Ugljik, vodik i kisik glavne su organske tvari u ugljenu, čineći više od 95%; Što je dublja koalifikacija, to je veći sadržaj ugljika, a niži sadržaj vodika i kisika. Ugljik i vodik su elementi koji stvaraju toplinu tijekom izgaranja ugljena, a kisik je element koji podržava izgaranje. Kod izgaranja ugljena dušik ne stvara toplinu, već se na visokoj temperaturi pretvara u dušikove okside i amonijak te se taloži u slobodnom stanju. Sumpor, fosfor, fluor, klor i arsen su štetne komponente u ugljenu, od kojih je sumpor najvažniji. Kada se ugljen sagorijeva, većina sumpora oksidira u sumporov dioksid (SO2), koji se ispušta s dimnim plinovima, zagađujući atmosferu, ugrožavajući rast životinja i biljaka te zdravlje ljudi i nagrizajući metalnu opremu; Kada se ugljen s visokim sadržajem sumpora koristi u metalurškom koksiranju, to također utječe na kvalitetu koksa i čelika. Stoga je sadržaj "sumpora" jedan od važnih pokazatelja za ocjenu kvalitete ugljena.

Zapaljivi plin koji nastaje raspadom organske tvari u ugljenu pod određenim temperaturama i uvjetima naziva se "hlapljiv", a to je miješani plin sastavljen od različitih ugljikovodika, vodika, ugljikovog monoksida i drugih spojeva. Hlapljivost je također glavni pokazatelj kakvoće ugljena, koji ima važnu referentnu ulogu u određivanju načina prerade i korištenja te tehnoloških uvjeta ugljena. Ugljen niskog stupnja koalifikacije ima više hlapljivih tvari. Ako uvjeti izgaranja nisu prikladni, ugljen s visokim sadržajem hlapljivih tvari lako će proizvesti neizgorene čestice ugljika prilikom izgaranja, obično poznate kao "crni dim"; I proizvode više zagađivača kao što su ugljični monoksid, policiklički aromatski ugljikovodici i aldehidi, a toplinska učinkovitost se smanjuje. Stoga, odgovarajuće uvjete izgaranja i opremu treba odabrati prema hlapljivoj tvari ugljena.

U ugljenu ima malo anorganskih tvari, uglavnom vode i minerala, a njihovo postojanje smanjuje kvalitetu i uporabnu vrijednost ugljena. Minerali su glavne nečistoće u ugljenu, kao što su sulfid, sulfat i karbonat, od kojih su većina štetne komponente.

“Vlaga” ima veliki utjecaj na preradu i iskorištavanje ugljena. Kada se voda tijekom izgaranja pretvara u paru, ona apsorbira toplinu, čime se smanjuje kalorijska vrijednost ugljena. Vlaga u ugljenu može se podijeliti na vanjsku vlagu i unutarnju vlagu, a unutarnja vlaga općenito se koristi kao indeks za ocjenu kvalitete ugljena. Što je manji stupanj ugljenizacije, to je veća unutarnja površina ugljena i veći sadržaj vlage.

„Pepeo“ je kruti ostatak koji ostaje nakon potpunog izgaranja ugljena i važan je pokazatelj kvalitete ugljena. Pepeo uglavnom dolazi od nezapaljivih minerala u ugljenu. Kada se mineral spaljuje, trebao bi apsorbirati toplinu, a velika količina troske će oduzeti toplinu, pa što je pepeo veći, to je niža toplinska učinkovitost izgaranja ugljena; Što je više pepela, više pepela nastaje izgaranjem ugljena i više se letećeg pepela ispušta. Općenito, sadržaj pepela visokokvalitetnog i čistog ugljena je relativno nizak [1].

Ugljen je raspoređen po svim kontinentima i oceanskim otocima, ali je distribucija ugljena u svijetu vrlo neravnomjerna, ai rezerve ugljena u različitim zemljama također su vrlo različite. Kina, Sjedinjene Američke Države, Rusija i Njemačka bogate su rezervama ugljena, a također su i najveće svjetske zemlje proizvođači ugljena, među kojima je Kina zemlja s najvećom proizvodnjom ugljena na svijetu. Kineski resursi ugljena su na prvom mjestu u svijetu, odmah iza Sjedinjenih Država, Rusije i Australije [9].

Iako je važnu poziciju ugljena zamjenila nafta, ona će u dužem vremenskom razdoblju neminovno opadati zbog postupnog iscrpljivanja nafte. Zbog ogromnih zaliha ugljena i brzog razvoja znanosti i tehnologije, nove tehnologije poput rasplinjavanja ugljena postale su zrele i naširoko se koriste.

Prema različitim izvornim materijalima i uvjetima nastanka ugljena, ugljen u prirodi može se podijeliti u tri kategorije, i to humusni ugljen, rezidualni humusni ugljen i sapropelni ugljen.

Kina je prva zemlja u svijetu koja koristi ugljen. Rukotvorine od ugljena pronađene su u drevnom kulturnom lokalitetu Xinle u provinciji Liaoning, a kolači od ugljena također su pronađeni u gradu Gongyi, u provinciji Henan.

U Shan Hai Jingu ugljen se naziva kamen nie, dok se u dinastijama Wei i Jin ugljen naziva grafit ili ugljik. Naziv ugljen prvi je put korišten u Compendium of Materia Medica od Li Shizhena iz dinastije Ming.

