คาร์บอน ไฮโดรเจน และออกซิเจนเป็นอินทรียวัตถุหลักในถ่านหิน ซึ่งคิดเป็นสัดส่วนมากกว่า 95% ยิ่งการทำถ่านหินมีความลึก ปริมาณคาร์บอนก็จะยิ่งสูงขึ้น และปริมาณไฮโดรเจนและออกซิเจนก็จะลดลงด้วย คาร์บอนและไฮโดรเจนเป็นองค์ประกอบที่สร้างความร้อนระหว่างการเผาไหม้ถ่านหิน และออกซิเจนเป็นองค์ประกอบสนับสนุนการเผาไหม้ เมื่อถ่านหินถูกเผา ไนโตรเจนจะไม่สร้างความร้อน แต่จะถูกเปลี่ยนเป็นไนโตรเจนออกไซด์และแอมโมเนียที่อุณหภูมิสูง และตกตะกอนในสถานะอิสระ ซัลเฟอร์ ฟอสฟอรัส ฟลูออรีน คลอรีน และสารหนูเป็นส่วนประกอบที่เป็นอันตรายในถ่านหิน ซึ่งซัลเฟอร์มีความสำคัญที่สุด เมื่อถ่านหินถูกเผา ซัลเฟอร์ส่วนใหญ่จะถูกออกซิไดซ์เป็นซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO2) ซึ่งถูกปล่อยออกมาพร้อมกับก๊าซไอเสีย ก่อให้เกิดมลพิษในชั้นบรรยากาศ เป็นอันตรายต่อการเติบโตของสัตว์และพืชและสุขภาพของมนุษย์ และทำให้อุปกรณ์โลหะสึกกร่อน เมื่อใช้ถ่านหินที่มีปริมาณกำมะถันสูงในโค้กเชิงโลหะ จะส่งผลต่อคุณภาพของโค้กและเหล็กกล้าด้วย ดังนั้นปริมาณของ “ซัลเฟอร์” จึงเป็นดัชนีสำคัญอย่างหนึ่งในการประเมินคุณภาพถ่านหิน

ก๊าซที่ติดไฟได้ที่เกิดจากการสลายตัวของอินทรียวัตถุในถ่านหินภายใต้อุณหภูมิและสภาวะที่กำหนดเรียกว่า "ระเหย" ซึ่งเป็นก๊าซผสมที่ประกอบด้วยไฮโดรคาร์บอน ไฮโดรเจน คาร์บอนมอนอกไซด์ และสารประกอบอื่นๆ สารระเหยยังเป็นดัชนีคุณภาพถ่านหินหลัก ซึ่งมีบทบาทอ้างอิงที่สำคัญในการกำหนดวิธีการประมวลผลและการใช้ประโยชน์ และเงื่อนไขทางเทคโนโลยีของถ่านหิน ถ่านหินที่มีระดับการแข็งตัวของถ่านหินต่ำจะมีสารระเหยมากกว่า หากสภาวะการเผาไหม้ไม่เหมาะสม ถ่านหินที่มีปริมาณสารระเหยสูงจะทำให้เกิดอนุภาคคาร์บอนที่ไม่เผาไหม้ได้ง่ายเมื่อเผาไหม้ หรือที่เรียกกันทั่วไปว่า "ควันดำ" และก่อให้เกิดมลพิษมากขึ้น เช่น คาร์บอนมอนอกไซด์ โพลีไซคลิกอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอน และอัลดีไฮด์ ทำให้ประสิทธิภาพเชิงความร้อนลดลง ดังนั้นควรเลือกสภาพการเผาไหม้และอุปกรณ์ที่เหมาะสมตามสารระเหยของถ่านหิน

มีสารอนินทรีย์อยู่ไม่กี่ชนิดในถ่านหิน ซึ่งส่วนใหญ่เป็นน้ำและแร่ธาตุ และการดำรงอยู่ของสารเหล่านี้ลดคุณภาพและมูลค่าการใช้ถ่านหินลง แร่ธาตุคือสิ่งเจือปนหลักในถ่านหิน เช่น ซัลไฟด์ ซัลเฟต และคาร์บอเนต ซึ่งส่วนใหญ่เป็นส่วนประกอบที่เป็นอันตราย

