Carbone

Il carbone è un roccia sedimentaria non clastica. Sono i resti fossilizzati di piante e sono nei toni del nero infiammabile e del nero-brunastro. Il suo elemento principale è il carbonio, ma può contenere anche diversi elementi come idrogeno, zolfo e ossigeno. A differenza del carbone minerali, non ha una composizione chimica fissa e una struttura cristallina. A seconda del tipo di materiale vegetale, dei vari gradi di carbonizzazione e della presenza di impurità, si formano diversi tipi di carbone. Ci sono 4 varietà riconosciute. La lignite è il grado più basso ed è il più morbido e meno carbonizzato. Il carbone sub-bituminoso va dal marrone scuro al nero. Il carbone bituminoso è il più abbondante e viene spesso bruciato per generare calore. L'antracite è la forma di carbone più pregiata e più trasformata. Contiene la più alta percentuale di carbonio a basse emissioni e sarebbe un combustibile ideale se non fosse per relativamente meno.

Il carbone è utilizzato principalmente come combustibile. Il carbone è stato utilizzato per migliaia di anni, ma il suo vero utilizzo è iniziato con l'invenzione delle macchine a vapore dopo la rivoluzione industriale. Il carbone fornisce i due quinti della produzione di elettricità in tutto il mondo e il carbone è utilizzato come combustibile principale ferro e impianti di produzione di acciaio.

Nome origine: La parola originariamente prese la forma dell'antico inglese col dal proto-germanico *kula(n), che si suppone derivi dalla radice proto-indoeuropea *g(e)u-lo- “carbone vivo”.

Colore: Nero e nero brunastro

Durezza: cappendibile

Granulometria: A grana fine

Gruppo: Non Clastico Roccia sedimentaria

Classificazione del carbone

Poiché i processi geologici mettono sotto pressione il materiale biotico morto nel tempo in condizioni favorevoli, il grado o l'ordine del metamorfico aumenta successivamente come segue:

Lignite, il livello più basso di carbone, il più dannoso per la salute, è utilizzato quasi esclusivamente come combustibile per la produzione di energia elettrica

Getto, una forma compatta di lignite, a volte levigata; Paleolitico superiore Il carbone bituminoso inferiore, le cui proprietà vanno da quelle della lignite al carbone bituminoso, era utilizzato principalmente come pietra ornamentale in quanto utilizzato come combustibile per la produzione di energia elettrica a vapore.

Bituminoso carbone, una densa roccia sedimentaria, generalmente nera, ma a volte marrone scuro, spesso con bande ben definite di materiale lucido e opaco. Viene utilizzato principalmente come combustibile nella produzione di energia elettrica-vapore e nella produzione di coke. Nel Regno Unito è noto come carbone a vapore ed è stato storicamente utilizzato per aumentare il vapore nelle locomotive a vapore e nelle navi.

antracite, il più alto grado di carbone, è un carbone nero più duro e lucido utilizzato principalmente per il riscaldamento degli ambienti residenziali e commerciali.

Grafite è difficile da accendere e non è comunemente usato come combustibile; è più comunemente usato nelle matite o in polvere per la lubrificazione.

Carbone di canale (a volte chiamato "carbone di candela") è una varietà di carbone a grana fine e di alta qualità composto principalmente da liptinite con un significativo contenuto di idrogeno.

Esistono diversi standard internazionali per il carbone. La classificazione del carbone si basa generalmente sul contenuto di sostanze volatili. Ma la distinzione più importante è il carbone termico (noto anche come carbone a vapore), che viene bruciato per generare elettricità attraverso il vapore; e carbone metallurgico (noto anche come carbone da coke), che viene bruciato ad alta temperatura per produrre acciaio.

Significato storico

Il carbone ha svolto un ruolo importante nella storia umana ed è stato utilizzato come fonte di combustibile per migliaia di anni. Nei tempi antichi, il carbone veniva utilizzato per riscaldare e cuocere il cibo e per riscaldarsi. Durante la rivoluzione industriale, il carbone divenne la principale fonte di energia per alimentare motori e macchinari a vapore, portando a significativi progressi tecnologici nei trasporti, nella produzione e in altri settori. L'uso del carbone ha anche portato allo sviluppo dell'estrazione mineraria come industria principale e ha contribuito a stimolare la crescita economica in molte parti del mondo. Tuttavia, l'uso del carbone è stato anche associato a impatti ambientali significativi, tra cui l'inquinamento dell'aria e dell'acqua, ed è stato uno dei principali fattori che hanno contribuito al cambiamento climatico. Di conseguenza, sono in corso sforzi per passare a fonti di energia più pulite e ridurre la dipendenza dal carbone.

