석탄은 비쇄설성 퇴적암. 그것들은 화석화된 식물의 잔해이며 가연성 검은색과 갈색을 띤 검은색을 띠고 있습니다. 주요 원소는 탄소이지만, 수소와 같은 다른 원소도 포함할 수 있습니다. 황 그리고 산소. 석탄과 달리 미네랄, 고정된 화학 조성과 결정 구조를 가지고 있지 않습니다. 식물 재료의 종류, 다양한 탄화 정도 및 불순물의 존재 여부에 따라 다양한 유형의 석탄이 형성됩니다. 4가지의 인정된 품종이 있습니다. 갈탄은 등급이 가장 낮고 가장 부드럽고 탄화도 가장 적습니다. 아역청탄은 암갈색에서 흑색을 띤다. 유연탄은 가장 풍부하며 열 생성을 위해 연소되는 경우가 많습니다. 무연탄은 석탄의 최고 등급이자 가장 변성된 형태입니다. 이는 저배출 탄소의 비율이 가장 높으며 상대적으로 적은 비용이 아니라면 이상적인 연료가 될 것입니다.
석탄은 주로 연료로 사용됩니다. 석탄은 수천년 동안 사용되어 왔지만 실제 사용은 산업혁명 이후 증기기관의 발명과 함께 시작되었습니다. 석탄은 전 세계 전력 생산량의 XNUMX/XNUMX를 제공하며 석탄은 주요 연료로 사용됩니다. 철 철강 생산 시설.
성함 출발지: 이 단어는 원래 게르만조어 *kula(n)에서 고대 영어 형태 col을 취했는데, 이는 인도유럽조어 어근 *g(e)u-lo- "살아있는 석탄"에서 파생된 것으로 추정됩니다.
색: 검정색과 갈색을 띤 검정색
경도: C교수형
입자 크기: 미세한 입자
그룹: 비클래식 퇴적암
내용
석탄 분류
지질학적 과정이 시간이 지남에 따라 유리한 조건에서 죽은 생물 물질에 압력을 가함에 따라 변성 정도나 순서는 다음과 같이 연속적으로 증가합니다.
갈탄, 건강에 가장 해로운 최하위 석탄은 거의 전적으로 발전용 연료로 사용됩니다.
분사, 때때로 광택이 나는 갈탄의 소형 형태; 후기 구석기 시대의 하부 역청탄은 갈탄에서부터 역청탄까지의 성질을 가지고 있으며, 증기 발전의 연료로 사용되면서 주로 장식용 석재로 사용되었습니다.
역청 석탄, 조밀한 퇴적암으로, 일반적으로 검은색이나 때로는 어두운 갈색을 띠며, 종종 반짝이고 흐릿한 물질의 잘 정의된 띠가 있습니다. 이는 주로 증기-전력 생산 및 코크스 생산의 연료로 사용됩니다. 영국에서는 증기탄으로 알려져 있으며 역사적으로 증기 기관차와 선박에서 증기를 끌어올리는 데 사용되어 왔습니다.
무연탄석탄 중 최고 등급인 는 단단하고 광택이 나는 흑탄으로 주거용 및 상업용 공간 난방에 주로 사용됩니다.
석묵 발화하기 어렵고 일반적으로 연료로 사용되지 않습니다. 연필이나 윤활용 분말에 가장 일반적으로 사용됩니다.
채널 석탄 (때때로 "촛불"이라고도 함)은 상당량의 수소 함량을 지닌 립티나이트를 주성분으로 하는 다양한 세립형 고급 석탄입니다.
석탄에 대한 몇 가지 국제 표준이 있습니다. 석탄의 분류는 일반적으로 휘발성 물질의 함량에 따라 결정됩니다. 그러나 가장 중요한 차이점은 증기를 통해 전기를 생성하기 위해 연소되는 열탄(증기탄이라고도 함)입니다. 그리고 강철을 만들기 위해 고온에서 연소되는 야금 석탄(점결탄이라고도 함)이 있습니다.
