Carbonul, hidrogenul și oxigenul sunt principalele materie organică din cărbune, reprezentând mai mult de 95%; Cu cât coalificarea este mai profundă, cu atât conținutul de carbon este mai mare și conținutul de hidrogen și oxigen mai mic. Carbonul și hidrogenul sunt elementele care generează căldură în timpul arderii cărbunelui, iar oxigenul este elementul de susținere a arderii. Când cărbunele este ars, azotul nu generează căldură, ci se transformă în oxizi de azot și amoniac la temperatură ridicată și este precipitat în stare liberă. Sulful, fosforul, fluorul, clorul și arsenul sunt componente nocive ale cărbunelui, dintre care sulful este cel mai important. Când cărbunele este ars, cea mai mare parte a sulfului este oxidată în dioxid de sulf (SO2), care este evacuat cu gazele de ardere, poluând atmosfera, periclitând creșterea animalelor și plantelor și sănătatea umană și corodând echipamentele metalice; Când cărbunele cu conținut ridicat de sulf este utilizat în cocsificarea metalurgică, acesta afectează și calitatea cocsului și a oțelului. Prin urmare, conținutul de „sulf” este unul dintre indicii importanți pentru evaluarea calității cărbunelui.

Gazul combustibil produs prin descompunerea materiei organice în cărbune în anumite temperaturi și condiții se numește „volatil”, care este un gaz mixt compus din diferite hidrocarburi, hidrogen, monoxid de carbon și alți compuși. Volatilul este, de asemenea, principalul indice de calitate a cărbunelui, care joacă un rol de referință important în determinarea modalităților de prelucrare și utilizare și a condițiilor tehnologice ale cărbunelui. Cărbunele cu grad scăzut de coalifiere are materie mai volatilă. Dacă condițiile de ardere nu sunt adecvate, cărbunele cu conținut ridicat de volatile va produce cu ușurință particule de carbon nearse la ardere, cunoscute în mod obișnuit ca „fum negru”; Și produc mai mulți poluanți, cum ar fi monoxid de carbon, hidrocarburi aromatice policiclice și aldehide, iar eficiența termică este redusă. Prin urmare, condițiile și echipamentele adecvate de ardere trebuie selectate în funcție de materia volatilă a cărbunelui.

Există puține substanțe anorganice în cărbune, în principal apă și minerale, iar existența lor reduce calitatea și valoarea de utilizare a cărbunelui. Mineralele sunt principalele impurități din cărbune, cum ar fi sulfura, sulfatul și carbonatul, dintre care majoritatea sunt componente dăunătoare.

„Umiditatea” are o mare influență asupra procesării și utilizării cărbunelui. Când apa se transformă în abur în timpul arderii, aceasta absoarbe căldură, reducând astfel puterea calorică a cărbunelui. Umiditatea din cărbune poate fi împărțită în umiditate externă și umiditate internă, iar umiditatea internă este, în general, utilizată ca indice pentru a evalua calitatea cărbunelui. Cu cât gradul de coalificare este mai scăzut, cu atât suprafața internă a cărbunelui este mai mare și conținutul de umiditate este mai mare.

„Cenusa” este reziduul solid rămas după arderea completă a cărbunelui și este un indice important de calitate a cărbunelui. Cenușa provine în principal din minerale incombustibile din cărbune. Când mineralul este incinerat, ar trebui să absoarbă căldură, iar o cantitate mare de zgură va elimina căldura, astfel încât cu cât este mai mare cenușa, cu atât eficiența termică a arderii cărbunelui este mai mică; Cu cât este mai multă cenușă, cu atât este mai mare cenușă produsă de arderea cărbunelui și cu atât mai multă cenușă zburătoare este descărcată. În general, conținutul de cenușă al cărbunelui de înaltă calitate și al cărbunelui curat este relativ scăzut [1].

Cărbunele este distribuit pe toate continentele și insulele oceanice, dar distribuția cărbunelui în lume este foarte inegală, iar rezervele de cărbune din diferite țări sunt, de asemenea, foarte diferite. China, Statele Unite, Rusia și Germania sunt bogate în rezerve de cărbune și sunt, de asemenea, țări majore producătoare de cărbune din lume, printre care China este țara cu cea mai mare producție de cărbune din lume. Resursele de cărbune ale Chinei sunt în fruntea lumii, pe locul doi după Statele Unite, Rusia și Australia [9].

Deși poziția importantă a cărbunelui a fost înlocuită de petrol, pentru o perioadă lungă de timp, acesta va scădea inevitabil din cauza epuizării treptate a petrolului. Datorită rezervelor uriașe de cărbune și a dezvoltării rapide a științei și tehnologiei, noile tehnologii precum gazeificarea cărbunelui au devenit mature și utilizate pe scară largă.

În funcție de diferitele materiale originale și condițiile de formare a cărbunelui, cărbunele în natură poate fi împărțit în trei categorii, și anume cărbune humus, cărbune humus rezidual și cărbune sapropelic.

China este prima țară din lume care folosește cărbune. Artizanat cu cărbune au fost găsite în vechiul sit cultural Xinle din provincia Liaoning, iar prăjiturile de cărbune au fost găsite și în orașul gongyi, provincia Henan.

În Shan Hai Jing, cărbunele este numit stone nie, în timp ce în dinastiile Wei și Jin, cărbunele este numit grafit sau carbonifer. Numele de cărbune a fost folosit pentru prima dată în Compendiul de Materia Medica de către Li Shizhen în dinastia Ming.

