Le carbone, l'hydrogène et l'oxygène constituent la principale matière organique du charbon, représentant plus de 95 % ; Plus la houillification est profonde, plus la teneur en carbone est élevée et plus la teneur en hydrogène et en oxygène est faible. Le carbone et l'hydrogène sont les éléments qui génèrent de la chaleur lors de la combustion du charbon, et l'oxygène est l'élément favorisant la combustion. Lorsque le charbon est brûlé, l'azote ne génère pas de chaleur, mais se transforme à haute température en oxydes d'azote et en ammoniac et précipite à l'état libre. Le soufre, le phosphore, le fluor, le chlore et l'arsenic sont des composants nocifs du charbon, le soufre étant le plus important. Lorsque le charbon est brûlé, la majeure partie du soufre est oxydée en dioxyde de soufre (SO2), qui est rejeté avec les gaz de combustion, polluant l'atmosphère, mettant en danger la croissance des animaux et des plantes et la santé humaine, et corrodant les équipements métalliques ; Lorsque du charbon à haute teneur en soufre est utilisé dans la cokéfaction métallurgique, cela affecte également la qualité du coke et de l’acier. Par conséquent, la teneur en « soufre » est l’un des indices importants pour évaluer la qualité du charbon.

Le gaz combustible produit par la décomposition de la matière organique dans le charbon dans certaines températures et conditions est appelé « volatil ». Il s'agit d'un gaz mixte composé de divers hydrocarbures, d'hydrogène, de monoxyde de carbone et d'autres composés. La volatilité est également le principal indice de qualité du charbon, qui joue un rôle de référence important dans la détermination des modes de traitement et d'utilisation et des conditions technologiques du charbon. Le charbon avec un faible degré de calcification contient plus de matières volatiles. Si les conditions de combustion ne sont pas appropriées, le charbon à haute teneur en matières volatiles produira facilement des particules de carbone non brûlées lors de la combustion, communément appelées « fumée noire » ; Et produisent davantage de polluants tels que le monoxyde de carbone, les hydrocarbures aromatiques polycycliques et les aldéhydes, et l'efficacité thermique est réduite. Par conséquent, les conditions et équipements de combustion appropriés doivent être sélectionnés en fonction de la matière volatile du charbon.

Le charbon contient peu de substances inorganiques, principalement de l'eau et des minéraux, et leur existence réduit la qualité et la valeur d'utilisation du charbon. Les minéraux sont les principales impuretés du charbon, comme le sulfure, le sulfate et le carbonate, dont la plupart sont des composants nocifs.

« L'humidité » a une grande influence sur le traitement et l'utilisation du charbon. Lorsque l’eau se transforme en vapeur lors de la combustion, elle absorbe de la chaleur, réduisant ainsi le pouvoir calorifique du charbon. L'humidité du charbon peut être divisée en humidité externe et humidité interne, et l'humidité interne est généralement utilisée comme indice pour évaluer la qualité du charbon. Plus le degré de houilification est faible, plus la surface interne du charbon est grande et plus la teneur en humidité est élevée.

Les « cendres » sont les résidus solides laissés après la combustion complète du charbon et constituent un indice important de la qualité du charbon. Les cendres proviennent principalement des minéraux incombustibles du charbon. Lorsque le minéral est incinéré, il doit absorber de la chaleur et une grande quantité de scories absorbe la chaleur. Ainsi, plus les cendres sont élevées, plus l'efficacité thermique de la combustion du charbon est faible ; Plus il y a de cendres, plus la combustion du charbon produit de cendres et plus de cendres volantes sont rejetées. En général, la teneur en cendres du charbon de haute qualité et du charbon propre est relativement faible [1].

Le charbon est réparti sur tous les continents et îles océaniques, mais la répartition du charbon dans le monde est très inégale et les réserves de charbon dans les différents pays sont également très différentes. La Chine, les États-Unis, la Russie et l’Allemagne sont riches en réserves de charbon et sont également d’importants pays producteurs de charbon au monde, parmi lesquels la Chine est le pays avec la plus grande production de charbon au monde. Les ressources en charbon de la Chine sont parmi les premières au monde, juste derrière celles des États-Unis, de la Russie et de l'Australie [9].

Bien que la position importante du charbon ait été remplacée par le pétrole, pendant une longue période, elle diminuera inévitablement en raison de l'épuisement progressif du pétrole. En raison des énormes réserves de charbon et du développement rapide de la science et de la technologie, de nouvelles technologies telles que la gazéification du charbon sont devenues matures et largement utilisées.

Selon les différents matériaux d'origine et les conditions de formation du charbon, le charbon dans la nature peut être divisé en trois catégories, à savoir le charbon humique, le charbon humifère résiduel et le charbon sapropélique.

La Chine est le premier pays au monde à utiliser du charbon. Des objets artisanaux en charbon ont été découverts sur l'ancien site culturel de Xinle, dans la province du Liaoning, et des gâteaux de charbon ont également été découverts dans la ville de Gongyi, dans la province du Henan.

Dans le Shan Hai Jing, le charbon est appelé pierre nie, tandis que dans les dynasties Wei et Jin, le charbon est appelé graphite ou carbonifère. Le nom charbon a été utilisé pour la première fois dans le Compendium of Materia Medica par Li Shizhen sous la dynastie Ming.

