Carbonio, idrogeno e ossigeno sono la principale materia organica del carbone, rappresentandone oltre il 95%; Più profonda è la coalizione, maggiore è il contenuto di carbonio e minore è il contenuto di idrogeno e ossigeno. Il carbonio e l'idrogeno sono gli elementi che generano calore durante la combustione del carbone e l'ossigeno è l'elemento di supporto alla combustione. Quando il carbone viene bruciato, l'azoto non genera calore, ma si trasforma ad alta temperatura in ossidi di azoto e ammoniaca, e precipita allo stato libero. Zolfo, fosforo, fluoro, cloro e arsenico sono componenti dannosi del carbone, di cui lo zolfo è il più importante. Quando il carbone viene bruciato, la maggior parte dello zolfo viene ossidato in anidride solforosa (SO2), che viene scaricata con i gas di scarico, inquinando l'atmosfera, mettendo in pericolo la crescita di animali e piante e la salute umana e corrodendo le apparecchiature metalliche; Quando il carbone ad alto contenuto di zolfo viene utilizzato nella cokeria metallurgica, ciò influisce anche sulla qualità del coke e dell'acciaio. Pertanto, il contenuto di "zolfo" è uno degli indici importanti per valutare la qualità del carbone.

Il gas combustibile prodotto dalla decomposizione della materia organica nel carbone a determinate temperature e condizioni è chiamato "volatile", che è un gas misto composto da vari idrocarburi, idrogeno, monossido di carbonio e altri composti. La volatilità è anche il principale indice di qualità del carbone, che svolge un importante ruolo di riferimento nel determinare le modalità di lavorazione e utilizzo e le condizioni tecnologiche del carbone. Il carbone con un basso grado di carbonificazione ha una materia più volatile. Se le condizioni di combustione non sono adeguate, il carbone ad alto contenuto volatile produrrà facilmente durante la combustione particelle di carbonio incombusto, comunemente note come “fumo nero”; E producono più sostanze inquinanti come monossido di carbonio, idrocarburi policiclici aromatici e aldeidi e l'efficienza termica è ridotta. Pertanto, le condizioni e le attrezzature di combustione appropriate dovrebbero essere selezionate in base alla materia volatile del carbone.

Nel carbone sono presenti poche sostanze inorganiche, principalmente acqua e minerali, e la loro esistenza riduce la qualità e il valore di utilizzo del carbone. I minerali sono le principali impurità del carbone, come solfuri, solfati e carbonati, la maggior parte dei quali sono componenti dannosi.

L'"umidità" ha una grande influenza sulla lavorazione e sull'utilizzo del carbone. Quando l'acqua si trasforma in vapore durante la combustione, assorbe calore, riducendo così il potere calorifico del carbone. L'umidità nel carbone può essere divisa in umidità esterna e umidità interna e l'umidità interna viene generalmente utilizzata come indice per valutare la qualità del carbone. Minore è il grado di carbonificazione, maggiore è la superficie interna del carbone e maggiore è il contenuto di umidità.

La "cenere" è il residuo solido rimasto dopo la completa combustione del carbone ed è un importante indice di qualità del carbone. Le ceneri provengono principalmente da minerali incombustibili contenuti nel carbone. Quando il minerale viene incenerito, dovrebbe assorbire calore e una grande quantità di scorie toglierà calore, quindi maggiore è la cenere, minore è l'efficienza termica della combustione del carbone; Maggiore è la quantità di cenere, maggiore sarà la produzione di cenere dalla combustione del carbone e maggiore sarà la quantità di ceneri volanti scaricate. In generale, il contenuto di ceneri del carbone di alta qualità e del carbone pulito è relativamente basso [1].

Il carbone è distribuito in tutti i continenti e nelle isole oceaniche, ma la distribuzione del carbone nel mondo è molto disomogenea e anche le riserve di carbone nei diversi paesi sono molto diverse. La Cina, gli Stati Uniti, la Russia e la Germania sono ricchi di riserve di carbone e sono anche i principali paesi produttori di carbone nel mondo, tra cui la Cina è il paese con la più alta produzione di carbone al mondo. Le risorse di carbone della Cina sono all'avanguardia nel mondo, seconde solo a Stati Uniti, Russia e Australia [9].

Sebbene la posizione importante del carbone sia stata sostituita dal petrolio, per un lungo periodo di tempo, esso inevitabilmente diminuirà a causa del graduale esaurimento del petrolio. A causa delle enormi riserve di carbone e del rapido sviluppo della scienza e della tecnologia, nuove tecnologie come la gassificazione del carbone sono diventate mature e ampiamente utilizzate.

In base ai diversi materiali originali e alle condizioni di formazione del carbone, il carbone in natura può essere suddiviso in tre categorie, vale a dire carbone di humus, carbone di humus residuo e carbone sapropelico.

La Cina è il primo paese al mondo ad utilizzare il carbone. Artigianato a base di carbone sono stati rinvenuti nell'antico sito culturale di Xinle, nella provincia di Liaoning, e torte di carbone sono state trovate anche nella città di Gongyi, nella provincia di Henan.

Nello Shan Hai Jing, il carbone è chiamato pietra nie, mentre nelle dinastie Wei e Jin, il carbone è chiamato grafite o carbonifero. Il nome carbone fu usato per la prima volta nel Compendio della Materia Medica di Li Shizhen durante la dinastia Ming.