역사적 중요성
석탄은 인류 역사에서 중요한 역할을 해왔으며 수천 년 동안 연료원으로 사용되어 왔습니다. 고대에는 석탄을 사용하여 음식을 가열하고 조리했으며 따뜻함을 유지했습니다. 산업 혁명 동안 석탄은 증기 기관과 기계에 동력을 공급하는 주요 에너지원이 되었으며, 이는 운송, 제조 및 기타 산업 분야에서 상당한 기술 발전을 가져왔습니다. 석탄의 사용은 또한 광업을 주요 산업으로 발전시켰고, 세계 여러 지역의 경제 성장을 촉진하는 데 도움을 주었습니다. 그러나 석탄 사용은 대기 및 수질 오염을 비롯한 심각한 환경 영향과도 연관되어 있으며 기후 변화의 주요 원인이 되어 왔습니다. 결과적으로 청정 에너지원으로 전환하고 석탄 의존도를 낮추려는 노력이 진행되고 있습니다.
화학 성분
석탄은 주로 탄소, 수소, 산소, 질소 및 황으로 구성됩니다. 석탄의 정확한 조성은 연대와 원산지에 따라 다르지만 일반적으로 석탄은 탄소 함량에 따라 갈탄, 아역청, 역청, 무연탄의 네 가지 주요 유형으로 분류됩니다. 갈탄은 가장 어린 유형의 석탄으로 탄소 함량이 가장 적고, 무연탄은 가장 오래되고 탄소 함량이 가장 높습니다. 일반적으로 탄소 함량이 높은 석탄은 에너지 함량이 높고 더 효율적으로 연소됩니다. 석탄에는 또한 실리카, 알루미나, 철, 칼슘, 나트륨, 칼륨과 같은 다양한 양의 미네랄이 포함되어 있어 연소 시 연소 특성과 환경에 미치는 영향에 영향을 미칠 수 있습니다.
물리적 특성
석탄은 다음과 같은 다양한 물리적 특성을 가지고 있습니다.
- 색상: 석탄의 색상은 검정색에서 갈색, 회색까지 다양합니다.
- 경도: 석탄의 경도는 흑연처럼 매우 부드럽고 부서지기 쉬운 것부터 무연탄처럼 매우 단단한 것까지 다양합니다.
- 밀도: 석탄은 다른 석탄보다 밀도가 낮습니다. 바위 그리고 미네랄이 들어있어 상대적으로 가볍습니다.
- 다공성: 석탄은 매우 다공성이고 석탄 입자 사이에 작은 공간이 있을 수 있습니다.
- 콘코골 골절: 석탄은 종종 매끄럽고 구부러진 패턴으로 골절되는데, 이를 콘코이드 골절이라고 합니다.
- 광택: 석탄은 종류에 따라 칙칙한 광택부터 반짝이는 광택까지 있습니다.
- 줄: 석탄을 흰색 초벌구이 접시에 문지르면 검은색 또는 어두운 갈색 줄무늬가 나타납니다.
석탄의 물리적 특성은 채굴, 가공 및 사용에 중요합니다. 예를 들어, 석탄의 경도는 사용되는 채광 방법의 유형에 영향을 줄 수 있으며, 다공성과 밀도는 석탄의 가공 및 운송에 영향을 미칠 수 있습니다.
석탄 채굴 및 가공
석탄은 일반적으로 지하 광산이나 지표 광산에서 추출됩니다. 지하 채굴 방식에는 기둥 채굴, 장벽 채굴, 후퇴 채굴이 포함되며, 지표 채굴 방식에는 노천 채굴, 산정 제거, 노천 채굴 등이 있습니다.