Composizione chimica

Il carbone è composto principalmente da carbonio, idrogeno, ossigeno, azoto e zolfo. L'esatta composizione del carbone varia a seconda della sua età e origine, ma generalmente il carbone può essere classificato in quattro tipi principali in base al suo contenuto di carbonio: lignite, sub-bituminoso, bituminoso e antracite. La lignite è il tipo più giovane di carbone e contiene la minor quantità di carbonio, mentre l'antracite è il più antico e ha il più alto contenuto di carbonio. In generale, il carbone con un contenuto di carbonio più elevato ha un contenuto energetico più elevato e brucia in modo più efficiente. Il carbone contiene anche quantità variabili di minerali come silice, allumina, ferro, calcio, sodio e potassio, che possono influenzare le sue proprietà di combustione e l'impatto ambientale quando vengono bruciati.

Proprietà fisiche

Il carbone ha una varietà di proprietà fisiche, tra cui:

1. Colore: Il colore del carbone può variare dal nero al marrone al grigiastro.
2. Durezza: La durezza del carbone può variare da molto morbido e friabile, come la grafite, a molto duro, come l'antracite.
3. Densità: Il carbone ha una densità inferiore rispetto a molti altri rocce e minerali, rendendolo relativamente leggero.
4. Porosità: Il carbone può essere molto poroso, con piccoli spazi tra le particelle di carbone.
5. Frattura concoide: Il carbone spesso si frattura in un modello liscio e curvo, noto come frattura concoidale.
6. Luster: Il carbone ha una lucentezza da opaca a brillante, a seconda del tipo di carbone.
7. Striscia: Il carbone produce una striscia nera o marrone scuro se strofinato su un piatto di porcellana bianca non smaltata.

Le proprietà fisiche del carbone sono importanti per la sua estrazione, lavorazione e utilizzo. Ad esempio, la durezza del carbone può influenzare il tipo di metodo di estrazione utilizzato, mentre la porosità e la densità possono influenzare la lavorazione e il trasporto del carbone.

Estrazione e lavorazione del carbone

Il carbone viene tipicamente estratto da miniere sotterranee o di superficie. I metodi di estrazione sotterranea includono l'estrazione di stanze e pilastri, pareti lunghe e ritirate, mentre i metodi di estrazione di superficie includono l'estrazione di strisce, la rimozione della cima delle montagne e l'estrazione a cielo aperto.

Nel metodo di estrazione a camera e a pilastri, i tunnel vengono scavati in un giacimento di carbone e vengono lasciati pilastri di carbone per sostenere il tetto. Nell'estrazione a parete lunga, un lungo muro di carbone viene estratto in un'unica fetta, mentre il tetto sopra l'area minata crolla dietro la macchina mineraria. Il ritiro minerario comporta la rimozione di pilastri da un'area precedentemente minata.

Nell'estrazione di superficie, la roccia e il suolo sovrastanti vengono rimossi per accedere al carbone. Questo processo può essere eseguito mediante strip mining, in cui lo strato di copertura viene rimosso a strisce, o mediante rimozione delle cime delle montagne, in cui vengono rimosse intere cime delle montagne per accedere al carbone. L'estrazione a cielo aperto è un'altra tecnica mineraria di superficie, in cui viene scavata una grande fossa per estrarre il carbone.

Una volta estratto il carbone, viene lavorato per eliminare le impurità e prepararlo all'uso. La lavorazione può includere la frantumazione, la vagliatura e il lavaggio per rimuovere la roccia e altre impurità, nonché l'essiccazione per ridurre il contenuto di umidità del carbone. Il carbone può anche essere trattato con sostanze chimiche per rimuovere lo zolfo e altre impurità, un processo noto come pulizia del carbone.

Tecniche estrattive (in superficie e in sotterraneo)

L'estrazione del carbone può essere suddivisa in due grandi categorie: estrazione di superficie e estrazione sotterranea.

