کربن، هیدروژن و اکسیژن مواد آلی اصلی در زغال سنگ هستند که بیش از 95٪ را تشکیل می دهند. هرچه ذغال‌سازی عمیق‌تر باشد، محتوای کربن بیشتر و محتوای هیدروژن و اکسیژن کمتر است. کربن و هیدروژن عناصری هستند که در طی احتراق زغال سنگ گرما تولید می کنند و اکسیژن عنصر پشتیبانی کننده احتراق است. هنگامی که زغال سنگ می سوزد، نیتروژن گرما تولید نمی کند، اما در دمای بالا به اکسیدهای نیتروژن و آمونیاک تبدیل می شود و در حالت آزاد رسوب می کند. گوگرد، فسفر، فلوئور، کلر و آرسنیک از اجزای مضر زغال سنگ هستند که گوگرد مهمترین آنهاست. هنگامی که زغال سنگ می سوزد، بیشتر گوگرد به دی اکسید گوگرد (SO2) اکسید می شود که با گازهای دودکش تخلیه می شود، اتمسفر را آلوده می کند، رشد حیوانات و گیاهان و سلامت انسان را به خطر می اندازد، و تجهیزات فلزی را خورده می کند. هنگامی که زغال سنگ با محتوای گوگرد بالا در کک سازی متالورژیکی استفاده می شود، بر کیفیت کک و فولاد نیز تأثیر می گذارد. بنابراین، محتوای گوگرد یکی از شاخص های مهم برای ارزیابی کیفیت زغال سنگ است.

گاز قابل احتراق حاصل از تجزیه مواد آلی در زغال سنگ در دما و شرایط معین «فرار» نامیده می شود که گازی مخلوط متشکل از هیدروکربن های مختلف، هیدروژن، مونوکسید کربن و سایر ترکیبات است. فرار همچنین شاخص کیفیت اصلی زغال سنگ است که نقش مرجع مهمی در تعیین روش های فرآوری و استفاده و شرایط تکنولوژیکی زغال سنگ ایفا می کند. زغال سنگ با درجه زغال زایی پایین دارای مواد فرار بیشتری است. اگر شرایط احتراق مناسب نباشد، زغال سنگ با محتوای فرار بالا به راحتی ذرات کربن نسوخته را هنگام سوختن تولید می کند که معمولاً به عنوان "دود سیاه" شناخته می شود. و آلاینده های بیشتری مانند مونوکسید کربن، هیدروکربن های آروماتیک چند حلقه ای و آلدئید تولید می کند و بازده حرارتی کاهش می یابد. بنابراین، شرایط احتراق و تجهیزات مناسب باید با توجه به مواد فرار زغال سنگ انتخاب شود.

مواد معدنی کمی در زغال سنگ وجود دارد که عمدتاً آب و مواد معدنی است و وجود آنها باعث کاهش کیفیت و ارزش استفاده زغال سنگ می شود. مواد معدنی ناخالصی های اصلی زغال سنگ مانند سولفید، سولفات و کربنات هستند که بیشتر آنها اجزای مضر هستند.

"رطوبت" تاثیر زیادی در پردازش و استفاده از زغال سنگ دارد. هنگامی که آب در حین احتراق به بخار تبدیل می شود، گرما را جذب می کند و در نتیجه ارزش حرارتی زغال سنگ را کاهش می دهد. رطوبت در زغال سنگ را می توان به رطوبت خارجی و رطوبت داخلی تقسیم کرد و رطوبت داخلی به طور کلی به عنوان شاخصی برای ارزیابی کیفیت زغال سنگ استفاده می شود. هرچه درجه زغال‌زایی کمتر باشد، سطح داخلی زغال‌سنگ بیشتر و میزان رطوبت آن بیشتر می‌شود.

"خاکستر" باقی مانده جامد پس از سوختن کامل زغال سنگ است و شاخص کیفیت زغال سنگ مهمی است. خاکستر عمدتاً از مواد معدنی غیر قابل احتراق در زغال سنگ به دست می آید. هنگامی که ماده معدنی سوزانده می شود، باید گرما را جذب کند و مقدار زیادی سرباره گرما را از بین می برد، بنابراین هر چه خاکستر بیشتر باشد، بازده حرارتی احتراق زغال سنگ کمتر است. هرچه خاکستر بیشتر باشد، خاکستر بیشتری در اثر احتراق زغال سنگ تولید می شود و خاکستر بادی بیشتری تخلیه می شود. به طور کلی، محتوای خاکستر زغال سنگ با کیفیت بالا و زغال سنگ تمیز نسبتا کم است [1].

