصد از کل Coalهای جهان را به خود اختصاص داده است.
·بیتومینوس Bituminous
کربن موجود در سنگ بیتومینوس بین ۴۵ تا ۸۶ درصد متغیر است. قدمت سنگ‌های بیتومینوس در آمریکا به حدود ۱۰۰ تا ۳۰۰ میلیون سال قبل باز می‌گردد. حدود ۵۳ درصد از ذخایر زغال سنگ هان به این سنگ اختصاص دارد. ساختار بیتومینوس باعث شده از آن به‌عنوان ماده اولیه و سخت در نیروگاه‌های برق، صنایع فولاد و ذوب آهن استفاده شود.
·ساب بیتومینوس Sub-bituminous
این محصول با نام سنگ نیمه بیتومین نیز شناخته می‌شود. میزان کربن موجود در آن بین ۳۵ تا ۴۵ درصد بوده و انرژی حرارتی آزاد شده توسط این سنگ کمتر از بیتومینوس است. این ماده بیش از ۳۰ درصد ذخایر Coal در کل جهان را در بر می‌گیرد.
·لیگنیت یا Coal قهوه‌ای Lignite
این محصول در مقایسه با سایر Coalها انرژی حرارتی کمتری دارد. میزان کربن موجود در آن بین ۲۵ تا ۳۵ درصد متغیر است. این سنگ نسبتا جوان است و در معرض دما و فشار کمتری قرار گرفته است. رطوبت موجود در آن بالا بوده و به راحتی خرد می‌شود. سرعت بالای خردشدگی این سنگ دلیل اصلی کاهش ارزش حرارتی آن محسوب می‌شود. حدود ۱۳ درصد از ذخایر Coal موجود در جهان به لیگنیت اختصاص دارد.
شناخت دسته‌بندی زغال سنگ ها (Coalها) به شما در درک کارایی هر یک از آن‌ها کمک می‌کند. اما دانش شما زمانی تکمیل می‌شود که از کاربرد‌های متنوع این سوخت فسیلی باارزش نیز آگاهی داشته باشید. مهم‌ترین موارد استفاده از Coal عبارت است از:
·تولید برق
این سوخت فسیلی به‌طور کلی در تولید برق حرارتی استفاده می‌شود. زغال سنگ Coal در دمای بالا می‌سوزد و دمای حاصل از آن، آب را به بخار تبدیل می‌کند. از این بخار برای چرخش توربین‌ها در یک میدان مغناطیسی قوی استفاده خواهد شد. در‌نهایت برق تولید می‌شود.
·صنایع فولاد
زغال سنگ به‌صورت غیر مستقیم در صنایع فولاد به کار می‌رود. زغال سنگ Coal ابتدا در کوره می‌سوزد و به کک تبدیل می‌شود. پس از شکل گیری، کک‌ها برای ذوب آهن و تولید فولاد کاربرد دارد. فرایند تولید فولاد از کک باعث ایجاد گاز آمونیاک می‌شود. از این فرآورده ثانویه نیز بری تولید نمک آلومینیوم، اسید نیتریک و کود‌های مختلف استفاده می‌شود.
·صنایع مختلف
معروف‌ترین صنایع که از زغال سنگ Coal به‌عنوان سوخت یا ماده اولیه در تولید محصولات خود استفاده می‌کنند عبارتند از: صنایع سیمان، کاغذسازی، صنایع دارویی و شیمیایی. در تولید بسیاری از محصولات شیمیایی مانند سولفات آمونیاک، کرئوزوت، نزول و قطران از Coal استفاده می‌شود. باید بدانید که این سوخت فسیلی بیشتر به‌عنوان منبع تامین انرژی در صنایع شیمیایی کاربرد دارد.
در اغلب صنایع از coal به‌عنوان ماده اصلی تامین انرژی استفاده می‌شود
·مصارف خانگی
در مناطق سردسیر جهان و بسیاری از کشور‌های در حال توسعه از Coal به‌عنوان منبع اصلی تامین انرژی برای گرمایش خانه‌ها یا پخت و پز استفاده می‌شود.