"ความชื้น" มีอิทธิพลอย่างมากต่อการแปรรูปและการใช้ประโยชน์ของถ่านหิน เมื่อน้ำเปลี่ยนเป็นไอน้ำในระหว่างการเผาไหม้ น้ำจะดูดซับความร้อน จึงช่วยลดค่าความร้อนของถ่านหิน ความชื้นในถ่านหินสามารถแบ่งออกเป็นความชื้นภายนอกและความชื้นภายใน และความชื้นภายในโดยทั่วไปจะใช้เป็นดัชนีในการประเมินคุณภาพถ่านหิน ยิ่งระดับของการทำให้เป็นถ่านหินลดลง พื้นที่ผิวภายในของถ่านหินก็จะยิ่งมากขึ้นและมีความชื้นมากขึ้นเท่านั้น

"เถ้า" คือกากของแข็งที่หลงเหลืออยู่หลังจากเผาถ่านหินจนหมด และเป็นดัชนีคุณภาพถ่านหินที่สำคัญ เถ้าส่วนใหญ่มาจากแร่ธาตุที่ไม่ติดไฟในถ่านหิน เมื่อแร่ถูกเผา ควรดูดซับความร้อน และตะกรันจำนวนมากจะนำความร้อนออกไป ดังนั้นยิ่งเถ้าสูง ประสิทธิภาพเชิงความร้อนของการเผาไหม้ถ่านหินก็จะยิ่งต่ำลง ยิ่งมีเถ้ามาก ขี้เถ้าที่เกิดจากการเผาไหม้ถ่านหินก็จะยิ่งมากขึ้น และเถ้าลอยก็จะยิ่งถูกปล่อยออกมามากขึ้นเท่านั้น โดยทั่วไป ปริมาณเถ้าของถ่านหินคุณภาพสูงและถ่านหินสะอาดจะค่อนข้างต่ำ [1]

ถ่านหินกระจายอยู่ในทุกทวีปและหมู่เกาะในมหาสมุทร แต่การกระจายถ่านหินในโลกมีความไม่สม่ำเสมออย่างมาก และปริมาณสำรองถ่านหินในประเทศต่างๆ ก็แตกต่างกันมากเช่นกัน จีน สหรัฐอเมริกา รัสเซีย และเยอรมนีอุดมไปด้วยถ่านหินสำรอง และยังเป็นประเทศผู้ผลิตถ่านหินรายใหญ่ของโลก โดยจีนเป็นประเทศที่มีปริมาณการผลิตถ่านหินมากที่สุดในโลก ทรัพยากรถ่านหินของจีนอยู่ในแถวหน้าของโลก เป็นอันดับสองรองจากสหรัฐอเมริกา รัสเซีย และออสเตรเลีย [9]

แม้ว่าตำแหน่งสำคัญของถ่านหินจะถูกแทนที่ด้วยน้ำมัน แต่ในระยะยาวก็จะลดลงอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้เนื่องจากการสิ้นเปลืองน้ำมันอย่างค่อยเป็นค่อยไป เนื่องจากมีถ่านหินสำรองจำนวนมากและการพัฒนาอย่างรวดเร็วของวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี เทคโนโลยีใหม่ๆ เช่น การแปรสภาพเป็นแก๊สถ่านหิน จึงมีความสมบูรณ์และใช้กันอย่างแพร่หลาย

ตามวัสดุดั้งเดิมและเงื่อนไขที่แตกต่างกันของการก่อตัวของถ่านหิน ถ่านหินในธรรมชาติสามารถแบ่งออกเป็นสามประเภท ได้แก่ ถ่านหินฮิวมัส ถ่านหินฮิวมัสที่เหลือ และถ่านหินซาโพรพีลิก

จีนเป็นประเทศแรกที่ใช้ถ่านหินในโลก งานหัตถกรรมจากถ่านหินถูกพบในแหล่งวัฒนธรรมโบราณซินเล่อในมณฑลเหลียวหนิง และเค้กถ่านหินก็พบในเมืองกงอี้ มณฑลเหอหนานเช่นกัน

ในซานไห่จิง ถ่านหินเรียกว่าสโตนนี ส่วนในราชวงศ์เว่ยและจิน ถ่านหินเรียกว่ากราไฟต์หรือคาร์บอนิเฟอรัส ชื่อถ่านหินถูกใช้ครั้งแรกใน Compendium of Materia Medica โดย Li Shizhen ในราชวงศ์หมิง