زغال سنگ در تمام قاره ها و جزایر اقیانوس ها توزیع می شود، اما توزیع زغال سنگ در جهان بسیار نابرابر است و ذخایر زغال سنگ در کشورهای مختلف نیز بسیار متفاوت است. چین، ایالات متحده آمریکا، روسیه و آلمان از نظر ذخایر زغال سنگ غنی هستند و همچنین کشورهای بزرگ تولید کننده زغال سنگ در جهان هستند که در این میان چین کشوری با بالاترین تولید زغال سنگ در جهان است. منابع زغال سنگ چین در خط مقدم جهان قرار دارند و پس از ایالات متحده، روسیه و استرالیا در رتبه دوم قرار دارند [9].

اگرچه جایگاه مهم زغال سنگ جای خود را به نفت داده است، اما برای مدت طولانی، به دلیل کاهش تدریجی نفت، به ناچار کاهش خواهد یافت. با توجه به ذخایر عظیم زغال سنگ و توسعه سریع علم و فناوری، فناوری های جدیدی مانند گازی سازی زغال سنگ بالغ شده و به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته است.

با توجه به مواد اولیه و شرایط مختلف تشکیل زغال سنگ، زغال سنگ در طبیعت را می توان به سه دسته زغال سنگ هوموس، زغال سنگ هوموس باقیمانده و زغال سنگ ساپروپلیک تقسیم کرد.

چین اولین کشوری است که از زغال سنگ در جهان استفاده می کند. صنایع دستی زغال سنگ در سایت فرهنگی باستانی Xinle در استان لیائونینگ و کیک های زغال سنگ نیز در شهر گونگی در استان هنان یافت شد.

در شان های جینگ، زغال سنگ سنگ نی نامیده می شود، در حالی که در سلسله های وی و جین، زغال سنگ را گرافیت یا کربنیفر می نامند. نام زغال سنگ برای اولین بار در خلاصه مواد مدیکا توسط لی شیژن در سلسله مینگ استفاده شد.

یونان و روم باستان نیز کشورهایی بودند که قبلا از زغال سنگ استفاده می کردند. تئوفراستوس محقق یونانی کتاب تاریخ سنگ را در حدود 300 سال قبل از میلاد نوشته است که ماهیت و منشأ زغال سنگ را ثبت کرده است. روم باستان حدود 2000 سال پیش شروع به استفاده از زغال سنگ برای گرم کردن کرد.

زغال سنگ لایه ای بسیار ضخیم از هوموس سیاه است که برای میلیون ها سال توسط شاخه ها و ریشه های گیاهان روی زمین انباشته شده است. به دلیل تغییر پوسته زمین، به طور مداوم در زیر زمین مدفون می شود و برای مدت طولانی از هوا جدا می شود و پس از یک سری تغییرات پیچیده فیزیکی و شیمیایی در دمای بالا و فشار بالا، سنگ رسوبی قابل احتراق سیاه رنگی را تشکیل می دهد که فرآیند تشکیل زغال سنگ است.

ضخامت درز زغال سنگ در معدن زغال سنگ با سرعت زوال پوسته و تجمع بقایای گیاهی در این ناحیه مرتبط است. پوسته زمین به سرعت در حال سقوط است و بقایای گیاهی به ضخامت انباشته شده است، بنابراین درز زغال سنگ در این معدن زغال سنگ ضخیم است. برعکس، پوسته زمین به آرامی در حال سقوط است و بقایای گیاهی نازک انباشته می شوند، بنابراین درز زغال سنگ در این معدن زغال سنگ نازک است. به دلیل حرکت زمین ساختی پوسته زمین، درزهای زغال سنگ افقی اولیه چین خورده و شکسته می شوند. برخی از درزهای زغال سنگ در عمق بیشتری در زیر زمین دفن می شوند، برخی دیگر به سطح زمین رانده می شوند، یا حتی در معرض زمین قرار می گیرند، که به راحتی توسط مردم پیدا می شود. همچنین برخی از درزهای زغال سنگ وجود دارد که نسبتاً نازک و از نظر مساحت کوچک هستند، بنابراین هیچ ارزش معدنی وجود ندارد و هیچ بیانیه به روز شده ای در مورد تشکیل زغال سنگ وجود ندارد.

