Hiili, vety ja happi ovat hiilen tärkeimmät orgaaniset aineet, joiden osuus on yli 95 %; Mitä syvemmälle kovettuminen tapahtuu, sitä korkeampi hiilipitoisuus ja sitä pienempi vety- ja happipitoisuus. Hiili ja vety ovat alkuaineita, jotka tuottavat lämpöä hiilen palamisen aikana, ja happi on palamista tukeva elementti. Hiiltä poltettaessa typpi ei tuota lämpöä, vaan muuttuu typen oksideiksi ja ammoniakiksi korkeassa lämpötilassa ja saostuu vapaana. Rikki, fosfori, fluori, kloori ja arseeni ovat hiilen haitallisia komponentteja, joista rikki on tärkein. Hiiltä poltettaessa suurin osa rikistä hapettuu rikkidioksidiksi (SO2), joka vapautuu savukaasujen mukana saastuttamalla ilmakehää, vaarantaen eläinten ja kasvien kasvun ja ihmisten terveyden sekä syövyttäen metallilaitteita; Kun metallurgisessa koksauksessa käytetään korkearikkipitoista hiiltä, ​​se vaikuttaa myös koksin ja teräksen laatuun. Siksi "rikin" pitoisuus on yksi tärkeimmistä indekseistä hiilen laadun arvioinnissa.

Palavaa kaasua, joka muodostuu hiilen orgaanisen aineen hajoamisesta tietyissä lämpötiloissa ja olosuhteissa, kutsutaan "haihtuvaksi", joka on sekakaasu, joka koostuu erilaisista hiilivedyistä, vedystä, hiilimonoksidista ja muista yhdisteistä. Haihtuva on myös päähiilen laatuindeksi, jolla on tärkeä referenssirooli hiilen käsittely- ja käyttötapojen ja teknologisten olosuhteiden määrittelyssä. Hiilellä, jolla on alhainen kovettuvuusaste, on enemmän haihtuvaa ainetta. Jos palamisolosuhteet eivät ole sopivat, hiili, jossa on paljon haihtuvia aineita, tuottaa palaessaan helposti palamattomia hiilihiukkasia, jotka tunnetaan yleisesti "mustana savuna"; Ja tuottaa enemmän epäpuhtauksia, kuten hiilimonoksidia, polysyklisiä aromaattisia hiilivetyjä ja aldehydejä, ja lämpötehokkuus heikkenee. Siksi sopivat poltto-olosuhteet ja -laitteet tulisi valita hiilen haihtuvien aineiden mukaan.

Kivihiilessä on vähän epäorgaanisia aineita, pääasiassa vettä ja mineraaleja, ja niiden olemassaolo heikentää hiilen laatua ja käyttöarvoa. Mineraalit ovat kivihiilen pääepäpuhtauksia, kuten sulfidi, sulfaatti ja karbonaatti, joista useimmat ovat haitallisia komponentteja.

"Kosteudella" on suuri vaikutus hiilen käsittelyyn ja hyödyntämiseen. Kun vesi muuttuu palamisen aikana höyryksi, se imee lämpöä ja alentaa siten hiilen lämpöarvoa. Kivihiilen kosteus voidaan jakaa ulkoiseen kosteuteen ja sisäiseen kosteuteen, ja sisäistä kosteutta käytetään yleensä kivihiilen laadun arvioinnissa. Mitä pienempi hiilen kovettuminen on, sitä suurempi on hiilen sisäpinta-ala ja sitä korkeampi kosteuspitoisuus.

"Tuhka" on kiinteä jäännös, joka jää jäljelle hiilen täydellisen palamisen jälkeen, ja se on tärkeä hiilen laatuindeksi. Tuhka tulee pääasiassa kivihiilen palamattomista mineraaleista. Kun mineraali poltetaan, sen pitäisi imeä lämpöä, ja suuri määrä kuonaa vie lämpöä, joten mitä korkeampi tuhka, sitä pienempi on hiilen palamisen lämpötehokkuus; Mitä enemmän tuhkaa, sitä enemmän tuhkaa syntyy hiilen poltosta ja sitä enemmän lentotuhkaa vapautuu. Yleisesti ottaen korkealaatuisen ja puhtaan hiilen tuhkapitoisuus on suhteellisen alhainen [1].

