El carbono, el hidrógeno y el oxígeno son la principal materia orgánica del carbón y representan más del 95%; Cuanto más profunda es la coalificación, mayor es el contenido de carbono y menor el contenido de hidrógeno y oxígeno. El carbono y el hidrógeno son los elementos que generan calor durante la combustión del carbón, y el oxígeno es el elemento que apoya la combustión. Cuando se quema carbón, el nitrógeno no genera calor, sino que se transforma en óxidos de nitrógeno y amoníaco a alta temperatura, y precipita en estado libre. El azufre, el fósforo, el flúor, el cloro y el arsénico son componentes nocivos del carbón, de los cuales el azufre es el más importante. Cuando se quema carbón, la mayor parte del azufre se oxida en dióxido de azufre (SO2), que se descarga con los gases de combustión, contaminando la atmósfera, poniendo en peligro el crecimiento de animales y plantas y la salud humana, y corroyendo los equipos metálicos; Cuando se utiliza carbón con alto contenido de azufre en la coquización metalúrgica, también afecta la calidad del coque y del acero. Por tanto, el contenido de "azufre" es uno de los índices importantes para evaluar la calidad del carbón.

El gas combustible producido por la descomposición de la materia orgánica del carbón bajo determinadas temperaturas y condiciones se denomina "volátil", que es un gas mixto compuesto por diversos hidrocarburos, hidrógeno, monóxido de carbono y otros compuestos. La volátil es también el principal índice de calidad del carbón, que desempeña un importante papel de referencia a la hora de determinar las formas de procesamiento y utilización y las condiciones tecnológicas del carbón. El carbón con bajo grado de carbonificación tiene más materia volátil. Si las condiciones de combustión no son las adecuadas, el carbón con alto contenido volátil fácilmente producirá partículas de carbón no quemadas al quemarse, lo que comúnmente se conoce como "humo negro"; Y producen más contaminantes como monóxido de carbono, hidrocarburos aromáticos policíclicos y aldehídos, y la eficiencia térmica se reduce. Por lo tanto, se deben seleccionar las condiciones y el equipo de combustión apropiados de acuerdo con la materia volátil del carbón.

Hay pocas sustancias inorgánicas en el carbón, principalmente agua y minerales, y su existencia reduce la calidad y el valor de utilización del carbón. Los minerales son las principales impurezas del carbón, como el sulfuro, el sulfato y el carbonato, la mayoría de los cuales son componentes nocivos.

La "humedad" tiene una gran influencia en el procesamiento y utilización del carbón. Cuando el agua se convierte en vapor durante la combustión, absorbe calor, reduciendo así el poder calorífico del carbón. La humedad del carbón se puede dividir en humedad externa y humedad interna, y la humedad interna generalmente se utiliza como índice para evaluar la calidad del carbón. Cuanto menor sea el grado de carbonificación, mayor será la superficie interna del carbón y mayor será el contenido de humedad.

La "ceniza" es el residuo sólido que queda después de que el carbón se quema por completo y es un importante índice de calidad del carbón. Las cenizas provienen principalmente de minerales incombustibles del carbón. Cuando se incinera un mineral, debe absorber calor, y una gran cantidad de escoria eliminará el calor, por lo que cuanto mayor sea la ceniza, menor será la eficiencia térmica de la combustión del carbón; Cuanta más ceniza, más ceniza se produce por la combustión del carbón y más cenizas volantes se descargan. Generalmente, el contenido de cenizas del carbón de alta calidad y del carbón limpio es relativamente bajo [1].

El carbón se distribuye en todos los continentes e islas oceánicas, pero la distribución del carbón en el mundo es muy desigual y las reservas de carbón en los diferentes países también son muy diferentes. China, Estados Unidos, Rusia y Alemania son ricos en reservas de carbón y también son los principales países productores de carbón del mundo, entre los cuales China es el país con la mayor producción de carbón del mundo. Los recursos de carbón de China están a la vanguardia del mundo, sólo superados por los Estados Unidos, Rusia y Australia [9].

Aunque la importante posición del carbón ha sido reemplazada por el petróleo, durante un largo período de tiempo inevitablemente disminuirá debido al agotamiento gradual del petróleo. Debido a las enormes reservas de carbón y al rápido desarrollo de la ciencia y la tecnología, nuevas tecnologías como la gasificación del carbón han madurado y se han utilizado ampliamente.

Según los diferentes materiales originales y las condiciones de formación del carbón, el carbón en la naturaleza se puede dividir en tres categorías, a saber, carbón humus, carbón humus residual y carbón sapropélico.

China es el primer país del mundo en utilizar carbón. Se encontraron artesanías de carbón en el antiguo sitio cultural Xinle en la provincia de Liaoning, y también se encontraron tortas de carbón en la ciudad de Gongyi, provincia de Henan.

En Shan Hai Jing, el carbón se llama piedra nie, mientras que en las dinastías Wei y Jin, el carbón se llama grafito o carbonífero. El nombre carbón se utilizó por primera vez en el Compendio de Materia Médica de Li Shizhen en la dinastía Ming.