กรีซและโรมโบราณก็เป็นประเทศที่ใช้ถ่านหินมาก่อนเช่นกัน ธีโอฟรัสตอส นักวิชาการชาวกรีกได้เขียนประวัติศาสตร์แห่งหินเมื่อประมาณ 300 ปีก่อนคริสตกาล ซึ่งบันทึกธรรมชาติและแหล่งกำเนิดของถ่านหิน โรมโบราณเริ่มใช้ถ่านหินเพื่อให้ความร้อนเมื่อประมาณ 2,000 ปีที่แล้ว

ถ่านหินเป็นชั้นฮิวมัสสีดำที่หนามากซึ่งสะสมอยู่บนพื้นดินตามกิ่งก้านและรากของพืชเป็นเวลาหลายล้านปี เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของเปลือกโลก มันถูกฝังอยู่ใต้ดินอย่างต่อเนื่องและแยกออกจากอากาศเป็นเวลานาน และหลังจากการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพและเคมีที่ซับซ้อนหลายครั้งภายใต้อุณหภูมิสูงและความดันสูง มันก็ก่อตัวเป็นหินตะกอนสีดำที่ติดไฟได้ซึ่ง คือกระบวนการก่อตัวของถ่านหิน

ความหนาของรอยต่อถ่านหินในเหมืองถ่านหินมีความสัมพันธ์กับความเร็วของการลดลงของเปลือกโลกและการสะสมของพืชที่เหลืออยู่ในบริเวณนี้ เปลือกโลกกำลังตกลงอย่างรวดเร็ว และซากพืชก็กองหนา ดังนั้นรอยต่อถ่านหินในเหมืองถ่านหินแห่งนี้จึงหนา ในทางตรงกันข้าม เปลือกโลกกำลังตกลงมาอย่างช้าๆ และซากพืชก็กองบาง รอยต่อถ่านหินในเหมืองถ่านหินแห่งนี้จึงบาง เนื่องจากการเคลื่อนตัวของเปลือกโลก รอยต่อถ่านหินแนวนอนดั้งเดิมจึงถูกพับและแตกหัก ตะเข็บถ่านหินบางส่วนถูกฝังลึกลงไปใต้ดิน บางส่วนถูกผลักออกสู่ผิวน้ำ หรือแม้แต่ถูกเปิดเผยสู่พื้นดิน ซึ่งผู้คนพบได้ง่าย นอกจากนี้ยังมีรอยต่อถ่านหินบางส่วนที่มีพื้นที่ค่อนข้างบางและเล็ก จึงไม่มีมูลค่าการขุด และไม่มีข้อความอัปเดตเกี่ยวกับการก่อตัวของถ่านหิน

ถ่านหินเกิดขึ้นในลักษณะนี้หรือไม่? ควรศึกษาและอภิปรายงานนิทรรศการบางงานเพิ่มเติมหรือไม่ เหมืองถ่านหินขนาดใหญ่มีรอยต่อถ่านหินหนาและมีคุณภาพถ่านหินดีเยี่ยม แต่พื้นที่โดยทั่วไปไม่ได้ใหญ่มาก หากเป็นการสะสมของใบและรากของพืชตามธรรมชาติมานานหลายล้านปี พื้นที่ของมันก็น่าจะใหญ่มาก เนื่องจากป่าไม้และทุ่งหญ้ามีอยู่ทุกหนทุกแห่งบนโลกในสมัยโบราณ จึงควรมีร่องรอยของแหล่งกักเก็บถ่านหินอยู่ทุกแห่งใต้ดิน ตะเข็บถ่านหินไม่จำเป็นต้องหนามาก เพราะใบและรากของพืชเน่าเปื่อยเป็นซากพืชซึ่งจะถูกพืชดูดซึม หากทำซ้ำจะไม่กระจุกตัวเมื่อฝังใต้ดินในที่สุด และขอบเขตระหว่างชั้นดินและตะเข็บถ่านหินก็จะไม่ชัดเจนนัก