La Grèce et la Rome antique étaient également des pays qui utilisaient auparavant le charbon. L'érudit grec Théophraste a écrit L'Histoire de la pierre vers 300 avant JC, qui consigne la nature et l'origine du charbon. La Rome antique a commencé à utiliser le charbon pour se chauffer il y a environ 2000 ans.

Le charbon est une couche extrêmement épaisse d’humus noir accumulée au sol par les branches et les racines des plantes depuis des millions d’années. En raison du changement de la croûte terrestre, elle est continuellement enfouie sous terre et isolée de l'air pendant une longue période, et après une série de changements physiques et chimiques complexes sous haute température et haute pression, elle forme une roche sédimentaire combustible noire, qui est le processus de formation du charbon.

L'épaisseur d'une couche de charbon dans une mine de charbon est liée à la vitesse du déclin de la croûte terrestre et à l'accumulation de restes végétaux dans cette zone. La croûte terrestre tombe rapidement et les restes de plantes sont empilés de manière épaisse, de sorte que la couche de charbon dans cette mine de charbon est épaisse. Au contraire, la croûte terrestre tombe lentement et les restes de plantes sont minces, de sorte que la couche de charbon dans cette mine de charbon est mince. En raison du mouvement tectonique de la croûte terrestre, les couches de charbon horizontales d'origine sont pliées et fracturées. Certaines veines de charbon sont enfouies plus profondément sous terre, d'autres sont poussées vers la surface, voire exposées au sol, ce qui est facile à trouver par les humains. Il existe également des veines de charbon qui sont relativement minces et de petite superficie, il n'y a donc aucune valeur minière et il n'y a pas de déclaration mise à jour sur la formation de charbon.

Le charbon se forme-t-il de cette manière ? Si certaines expositions devraient être étudiées et discutées plus en détail. Une grande mine de charbon possède une épaisse couche de charbon et une excellente qualité de charbon, mais sa superficie n'est généralement pas très grande. S’il s’agit d’une accumulation naturelle de feuilles et de racines de plantes depuis des millions d’années, sa superficie devrait être très grande. Parce que les forêts et les prairies étaient partout sur la terre dans les temps anciens, il devrait y avoir des traces de stockage de charbon partout sous terre ; La couche de charbon n'est pas nécessairement très épaisse, car les feuilles et les racines des plantes pourrissent en humus, qui sera absorbé par les plantes. Si cela se répète, il ne sera pas aussi concentré lorsqu'il sera finalement enfoui sous terre, et la limite entre la couche de sol et la couche de charbon ne sera pas aussi claire.

Cependant, il est indéniable que le charbon est en réalité formé par l’évolution systématique de débris végétaux, ce qui est une vérité irréfutable. Tant que vous observez attentivement le bloc de charbon, vous pouvez voir des traces de feuilles et de racines de plantes ; Si vous coupez du charbon et l'observez au microscope, vous pouvez trouver des tissus et des structures végétales très claires, et parfois des éléments comme des troncs sont conservés dans des veines de charbon, et certaines veines de charbon sont encore enveloppées de fossiles complets d'insectes.

Sous la température et la pression normales de la surface, les restes végétaux accumulés dans l'eau stagnante sont transformés en tourbe ou sapropélique par tourbe ou sapropélique ; Après avoir été enfouies, la tourbe ou la boue sapropélique s'enfonce dans les profondeurs souterraines en raison de l'affaissement du socle du bassin et se transforme en lignite par diagenèse ; Lorsque la température et la pression augmentent progressivement, il se transforme en charbon bitumineux en anthracite par métamorphisme. La tourbée fait référence au processus par lequel les restes de plantes supérieures s'accumulent dans les marécages et sont transformés en tourbe par des changements biochimiques. La sapropargisation fait référence au processus par lequel les restes d'organismes inférieurs sont transformés en boue sapropélique par des changements biochimiques dans les marécages. La sapropargite est une sorte de substance boueuse riche en eau et en asphaltène. Le processus glaciaire peut contribuer à la collecte et à la préservation des restes d'usines de production de charbon [2].

L'ère de la formation du charbon

Au cours de toute l’ère géologique, il existe trois grandes périodes de formation de charbon dans le monde :

Au Carbonifère paléozoïque et au Permien, les plantes produisant du charbon étaient principalement des plantes à spores. Les principaux types de charbon sont le charbon bitumineux et l'anthracite.

Au Jurassique et au Crétacé du Mésozoïque, les plantes charbonnières étaient principalement des gymnospermes. Les principaux types de charbon sont le lignite et le charbon bitumineux.

Au tertiaire du Cénozoïque, les plantes charbonnières étaient principalement des angiospermes. Le charbon principal est le lignite, suivi de la tourbe et d'un peu de jeune charbon bitumineux.

Le charbon est la ressource énergétique fossile la plus largement distribuée au monde, qui est principalement divisée en quatre catégories : le charbon bitumineux et l'anthracite, le charbon sous-bitumineux et le lignite. 60 % des réserves mondiales de charbon récupérables sont concentrées aux États-Unis (25 %), dans les républiques soviétiques (23 %) et en Chine (12 %). En outre, l'Australie, l'Inde, l'Allemagne et l'Afrique du Sud représentent 29 % de la production mondiale totale de charbon, et les réserves prouvées de charbon sont plus de 63 fois supérieures à celles de pétrole. Les pays qui possèdent de riches réserves de charbon dans le monde sont aussi du charbon.