زغال سنگ چیست و چگونه تشکیل می‌شود + انواع زغال سنگ

زغال سنگ چیست، چگونه تشکیل می‌شود و انواع آن کدامند؟ در این مطلب از سری مقالات آموزشی ماناماین، به بررسی زغال سنگ این ماده‌ی معدنی با ارزش خواهیم پرداخت. پس تا انتها با ما همراه باشید.

معدن داران و سرمایه گذاران در حوزه معدن می توانند به راحتی بخشی از فعالیت های کارشناسی و ثبت محدوده معدن ، اکتشاف معدن ، استخراج انواع معدن ها، فرآوری مواد معدنی و… خود را به ماناماین بسپارند. در صورت کمبود سرمایه جهت توسعه کار خود به سرمایه گذاران از طریق مانا ماین دست پیدا کنند.

زغال سنگ چیست؟

زغال سنگ یک سوخت فسیلی تجدید ناپذیر و قابل احتراق است که برای تولید برق استفاده می‌شود. تکنیک‌های استخراج و احتراق برای معدنچیان و محیط زیست خطرناک هستند. با این حال، زغال سنگ حدود نیمی از تولید برق در ایالات متحده را تشکیل می‌دهد.شکل گیری زغال سنگ به 300 میلیون سال پیش برمی‌گردد. زغال سنگ که حاوی مقادیر زیادی کربن، هیدروژن، گوگرد، نیتروژن و اکسیژن است معمولا سیاه و قهوه‌ای و تجدیدناپذیر است.

تواند برای سوخت سوزانده شود و برای تولید برق استفاده شود . بیشتر از کربن و هیدروکربن ها تشکیل شده است که حاوی انرژی است که می تواند از طریق احتراق (سوختن) آزاد شود.

زغال سنگ بزرگترین منبع انرژی برای تولید برق در جهان و فراوان ترین سوخت فسیلی در ایالات متحده است.

سوخت‌های فسیلی مانند زغال سنگ از بقایای موجودات باستانی به وجود می‌آیند. از آنجا که زغال سنگ میلیون ها سال طول می‌کشد تا به دست آید و تقریبا کمیاب است، یک منبع تجدید ناپذیر به حساب می‌آید.

حدود 300 میلیون سال پیش، در دوره کربونیفر، شرایطی به وجود آمد که منجر به شروع تولید زغال سنگ شد. در طول این مدت، زمین پوشیده از دریاهای وسیع و کم عمق و جنگل‌های انبوه بود. دریاها گهگاه در مناطق جنگلی سیل به راه می‌انداختند و گیاهان و جلبک‌ها را در کف یک تالاب باتلاقی به دام می‌انداختند. با گذر زمان، گیاهان (بیشتر خزه‌ها) و جلبک‌ها زیر وزن گل و لای پوشانده و پوشش گیاهی دفن و فشرده شدند .

با ماندن بقایای گیاهی در زیر سطح زمین، با افزایش دما و فشار، گل و آب اسیدی از تماس مواد گیاهی با اکسیژن جلوگیری می‌کرد. به همین دلیل، ماده گیاهی با سرعت بسیار کم تجزیه می‌شد و بیشتر کربن (منبع انرژی) خود را حفظ می‌کرد.

این مناطق که از مواد گیاهی مدفون شده تشکیل شده‌اند را باتلاق ذغال سنگ نارس می‌نامند. باتلاق‌های ذغال سنگ نارس مقادیر زیادی کربن را در چندین متر زیر زمین ذخیره می‌کنند . ذغال سنگ نارس را می‌توان برای سوخت سوزاند و منبع اصلی انرژی گرمایی در کشورهایی مانند اسکاتلند، ایرلند و روسیه است. در شرایط مناسب، ذغال سنگ نارس طی فرآیندی به زغال سنگ تبدیل می‌شود.