실내 및 기둥 채굴 방식에서는 석탄층에 터널을 파고 석탄 기둥을 남겨 지붕을 지탱합니다. 장벽 채굴에서는 석탄의 긴 벽이 단일 조각으로 채굴되는 반면, 채굴된 지역 위의 지붕은 채굴 기계 뒤에서 무너집니다. 후퇴 채굴에는 이전에 채굴된 지역에서 기둥을 제거하는 작업이 포함됩니다.
노천 채굴에서는 석탄에 접근하기 위해 위에 있는 암석과 토양을 제거합니다. 이 과정은 표토를 조각으로 제거하는 스트립 채굴이나 석탄에 접근하기 위해 산꼭대기 전체를 제거하는 산꼭대기 제거를 통해 수행할 수 있습니다. 노천 채굴은 석탄을 추출하기 위해 큰 구덩이를 굴착하는 또 다른 표면 채굴 기술입니다.
석탄이 추출되면 불순물을 제거하고 사용할 수 있도록 준비하는 과정을 거칩니다. 가공에는 암석 및 기타 불순물을 제거하기 위한 분쇄, 스크리닝, 세척뿐만 아니라 석탄의 수분 함량을 줄이기 위한 건조도 포함될 수 있습니다. 석탄은 또한 황과 기타 불순물을 제거하기 위해 화학 물질로 처리될 수 있습니다. 이 과정을 석탄 세척이라고 합니다.
추출 기술(지표면 및 지하 채굴)
석탄 채굴은 크게 두 가지 범주, 즉 표면 채굴과 지하 채굴로 나눌 수 있습니다.
표면 채굴에는 석탄층을 노출시키기 위해 위에 있는 암석, 토양 및 식물을 제거하는 작업이 포함됩니다. 이는 일반적으로 층상에서 표층부(석탄층 위의 물질)를 제거하는 대형 기계를 사용하여 수행됩니다. 노천 채굴, 노천 채굴, 산꼭대기 제거 채굴, 고지벽 채굴 등 다양한 표면 채굴 방법이 있습니다. 노천 채광에서는 표층이 긴 조각으로 제거되는 반면, 노천 채광에서는 표층이 큰 구덩이에서 제거됩니다. 산꼭대기 제거 채굴에는 산 꼭대기 전체를 제거하는 작업이 포함됩니다. 산 석탄층에 접근하기 위해, 높은 벽 채굴은 노출된 수직면이나 절벽에서 석탄을 회수하는 데 사용됩니다.
지하 채굴에는 석탄층에 도달하기 위해 땅속으로 터널이나 수갱을 파는 작업이 포함됩니다. 지하 채굴에는 두 가지 주요 유형이 있습니다: 실내 및 기둥 채굴과 장벽 채굴. 실내 및 기둥 채굴에서는 석탄층을 일련의 방에서 채굴하여 지붕을 지지하는 석탄 기둥을 남깁니다. 장벽 채굴에서는 시어러(shearer)라는 기계가 석탄층을 따라 앞뒤로 움직이며 석탄을 절단하여 컨베이어 벨트에 떨어뜨립니다. 장비가 전진함에 따라 지붕은 유압 지지대에 의해 지지됩니다.
석탄을 추출한 후 가공하여 불순물을 제거하고 사용 준비를 할 수 있습니다. 가공에는 석탄과 혼합된 암석 및 기타 물질을 제거하기 위한 분쇄, 스크리닝 및 세척이 포함될 수 있습니다. 석탄은 유황 및 기타 불순물을 제거하기 위해 화학 물질로 처리되거나 액체 또는 기체 연료로 전환될 수도 있습니다.
가공방법(세척, 파쇄, 등급분류 등)
석탄을 채굴한 후에는 불순물을 제거하고 사용 준비를 위해 종종 청소 및 처리가 필요합니다. 사용되는 정확한 처리 방법은 석탄의 종류와 용도에 따라 달라질 수 있습니다.
