زغال سنگ نام کانی سیاه رنگی است که از پسماند مواد گیاهی دوران‌های قدیم زمین شناختی تشکیل شده است و به عنوان سوخت و نیز ماده اولیه برخی صنایع شیمیایی برای تولید گاز، کک، روغن، قطران و غیره استفاده می‌شود.

بخش بزرگی از جرم زغال سنگ کربن است. از دیگر ترکیبات زغال سنگ هیدروژن، نیتروژن، اکسیژن و گوگرد است. انواع زغال سنگ در دوران‌های گوناگون زمین‌شناسی و تحت شرایط مختلفی به وجود آمده‌اند.

تورب، نخستین مرحله تشکیل زغال سنگ است. پس از آن به ترتیب لینییت، زغال سنگ قیری و آنتراسیت با درجات مختلف درون داشت مواد تشکیل دهنده قرار دارند.

روند ساخت

زغال سنگ کانی پر انرژی است، که از بقایای درختان، بوته‌ها و سایر گیاهان زنده? سال به وجود می‌آید. نشو و نمای این گیاهان در دوره‌هایی که آب و هوای زمین ملایم و مرطوب بود، صورت گرفت. زغال سنگ، یک سنگ رسوبی است. قسمت اعظم این ذخایر تقریباً 250 میلیون سال پیش پدید آمدند. سپس اوضاع برای رشد سرخس‌های دانه‌دار گرمسیری بسیار عظیم و درختان بدون گل غول پیکر، در باتلاق‌های وسیع فراهم شد.

این گیاهان بعد از خشک شدن و از بین رفتن به داخل باتلاق‌ها می‌افتادند و بر اثر خروج اکسیژن، فساد بی‌هوازی تسریع می‌شد. پوشش گیاهی به ماده‌ای لجن مانند، به نام پیت (Peat) تبدیل شد. پیت در زیر فشار خشک و سخت شد و به زغال‌سنگ پیت (لنیت یا لیگنیت، که به زغال‌سنگ قهوه‌ای نیز موسوم است) تبدیل شد. فشار بیشتر و گذشت زمان، زغال‌سنگ قیردار را به وجود آورد، که هر 6 متر ضخامت رسوب گیاهان نخستین به 0?3 متر زغال سنگ تبدیل شده بود و در نهایت سخت‌ترین و مرغوب‌ترین نوع زغالسنگ، یعنی آنتراسیت (Anthracite) را به وجود آورد.

کاربرد زغال سنگ درجهان

اگرچه زغال سنگ درگذشته های دور فقط به عنوان نخستین منبع تامین انرژی کاربردداشت ولی امروزه مصارف بسیارمتعددی دردنیاپیدانموده است.مهم ترین کاربردزغال سنگ برای تولید انرژی وتهیه ی کک برای صنایع فولاد سازی است.به طوری که در سال 2001 حدود70درصد فولاد دنیابا مصرف زغال سنگ تولید شده است.بااین حال هنوزهم مثل گذشته های دوربیش ترین اهمیت مصرف زغال سنگ درجهان برای تامین انرژی وسوخت نیروگاه هاست.

هم اکنون(2001)38درصد برق جهان بانیروگاههای زغال سنگی وحدود 23درصد انرژی مورد نیاز بشر اززغال سنگ تولید می شود.این سهم در کشورهای مختلف فرق می کند(جدول شماره ی1)مثلا تا سال 1999هنوز هم زغال سنگ مهم ترین منبع تامین انرژی درآمریکابود،به طوری که 51درصد برق آن کشوراززغال سنگ تامین شده است.

حتی این سهم درتامین منبع انرژی برخی ازایالت هاتا 90درصدنیز می رسد.مثلا حدود90درصد انرژی برق ایالت اوهایوآمریکا از زغال سنگ تامین می شود درکشورژاپن درسال 1997حدود 17درصدازترکیب سبد انرژی اولیه ژاپن رازغال سنگ تشکیل داده است واین در حالی است که بیش تر زغال سنگ مصرفی برای تولید برق درنیروگاه هابه کار رفته است.