طبق آمارها حدود 40% از برق در سرار دنیا از طریق سوختن زغال سنگ تولید می‌شود. در بعضی از کشورها مانند هلند با 94%، آفریقای جنوبی 92%، چین 77%،  و استرالیا 76% از برق خود را با استفاده از سوختن این سوخت فسیلی تولید می‌کنند. همچنین در تولید فولاد، گاز، قطران، روغن، کک، سیمان و سایر فعالیت های صنعتی نقش مهمی داشته است.

نحوه شکل گیری زغال سنگ:

جایی از سطح زمین که از دریاهای وسیع، کم عمق و جنگل‌های متراکم پوشیده شده‌باشد، بر اثر سیل و با گذشت زمان، گیاهان خصوصا خزه‌ها و جلبک‌ها در گل و لای دفن و فشرده می‌شوند؛ این گیاهان هرچه بیشتر دفن شوند تحت دما و فشار بیشتر قرار می‌گیرند.

در این مرحله گل و آب اسیدی از تماس گیاه با اکسیژن جلوگیری می‌کنند. در نتیجه تجزیه گیاه با سرعت کمتری انجام شده و گیاه می‌تواند بیشتر کربن خود را حفظ کند. طی سال‌ها باتلاقی از این گیاهان درست می‌شود که زغال سنگ نارس نامیده می‌شود.

زغال سنگ نارس منبعی غنی از ترکیبات کربنی به حساب می‌آید که می‌تواند به‌عنوان سوخت مورد استفاده قرار گیرد.

اگر شرایط مناسب باشد و فشار و دمای بسیار بالا وجود داشته‌باشد، زغال سنگ نارس طی فرایند کربونیزاسیون به زغال سنگ تبدیل می‌شود. در کشورهایی مانند ایرلند، روسیه و اسکاتلند از این باتلاق‌ها به‌عنوان منبع اصلی انرژی گرمایی استفاده می‌شود.

انواع زغال سنگ به ترتیب مراحل تشکیل

فرآیندهای زمین شناسی به مرور زمان به مواد بیوتیکی مرده فشار وارد می‌کنند. در شرایط مناسب درجه دگرگونی آن‌ها به طور مستمر افزایش می‌یابد و در نتیجه انواع زغال سنگ تولید می‌شوند.

زغال سنگ به 4 دسته تقسیم می‌شود. انواع زغال سنگ بر اساس نوع و مقدار کربن و انرژی حرارتی که در اثر سوختن آزاد می‌کند و درجه‌ی سختی (میزان فشار و درجه حرارت اعمال شده) در طول سال‌ها به‌طور کلی به 4 دسته آنتراسیت، بیتومینه، ساب‌بیتومینه و زغال سنگ قهوه‌ای تقسیم می‌شود.

1. تورب یا پیت (Peat)

اولین مراحل دگرگونی بقایای گیاهان برای تبدیل شدن به زغال سنگ، تورب یا پیت نامیده می‌شود. این بخش شامل توده‌ای متراکم از گیاهان است که به شکل ناقص تجزیه می‌شوند. به این توده‌ی گیاهی مرده نمی‌توان زغال سنگ گفت. پوده‌ها را می‌توان از پوده زارها جمع آوری کرد و به عنوان سوخت مورد استفاده قرار داد.

تورب با زغال سنگ تفاوت دارد و درواقع مرحله‌ای از تشکیل آن است. زغال سنگ از بقایای درختان و گیاهان قدیمی که صد‌ها میلیون سال پیش در جنگل‌های باتلاقی و در آب و هوای گرم و مرطوب ریشه می‌کردند تشکیل می‌شود. این درختان و گیاهان داخل مرداب افتاده، باکتری‌ها قسمت‌هایی از چوب را تغییر داده و تولید گاز می‌کردند. این گاز‌ها فرار بوده و ترکیبی سیاه که اکثرا کربن بوده بجای می‌گذاشتند، با وجود گل و شن از بالا بیشتر مایع خارج و آب آن گرفته شده و توده‌ای خمیری بر جای گذاشتند که بتدریج سخت شده و به ذغال سنگ تبدیل شده‌اند.

