منابع زیرزمینی و مواد معدنی از جمله موادی هستند که می‌توانند کاربردهای متعددی در صنایع مختلف داشته باشند به‌گونه‌ای که یکی از اصلی‌ترین معیارهای ثروت کشورهای مختلف تعداد معادن و منابع زیرزمینی آنها خواهد بود. زغال سنگ یا Coal از جمله کانی‌های کاربردی است که می‌تواند استفاده‌های صنعتی، نیمه‌صنعتی و غیر صنعتی متعددی داشته باشد. در ادامه مطلب به بررسی بیشتر زغال سنگ، نحوه تشکیل و تولید آن، کاربردها و مزایای آن پرداخته خواهد شد.
زغال سنگ چیست؟
زغال سنگ (Coal) در حقیقت نوعی سنگ رسوبی قابل احتراق است که به رنگ سیاه یا قهوه‌ای وجود دارد و مقادیر زیادی کربن و هیدروکربن در خود دارد. این ماده از جمله سوخت‌های تجدید ناپذیر است چرا که تولید و تشکیل آنها میلیون‌ها سال طول می‌کشد. به صورت میانگین حدود 40 درصد از برق سراسر دنیا از زغال سنگ تولید می‌شود. شکل‌گیری زغال سنگ به 300 میلیون سال قبل برمی‌گردد و همانند گیلسونایت از دفن شدن گیاهان و موجودات زنده به دست آمده است.
مراحل تشکیل زغال سنگ
همان‌طور که گفته شد منشا زغال سنگ از پسماند مواد گیاهی میباشد و می‌تواند کاربردهای متعددی داشته باشد این ماده همانند قیر معدنی می‌تواند در مراحل مختلفی تولید شوند و مواد و ترکیبات مختلفی در آن وجود دارند. به صورت کلی مراحل و فرآیند تشکیل زغال سنگ به شرح زیر هستند:
مرحله اول تشکیل زغال سنگ تورب یا پیت (Peat) است که در اصل از اولین مراحل دگرگونی بقایای گیاهان برای تبدیل شدن به زغال سنگ است. این بخش توده متراکمی از گیاهان را پوشش می‌دهد که به شکل ناقص تجزیه می‌شوند.
در مرحله لیگنت زغال سنگ قهوه‌ای به عنوان پایین‌ترین درجه خلوص در زغال سنگ شناخته می‌شود و بیشتر برای تولید انرژی استفاده می‌شود. این نوع بیشترین آسیب را به محیط زیست وارد می‌کند و نوع شپک یا شبق آن به عنوان سنگ نیمه قیمتی استفاده می‌شود.
مرحله سوم مرحله زغال شبه بیتومینته است که میزان خلوص آن بین لیگنت و زغال بیتومینه است و از آن برای تولید انرژی الکتریسیته استفاده می‌شود.
مرحله چهارم زغال سنگ بیتومینه است که از چگالی بالایی برخوردار بوده و به رنگ سیاه یا قهوه‌ای با نوارهای روشن و کدر است. از تقطیر این سنگ کک به دست می‌آید که برای تولید برق کاربرد زیادی دارد.
مرحله پنجم آنتراسیت است که زغال سنگ سخت و سیاه میباشد و دارای بالاترین درجه خلوص است. از سوختن این ماده شعله آبی‌رنگی حاصل می‌شود.
انواع زغال سنگ
به صورت کلی فرمول زغال سنگ به‌صورت C135H96O9NS برآورد شده است و این ماده می‌تواند انواع مختلفی داشته باشد. بزرگ‌ترین ذخایر زغال سنگ در جهان در کشورهای آمریکا، روسیه، چین و استرالیا قرار دارند هرچند که زغال سنگ ایران نیز از کیفیت بسیار بالایی برخوردار است. به صورت کلی زغال سنگ می‌تواند شامل 4 نوع مختلف باشد که می‌توانند از نظر مقدار کربن، میزان انرژی گرمایی و … متفاوت باشند.
آنتراسیت نوعی زغال سنگ است که حاوی ۸۶٪ تا ۹۷٪ کربن بوده و از بالاترین ارزش حرارتی در بین تمام رتبه‌های ذغال سنگ برخوردار است. تمامی معادن آنتراسیت در آمریکا در شمال شرقی پنسیلوانیا هستند. و معمولاً در صنعت فلزات استفاده می‌شوند.
زغال سنگ قیری شامل ۴۵ تا ۸۶ درصد کربن بوده و فراوان‌ترین نوع زغال سنگ در آمریکا میباشد
زغال سنگ زیر قیری حاوی ۳۵٪ تا ۴۵٪ کربن است و ارزش گرمایشی کمتری نسبت به زغال سنگ قیری دارد و قدمت آن به 100 میلیون سال می‌رسد.
زغال سنگ که دارای ۲۵ تا ۳۵ درصد کربن بوده و کمترین میزان انرژی را در بین تمام رتبه‌های زغال سنگ دارد.