L'estrazione di superficie comporta la rimozione della roccia, del suolo e della vegetazione sovrastanti per esporre il giacimento di carbone. Questo di solito viene fatto con macchine di grandi dimensioni che rimuovono il sovraccarico (il materiale sopra il giacimento di carbone) a strati. Esistono diversi metodi di estrazione di superficie, tra cui l'estrazione a cielo aperto, l'estrazione a cielo aperto, l'estrazione con rimozione delle cime delle montagne e l'estrazione ad alta quota. Nell'estrazione a nastro, il sovraccarico viene rimosso in lunghe strisce, mentre nell'estrazione a cielo aperto, il sovraccarico viene rimosso in una grande fossa. L'estrazione mineraria per la rimozione della cima di una montagna comporta la rimozione dell'intera cima di a montagna per accedere al giacimento di carbone, mentre l'estrazione ad alta parete viene utilizzata per recuperare il carbone da una parete verticale o da una scogliera esposta.

L'estrazione sotterranea comporta lo scavo di tunnel o pozzi nella terra per raggiungere il giacimento di carbone. Esistono due tipi principali di estrazione sotterranea: estrazione di stanze e pilastri e estrazione di pareti lunghe. Nell'estrazione di stanze e pilastri, il giacimento di carbone viene estratto in una serie di stanze, lasciando pilastri di carbone per sostenere il tetto. Nell'estrazione a parete lunga, una macchina chiamata cesoia si muove avanti e indietro lungo il giacimento di carbone, tagliando il carbone e facendolo cadere su un nastro trasportatore. Il tetto è sostenuto da supporti idraulici durante l'avanzamento della macchina.

Dopo che il carbone è stato estratto, può essere lavorato per rimuovere le impurità e preparato per l'uso. La lavorazione può comportare la frantumazione, la vagliatura e il lavaggio per rimuovere rocce e altri materiali che si mescolano al carbone. Il carbone può anche essere trattato con sostanze chimiche per rimuovere lo zolfo e altre impurità, oppure può essere convertito in combustibili liquidi o gassosi.

Metodi di lavorazione (pulitura, frantumazione, cernita, ecc.)

Dopo che il carbone è stato estratto, spesso deve essere pulito e lavorato per rimuovere le impurità e prepararlo per l'uso. Gli esatti metodi di lavorazione utilizzati possono variare a seconda del tipo di carbone e della sua destinazione d'uso.

Un metodo comune di lavorazione del carbone è attraverso un processo noto come "lavaggio", che prevede l'utilizzo di acqua, prodotti chimici e attrezzature meccaniche per separare il carbone da impurità come roccia, cenere e zolfo. Il carbone viene frantumato e miscelato con acqua e prodotti chimici per creare un impasto liquido, che viene poi fatto passare attraverso una serie di vagli e cicloni per separare il carbone dagli altri materiali. Il carbone separato viene quindi ulteriormente lavorato per rimuovere eventuali impurità residue e classificato in base alle dimensioni.

Altri metodi di lavorazione possono includere la frantumazione e la macinazione del carbone per renderlo adatto alla combustione o ad altri usi, nonché processi per rimuovere lo zolfo e altri inquinanti dal carbone. A seconda dell'uso previsto del carbone, possono essere necessarie anche ulteriori fasi di lavorazione, come la carbonizzazione per produrre coke da utilizzare nel processo di produzione dell'acciaio.

Composizione del carbone

La composizione del carbone può essere analizzata in due modi. La prima è riportata come analisi ravvicinata (umidità, materia volatile, carbonio fisso e ceneri) o analisi finale (ceneri, carbonio, idrogeno, azoto, ossigeno e zolfo). Un tipico carbone bituminoso può avere un'analisi finale su una base secca e priva di ceneri di 84.4% di carbonio, 5.4% di idrogeno, 6

ASH COMPOSİTİON, PESO PERCENTUALE
SiO 2	20-40
Al 2O 3	10-35
Fe 2O 3	5-35
CaO	1-20
MgO	0.3-4
TiO 2	0.5-2.5
Na 2OK 2O	1-4
SO 3	0.1-12

Formazione di carbone

Il processo di trasformazione della vegetazione morta in carbone è chiamato carbonificazione. Nel passato geologico c'erano basse zone umide e fitte foreste in varie regioni. La vegetazione morta in queste aree ha generalmente iniziato a biodegradarsi e trasformarsi con fango e acqua acida.

Ciò ha intrappolato il carbonio in enormi torbiere che alla fine sono state sepolte in profondità dai sedimenti. Quindi, nel corso di milioni di anni, il calore e la pressione della profonda sepoltura hanno causato una perdita di acqua, metano e anidride carbonica e un aumento del contenuto di carbonio.

La qualità del carbone prodotto dipendeva dalla massima pressione e temperatura raggiunta; La lignite (chiamata anche "lignite") e il carbone sub-bituminoso, il carbone bituminoso o l'antracite (chiamata anche "carbone fossile" o "carbone fossile") prodotta in condizioni relativamente miti viene prodotta con l'aumento della temperatura e della pressione.

