Carbono, hidrogênio e oxigênio são a principal matéria orgânica do carvão, representando mais de 95%; Quanto mais profunda for a carbonização, maior será o teor de carbono e menor será o teor de hidrogénio e oxigénio. Carbono e hidrogênio são os elementos que geram calor durante a combustão do carvão, e o oxigênio é o elemento de suporte à combustão. Quando o carvão é queimado, o nitrogênio não gera calor, mas é transformado em óxidos de nitrogênio e amônia em alta temperatura, e é precipitado no estado livre. Enxofre, fósforo, flúor, cloro e arsênico são componentes nocivos do carvão, dos quais o enxofre é o mais importante. Quando o carvão é queimado, a maior parte do enxofre é oxidado em dióxido de enxofre (SO2), que é descarregado com os gases de combustão, poluindo a atmosfera, colocando em risco o crescimento de animais e plantas e a saúde humana, e corroendo equipamentos metálicos; Quando carvão com alto teor de enxofre é utilizado na coque metalúrgica, isso também afeta a qualidade do coque e do aço. Portanto, o teor de “enxofre” é um dos índices importantes para avaliar a qualidade do carvão.

O gás combustível produzido pela decomposição da matéria orgânica no carvão sob certas temperaturas e condições é denominado "volátil", que é um gás misto composto por vários hidrocarbonetos, hidrogênio, monóxido de carbono e outros compostos. Volátil é também o principal índice de qualidade do carvão, que desempenha um importante papel de referência na determinação das formas de processamento e utilização e das condições tecnológicas do carvão. Carvão com baixo grau de coalificação possui matéria mais volátil. Se as condições de combustão não forem adequadas, o carvão com alto teor de voláteis produzirá facilmente partículas de carbono não queimadas durante a queima, comumente conhecidas como “fumaça preta”; E produzem mais poluentes como monóxido de carbono, hidrocarbonetos aromáticos policíclicos e aldeídos, e a eficiência térmica é reduzida. Portanto, condições e equipamentos de combustão apropriados devem ser selecionados de acordo com a matéria volátil do carvão.

Existem poucas substâncias inorgânicas no carvão, principalmente água e minerais, e a sua existência reduz a qualidade e o valor de utilização do carvão. Os minerais são as principais impurezas do carvão, como sulfeto, sulfato e carbonato, muitos dos quais são componentes nocivos.

A "umidade" tem grande influência no processamento e aproveitamento do carvão. Quando a água se transforma em vapor durante a combustão, ela absorve calor, reduzindo assim o poder calorífico do carvão. A umidade no carvão pode ser dividida em umidade externa e umidade interna, e a umidade interna é geralmente usada como índice para avaliar a qualidade do carvão. Quanto menor o grau de coalificação, maior será a área superficial interna do carvão e maior será o teor de umidade.

"Cinza" é o resíduo sólido deixado após a queima completa do carvão e é um importante índice de qualidade do carvão. As cinzas vêm principalmente de minerais incombustíveis do carvão. Quando o mineral é incinerado, ele deve absorver calor, e uma grande quantidade de escória irá retirar o calor, portanto, quanto maior a cinza, menor a eficiência térmica da combustão do carvão; Quanto mais cinzas, mais cinzas são produzidas pela combustão do carvão e mais cinzas volantes são descarregadas. Geralmente, o teor de cinzas do carvão de alta qualidade e do carvão limpo é relativamente baixo [1].

O carvão está distribuído em todos os continentes e ilhas oceânicas, mas a distribuição do carvão no mundo é muito desigual e as reservas de carvão nos diferentes países também são muito diferentes. A China, os Estados Unidos, a Rússia e a Alemanha são ricos em reservas de carvão e são também os principais países produtores de carvão do mundo, entre os quais a China é o país com a maior produção de carvão do mundo. Os recursos de carvão da China estão na vanguarda mundial, perdendo apenas para os Estados Unidos, Rússia e Austrália [9].

Embora a posição importante do carvão tenha sido substituída pelo petróleo, durante um longo período de tempo, irá inevitavelmente diminuir devido ao esgotamento gradual do petróleo. Devido às enormes reservas de carvão e ao rápido desenvolvimento da ciência e da tecnologia, novas tecnologias, como a gaseificação do carvão, tornaram-se maduras e amplamente utilizadas.

De acordo com os diferentes materiais originais e condições de formação do carvão, o carvão na natureza pode ser dividido em três categorias, nomeadamente carvão de húmus, carvão de húmus residual e carvão sapropélico.

A China é o primeiro país a usar carvão no mundo. Artesanato de carvão foi encontrado no antigo sítio cultural de Xinle, na província de Liaoning, e bolos de carvão também foram encontrados na cidade de Gongyi, província de Henan.

Em Shan Hai Jing, o carvão é chamado de pedra nie, enquanto nas dinastias Wei e Jin, o carvão é chamado de grafite ou carbonífero. O nome carvão foi usado pela primeira vez no Compêndio da Matéria Médica por Li Shizhen na Dinastia Ming.