آیا زغال سنگ به این شکل تشکیل می شود؟ آیا برخی از نمایشگاه ها باید بیشتر مورد مطالعه و بحث قرار گیرند یا خیر. یک معدن بزرگ زغال سنگ دارای درز زغال سنگ ضخیم و کیفیت زغال سنگ عالی است، اما مساحت آن به طور کلی زیاد نیست. اگر این تجمع طبیعی از برگ ها و ریشه های گیاهان برای میلیون ها سال باشد، مساحت آن باید بسیار زیاد باشد. از آنجا که در زمان های قدیم جنگل ها و علفزارها در همه جای زمین وجود داشت، باید در زیر زمین آثاری از ذخیره زغال سنگ وجود داشته باشد. درز زغال سنگ لزوماً خیلی ضخیم نیست، زیرا برگ ها و ریشه گیاهان پوسیده می شوند و به هوموس تبدیل می شوند که توسط گیاهان جذب می شود. اگر تکرار شود، وقتی در نهایت در زیر زمین دفن شود، آنقدر متمرکز نمی شود و مرز بین لایه خاک و درز زغال سنگ آنقدر مشخص نمی شود.

با این حال، نمی توان این واقعیت و اساس را انکار کرد که زغال سنگ واقعاً از تکامل سیستماتیک بقایای گیاهی تشکیل شده است، که یک حقیقت غیرقابل انکار است. تا زمانی که بلوک زغال سنگ را با دقت مشاهده کنید، می توانید آثاری از برگ ها و ریشه گیاهان را مشاهده کنید. اگر زغال سنگ را برش دهید و زیر میکروسکوپ مشاهده کنید، می توانید بافت ها و ساختارهای گیاهی بسیار شفافی پیدا کنید، و گاهی اوقات چیزهایی مانند تنه در درزهای زغال سنگ حفظ می شوند و برخی از درزهای زغال سنگ هنوز با فسیل های کامل حشرات پیچیده می شوند.

تحت دما و فشار نرمال سطح، بقایای گیاهی انباشته شده در آب راکد توسط پیت یا ساپروپلیک به پیت یا ساپروپلیک تبدیل می شوند. پس از دفن، ذغال سنگ نارس یا گل ساپروپلیک به دلیل کاهش زیرزمین حوضه به اعماق زیرزمین فرو می رود و از طریق دیاژنز به زغال سنگ قهوه ای تبدیل می شود. هنگامی که دما و فشار به تدریج افزایش می یابد، در اثر دگرگونی به زغال سنگ قیری به آنتراسیت تبدیل می شود. پیتیزاسیون به فرآیندی اطلاق می شود که بقایای گیاهان عالی در باتلاق ها جمع می شوند و از طریق تغییرات بیوشیمیایی به ذغال سنگ نارس تبدیل می شوند. Sapropargization به فرآیندی اطلاق می شود که بقایای موجودات پایین تر از طریق تغییرات بیوشیمیایی در باتلاق ها به گل ساپروپلیک تبدیل می شوند. ساپروپارژیت نوعی ماده گل آلود غنی از آب و آسفالتین است. فرآیند یخچال ممکن است به جمع آوری و حفظ بقایای گیاهان زغال سنگ کمک کند [2].

عصر تشکیل زغال سنگ

در کل عصر زمین شناسی، سه دوره اصلی تشکیل زغال سنگ در جهان وجود دارد:

در کربونیفر پالئوزوئیک و پرمین، گیاهان زغال‌ساز عمدتاً گیاهان اسپور بودند. انواع اصلی زغال سنگ زغال سنگ قیر و آنتراسیت است.

در ژوراسیک و کرتاسه مزوزوئیک، گیاهان زغال‌زا عمدتاً اسپرم‌های ژیمنوسپرم بودند. انواع اصلی زغال سنگ زغال سنگ زغال سنگ و زغال سنگ قیر هستند.

در دوره سوم سنوزوئیک، گیاهان زغال‌ساز عمدتاً آنژیوسپرم بودند. زغال سنگ اصلی زغال سنگ است و پس از آن ذغال سنگ نارس و مقداری زغال سنگ جوان است.

زغال سنگ پر توزیع ترین منبع انرژی فسیلی در جهان است که عمدتا به چهار دسته زغال سنگ قیر و آنتراسیت، زغال سنگ زیر قیر و زغال سنگ تقسیم می شود. 60 درصد از ذخایر زغال سنگ قابل بازیافت جهان در ایالات متحده (25 درصد)، جمهوری های شوروی (23 درصد) و چین (12 درصد) متمرکز است. علاوه بر این، استرالیا، هند، آلمان و آفریقای جنوبی 29 درصد از کل تولید زغال سنگ جهان را تشکیل می دهند و ذخایر اثبات شده زغال سنگ بیش از 63 برابر ذخایر نفتی است. کشورهای دارای ذخایر غنی زغال سنگ در جهان نیز زغال سنگ هستند.