Tra i fattori coinvolti nella carbonizzazione, la temperatura è molto più importante della pressione o del tempo di seppellimento. Il carbone sub-bituminoso può formarsi a temperature comprese tra 35 e 80 ° C (da 95 a 176 ° F), mentre l'antracite richiede una temperatura di almeno 180-245 ° C (da 356 a 473 ° F).

Sebbene il carbone sia noto dalla maggior parte dei periodi geologici, il 90% di tutto il carbone depositi furono depositati durante il Carbonifero e il Permiano, che rappresentano solo il 2% della storia geologica della Terra.

Avvenimento di carbone

Il carbone è una fonte energetica e chimica comune. Le piante terrestri necessarie per lo sviluppo del carbone non erano abbondanti fino al periodo Carbonifero (da 358.9 milioni a 298.9 milioni di anni fa), grandi bacini sedimentari contenenti rocce dell'età Carbonifera e più giovani sono conosciuti in quasi tutti i continenti, compresa l'Antartide. La presenza di grandi depositi di carbone nelle regioni con climi attualmente artici o subartici (come l'Alaska e la Siberia) è dovuta ai cambiamenti climatici e al movimento tettonico delle placche crostali che hanno spostato le masse continentali più antiche sulla superficie terrestre, a volte attraverso il subtropicale e persino i tropici . regioni. Alcune aree (come la Groenlandia e la maggior parte del Canada settentrionale) mancano di carbone perché le rocce che vi si trovano sono antecedenti al periodo Carbonifero, e queste regioni, conosciute come scudi continentali, mancano dell'abbondante vita vegetale terrestre necessaria per la formazione di grandi depositi di carbone.

Caratteristiche e proprietà del carbone

Molte delle proprietà del carbone variano a seconda di fattori come la sua composizione e la presenza di materia minerale. Sono state sviluppate diverse tecniche per esaminare le proprietà del carbone. Si tratta di diffrazione di raggi X, microscopia elettronica a scansione e trasmissione, spettrofotometria a infrarossi, spettroscopia di massa, gascromatografia, analisi termica e analisi elettriche, termiche e misurazioni elettriche, ottiche e magnetiche.

Intensità

Conoscere le proprietà fisiche del carbone è importante nella preparazione e nell'uso del carbone. Ad esempio, la densità del carbone varia da circa 1.1 a circa 1.5 megagrammi per metro cubo, o grammi per centimetro cubo. Il carbone è leggermente più denso dell'acqua e significativamente meno denso della maggior parte delle rocce e della materia minerale. Le differenze di densità consentono di migliorare la qualità di un carbone rimuovendo la maggior parte della materia rocciosa e delle particelle ricche di solfuro attraverso la separazione di liquidi pesanti. 

Porosità

La densità del carbone è controllata in parte dalla presenza di pori che persistono durante la carbonizzazione. Le dimensioni dei pori e la distribuzione dei pori sono difficili da misurare; tuttavia, i pori sembrano avere tre intervalli di dimensioni:

(1) macropori (diametro superiore a 50 nanometri),

(2) mesopori (da 2 a 50 nanometri di diametro), e

(3) micropori (diametro inferiore a 2 nanometri).

(Un nanometro equivale a 10−9 metri.) La maggior parte della superficie effettiva di un carbone - circa 200 metri quadrati per grammo - si trova nei pori del carbone, non sulla superficie esterna di un pezzo di carbone. La presenza di spazio poroso è importante nella produzione di coke, gassificazione, liquefazione e produzione di carbonio ad alta superficie per purificare acqua e gas. Per motivi di sicurezza, i pori del carbone possono contenere quantità significative di metano adsorbito, che può essere rilasciato durante le operazioni di estrazione e formare miscele esplosive con l'aria. Il rischio di esplosione può essere ridotto mediante un'adeguata ventilazione o previa rimozione del metano dal letto di carbone durante l'estrazione.

riflettività

Una proprietà importante del carbone è la sua riflettività (o riflettività), cioè la sua capacità di riflettere la luce. La riflettività viene misurata facendo brillare un raggio di luce monocromatica (con una lunghezza d'onda di 546 nanometri) su una superficie levigata di macerali di vitrinite in un campione di carbone e misurando la percentuale di luce riflessa con un fotometro. La vitrinite viene utilizzata poiché la sua riflettività cambia gradualmente con l'aumentare del grado. I riflessi della fusinite sono molto elevati a causa della sua origine carbonica e le liptiniti tendono a scomparire con gradi crescenti. Sebbene venga riflessa pochissima luce incidente (da pochi decimi di percentuale al 12 percento), il valore aumenta con i gradi e può essere utilizzato per classificare la maggior parte dei carboni senza misurare la percentuale di materia volatile presente.