Kivihiiltä on jakautunut kaikilla mantereilla ja valtamerten saarilla, mutta hiilen jakautuminen maailmassa on hyvin epätasaista, ja myös kivihiilivarat eri maissa ovat hyvin erilaisia. Kiinalla, Yhdysvalloissa, Venäjällä ja Saksassa on runsaasti kivihiilivarantoja, ja ne ovat myös merkittäviä hiilentuottajamaita maailmassa, joista Kiina on maailman korkein kivihiilen tuotanto. Kiinan hiilivarat ovat maailman kärjessä, Yhdysvaltojen, Venäjän ja Australian jälkeen [9].

Vaikka kivihiilen tärkeä asema on korvattu öljyllä, se heikkenee väistämättä jo pitkään öljyn asteittaisen ehtymisen myötä. Valtavien hiilivarantojen sekä tieteen ja teknologian nopean kehityksen ansiosta uudet tekniikat, kuten hiilen kaasutus, ovat kypsyneet ja niitä käytetään laajalti.

Erilaisten alkuperäisten materiaalien ja hiilen muodostumisolosuhteiden mukaan kivihiili luonnossa voidaan jakaa kolmeen kategoriaan, nimittäin humushiileen, jäännöshumushiileen ja sapropeelihiileen.

Kiina on ensimmäinen maa, joka käyttää hiiltä maailmassa. Hiilikäsitöitä löydettiin Xinlen muinaisesta kulttuurikohteesta Liaoningin maakunnasta, ja hiilikakkuja löydettiin myös gongyin kaupungista Henanin maakunnasta.

Shan Hai Jingissä hiiltä kutsutaan nimellä stone nie, kun taas Wei- ja Jin-dynastioissa hiiltä kutsutaan grafiitiksi tai hiilipitoiseksi. Hiilen nimeä käytti ensimmäisen kerran Li Shizhen Ming-dynastian kokoelmassa Materia Medica.

Kreikka ja muinainen Rooma olivat myös maita, jotka käyttivät hiiltä aikaisemmin. Kreikkalainen tutkija Theophrastos kirjoitti Kiven historian noin vuonna 300 eKr., joka tallensi hiilen luonteen ja alkuperän. Muinaisessa Roomassa alettiin käyttää hiiltä lämmitykseen noin 2000 vuotta sitten.

Kivihiili on erittäin paksu mustahumuskerros, joka on kertynyt maahan kasvien oksien ja juurien kautta miljoonien vuosien ajan. Maankuoren muutoksesta johtuen se hautautuu jatkuvasti maan alle ja on pitkään eristettynä ilmasta, ja monimutkaisten fysikaalisten ja kemiallisten muutosten sarjan jälkeen korkeassa lämpötilassa ja paineessa se muodostaa mustan palavan sedimenttikiven, joka on hiilen muodostumisprosessi.

Hiilikaivoksen hiilisauman paksuus liittyy maankuoren vähenemisen nopeuteen ja kasvijäänteiden kerääntymiseen tälle alueelle. Maankuori putoaa nopeasti ja kasvien jäännökset kasaantuvat paksuiksi, joten hiilisauma tässä hiilikaivoksessa on paksu. Päinvastoin, maankuori putoaa hitaasti ja kasvien jäännökset kasaantuvat ohuiksi, joten hiilisauma tässä hiilikaivoksessa on ohut. Maankuoren tektonisen liikkeen vuoksi alkuperäiset vaakasuorat hiilisaumat taittuvat ja murtuvat. Jotkut hiilisaumat haudataan syvemmälle maan alle, toiset työnnetään pintaan tai jopa altistuvat maan pinnalle, mikä on ihmisten helposti löydettävissä. Jotkut hiilisaumat ovat myös suhteellisen ohuita ja pinta-alaltaan pieniä, joten kaivosarvoa ei ole, eikä hiilen muodostumisesta ole päivitettyä lausuntoa.