석탄을 처리하는 일반적인 방법 중 하나는 물, 화학 물질 및 기계 장비를 사용하여 암석, 재, 유황과 같은 불순물로부터 석탄을 분리하는 "세척"이라는 공정을 이용하는 것입니다. 석탄을 분쇄하고 물 및 화학 물질과 혼합하여 슬러리를 만든 다음 일련의 스크린과 사이클론을 통과하여 석탄을 다른 물질과 분리합니다. 분리된 석탄은 추가 처리를 거쳐 남아 있는 불순물을 제거하고 크기에 따라 등급이 결정됩니다.
다른 가공 방법에는 석탄을 연소 또는 기타 용도에 적합하게 만들기 위해 분쇄하고 분쇄하는 방법과 석탄에서 황 및 기타 오염 물질을 제거하는 공정이 포함될 수 있습니다. 석탄의 용도에 따라 제강 공정에 사용할 코크스를 생산하기 위한 탄화와 같은 추가 처리 단계가 필요할 수도 있습니다.
석탄 구성
석탄의 구성성분은 두 가지 방법으로 분석될 수 있다. 첫 번째는 정밀 분석(수분, 휘발성 물질, 고정 탄소 및 회분) 또는 최종 분석(회분, 탄소, 수소, 질소, 산소 및 황)으로 보고됩니다. 전형적인 역청탄은 84.4% 탄소, 5.4% 수소, 6의 무회 건조 기준으로 최종 분석을 할 수 있습니다.
| 재 구성, 중량 백분율 | |
| SiO 2 | 20-40 |
| Al 2O 3 | 10-35 |
| Fe 2O 3 | 5-35 |
| CaO를 | 1-20 |
| 산화 마그네슘 | 0.3-4 |
| 티오 2 | 0.5-2.5 |
| Na 2좋아요 2O | 1-4 |
| SO 3 | 0.1-12 |
석탄 형성
죽은 식물을 석탄으로 바꾸는 과정을 석탄화라고 합니다. 지질학적 과거에는 여러 지역에 낮은 습지와 울창한 숲이 있었습니다. 이 지역의 죽은 식물은 일반적으로 진흙과 산성수로 인해 생분해되고 변형되기 시작했습니다.
이로 인해 결국 퇴적물 깊은 곳에 묻힌 거대한 이탄 습지에 탄소가 갇혔습니다. 그런 다음 수백만 년에 걸쳐 깊은 매장의 열과 압력으로 인해 물, 메탄, 이산화탄소가 손실되고 탄소 함량이 증가했습니다.
생산되는 석탄의 등급은 도달한 최대 압력과 온도에 따라 달라집니다. 상대적으로 온화한 조건에서 생산되는 갈탄(“갈탄”이라고도 함)과 아역청탄, 역청탄 또는 무연탄(“경탄” 또는 “경탄”이라고도 함)은 온도와 압력이 증가하면서 생산됩니다.
탄화와 관련된 요소 중 온도는 압력이나 매장 시간보다 훨씬 더 중요합니다. 아역청탄은 35~80°C(95~176°F)의 낮은 온도에서 형성될 수 있는 반면, 무연탄은 최소 180~245°C(356~473°F)의 온도가 필요합니다.
석탄은 대부분의 지질 시대부터 알려져 있지만, 전체 석탄의 90%가 매장 이 암석들은 석탄기와 페름기 동안 퇴적되었는데, 이는 지구 지질학적 역사의 2%에 불과합니다.
발생 석탄
석탄은 일반적인 에너지 및 화학 공급원입니다. 석탄 개발에 필요한 육상 식물은 석탄기(358.9억 298.9만~XNUMX억 XNUMX만년 전)까지는 풍부하지 않았으며, 석탄기 이하의 암석을 포함하는 대규모 퇴적분지가 남극을 포함한 거의 모든 대륙에 알려져 있다. 현재 북극 또는 아북극 기후 지역(예: 알래스카 및 시베리아)에 대규모 석탄 매장지가 존재하는 것은 기후 변화와 오래된 대륙 덩어리를 지구 표면 위로, 때로는 아열대 및 심지어 열대 지방을 통해 이동시킨 지각판의 구조적 이동에 기인합니다. . 지역. 그린란드와 캐나다 북부 대부분의 지역과 같은 일부 지역에는 석탄기 이전에 발견된 암석이 있기 때문에 석탄이 부족하며, 대륙순상대로 알려진 이 지역은 대규모 석탄 매장지 형성에 필요한 풍부한 육상 식물이 부족합니다.