در باتلاق بزرگ دیسمال در «ویرجینیا » و کارولینای شمالی و نیز در هزاران باتلاق در ایالت‌های شمالی آمریکا و کانادا، تورب در حال تشکیل است. در این باتلاق‌ها گیاهان معمولا در یک مرحله فاسد شده و مقدار زیادی کربن بجای می‌گذارند، این عمل سال‌ها ادامه یافته و توده‌ای قهوه‌ای و درهم از شاخه‌ها، ترکه‌ها و برگ‌ها تولید می‌شود که بعنوان تورب شناخته می‌شود.

2. زغال سنگ قهوه‌ای یا لیگنیت

لیگنیت حدود 13% از کل ذخایر زغال سنگ در جهان را شامل می‌شود که حاوی حدود 25% تا 35% کربن است و ارزش حرارتی آن نسبت به بقیه انواع کمتر است و در واقع به عنوان پایین‌ترین درجه خلوص در انواع زغال سنگ شناخته می شود.

زغال سنگ قهوه‌ای نسبتا جوان است و در معرض گرما و فشار شدید قرار نگرفته و رطوبت بالایی دارد و به راحتی خرد می‌شود.  این نوع ذغال سنگ برای تولید انرژی استفاده می شود در حالی که بیشترین آسیب را به محیط زیست می‌زند. جالب است بدانید که نوع شپک یا شبق آن به عنوان سنگ نیمه قیمتی استفاده می‌شود.

3. ساب بیتومینوس (شبه بیتومینه)

شبه بیتومینه حدود 30% از کل ذخایر زغال سنگ جهان را تشکیل می‌دهد که حاوی حدود 25% تا 45% کربن است و در اثر سوختن، حرارت کمتری نسبت به بیتومینوس تولید می‌کند و بیشتر در صنعت سیمان کاربرد دارد. میزان خلوص آن بین لیگنت و زغال بیتومینه است و از آن برای تولید انرژی الکتریسیته نیز استفاده می‌شود.

4. زغال سنگ بیتومینوس (زغال سنگ قیر)

قدمت بیتومینه در ایالات متحده آمریکا  به 100 الی 300 میلیون سال می‌رسد و حدود 53% از منابع کل زغال سنگ مربوط به بیتومینه است. این نوع زغال سنگ برای تولید برق در نیروگاه‌ها همچنین به عنوان سوخت و مواد اولیه در صنعت آهن و فولاد استفاده می‌شود. زغال سنگ (بیتومینوس) حدود 45% تا 86% کربن دارد.

بیتومینوس یک زغال سنگ چگال است. رنگ آن قهوه‌ای تیره با نوارهای روشن و کدر است. برای تولید برق از این نوع نیز استفاده می کنند. در ضمن از تقطیر آن کک که دارای کربن بالاست، به وجود می آید.

5. آنتراسیت

مقدار کربن آنتراسیت بین 86% تا 97% است که بیشترین مقدار ارزش حرارتی را دارد. این ماده کمتر از 1% کل ذخایر زغال سنگ (coal) دنیا را تشکیل می‌دهد و عمدتا توسط صنایع مربوط به فلزات مورد استفاده قرار می‌گیرد.

روش‌های استخراج زغال سنگ

روش استخراج معدن زغال سنگ، به زمین شناسی منطقه آن بستگی دارد. معادن زیر زمینی حدود 60 درصد از تولید زغال سنگ در جهان را تشکیل می‌دهند.

در استخراج سطحی، استرالیا 80% تولید سطحی و  ایالات متحده آمریکا 67% را شامل می‌شود. در کشورهای مهم تولید کننده زعال سنگ معادن سطحی رایج‌تر هستند.

 استخراج زغال سنگ زغال سنگ را می‌توان از طریق معادن سطحی یا زیرزمینی انجام داد. هنگامی که زغال سنگ استخراج شد، می‌توان از آن به طور مستقیم (برای گرمایش و فرآیندهای صنعتی) یا برای سوخت نیروگاه‌های برای برق استفاده کرد.

استخراج سطحی

اگر زغال سنگ کمتر از 61 متر (200 فوت) زیر زمین باشد، می‌توان آن را از طریق استخراج سطحی استخراج کرد.