Grecia și Roma antică au fost, de asemenea, țări care au folosit cărbune mai devreme. Savantul grec Theophrastos a scris Istoria pietrei în aproximativ 300 î.Hr., care a consemnat natura și originea cărbunelui. Roma antică a început să folosească cărbunele pentru încălzire în urmă cu aproximativ 2000 de ani.

Cărbunele este un strat extrem de gros de humus negru acumulat pe sol de ramurile și rădăcinile plantelor de milioane de ani. Din cauza schimbării scoarței terestre, este îngropat continuu în subteran și izolat de aer pentru o lungă perioadă de timp, iar după o serie de modificări fizice și chimice complicate la temperatură ridicată și presiune înaltă, formează o rocă sedimentară combustibilă neagră, care este procesul de formare a cărbunelui.

Grosimea unui strat de cărbune într-o mină de cărbune este legată de viteza declinului crustei și de acumularea de resturi vegetale în această zonă. Scoarța pământului cade rapid, iar rămășițele de plante sunt grămadă groase, așa că stratul de cărbune din această mină de cărbune este gros. Dimpotrivă, scoarța terestră cade încet, iar rămășițele vegetale sunt îngrămădite subțiri, astfel încât stratul de cărbune din această mină de cărbune este subțire. Din cauza mișcării tectonice a scoarței terestre, straturile orizontale originale de cărbune sunt pliate și fracturate. Unele bucăți de cărbune sunt îngropate mai adânc sub pământ, altele sunt împinse la suprafață sau chiar expuse la pământ, ceea ce este ușor de găsit de oameni. Există, de asemenea, unele cusături de cărbune care sunt relativ subțiri și mici ca suprafață, deci nu există nicio valoare minieră și nu există nicio declarație actualizată despre formarea cărbunelui.

Se formează cărbunele în acest fel? Dacă unele expoziții ar trebui studiate și discutate în continuare. O mină mare de cărbune are un strat gros de cărbune și o calitate excelentă a cărbunelui, dar aria sa nu este foarte mare în general. Dacă este o acumulare naturală de frunze și rădăcini ale plantelor de milioane de ani, aria sa ar trebui să fie foarte mare. Deoarece pădurile și pajiștile erau peste tot pe pământ în vremuri străvechi, ar trebui să existe urme de depozitare a cărbunelui peste tot sub pământ; Cusătura de cărbune nu este neapărat foarte groasă, deoarece frunzele și rădăcinile plantelor putrezesc în humus, care va fi absorbit de plante. Dacă se repetă, nu va fi atât de concentrat când va fi în sfârșit îngropat sub pământ, iar granița dintre stratul de sol și stratul de cărbune nu va fi atât de clară.

Cu toate acestea, nu se poate nega faptul și baza că cărbunele este într-adevăr format din evoluția sistematică a resturilor vegetale, ceea ce este un adevăr de necontestat. Atâta timp cât observați cu atenție blocul de cărbune, puteți vedea urme de frunze și rădăcini ale plantelor; Dacă tăiați cărbune și îl observați la microscop, puteți găsi țesuturi și structuri ale plantelor foarte clare, iar uneori lucruri precum trunchiurile sunt păstrate în cusături de cărbune, iar unele filamente de cărbune sunt încă învelite cu fosile complete de insecte.

La temperatura si presiunea normala a suprafetei, resturile vegetale acumulate in apa stagnanta se transforma in turba sau sapropelica prin turba sau sapropelica; După ce este îngropat, turba sau noroiul sapropelic se scufundă în adâncul subteranului din cauza declinului subsolului bazinului și se transformă în lignit prin diageneză; Când temperatura și presiunea cresc treptat, se transformă în cărbune bituminos în antracit prin metamorfism. Turba se referă la procesul prin care rămășițele plantelor superioare se acumulează în mlaștini și sunt transformate în turbă prin modificări biochimice. Sapropargizarea se referă la procesul prin care rămășițele organismelor inferioare sunt transformate în noroi sapropelic prin modificări biochimice din mlaștini. Sapropargitul este un fel de substanță noroioasă bogată în apă și asfaltenă. Procesul ghețar poate contribui la colectarea și conservarea resturilor de plante care formează cărbune [2].

Epoca formării cărbunelui

În întreaga epocă geologică, există trei perioade majore de formare a cărbunelui în lume:

În Paleozoic Carbonifer și Permian, plantele formatoare de cărbune erau în principal plante cu spori. Principalele tipuri de cărbune sunt cărbunele bituminos și antracitul.

În Jurasic și Cretacic al Mezozoicului, plantele care formau cărbune erau în principal gimnosperme. Principalele tipuri de cărbune sunt lignitul și cărbunele bituminos.

În terțiarul Cenozoic, plantele care formau cărbune erau în principal angiosperme. Cărbunele principal este lignitul, urmat de turbă și ceva cărbune bituminos tânăr.

Cărbunele este cea mai răspândită resursă de energie fosilă din lume, care este împărțită în principal în patru categorii: cărbune bituminos și antracit, cărbune subbituminos și lignit. 60% din rezervele de cărbune recuperabile ale lumii sunt concentrate în Statele Unite (25%), republicile sovietice (23%) și China (12%). În plus, Australia, India, Germania și Africa de Sud reprezintă 29% din producția totală de cărbune a lumii, iar rezervele dovedite de cărbune sunt de peste 63 de ori mai mari decât rezervele de petrol. Țările cu rezerve bogate de cărbune în lume sunt și ele cărbune.