Karbon, hidrogen dan oksigen adalah bahan organik utama dalam arang batu, menyumbang lebih daripada 95%; Semakin dalam penyatuan, semakin tinggi kandungan karbon dan semakin rendah kandungan hidrogen dan oksigen. Karbon dan hidrogen ialah unsur yang menghasilkan haba semasa pembakaran arang batu, dan oksigen ialah unsur sokongan pembakaran. Apabila arang batu dibakar, nitrogen tidak menghasilkan haba, tetapi diubah menjadi nitrogen oksida dan ammonia pada suhu tinggi, dan dimendakan dalam keadaan bebas. Sulfur, fosforus, fluorin, klorin dan arsenik adalah komponen berbahaya dalam arang batu, di mana sulfur adalah yang paling penting. Apabila arang batu dibakar, kebanyakan sulfur dioksidakan menjadi sulfur dioksida (SO2), yang dilepaskan dengan gas serombong, mencemarkan atmosfera, membahayakan pertumbuhan haiwan dan tumbuhan serta kesihatan manusia, dan menghakis peralatan logam; Apabila arang batu dengan kandungan sulfur yang tinggi digunakan dalam kok metalurgi, ia juga menjejaskan kualiti kok dan keluli. Oleh itu, kandungan "sulfur" adalah salah satu indeks penting untuk menilai kualiti arang batu.

Gas mudah terbakar yang dihasilkan oleh penguraian bahan organik dalam arang batu di bawah suhu dan keadaan tertentu dipanggil "meruap", iaitu gas bercampur yang terdiri daripada pelbagai hidrokarbon, hidrogen, karbon monoksida dan sebatian lain. Tidak menentu juga merupakan indeks kualiti arang batu utama, yang memainkan peranan rujukan penting dalam menentukan cara pemprosesan dan penggunaan serta keadaan teknologi arang batu. Arang batu dengan tahap penyatuan rendah mempunyai lebih banyak bahan yang tidak menentu. Jika keadaan pembakaran tidak sesuai, arang batu dengan kandungan meruap yang tinggi akan dengan mudah menghasilkan zarah karbon yang tidak terbakar apabila terbakar, biasanya dikenali sebagai "asap hitam"; Dan menghasilkan lebih banyak bahan pencemar seperti karbon monoksida, hidrokarbon aromatik polisiklik dan aldehid, dan kecekapan haba berkurangan. Oleh itu, keadaan dan peralatan pembakaran yang sesuai hendaklah dipilih mengikut bahan meruap arang batu.

Terdapat beberapa bahan bukan organik dalam arang batu, terutamanya air dan mineral, dan kewujudannya mengurangkan kualiti dan nilai penggunaan arang batu. Mineral adalah kekotoran utama dalam arang batu, seperti sulfida, sulfat dan karbonat, yang kebanyakannya adalah komponen berbahaya.

"Kelembapan" mempunyai pengaruh yang besar terhadap pemprosesan dan penggunaan arang batu. Apabila air berubah menjadi wap semasa pembakaran, ia menyerap haba, sekali gus mengurangkan nilai kalori arang batu. Kelembapan dalam arang batu boleh dibahagikan kepada kelembapan luaran dan kelembapan dalaman, dan kelembapan dalaman biasanya digunakan sebagai indeks untuk menilai kualiti arang batu. Semakin rendah tahap penyatuan, semakin besar luas permukaan dalaman arang batu dan semakin tinggi kandungan lembapan.

"Ash" ialah sisa pepejal yang ditinggalkan selepas arang batu dibakar sepenuhnya, dan ia merupakan indeks kualiti arang batu yang penting. Abu terutamanya berasal daripada mineral tidak mudah terbakar dalam arang batu. Apabila mineral dibakar, ia harus menyerap haba, dan sejumlah besar sanga akan menghilangkan haba, jadi semakin tinggi abu, semakin rendah kecekapan terma pembakaran arang batu; Lebih banyak abu, lebih banyak abu yang dihasilkan oleh pembakaran arang batu, dan lebih banyak abu terbang yang dilepaskan. Secara amnya, kandungan abu arang batu berkualiti tinggi dan arang batu bersih adalah agak rendah [1].