Grčka i stari Rim također su bile zemlje koje su ranije koristile ugljen. Grčki učenjak Theophrastos napisao je Povijest kamena oko 300. godine prije Krista, u kojoj je zapisana priroda i podrijetlo ugljena. Stari Rim počeo je koristiti ugljen za grijanje prije otprilike 2000 godina.

Ugljen je izuzetno debeo sloj crnog humusa koji su grane i korijenje biljaka nakupljali na tlu milijunima godina. Zbog promjene zemljine kore ona je kontinuirano zakopana u podzemlje i dugo vremena izolirana od zraka, a nakon niza kompliciranih fizikalnih i kemijskih promjena pod visokom temperaturom i visokim tlakom formira crnu zapaljivu sedimentnu stijenu, koja je proces stvaranja ugljena.

Debljina sloja ugljena u rudniku povezana je s brzinom propadanja kore i akumulacije biljnih ostataka na tom području. Zemljina kora brzo opada, a biljni ostaci su naslagani u gomilu, pa je ugljeni sloj u ovom rudniku debeo. Naprotiv, zemljina kora polako pada, a biljni ostaci su tanki, pa je sloj ugljena u ovom rudniku tanak. Zbog tektonskog pomicanja zemljine kore izvorni horizontalni slojevi ugljena su nabrani i izlomljeni. Neki slojevi ugljena zakopani su dublje pod zemljom, drugi su istisnuti na površinu ili čak izloženi tlu, što ljudi lako pronalaze. Postoje i neki slojevi ugljena koji su relativno tanki i male površine, tako da nema rudarske vrijednosti, a nema ažurirane izjave o formiranju ugljena.

Nastaje li ugljen na ovaj način? Treba li neka izlaganja dalje proučavati i raspravljati. Veliki rudnik ugljena ima debeo ugljeni sloj i izvrsnu kvalitetu ugljena, ali njegovo područje općenito nije veliko. Ako se radi o prirodnom nakupljanju lišća i korijena biljaka milijunima godina, njegova bi površina trebala biti vrlo velika. Budući da su šume i travnjaci bili posvuda na zemlji u davna vremena, trebali bi postojati tragovi skladištenja ugljena posvuda pod zemljom; Ugljeni sloj nije nužno vrlo debeo, jer lišće i korijenje biljaka trunu u humus, koji će biljke apsorbirati. Ako se ponovi, neće biti toliko koncentriran kada konačno bude zakopan pod zemljom, a granica između sloja tla i sloja ugljena neće biti tako jasna.

Međutim, ne može se poreći činjenica i osnova da je ugljen doista nastao sustavnom evolucijom biljnih ostataka, što je nepobitna istina. Sve dok pažljivo promatrate blok ugljena, možete vidjeti tragove lišća i korijenja biljaka; Ako narežete ugljen i promatrate ga pod mikroskopom, možete pronaći vrlo jasna biljna tkiva i strukture, a ponekad su stvari poput debla sačuvane u slojevima ugljena, a neki slojevi ugljena još su obavijeni potpunim fosilima kukaca.

Pod normalnom temperaturom i pritiskom površine, biljni ostaci akumulirani u stajaćoj vodi se tresetom ili sapropelom pretvaraju u treset ili sapropel; Nakon zatrpavanja treset ili sapropelni mulj tone duboko u podzemlje zbog propadanja temelja bazena i dijagenezom se pretvara u lignit; Kada se temperatura i tlak postupno povećavaju, metamorfizmom se pretvara u bitumenski ugljen do antracita. Peatizacija se odnosi na proces u kojem se ostaci viših biljaka nakupljaju u močvarama i biokemijskim promjenama pretvaraju u treset. Sapropargizacija se odnosi na proces u kojem se ostaci nižih organizama pretvaraju u sapropelično blato kroz biokemijske promjene u močvarama. Sapropargit je vrsta muljevite tvari bogate vodom i asfaltenom. Ledenjački proces može doprinijeti prikupljanju i očuvanju biljnih ostataka koji stvaraju ugljen [2].

Doba nastanka ugljena

U cijelom geološkom dobu postoje tri glavna razdoblja stvaranja ugljena u svijetu:

U paleozojskom karbonu i permu, biljke koje su stvarale ugljen bile su uglavnom spore. Glavne vrste ugljena su bitumenski ugljen i antracit.

U juri i kredi mezozoika, biljke koje su stvarale ugljen bile su uglavnom golosjemenjače. Glavne vrste ugljena su lignit i bitumenski ugljen.

U tercijaru kenozoika, biljke koje su stvarale ugljen bile su uglavnom angiosperme. Glavni ugljen je lignit, zatim treset i nešto mladog bitumenskog ugljena.

Ugljen je najrasprostranjeniji fosilni energetski resurs u svijetu, koji se uglavnom dijeli u četiri kategorije: bituminozni ugljen i antracit, subbitumenozni ugljen i lignit. 60% svjetskih rezervi ugljena koje se može iskoristiti koncentrirano je u Sjedinjenim Državama (25%), sovjetskim republikama (23%) i Kini (12%). Osim toga, Australija, Indija, Njemačka i Južna Afrika čine 29% ukupne svjetske proizvodnje ugljena, a dokazane rezerve ugljena više su od 63 puta veće od rezervi nafte. Zemlje s bogatim zalihama ugljena u svijetu također su ugljen.