석탄 특성 및 특성
석탄의 많은 특성은 구성 및 광물의 존재 여부와 같은 요인에 따라 달라집니다. 석탄의 특성을 조사하기 위해 다양한 기술이 개발되었습니다. 여기에는 X선 회절, 주사 및 투과 전자 현미경, 적외선 분광 광도법, 질량 분광법, 가스 크로마토그래피, 열 분석, 전기, 열 분석, 전기, 광학 및 자기 측정이 포함됩니다.
강렬
석탄을 준비하고 사용하려면 석탄의 물리적 특성을 아는 것이 중요합니다. 예를 들어, 석탄 밀도는 입방미터당 약 1.1~1.5메가그램, 즉 입방센티미터당 그램입니다. 석탄은 물보다 밀도가 약간 높으며 대부분의 암석 및 광물보다 밀도가 훨씬 낮습니다. 밀도 차이로 인해 중액 분리를 통해 대부분의 암석 물질과 황화물이 풍부한 입자를 제거함으로써 석탄의 품질을 향상시킬 수 있습니다.
다공성
석탄 밀도는 탄화 과정에서 지속되는 기공의 존재에 의해 부분적으로 제어됩니다. 기공 크기와 기공 분포는 측정하기 어렵습니다. 그러나 모공에는 세 가지 크기 범위가 있는 것으로 보입니다.
(1) 거대기공(직경이 50나노미터보다 큼),
(2) 메조포어(직경 2~50nm), 및
(3) 미세기공(직경 2나노미터 미만).
(10나노미터는 9-200미터와 같습니다.) 석탄의 유효 표면적 대부분(그램당 약 XNUMX제곱미터)은 석탄 조각의 외부 표면이 아닌 석탄 기공에서 발견됩니다. 기공 공간의 존재는 코크스 생산, 가스화, 액화 및 물과 가스를 정화하기 위한 높은 표면적 탄소 생산에 중요합니다. 안전상의 이유로 석탄 기공에는 상당량의 흡착된 메탄이 포함되어 있을 수 있으며, 이는 채굴 작업 중에 방출되어 공기와 폭발성 혼합물을 형성할 수 있습니다. 폭발 위험은 적절한 환기나 채굴 중 석탄층 메탄을 사전에 제거함으로써 줄일 수 있습니다.
반사율
석탄의 중요한 특성은 반사율(또는 반사율), 즉 빛을 반사하는 능력입니다. 반사율은 숯 샘플에 포함된 비트리나이트 마세랄의 연마된 표면에 단색 광선(파장 546나노미터)을 비추고 광도계로 반사된 빛의 비율을 측정하여 측정됩니다. Vitrinite는 반사율이 증가함에 따라 점차적으로 변하기 때문에 사용됩니다. Fusinite 반사는 석탄 기원으로 인해 매우 높으며 liptinite는 정도가 증가함에 따라 사라지는 경향이 있습니다. 입사광은 거의 반사되지 않지만(12분의 XNUMX퍼센트에서 XNUMX퍼센트 범위) 값은 각도에 따라 증가하며 존재하는 휘발성 물질의 비율을 측정하지 않고도 대부분의 석탄 등급을 지정하는 데 사용할 수 있습니다.