A Grécia e a Roma antiga também foram países que usaram carvão anteriormente. O estudioso grego Teofrasto escreveu A História da Pedra por volta de 300 aC, que registrou a natureza e a origem do carvão. A Roma Antiga começou a usar carvão para aquecimento há cerca de 2.000 anos.

O carvão é uma camada extremamente espessa de húmus preto acumulada no solo pelos galhos e raízes das plantas durante milhões de anos. Devido à mudança da crosta terrestre, ela fica continuamente enterrada no subsolo e isolada do ar por um longo tempo e, após uma série de complicadas mudanças físicas e químicas sob alta temperatura e alta pressão, forma uma rocha sedimentar combustível preta, que é o processo de formação do carvão.

A espessura de uma camada de carvão em uma mina de carvão está relacionada à velocidade do declínio da crosta terrestre e ao acúmulo de restos vegetais nesta área. A crosta terrestre está caindo rapidamente e os restos vegetais estão empilhados, de modo que a camada de carvão nesta mina de carvão é espessa. Pelo contrário, a crosta terrestre está caindo lentamente e os restos vegetais estão empilhados, de modo que a camada de carvão nesta mina de carvão é fina. Devido ao movimento tectônico da crosta terrestre, as camadas horizontais originais de carvão são dobradas e fraturadas. Algumas camadas de carvão estão enterradas mais profundamente no subsolo, outras são empurradas para a superfície, ou mesmo expostas ao solo, o que é fácil de ser encontrado pelas pessoas. Existem também algumas jazidas de carvão que são relativamente finas e de área pequena, pelo que não há valor mineiro e não há nenhuma declaração actualizada sobre a formação de carvão.

O carvão é formado desta forma? Se algumas exposições devem ser mais estudadas e discutidas. Uma grande mina de carvão tem uma camada espessa de carvão e excelente qualidade de carvão, mas sua área em geral não é muito grande. Se for um acúmulo natural de folhas e raízes de plantas há milhões de anos, sua área deveria ser muito grande. Como as florestas e pastagens estavam por toda parte na terra nos tempos antigos, deveria haver vestígios de armazenamento de carvão em todos os lugares no subsolo; A camada de carvão não é necessariamente muito espessa, porque as folhas e raízes das plantas apodrecem e se transformam em húmus, que será absorvido pelas plantas. Se for repetido, não estará tão concentrado quando for finalmente enterrado no subsolo, e a fronteira entre a camada de solo e a camada de carvão não será tão clara.

No entanto, não há como negar o facto e a base de que o carvão é realmente formado pela evolução sistemática de restos vegetais, o que é uma verdade irrefutável. Contanto que você observe cuidadosamente o bloco de carvão, poderá ver vestígios de folhas e raízes de plantas; Se você fatiar o carvão e observá-lo ao microscópio, poderá encontrar estruturas e tecidos vegetais muito claros, e às vezes coisas como troncos são preservados em jazidas de carvão, e algumas jazidas de carvão ainda estão envoltas com fósseis completos de insetos.

Sob a temperatura e pressão normais da superfície, os restos vegetais acumulados em água estagnada são transformados em turfa ou sapropélica por turfa ou sapropélica; Depois de enterrada, a turfa ou lama sapropélica afunda no subsolo devido ao declínio do embasamento da bacia e é transformada em linhita por meio da diagênese; Quando a temperatura e a pressão aumentam gradativamente, ele é transformado em carvão betuminoso em antracito por metamorfismo. A turfização refere-se ao processo pelo qual os restos de plantas superiores se acumulam nos pântanos e são transformados em turfa por meio de alterações bioquímicas. A sapropargização refere-se ao processo pelo qual os restos de organismos inferiores são transformados em lama sapropélica por meio de alterações bioquímicas nos pântanos. A sapropargita é uma espécie de substância lamacenta rica em água e asfalteno. O processo glacial pode contribuir para a coleta e preservação de restos de plantas formadoras de carvão [2].

A era da formação do carvão

Em toda a era geológica, existem três grandes períodos de formação de carvão no mundo:

No Carbonífero Paleozóico e no Permiano, as plantas formadoras de carvão eram principalmente plantas de esporos. Os principais tipos de carvão são o carvão betuminoso e o antracito.

No Jurássico e Cretáceo do Mesozóico, as plantas formadoras de carvão eram principalmente gimnospermas. Os principais tipos de carvão são a linhita e o carvão betuminoso.

No terciário do Cenozóico, as usinas formadoras de carvão eram principalmente angiospermas. O carvão principal é a linhita, seguido pela turfa e algum carvão betuminoso jovem.

O carvão é o recurso energético fóssil mais amplamente distribuído no mundo, dividido principalmente em quatro categorias: carvão betuminoso e antracito, carvão subbetuminoso e linhita. 60% das reservas recuperáveis ​​de carvão do mundo estão concentradas nos Estados Unidos (25%), nas repúblicas soviéticas (23%) e na China (12%). Além disso, a Austrália, a Índia, a Alemanha e a África do Sul representam 29% da produção total de carvão do mundo, e as reservas comprovadas de carvão são mais de 63 vezes superiores às reservas de petróleo. Os países com ricas reservas de carvão no mundo também são carboníferos.