Węgiel, wodór i tlen to główne substancje organiczne w węglu, stanowiące ponad 95%; Im głębsze uwęglenie, tym wyższa zawartość węgla i niższa zawartość wodoru i tlenu. Węgiel i wodór to pierwiastki wytwarzające ciepło podczas spalania węgla, natomiast tlen jest pierwiastkiem wspomagającym spalanie. Podczas spalania węgla azot nie wytwarza ciepła, ale w wysokiej temperaturze przekształca się w tlenki azotu i amoniak i wytrąca się w stanie wolnym. Siarka, fosfor, fluor, chlor i arsen to szkodliwe składniki węgla, z których najważniejsza jest siarka. Podczas spalania węgla większość siarki utlenia się do dwutlenku siarki (SO2), który jest uwalniany ze spalinami, zanieczyszczając atmosferę, zagrażając rozwojowi zwierząt i roślin oraz zdrowiu ludzkiemu, a także powodując korozję sprzętu metalowego; Stosowanie węgla o wysokiej zawartości siarki w koksowaniu metalurgicznym wpływa również na jakość koksu i stali. Dlatego zawartość „siarki” jest jednym z ważnych wskaźników oceny jakości węgla.

Gaz palny powstający w wyniku rozkładu materii organicznej w węglu w określonej temperaturze i warunkach nazywany jest „lotnym” i jest gazem mieszanym składającym się z różnych węglowodorów, wodoru, tlenku węgla i innych związków. Lotność jest jednocześnie głównym wskaźnikiem jakości węgla, który pełni ważną rolę odniesienia przy określaniu sposobów przerobu i utylizacji oraz warunków technologicznych węgla. Węgiel o niskim stopniu uwęglenia zawiera więcej substancji lotnych. Jeżeli warunki spalania nie są odpowiednie, węgiel o dużej zawartości substancji lotnych z łatwością podczas spalania wytworzy niespalone cząstki węgla, co jest powszechnie znane jako „czarny dym”; I wytwarzają więcej zanieczyszczeń, takich jak tlenek węgla, wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne i aldehydy, a wydajność cieplna jest zmniejszona. Dlatego też należy dobrać odpowiednie warunki i sprzęt spalania w zależności od zawartości substancji lotnych w węglu.

W węglu występuje niewiele substancji nieorganicznych, głównie wody i minerałów, a ich obecność obniża jakość i wartość użytkową węgla. Głównymi zanieczyszczeniami węgla są minerały, takie jak siarczki, siarczany i węglany, z których większość to składniki szkodliwe.

„Wilgoć” ma ogromny wpływ na obróbkę i utylizację węgla. Kiedy woda podczas spalania zamienia się w parę, pochłania ciepło, zmniejszając w ten sposób wartość opałową węgla. Wilgoć w węglu można podzielić na wilgoć zewnętrzną i wewnętrzną, przy czym wilgoć wewnętrzna jest powszechnie stosowana jako wskaźnik oceny jakości węgla. Im niższy stopień uwęglenia, tym większa powierzchnia wewnętrzna węgla i wyższa zawartość wilgoci.

„Popiół” to stała pozostałość pozostająca po całkowitym spaleniu węgla i stanowi ważny wskaźnik jakości węgla. Popiół pochodzi głównie z niepalnych minerałów zawartych w węglu. Minerał spalany powinien absorbować ciepło, a duża ilość żużla będzie odbierać ciepło, więc im wyższy popiół, tym niższa sprawność cieplna spalania węgla; Im więcej popiołu, tym więcej popiołu powstaje w wyniku spalania węgla i tym więcej popiołów lotnych jest odprowadzanych. Generalnie zawartość popiołu w węglu wysokiej jakości i węglu czystym jest stosunkowo niska [1].

Węgiel jest dystrybuowany na wszystkich kontynentach i wyspach oceanicznych, ale rozmieszczenie węgla na świecie jest bardzo nierówne, a zasoby węgla w różnych krajach również są bardzo różne. Chiny, Stany Zjednoczone, Rosja i Niemcy są bogate w zasoby węgla, a także są głównymi krajami produkującymi węgiel na świecie, wśród których Chiny są krajem o najwyższym wydobyciu węgla na świecie. Chiny w zasobach węgla znajdują się w światowej czołówce, ustępując jedynie Stanom Zjednoczonym, Rosji i Australii [9].

Choć ważną pozycję węgla zastąpiła ropa naftowa, to na długi okres czasu będzie ona nieuchronnie spadać ze względu na stopniowe wyczerpywanie się złóż ropy. Dzięki ogromnym zasobom węgla oraz szybkiemu rozwojowi nauki i technologii, nowe technologie, takie jak zgazowanie węgla, stały się dojrzałe i powszechnie stosowane.

Według różnych oryginalnych materiałów i warunków powstawania węgla, węgiel w naturze można podzielić na trzy kategorie, a mianowicie węgiel humusowy, węgiel resztkowy humusowy i węgiel sapropeliczny.

Chiny są pierwszym krajem na świecie, który wykorzystuje węgiel. W starożytnym miejscu kulturalnym Xinle w prowincji Liaoning odnaleziono wyroby węglowe, a w mieście Gongyi w prowincji Henan znaleziono także placki węglowe.

W Shan Hai Jing węgiel nazywany jest kamiennym nie, natomiast w czasach dynastii Wei i Jin węgiel nazywany jest grafitem lub karbonem. Nazwa węgiel została po raz pierwszy użyta w Kompendium Materia Medica przez Li Shizhen za czasów dynastii Ming.

Grecja i starożytny Rzym to także kraje, które wcześniej korzystały z węgla. Około 300 roku p.n.e. grecki uczony Teofrastos napisał Historię kamienia, w której opisał naturę i pochodzenie węgla. Starożytny Rzym zaczął wykorzystywać węgiel do ogrzewania około 2000 lat temu.