Muodostuuko hiili tällä tavalla? Pitäisikö joitain näyttelyitä tutkia ja keskustella edelleen. Suuressa hiilikaivoksessa on paksu hiilisauma ja erinomainen hiilen laatu, mutta sen pinta-ala ei ole yleisesti ottaen kovin suuri. Jos se on luonnollinen kasvien lehtien ja juurien kertymä miljoonien vuosien ajan, sen alueen tulisi olla erittäin suuri. Koska metsiä ja niittyjä oli muinaisina aikoina kaikkialla maan päällä, kaikkialla maan alla pitäisi olla jälkiä hiilen varastoinnista; Hiilisauma ei välttämättä ole kovin paksu, koska kasvien lehdet ja juuret mätänevät humukseksi, jonka kasvit imeytyvät. Jos se toistetaan, se ei ole niin keskittynyt, kun se lopulta haudataan maan alle, eikä maakerroksen ja hiilisauman välinen raja ole niin selvä.

Ei kuitenkaan voida kiistää sitä tosiasiaa ja perustetta, että kivihiili todella muodostuu kasvijätteen systemaattisesta kehityksestä, mikä on kiistaton totuus. Niin kauan kuin tarkkailet huolellisesti hiililohkoa, voit nähdä kasvien lehtien ja juurien jälkiä; Jos viipaloit hiiltä ja tarkkailet sitä mikroskoopilla, voit löytää erittäin selkeitä kasvikudoksia ja rakenteita, ja joskus kivihiilisaumoissa on säilynyt esimerkiksi runkoja, ja jotkut hiilisaumat ovat edelleen täynnä hyönteisfossiileja.

Normaalissa pinnan lämpötilassa ja paineessa seisovaan veteen kerääntyneet kasvijäännökset muuttuvat turpeeksi tai sapropeeliksi turpeen tai sapropeelisen vaikutuksesta; Hautauksen jälkeen turve tai sapropeelinen muta vajoaa syvälle maan alle altaan kellarin rappeutumisen seurauksena ja muuttuu ruskohiileksi diageneesin kautta; Kun lämpötila ja paine vähitellen nousevat, se muuttuu muodonmuutoksen seurauksena bitumihiileksi antrasiitiksi. Turpeutuminen tarkoittaa prosessia, jossa korkeampien kasvien jäännökset kerääntyvät suoihin ja muuttuvat turpeeksi biokemiallisten muutosten kautta. Sapropargisaatiolla tarkoitetaan prosessia, jossa alempien organismien jäännökset muuttuvat sapropeeliseksi mudaksi soiden biokemiallisten muutosten kautta. Sapropargiitti on eräänlainen mutainen aine, jossa on runsaasti vettä ja asfalteenia. Jäätikköprosessi voi edistää hiiltä muodostavien kasvijäänteiden keräämistä ja säilyttämistä [2].

Hiilen muodostumisen aika

Koko geologisella aikakaudella maailmassa on kolme suurta hiilenmuodostusjaksoa:

Paleotsoisella hiilellä ja permikaudella hiiltä muodostavat kasvit olivat pääasiassa itiöitä. Tärkeimmät kivihiililajit ovat bitumihiili ja antrasiitti.

Mesozoicin jura- ja liitukaudella hiiltä muodostavat kasvit olivat pääosin sinisiemenisiä. Päähiililajit ovat ruskohiili ja bitumihiili.

Cenozoic-kaudella hiiltä muodostavat kasvit olivat pääasiassa koppisiemenisiä. Päähiili on ruskohiili, jota seuraa turve ja vähän nuorta bitumihiiltä.

Kivihiili on maailman laajimmin levinnyt fossiilinen energialähde, joka on jaettu pääosin neljään luokkaan: bitumikivihiili ja antrasiitti, subbituminen kivihiili ja ruskohiili. 60 % maailman hyödynnettävistä hiilivarannoista on keskittynyt Yhdysvaltoihin (25 %), Neuvostoliiton tasavaltoihin (23 %) ja Kiinaan (12 %). Lisäksi Australian, Intian, Saksan ja Etelä-Afrikan osuus maailman kivihiilen kokonaistuotannosta on 29 %, ja todistetut hiilivarat ovat yli 63 kertaa öljyvaratoihin verrattuna. Maat, joilla on runsaat hiilivarat maailmassa, ovat myös hiiltä.