زغال سنگ حرارتی چیست؟
همان‌طور که گفته شد در هرکدام از مراحل تولید زغال سنگ مواد مختلفی تشکیل می‌شود که هر کدام دارای خواص، ویژگی‌ها، قابلیت‌ها و کاربردهای متفاوتی هستند. ماده تشکیل شده در مرحله پنجم که با نام آنتراسیت شناخته می‌شود در حقیقت با نام زغال سنگ حرارتی نیز شناخته می‌شود چرا که این ماده دارای کمترین میزان آب و مواد فرار است و از بالاترین درجه کربن نیز برخوردار است. دلیل نامگذاری این ماده با نام زغال سنگ حرارتی امکان سوختن آن و ایجاد شعله‌های آبی‌رنگ است.
کاربردهای زغال سنگ
پیدا کردن زغال سنگ برخلاف نفت، گاز طبیعی و حتی پودر قیر معدنی ساده‌تر و کم‌هزینه‌تر است و استخراج راحت‌تری دارد و به عنوان ارزان‌ترین سوخت فسیلی شناخته می‌شود به همین دلیل می‌تواند کاربردهای متعددی در صنایع مختلف داشته باشد. از جمله مهم‌ترین کاربردهای زغال سنگ می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
از این ماده می‌توان برای تولید برق حرارتی استفاده کرد به شیوه‌ای که در دمای بالا سوخته و آب را به بخار تبدیل می‌کند و در نهایت بخار تولید شده می‌تواند برای چرخاندن توربین‌ها با بالاترین سرعت ممکن در یک میدان مغناطیسی قوی استفاده شود و سرانجام برق تولید شود.
یکی دیگر از کاربردهای اصلی زغال سنگ تولید فولاد است. زغال سنگ در کوره‌ها پخته می‌شود و کک تولید می‌شود. بعد از تولید شدن کک از آن برای ذوب کردن سنگ‌آهن و ساخت فولاد استفاده می‌شود. همچنین در این حالت گاز آمونیاک از کوره‌های کک بازیابی می‌شود و از آن برای تولید اسید نیتریک، نمک آمونیاک و کود استفاده می‌شود.
استخراج زغال سنگ از معدن زغال سنگ می‌تواند در تولید محصولات خاص به کار برود. از جمله صنایعی که از این ماده استفاده می‌کنند می‌توان به صنعت سیمان، صنعت کاغذ، صنعت آلومینیوم، صنعت دارو و … اشاره کرد. در اصل زغال سنگ به عنوان ماده اولیه مواد مختلفی همچون سولفات آلومینیوم، کریوزوت، قطران … به کار می‌رود.
از دیگر کاربردهای زغال سنگ تولید گاز مصنوعی است که مخلوطی از مونواکسید کربن و هیدروژن است. این گازها می‌توانند برای تولید محصولات مختلفی همچون اوره، متانول و … استفاده شوند. همچنین زغال سنگ می‌تواند به مایع تبدیل شده و به عنوان سوخت فسیلی استفاده شود.
زغال سنگ همچنین می‌تواند در تولید محصولات تخصصی مانند کربن فعال، فیبر کربن، فلزات سیلیکون و … کاربرد دارد.
علاوه بر موارد مختلف گفته شده از ذغال سنگ می‌توان برای مصارف خانگی و تولید صابون‌ها، رنگ، پلاستیک و … نیز استفاده کرد.
تشخیص کیفیت زغال سنگ
همان‌طور که گفته شد زغال سنگ در مراحل مختلفی تشکیل می‌شود و از پیت به آنتراسیت می‌توانند خصوصیات و ویژگی‌های مختلفی داشته باشند. هر کدام از انواع زغال سنگ می‌توانند کیفیت متفاوتی داشته باشند و این کیفیت می‌تواند بر اساس فاکتورهای مختلفی تعیین شود که مهم‌ترین آنها شامل موارد زیر هستند:
- انواع پوشش گیاهی که زغال سنگ از آن سرچشمه می‌گیرد
- اعماق دفن
- دما و فشار در آن اعماق
- مدت زمانی که زغال سنگ در کانسار تشکیل شده است
- قیمت زغال سنگ
زغال سنگ به عنوان یکی از کاربردی‌ترین مواد در سراسر جهان شناخته می‌شود و بزرگ‌ترین ذخایر آن در آمریکا قرار دارد. قیمت این ماده می‌تواند تحت تأثیر فاکتورهای مختلفی قرار داشته باشد و بر اساس تحقیقات بالاترین قیمت آن در سال 2008 بوده است. محل استخراج زغال سنگ، نوع زغال سنگ، کیفیت زغال سنگ، نحوه بسته‌بندی، خصوصیات و ویژگی‌ها، میزان عرضه و تقاضا و … از مهم‌ترین فاکتورهای مؤثر بر قیمت این ماده هستند.
جمع‌بندی نهایی
زغال سنگ نوعی سنگ سیاه یا قهوه‌ای قابل احتراق است که حاوی مقادیر زیادی کربن و هیدروکربن است و می‌تواند در صنایع مختلفی کاربرد داشته باشد. این ماده می‌تواند در مراحل مختلفی تشکیل شود و انواع مختلفی مانند آنتراسیت، زغال سنگ قیر و زغال سنگ زیر قیری دارد.