기타 기능
경도, 분쇄성, 재 융합 온도, 자유팽창 지수(밀폐된 도가니에서 석탄 샘플을 가열할 때 발생하는 팽창 정도를 시각적으로 측정한 값)와 같은 기타 특성은 석탄 채굴 및 준비에 영향을 미칠 수 있습니다. 석탄이 사용되는 방식도 마찬가지입니다. 경도와 분쇄성은 채광, 파쇄, 분쇄에 사용되는 장비의 유형과 작업에 소비되는 전력량을 결정합니다. 재 융합 온도는 용광로 설계 및 작동 조건에 영향을 미칩니다. 자유 팽윤 지수는 코크스 생산에 대한 석탄의 적합성에 대한 예비 정보를 제공합니다.
석탄은 현대 사회의 발전에 중요한 역할을 해온 중요한 천연자원입니다. 경제적, 사회적 중요성은 여러 영역에서 볼 수 있습니다.
- 에너지 생산: 석탄은 발전에 사용되는 주요 에너지원 중 하나입니다. 발전소에서 연소되어 전기를 생산하고, 이는 가정, 기업, 산업에 전력을 공급하는 데 사용됩니다.
- 철강 생산: 석탄은 철강 생산의 핵심 재료이기도 합니다. 석탄은 가열되면 탄소를 방출하는데, 이는 탄소를 줄이는 데 사용됩니다. 철광석 철분에. 이 철은 건설, 인프라 및 기타 여러 응용 분야에 필수적인 재료인 강철을 생산하는 데 사용됩니다.
- 직업 창조: 석탄 채굴 및 가공은 많은 국가에서 일자리를 창출하고 지역 경제에 기여합니다. 이 업계에는 광부, 엔지니어, 지질학자 및 기타 전문가를 포함하여 많은 사람들이 고용되어 있습니다.
- 운송: 석탄은 목적지에 도달하기 위해 철도나 선박을 통해 장거리 운송되는 경우가 많으며, 이는 석탄이 통과하는 지역의 경제에 기여하고 일자리를 창출할 수 있습니다.
- 저렴한 에너지: 석탄은 다른 에너지원에 비해 더 저렴한 에너지원인 경우가 많으며, 이는 소비자와 기업의 에너지 비용을 낮게 유지하는 데 도움이 됩니다.
- 화학 제품: 석탄은 플라스틱, 합성섬유, 비료, 기타 화학물질을 포함한 다양한 화학제품 생산의 원료로도 사용됩니다.
그러나 석탄 사용은 온실가스 배출 및 기타 대기 오염 물질을 포함하여 환경에 심각한 영향을 미칠 뿐만 아니라 수질 및 토지 이용에도 부정적인 영향을 미칩니다. 석탄의 경제적, 사회적 중요성을 평가할 때 이러한 영향을 신중하게 고려해야 합니다.
요점 요약
석탄에 관한 몇 가지 주요 사항은 다음과 같습니다.
- 석탄은 수백만 년 전에 살았던 고대 식물의 잔해에서 형성된 화석 연료입니다.
- 석탄에는 갈탄, 아역청, 역청, 무연탄의 네 가지 주요 유형이 있으며 각각 특성과 용도가 다릅니다.
- 석탄은 풍부하고 상대적으로 저렴한 에너지원으로 발전, 난방, 산업 공정에 중요한 연료로 사용됩니다.
- 석탄 채굴은 토지 교란, 수질 오염, 근로자와 인근 지역 사회의 건강 위험을 포함하여 심각한 환경적, 사회적 영향을 미칠 수 있습니다.
- 석탄 사용이 환경에 미치는 영향을 줄이기 위해 탄소 포집 및 저장과 같은 청정 석탄 기술을 개발하려는 노력이 진행 중입니다.
참고자료
- Bonewitz, R. (2012). 암석과 광물. 2판 런던: DK 출판.
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- Wikipedia 기여자. (2021년 26월 09일). 석탄. 위키피디아, 무료 백과사전. https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Coal&oldid=57에서 1년 2021월 1051971849일 XNUMX:XNUMX에 검색됨