Arang batu diedarkan di semua benua dan pulau lautan, tetapi pengedaran arang batu di dunia sangat tidak sekata, dan rizab arang batu di negara yang berbeza juga sangat berbeza. China, Amerika Syarikat, Rusia dan Jerman kaya dengan rizab arang batu, dan mereka juga merupakan negara pengeluar arang batu utama di dunia, antaranya China adalah negara yang mempunyai pengeluaran arang batu tertinggi di dunia. Sumber arang batu China berada di barisan hadapan dunia, kedua selepas Amerika Syarikat, Rusia dan Australia [9].

Walaupun kedudukan penting arang batu telah digantikan dengan minyak, untuk jangka masa yang panjang, ia pasti akan merosot kerana penyusutan minyak secara beransur-ansur. Oleh kerana rizab arang batu yang besar dan perkembangan pesat sains dan teknologi, teknologi baharu seperti pengegasan arang batu telah menjadi matang dan digunakan secara meluas.

Mengikut bahan asal yang berbeza dan syarat pembentukan arang batu, arang batu secara semula jadi boleh dibahagikan kepada tiga kategori, iaitu arang batu humus, arang batu humus sisa dan arang batu sapropelik.

China adalah negara pertama yang menggunakan arang batu di dunia. Kraftangan arang batu ditemui di tapak budaya purba Xinle di Wilayah Liaoning, dan kek arang batu juga ditemui di bandar gongyi, Wilayah Henan.

Di Shan Hai Jing, arang batu dipanggil batu nie, manakala dalam dinasti Wei dan Jin, arang batu dipanggil grafit atau karbonifer. Nama arang batu pertama kali digunakan dalam Compendium of Materia Medica oleh Li Shizhen pada Dinasti Ming.

Greece dan Rom purba juga merupakan negara yang menggunakan arang batu lebih awal. Sarjana Yunani Theophrastos menulis The History of Stone pada kira-kira 300 SM, yang mencatatkan sifat dan asal usul arang batu. Rom purba mula menggunakan arang batu untuk pemanasan kira-kira 2000 tahun dahulu.

Arang batu adalah lapisan humus hitam yang sangat tebal yang terkumpul di atas tanah oleh dahan dan akar tumbuhan selama berjuta-juta tahun. Kerana perubahan kerak bumi, ia terus tertimbus di bawah tanah dan terpencil dari udara untuk masa yang lama, dan selepas satu siri perubahan fizikal dan kimia yang rumit di bawah suhu tinggi dan tekanan tinggi, ia membentuk batu sedimen mudah terbakar hitam, yang ialah proses pembentukan arang batu.

Ketebalan jahitan arang batu dalam lombong arang batu adalah berkaitan dengan kelajuan penurunan kerak dan pengumpulan tumbuhan kekal di kawasan ini. Kerak bumi jatuh dengan cepat, dan sisa tumbuhan bertimbun tebal, jadi jahitan arang batu di lombong arang batu ini tebal. Sebaliknya, kerak bumi jatuh perlahan-lahan, dan sisa tumbuhan berlonggok nipis, jadi jahitan arang batu di lombong arang batu ini nipis. Kerana pergerakan tektonik kerak bumi, jahitan arang batu mendatar asal dilipat dan patah. Sesetengah jahitan arang batu tertanam lebih dalam di bawah tanah, yang lain ditolak ke permukaan, atau terdedah kepada tanah, yang mudah ditemui oleh orang ramai. Terdapat juga beberapa jahitan arang batu yang agak nipis dan luasnya kecil, jadi tiada nilai perlombongan, dan tiada kenyataan terkini tentang pembentukan arang batu.