อย่างไรก็ตาม ไม่มีการปฏิเสธข้อเท็จจริงและพื้นฐานที่ว่าถ่านหินเกิดขึ้นจริงจากการวิวัฒนาการอย่างเป็นระบบของเศษซากพืช ซึ่งเป็นความจริงที่หักล้างไม่ได้ ตราบใดที่คุณสังเกตบล็อกถ่านหินอย่างระมัดระวัง คุณจะเห็นร่องรอยของใบและรากของพืช หากคุณหั่นถ่านหินและสังเกตด้วยกล้องจุลทรรศน์ คุณจะพบเนื้อเยื่อและโครงสร้างพืชที่ชัดเจนมาก และบางครั้งสิ่งต่างๆ เช่น ลำต้น จะถูกเก็บรักษาไว้ในตะเข็บถ่านหิน และตะเข็บถ่านหินบางส่วนยังคงถูกห่อด้วยฟอสซิลแมลงที่สมบูรณ์

ภายใต้อุณหภูมิและความดันปกติของพื้นผิว พืชที่สะสมอยู่ในน้ำนิ่งจะถูกเปลี่ยนเป็นพีทหรือซาโพรพีลิกโดยพีทหรือซาโพรพีลิก หลังจากถูกฝังไว้ โคลนพีทหรือโคลนซาโพรพีลิกจะจมลงสู่ใต้ดินลึกเนื่องจากการลดลงของชั้นใต้ดินของแอ่ง และถูกเปลี่ยนเป็นลิกไนต์โดยกระบวนการไดอะเจเนซิส เมื่ออุณหภูมิและความดันค่อยๆ เพิ่มขึ้น โดยการแปรสภาพจะเปลี่ยนเป็นถ่านหินบิทูมินัสเป็นแอนทราไซต์ การทำให้เป็นพีทหมายถึงกระบวนการที่ซากพืชชั้นสูงสะสมอยู่ในหนองน้ำและเปลี่ยนเป็นพีทโดยการเปลี่ยนแปลงทางชีวเคมี Sapropargization หมายถึงกระบวนการที่ซากของสิ่งมีชีวิตชั้นล่างถูกเปลี่ยนเป็นโคลน sapropelic โดยการเปลี่ยนแปลงทางชีวเคมีในหนองน้ำ Sapropargite เป็นสารโคลนชนิดหนึ่งที่อุดมไปด้วยน้ำและแอสฟัลต์ทีน กระบวนการธารน้ำแข็งอาจนำไปสู่การรวบรวมและเก็บรักษาซากพืชที่ก่อตัวเป็นถ่านหิน [2]

ยุคแห่งการก่อตัวของถ่านหิน

ในยุคธรณีวิทยาทั้งหมด มีช่วงการเกิดถ่านหินที่สำคัญสามช่วงในโลก:

ใน Paleozoic Carboniferous และ Permian พืชที่ก่อตัวเป็นถ่านหินส่วนใหญ่เป็นพืชสปอร์ ถ่านหินประเภทหลัก ได้แก่ ถ่านหินบิทูมินัสและแอนทราไซต์

ในจูราสสิกและครีเทเชียสของมีโซโซอิก พืชที่ก่อตัวเป็นถ่านหินส่วนใหญ่เป็นพืชยิมโนสเปิร์ม ถ่านหินประเภทหลักคือถ่านหินลิกไนต์และถ่านหินบิทูมินัส

ในระดับตติยภูมิของ Cenozoic พืชที่สร้างถ่านหินส่วนใหญ่เป็นพืชแองจิโอสเปิร์ม ถ่านหินหลักคือลิกไนต์ ตามด้วยพีทและถ่านหินบิทูมินัสอายุน้อย

ถ่านหินเป็นแหล่งพลังงานฟอสซิลที่มีการกระจายอย่างกว้างขวางที่สุดในโลก ซึ่งส่วนใหญ่แบ่งออกเป็นสี่ประเภท ได้แก่ ถ่านหินบิทูมินัสและแอนทราไซต์ ถ่านหินซับบิทูมินัสและลิกไนต์ 60% ของปริมาณสำรองถ่านหินที่สามารถกู้คืนได้ของโลกกระจุกตัวอยู่ในสหรัฐอเมริกา (25%) สาธารณรัฐโซเวียต (23%) และจีน (12%) นอกจากนี้ ออสเตรเลีย อินเดีย เยอรมนี และแอฟริกาใต้คิดเป็น 29% ของการผลิตถ่านหินทั้งหมดของโลก และปริมาณสำรองถ่านหินที่พิสูจน์แล้วนั้นมีมากกว่าปริมาณสำรองน้ำมันมากกว่า 63 เท่า ประเทศที่มีปริมาณสำรองถ่านหินมากที่สุดในโลกก็เป็นถ่านหินเช่นกัน