Węgiel to niezwykle gruba warstwa czarnego humusu gromadzącego się na ziemi przez gałęzie i korzenie roślin przez miliony lat. Na skutek zmian skorupy ziemskiej jest ona stale zakopywana pod ziemią i przez długi czas izolowana od powietrza, a po szeregu skomplikowanych przemian fizykochemicznych pod wpływem wysokiej temperatury i wysokiego ciśnienia tworzy czarną, palną skałę osadową, która jest proces powstawania węgla.

Grubość pokładu węgla w kopalni jest związana z szybkością zanikania skorupy ziemskiej i gromadzenia się resztek roślinnych w tym obszarze. Skorupa ziemska szybko opada, a pozostałości roślin są gęste, dlatego pokład węgla w tej kopalni jest gruby. Wręcz przeciwnie, skorupa ziemska opada powoli, a resztki roślin są gęste, dlatego pokład węgla w tej kopalni jest cienki. Z powodu ruchu tektonicznego skorupy ziemskiej pierwotne poziome pokłady węgla ulegają fałdowaniu i pękaniu. Niektóre pokłady węgla są zakopane głębiej pod ziemią, inne są wypychane na powierzchnię lub nawet wystawiane na powierzchnię, co jest łatwe do odnalezienia przez ludzi. Istnieją również pokłady węgla, które są stosunkowo cienkie i mają niewielką powierzchnię, dlatego nie mają wartości wydobywczej i nie ma aktualnych danych na temat powstawania węgla.

Czy w ten sposób powstaje węgiel? Czy niektóre ekspozycje powinny być dalej badane i omawiane. Duża kopalnia węgla kamiennego ma grube pokłady węgla i doskonałą jakość węgla, ale jej powierzchnia w ogóle nie jest zbyt duża. Jeżeli jest to naturalne nagromadzenie liści i korzeni roślin przez miliony lat, to jego powierzchnia powinna być bardzo duża. Ponieważ w czasach starożytnych lasy i łąki były wszędzie na ziemi, wszędzie pod ziemią powinny znajdować się ślady składowania węgla; Pokład węgla niekoniecznie jest bardzo gruby, ponieważ liście i korzenie roślin gniją, tworząc humus, który zostanie wchłonięty przez rośliny. Jeśli się to powtórzy, po ostatecznym zakopaniu pod ziemią nie będzie tak skoncentrowany, a granica między warstwą gleby a pokładem węgla nie będzie tak wyraźna.

Nie można jednak zaprzeczyć faktowi i podstawom, że węgiel tak naprawdę powstaje w wyniku systematycznej ewolucji resztek roślinnych, co jest prawdą niezaprzeczalną. Jeśli uważnie przyjrzysz się blokowi węgla, zobaczysz ślady liści i korzeni roślin; Jeśli pokroisz węgiel i obejrzysz go pod mikroskopem, możesz znaleźć bardzo wyraźne tkanki i struktury roślinne, a czasami w pokładach węgla zachowały się pnie, a niektóre pokłady węgla są nadal owinięte kompletnymi skamieniałościami owadów.

W normalnej temperaturze i ciśnieniu powierzchni pozostałości roślinne zgromadzone w stojącej wodzie przekształcają się w torf lub sapropelik za pomocą torfu lub sapropelu; Po zakopaniu torf lub muł sapropeliczny osiada głęboko pod ziemią w wyniku obniżenia się podłoża basenu i poprzez diagenezę przekształca się w węgiel brunatny; Kiedy temperatura i ciśnienie stopniowo rosną, w wyniku metamorfizmu przekształca się w węgiel kamienny w antracyt. Torfizacja odnosi się do procesu, w którym resztki roślin wyższych gromadzą się na bagnach i przekształcają się w torf w wyniku zmian biochemicznych. Sapropargizacja odnosi się do procesu, w którym pozostałości organizmów niższych przekształcają się w błoto sapropeliczne w wyniku zmian biochemicznych zachodzących na bagnach. Sapropargit to rodzaj błotnistej substancji bogatej w wodę i asfalten. Proces lodowcowy może przyczynić się do gromadzenia i konserwacji pozostałości zakładów węglowych [2].

Wiek powstawania węgla

W całej epoce geologicznej na świecie występują trzy główne okresy górnictwa:

W paleozoiku karbonu i permu roślinami węglotwórczymi były głównie rośliny zarodnikowe. Głównymi rodzajami węgla są węgiel bitumiczny i antracyt.

W jurze i kredzie mezozoiku roślinami węglotwórczymi były głównie rośliny nagonasienne. Głównymi rodzajami węgla są węgiel brunatny i węgiel bitumiczny.

W trzeciorzędzie kenozoiku roślinami węglotwórczymi były głównie rośliny okrytozalążkowe. Głównym węglem jest węgiel brunatny, następnie torf i trochę młodego węgla bitumicznego.

Węgiel jest najbardziej rozpowszechnionym kopalnym zasobem energii na świecie, który dzieli się głównie na cztery kategorie: węgiel bitumiczny i antracyt, węgiel subbitumiczny i węgiel brunatny. 60% światowych zasobów węgla wydobywalnego koncentruje się w Stanach Zjednoczonych (25%), republikach radzieckich (23%) i Chinach (12%). Ponadto Australia, Indie, Niemcy i Republika Południowej Afryki odpowiadają za 29% całkowitej światowej produkcji węgla, a potwierdzone zasoby węgla są ponad 63 razy większe niż zasoby ropy naftowej. Kraje posiadające bogate zasoby węgla na świecie to także węgiel.