Adakah arang batu terbentuk dengan cara ini? Sama ada beberapa eksposisi perlu dikaji dan dibincangkan dengan lebih lanjut. Lombong arang batu yang besar mempunyai jahitan arang batu yang tebal dan kualiti arang batu yang sangat baik, tetapi kawasannya tidak begitu besar secara umum. Jika ia adalah pengumpulan semula jadi daun dan akar tumbuhan selama berjuta-juta tahun, kawasannya harus sangat besar. Kerana hutan dan padang rumput ada di mana-mana di bumi pada zaman dahulu, mesti ada kesan simpanan arang batu di mana-mana di bawah tanah; Jahitan arang batu tidak semestinya sangat tebal, kerana daun dan akar tumbuhan reput menjadi humus, yang akan diserap oleh tumbuhan. Jika ia diulang, ia tidak akan begitu pekat apabila ia akhirnya tertimbus di bawah tanah, dan sempadan antara lapisan tanah dan jahitan arang batu tidak akan begitu jelas.

Walau bagaimanapun, tidak dapat dinafikan fakta dan asas bahawa arang batu benar-benar terbentuk oleh evolusi sistematik serpihan tumbuhan, yang merupakan kebenaran yang tidak dapat dinafikan. Selagi anda berhati-hati memerhati blok arang batu, anda boleh melihat kesan daun dan akar tumbuhan; Jika anda mengiris arang batu dan memerhatikannya di bawah mikroskop, anda boleh menemui tisu dan struktur tumbuhan yang sangat jelas, dan kadangkala benda seperti batang diawet dalam jahitan arang batu, dan beberapa jahitan arang batu masih dibalut dengan fosil serangga yang lengkap.

Di bawah suhu dan tekanan normal permukaan, tumbuhan kekal terkumpul dalam air bertakung diubah menjadi gambut atau sapropelik oleh gambut atau sapropelik; Selepas ditanam, gambut atau lumpur sapropelik tenggelam ke dalam bawah tanah akibat penurunan ruang bawah tanah lembangan dan berubah menjadi lignit melalui diagenesis; Apabila suhu dan tekanan meningkat secara beransur-ansur, ia berubah menjadi arang batu bitumen kepada antrasit melalui metamorfisme. Peatisasi merujuk kepada proses bahawa sisa tumbuhan yang lebih tinggi terkumpul di paya dan diubah menjadi gambut melalui perubahan biokimia. Sapropargization merujuk kepada proses bahawa sisa organisma yang lebih rendah diubah menjadi lumpur sapropelik melalui perubahan biokimia di paya. Sapropargite adalah sejenis bahan berlumpur yang kaya dengan air dan asfaltena. Proses glasier boleh menyumbang kepada pengumpulan dan pemeliharaan sisa loji pembentuk arang batu [2].

Zaman pembentukan arang batu

Dalam keseluruhan zaman geologi, terdapat tiga tempoh pembentukan arang batu utama di dunia:

Dalam Paleozoic Carboniferous dan Permian, tumbuhan pembentuk arang batu terutamanya tumbuhan spora. Jenis arang batu utama ialah arang batu bitumen dan antrasit.

Dalam Jurassic dan Cretaceous of Mesozoic, tumbuhan pembentuk arang batu terutamanya gimnosperma. Jenis arang batu utama ialah arang batu lignit dan bitumen.

Dalam tertier Cenozoic, tumbuhan pembentuk arang batu terutamanya angiosperma. Arang batu utama adalah lignit, diikuti oleh gambut dan beberapa arang batu bitumen muda.

Arang batu ialah sumber tenaga fosil yang paling banyak diedarkan di dunia, yang kebanyakannya dibahagikan kepada empat kategori: arang batu bitumen dan antrasit, arang batu sub-bitumen dan lignit. 60% daripada rizab arang batu yang boleh diperoleh semula dunia tertumpu di Amerika Syarikat (25%), republik Soviet (23%) dan China (12%). Di samping itu, Australia, India, Jerman dan Afrika Selatan menyumbang 29% daripada jumlah pengeluaran arang batu dunia, dan rizab arang batu terbukti adalah lebih daripada 63 kali ganda daripada rizab minyak. Negara yang mempunyai rizab arang batu yang kaya di dunia juga adalah arang batu.