·تولید محصولات تخصصی
بسیاری از مواد تخصصی موجود در بازار‌های صنعتی مانند کربن فعال، فلزات سیلیکون و فیبر کربن از Coal تولید می‌شوند. علاوه بر این، وجود گاز‌های مونوکسید کربن و هیدروژن در Coal باعث شده که این محصول به‌عنوان واسط اصلی برای تولید اوره، متانول و هیدروژن خالص کاربرد داشته باشد. بسیاری از مواد شیمیایی از Coal برای تولید محصولات یا فراورده‌های جانبی استفاده می‌کنند. محصولاتی مانند آسپرین، انواع رنگ‌های صنعتی، پلاستیک، نایلون، ریون، صابون و حلال‌ها حاوی Coal یا یکی از محصولات فرعی این سوخت فسیلی هستند.
روش‌های استخراج زغال سنگ Coal
انتخاب روش مناسب برای استخراج زغال سنگ Coal به موقعیت جغرافیایی و زمین‌شناسی منطقه وابسته است. به دلیل اینکه ۶۰ درصد این سوخت فسیلی در معدن زیر زمینی نهفته است. استخراج زیر سطحی تکنیک رایج برای بهره‌برداری از زغال سنگ در جهان محسوب می‌شود. اما این تکنیک تنها روش استخراج Coal نیست. زیرا، بهره‌برداری از معادن موجود در استرالیا و ایالات متحده به روش سطحی انجام می‌شود.
·استخراج زیرسطحی
برای اجرای این روش دو تکنیک مختلف وجود دارد. روش اتاق ستون و جبهه کار طولانی دو تکنیک برای استخراج زیر سطحی Coalها هستند. در روش اتاق ستون برای استخراج Coal در شکاف معادن، شبکه‌ای از اتاق‌ها ایجاد می‌شود. ستون‌های زغال سنگ Coal در جلوگیری از ریزش معدن نقش مهمی بازی می‌کنند. ستون‌ها حدود ۴۰ درصد از حجم معدن را به خود اختصاص می‌دهند. استخراج زغال از ستوان‌ها نیز تحت برنامه به نام عقب نشینی معدن امکان‌پذیر است.
در روش جبهه کار طولانی استخراج Coal از طریق ایجاد برش‌های مکانیکی در شکاف معدن انجام می‌شود. استخراج زغال‌ها در این تکنیک به صورت کامل خواهد بود. انجام این روش به برنامه‌ریزی بسیار دقیق برای اطمینان از سلامت معدن از نظر زمین شناختی نیازمند است. در بسیاری از موارد انتخاب تکنیک استخراج به ملاحظات اقتصادی وابسته خواهد بود. پس، ترکیب دو تکنیک جبهه کار طولانی اتاق ستون بهترین ایده برای استخراج زیر سطحی زغال سنگ Coalها محسوب می‌شود.
·استخراج سطحی زغال سنگ
اجرای این تکنیک تنها زمانی از نظر اقتصادی توجیه‌پذیر است که شکاف معدن نزدیک سطح زمین باشد. بازیابی ذخایر به دست آمده از این تکنیک بیشتر از روش زیر سطحی است. زیرا، ۹۰ درصد Coalهای موجود در معادن سطحی قابل استخراج هستند. اشتغال زایی در این روش نیز بیشتر است. چرا که برای برداشت زغال‌ها به تجهیزات مختلفی مانند بیل‌های مکانیکی و کامیون‌های بسیار بزرگ نیاز داریم.
انتخاب روش مناسب برای استخراج زغال سنگ به موقعیت جغرافیایی و خصوصیات زمین‌شناختی معدن وابسته است
سخن پایانی
زغال سنگ در مقایسه با سایر سوخت‌های فسیلی ارزان‌تر بوده و فرایند استخراج ساده‌تری دارد. ذخایر زغال سنگ یا Coal موجود در جهان نیز در مقایسه با نفت و گاز طبیعی بیشتر است. همین امر، دسترسی به این سوخت را آسان کرده و هزینه استفاده از آن را کاهش می‌دهد. اما، قیمت این سوخت کابردی به عوامل مختلفی مانند اقلیم و شرایط آب و هوایی وابسته است. ترکیبات موجود در این سنگ رسوبی قابل‌احتراق آن را به گزینه ایده‌آل برای تامین حرارت و انرژی در صنایع مختلف مانند فولاد. برق تبدیل می‌کند. فراموش نکنید که این سوخت غیرقابل تجدید است. پس، برای تأمین طولانی مدت انرژی در نشل‌های آینده باید اقدامات لازم برای مصرف هدفمند آن انجام شود.