Altre caratteristiche

Altre proprietà come durezza, macinabilità, temperatura di fusione della cenere e indice di rigonfiamento libero (una misurazione visiva della quantità di rigonfiamento che si verifica quando un campione di carbone viene riscaldato in un crogiolo chiuso) possono influenzare l'estrazione e la preparazione del carbone. così come il modo in cui viene utilizzato un carbone. La durezza e la macinabilità determinano i tipi di attrezzature utilizzate per l'estrazione, la frantumazione e la macinazione, oltre alla quantità di energia consumata nelle loro operazioni. La temperatura di fusione delle ceneri influisce sulla progettazione del forno e sulle condizioni operative. L'indice di rigonfiamento libero fornisce informazioni preliminari sull'idoneità di un carbone per la produzione di coke.

Importanza economica e sociale del carbone

Il carbone è un'importante risorsa naturale che ha svolto un ruolo significativo nello sviluppo del mondo moderno. La sua importanza economica e sociale può essere vista in diversi ambiti:

1. Produzione di energia: Il carbone è una delle principali fonti di energia utilizzate per la produzione di energia. Viene bruciato nelle centrali elettriche per produrre elettricità, che viene utilizzata per alimentare case, aziende e industrie.
2. Produzione di acciaio: Il carbone è anche un ingrediente chiave nella produzione di acciaio. Quando riscaldato, il carbone rilascia carbonio, che viene utilizzato per ridurre minerale di ferro stirare. Questo ferro viene poi utilizzato per produrre acciaio, che è un materiale essenziale per l'edilizia, le infrastrutture e molte altre applicazioni.
3. Creazione di lavoro: L'estrazione e la lavorazione del carbone crea posti di lavoro e contribuisce alle economie locali in molti paesi. L'industria impiega un gran numero di persone, inclusi minatori, ingegneri, geologi e altri professionisti.
4. Trasporti in Damanhur : il carbone viene spesso trasportato per lunghe distanze su rotaia o nave per raggiungere la sua destinazione, il che può creare posti di lavoro e contribuire all'economia delle aree attraversate.
5. Energia accessibile: il carbone è spesso una fonte di energia più economica rispetto ad altre fonti, il che può contribuire a mantenere bassi i costi dell'energia per i consumatori e le imprese.
6. Prodotti chimici: Il carbone è utilizzato anche come materia prima nella produzione di una gamma di prodotti chimici, tra cui plastica, fibre sintetiche, fertilizzanti e altri prodotti chimici.

Tuttavia, l'uso del carbone ha anche impatti ambientali significativi, comprese le emissioni di gas serra e altri inquinanti atmosferici, nonché effetti negativi sulla qualità dell'acqua e sull'uso del suolo. Questi impatti devono essere attentamente considerati in qualsiasi valutazione dell'importanza economica e sociale del carbone.

Riepilogo dei punti chiave

Ecco alcuni punti chiave sul carbone:

• Il carbone è un combustibile fossile che si forma dai resti di antiche piante vissute milioni di anni fa.
• Esistono quattro tipi principali di carbone: lignite, sub-bituminoso, bituminoso e antracite, ciascuno con proprietà e usi diversi.
• Il carbone è una fonte di energia abbondante e relativamente economica, il che lo rende un combustibile importante per la produzione di energia, il riscaldamento e i processi industriali.
• L'estrazione del carbone può avere impatti ambientali e sociali significativi, tra cui disturbo del suolo, inquinamento delle acque e rischi per la salute dei lavoratori e delle comunità vicine.
• Sono in corso sforzi per sviluppare tecnologie del carbone più pulite, come la cattura e lo stoccaggio del carbonio, per ridurre l'impatto ambientale dell'uso del carbone.

Riferimenti

• Bonewitz, R. (2012). Rocce e minerali. 2a ed. Londra: pubblicazione DK.
• Kopp, OC (2020, 13 novembre). carbone. Enciclopedia Britannica. https://www.britannica.com/science/coal-fossil-fuel
• Collaboratori di Wikipedia. (2021, 26 ottobre). Carbone. In Wikipedia, l'enciclopedia libera. Estratto alle 09:57 del 1 novembre 2021 da https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Coal&oldid=1051971849