Grecia y la antigua Roma también fueron países que utilizaron carbón anteriormente. El erudito griego Teofrasto escribió La Historia de la Piedra alrededor del año 300 a.C., que registró la naturaleza y el origen del carbón. La antigua Roma empezó a utilizar carbón para calentarse hace unos 2000 años.

El carbón es una capa extremadamente espesa de humus negro acumulada en el suelo por las ramas y raíces de las plantas durante millones de años. Debido al cambio de la corteza terrestre, permanece continuamente enterrada bajo tierra y aislada del aire durante mucho tiempo, y después de una serie de complicados cambios físicos y químicos bajo alta temperatura y alta presión, forma una roca sedimentaria combustible negra, que es el proceso de formación del carbón.

El espesor de una veta de carbón en una mina de carbón está relacionado con la velocidad de deterioro de la corteza y la acumulación de restos vegetales en esta zona. La corteza terrestre está cayendo rápidamente y los restos de plantas están apilados en grandes cantidades, por lo que la veta de carbón en esta mina de carbón es gruesa. Por el contrario, la corteza terrestre está cayendo lentamente y los restos de plantas están amontonados, por lo que la veta de carbón en esta mina de carbón es delgada. Debido al movimiento tectónico de la corteza terrestre, las vetas de carbón horizontales originales se pliegan y fracturan. Algunas vetas de carbón están enterradas a mayor profundidad, otras son empujadas hacia la superficie o incluso expuestas al suelo, que es fácil de encontrar para la gente. También hay algunas vetas de carbón que son relativamente delgadas y de área pequeña, por lo que no tienen valor minero y no hay una declaración actualizada sobre la formación del carbón.

¿Se forma el carbón de esta manera? Si algunas exposiciones deberían estudiarse y discutirse más a fondo. Una gran mina de carbón tiene una gruesa veta de carbón y una excelente calidad del carbón, pero su área no es muy grande en general. Si se trata de una acumulación natural de hojas y raíces de plantas durante millones de años, su superficie debería ser muy grande. Debido a que en la antigüedad los bosques y praderas estaban por todas partes de la tierra, debería haber rastros de almacenamiento de carbón en todas partes bajo tierra; La veta de carbón no es necesariamente muy gruesa, porque las hojas y raíces de las plantas se pudren formando humus, que será absorbido por las plantas. Si se repite, no estará tan concentrado cuando finalmente sea enterrado bajo tierra, y el límite entre la capa de suelo y la veta de carbón no será tan claro.

Sin embargo, no se puede negar el hecho y la base de que el carbón se forma realmente por la evolución sistemática de los restos vegetales, lo cual es una verdad irrefutable. Si observas atentamente el bloque de carbón, podrás ver rastros de hojas y raíces de plantas; Si se corta el carbón y se observa con un microscopio, se pueden encontrar estructuras y tejidos vegetales muy claros y, a veces, cosas como troncos se conservan en las vetas de carbón, y algunas vetas de carbón todavía están envueltas con fósiles de insectos completos.

Bajo la temperatura y presión normal de la superficie, los restos vegetales acumulados en aguas estancadas se transforman en turba o sapropélico mediante turba o sapropélico; Después de ser enterrado, la turba o lodo sapropélico se hunde a las profundidades del subsuelo debido al declive del basamento de la cuenca y se transforma en lignito por diagénesis; Cuando la temperatura y la presión aumentan gradualmente, se transforma de carbón bituminoso a antracita por metamorfismo. La peatización se refiere al proceso por el cual los restos de plantas superiores se acumulan en los pantanos y se transforman en turba mediante cambios bioquímicos. La sapropargización se refiere al proceso en el que los restos de organismos inferiores se transforman en lodo sapropélico mediante cambios bioquímicos en los pantanos. La sapropargita es una especie de sustancia fangosa rica en agua y asfalteno. El proceso de los glaciares puede contribuir a la recolección y preservación de restos de plantas formadoras de carbón [2].

La era de la formación del carbón.

En toda la era geológica, hay tres períodos principales de formación de carbón en el mundo:

En el Carbonífero Paleozoico y el Pérmico, las plantas formadoras de carbón eran principalmente plantas de esporas. Los principales tipos de carbón son el carbón bituminoso y la antracita.

En el Jurásico y Cretácico del Mesozoico, las plantas formadoras de carbón eran principalmente gimnospermas. Los principales tipos de carbón son el lignito y el carbón bituminoso.

En el terciario del Cenozoico, las plantas formadoras de carbón eran principalmente angiospermas. El carbón principal es el lignito, seguido de la turba y algo de carbón bituminoso joven.

El carbón es el recurso energético fósil más distribuido en el mundo y se divide principalmente en cuatro categorías: carbón bituminoso y antracita, carbón subbituminoso y lignito. El 60% de las reservas recuperables de carbón del mundo se concentran en Estados Unidos (25%), repúblicas soviéticas (23%) y China (12%). Además, Australia, India, Alemania y Sudáfrica representan el 29% de la producción total de carbón del mundo, y las reservas probadas de carbón son más de 63 veces mayores que las de petróleo. Los países con ricas reservas de carbón en el mundo también son carbón.