در معادن سطحی، کارگران به سادگی هرگونه رسوب، پوشش گیاهی و سنگی را که روباره نامیده می شود، حذف می‌کنند . از نظر اقتصادی، استخراج معادن سطحی گزینه ارزان‌تری برای استخراج زغال سنگ نسبت به استخراج زیرزمینی است. حدود دو و نیم برابر زغال‌سنگ به ازای هر کارگر در ساعت استخراج می‌شود که در معادن زیرزمینی امکان‌پذیر است.

اثرات زیست محیطی استخراج سطحی زغال سنگ چشمگیر است. این کار زیستگاه‌ها و کل اکوسیستم را نابود می‌کند. استخراج سطحی همچنین می‌تواند باعث رانش زمین و فرونشست شود. مواد سمی که به هوا، سفره‌های زیرزمینی و سطح آب می‌روند ممکن است سلامت ساکنان محلی را به خطر بیندازند.

در روش استخراج سطحی مساحت بسیار زیادی اشغال می‌شود و همچنین از تجهیزات بسیار بزرگی مانند بیل‌های مکانیکی و کامیون‌های بسیار بزرگ نیز استفاده می‌شود.

در ایالات متحده، قانون کنترل و احیای معادن سطحی در سال 1977 روند استخراج زغال سنگ را تنظیم می‌کند و تلاشی برای محدود کردن اثرات مضر بر محیط زیست است.

استخراج زیرسطحی

روش اتاق پایه

در روش اتاق_پایه، در شکاف معدن شبکه‌ای از اتاق‌ها را ایجاد می‌کنند و پایه‌هایی از زغال سنگ را در هر اتاق ایجاد و رها می‌کنند تا ریزش نکند و سپس ذخایر آن استخراج می‌شود. این پایه‌ها حدود 40% از حجم معدن را تشکیل می‌دهند. این امر می‌تواند تحت عنوان فرآیندی به اسم «عقب نشینی معدن» حاصل شود. در این فرآیند، بعد از عقب نشینی کارگران، ذخایر از پایه‌ها استخراج می‌شوند، سپس سقف سقوط می‌کند و در نهایت معدن متروک می‌شود.

روش جبهه کار طولانی

در روش جبهه کار طولانی،  استخراج کامل از شکاف معدن با کمک برش‌های مکانیکی انجام می‌گیرد. در این روش قبل از شروع فرآیند استخراج باید برنامه‌ریزی دقیقی انجام گیرد تا از زمین‌شناسی مطلوب در همه بخش‌های معدن اطمینان حاصل شود. انتخاب روش استخراج معدن معمولا بر اساس ملاحظات اقتصادی صورت می‌گیرد. در بعضی مواقع از هر دو روش اتاق استون و جبهه کار طولانی به صورت ترکیبی استفاده می‌شود.

 بیشتر ذخایر زغال سنگ جهان در اعماق زمین مدفون است. استخراج زیرزمینی، که گاهی اوقات استخراج عمیق نیز نامیده می‌شود، فرآیندی است که زغال‌سنگ را از اعماق زیر سطح زمین بازیابی می‌کند (گاهی تا 300 متر (1000 فوت). معدنچیان برای رسیدن به اعماق معدن با آسانسور به پایین چاه معدن می‌روند و با ماشین آلات سنگینی کار می‌کنند که زغال سنگ را استخراج کرده و آن را به بالای زمین منتقل می‌کنند. اثرات زیست محیطی فوری استخراج زیرزمینی کمتر از استخراج سطحی به نظر می‌رسد و اضافه بار کمتری دارد ، اما عملیات استخراج زیرزمینی باطله های قابل توجهی را به جا می‌گذارد. اغلب باطله‌ها سمی هستند.

کلام آخر

در این مطلب از سری مطالب ماناماین با زغال سنگ، انواع coal و روش‌های استخراج آن آشنا شدیم. سوالات خود را در بخش کامنت‌ها با ما در میان بگذارید و یا برای اطلاع از قیمت زغال سنگ و خرید و فروش آن با کارشناسان ما با شماره 03591009002 در ارتباط باشید.