Anche la Grecia e l’antica Roma erano paesi che in precedenza utilizzavano il carbone. Lo studioso greco Teofrasto scrisse La storia della pietra intorno al 300 a.C., in cui registrava la natura e l'origine del carbone. L'antica Roma iniziò ad utilizzare il carbone per il riscaldamento circa 2000 anni fa.

Il carbone è uno strato estremamente spesso di humus nero accumulato sul terreno dai rami e dalle radici delle piante per milioni di anni. A causa del cambiamento della crosta terrestre, viene continuamente sepolta sottoterra e isolata dall'aria per lungo tempo e, dopo una serie di complicati cambiamenti fisici e chimici ad alta temperatura e alta pressione, forma una roccia sedimentaria combustibile nera, che è il processo di formazione del carbone.

Lo spessore di un giacimento di carbone in una miniera di carbone è legato alla velocità del declino della crosta e all'accumulo di resti vegetali in quest'area. La crosta terrestre sta cadendo velocemente e i resti delle piante sono ammucchiati fitti, quindi il giacimento di carbone in questa miniera di carbone è spesso. Al contrario, la crosta terrestre sta cadendo lentamente e i resti vegetali sono ammucchiati sottili, quindi il giacimento di carbone in questa miniera di carbone è sottile. A causa del movimento tettonico della crosta terrestre, i giacimenti orizzontali originali di carbone vengono piegati e fratturati. Alcuni giacimenti di carbone sono sepolti più in profondità nel sottosuolo, altri vengono spinti in superficie o addirittura esposti al suolo, dove le persone possono essere facilmente trovati. Ci sono anche alcuni giacimenti di carbone che sono relativamente sottili e di piccola estensione, quindi non hanno alcun valore minerario e non esiste una dichiarazione aggiornata sulla formazione del carbone.

Il carbone si forma in questo modo? Se alcune esposizioni debbano essere ulteriormente studiate e discusse. Una grande miniera di carbone ha uno spesso giacimento di carbone e un'eccellente qualità del carbone, ma la sua area in generale non è molto grande. Se si tratta di un accumulo naturale di foglie e radici di piante durato milioni di anni, la sua area dovrebbe essere molto ampia. Poiché nei tempi antichi foreste e praterie erano ovunque sulla terra, dovrebbero esserci tracce di depositi di carbone ovunque nel sottosuolo; Il giacimento di carbone non è necessariamente molto spesso, perché le foglie e le radici delle piante marciscono trasformandosi in humus, che verrà assorbito dalle piante. Se si ripete, non sarà così concentrato quando verrà finalmente sepolto sotto terra, e il confine tra lo strato di terreno e il giacimento di carbone non sarà così chiaro.

Tuttavia, non si può negare il fatto e la base secondo cui il carbone si forma realmente attraverso l’evoluzione sistematica dei detriti vegetali, il che è una verità inconfutabile. Osservando attentamente il blocco di carbone si possono notare tracce di foglie e radici di piante; Se si taglia il carbone e lo si osserva al microscopio, si possono trovare tessuti e strutture vegetali molto chiari, e talvolta cose come i tronchi sono conservati nei giacimenti di carbone, e alcuni giacimenti di carbone sono ancora avvolti da fossili di insetti completi.

Sotto la normale temperatura e pressione della superficie, i resti vegetali accumulati nell'acqua stagnante si trasformano in torba o sapropelica; La torba o il fango sapropelico, dopo essere stato sepolto, sprofonda nel sottosuolo profondo a causa del cedimento del basamento del bacino e si trasforma in lignite per diagenesi; Quando la temperatura e la pressione aumentano gradualmente, si trasforma in carbone bituminoso in antracite per metamorfismo. La torbazione si riferisce al processo mediante il quale i resti delle piante superiori si accumulano nelle paludi e vengono trasformati in torba attraverso cambiamenti biochimici. La sapropargizzazione si riferisce al processo mediante il quale i resti di organismi inferiori vengono trasformati in fango sapropelico attraverso cambiamenti biochimici nelle paludi. La sapropargite è una sorta di sostanza fangosa ricca di acqua e asfaltene. Il processo glaciale può contribuire alla raccolta e alla conservazione dei resti delle piante che producono carbone [2].

L'età della formazione del carbone

Nell'intera era geologica, ci sono tre principali periodi di formazione del carbone nel mondo:

Nel Carbonifero Paleozoico e nel Permiano, le piante che formavano carbone erano principalmente piante con spore. I principali tipi di carbone sono il carbone bituminoso e l'antracite.

Nel Giurassico e nel Cretaceo del Mesozoico, le piante che producevano carbone erano principalmente gimnosperme. I principali tipi di carbone sono la lignite e il carbone bituminoso.

Nel terziario del Cenozoico le piante che producevano carbone erano principalmente angiosperme. Il carbone principale è la lignite, seguito dalla torba e da un po' di carbone bituminoso giovane.

Il carbone è la risorsa energetica fossile più diffusa al mondo, che si divide principalmente in quattro categorie: carbone bituminoso e antracite, carbone subbituminoso e lignite. Il 60% delle riserve mondiali recuperabili di carbone sono concentrate negli Stati Uniti (25%), nelle repubbliche sovietiche (23%) e in Cina (12%). Inoltre, Australia, India, Germania e Sud Africa rappresentano il 29% della produzione totale di carbone mondiale e le riserve accertate di carbone sono oltre 63 volte quelle di petrolio. Anche i paesi con ricche riserve di carbone nel mondo sono carbone.