به طوری که ازکل برق تولید شده ی آن کشور حدود19درصدآن ازمحل سوخت زغال سنگ بوده است. هم چنین درسال 1994میلادی 36درصدمنبع سوخت نیروگاه های برق کشورهای آسیایی رازغال سنگ تشکیل می داده است.این میزان در کشورچین حدود80درصدودرکشورهای هند حدود75درصد بوده است.

ارزش حرارتی یک کیلوگرم زغال سنگ حرارتی خوب معادل 8000-7000کیلوکالری است.ارزش حرارتی یک لیتر نفت سفیدحدود10000کیلوکالری است.به این دلیل است که هنوز هم زغال سنگ یک منبع مهم سوخت جهان محسوب می شود.امروزه حتی اززغال سنگ های نوع لیگنیتی که ارزش حرارتی کم تری دارند،نیزبه عنوان منبع سوخت کارخانه های سیمان مثلا درکشورهای یوگسلاوی سابق استفاده می شود.

امروزه دردنیا کک زغال سنگ به عنوان عامل احیا کننده ،درذوب فلزاتی مثل روی وآلومینیوم به کار می رود.مثلا از کک درذوب فلز روی به عنوان عامل احیا کننده درروش تقطیراستفاده می شود.دراین روش کک حرارتی باعث تولید روی به صورت گاز وگاز منواکسید کربن می شود.سپس این گازها را ازمیان کندانسورهای مختلف عبور می دهند.

به گزارش شهر علم : دراین صورت بخارات فلزروی به صورت مذاب جمع آوری می شود.هم چنین دراسترالیا درصنایع ذوب آلومینیوم به صورت وسیعی از زغال سنگ استفاده می شودکه حدود 10درصدتولید آلومینیوم دنیا راتشکیل می دهد.

الف)تولید گازهیدروژن

یکی ازکاربردهای زغال سنگ ها ،تولید گاز هیدروژن است.درکارخانه های تولید گازهیدروژن،روی زغال سنگ های گداخته که حرارتی حدود1200درجه ی سانتی گراددارند،آب می ریزند.دراثرحرارت زیادآب تجزیه می شودوبا کربن موجوددرزغال سنگ واکنش می دهد وطبق فرمول زیر گازهیدروژن ازآن آزاد می شود. معمولااز این روش بیش تر در کشورهایی استفاده می شود که ازداشتن نفت وگازبی بهره هستند.

ب)تبدیل زغال سنگ هابه سوخت مایع

پیش بینی می شود دراواخرقرن جاری تبدیل زغال سنگ ها به سوخت مایع جزءمهم ترین منابع سوخت دنیا شود. این روش مراحل آزمایشگاهی راطی می کندومطالعات جهت امکان پذیری اقتصادی وصنعتی آن درحال انجام است. دراین روش زغال سنگ هارا توسط محلول های اسیدی نظیرCaNO3 تجزیه وموادسوختنی آن رابه صورت ترکیبات مایع جدا می کنند.ازمزایای این روش آن است که مواد معدنی را از زغال سنگ طوری جدا می کند که امکان آلودگی هوا توسط این سوخت جدید به شدت کاهش یابد.از طرف دیگردرصد خلوص مواد آلی سوختنی دراین روش افزایش می یابدودرنتیجه انرژی بیش تری آزاد می شود.

کارخانه ی ساسول در آفریقای جنوبی بزرگ ترین کارخانه ی تولید کنند ی نفت اززغال سنگ دردنیا محسوب می شود.احداث این کارخانه توسط دولت آفریقا ی جنوبی به عنوان یک اقدام استراتژیک جهت محدود کردن وابستگی آن دولت به نفت خام دنیا بوده است.هم چنین درسال2002درکشور قزاقستان یک کارخانه ی تولید نفت از زغال سنگ دایرشد.کشورقزاقستان یکی ازتولید کنندگان مهم نفت درجهان است ولی به دلیل آن که تولید نفت از زغال سنگ هزینه ای حدود نصف استخراج نفت ازمیادین نفتی آن کشوردارد،اقدام به ساخت چنین کارخانه ای کرده است.

ج)سوخت هواپیما

امروزه ازنفت سفید به عنوان سوخت هواپیما ها استفاده می شود. معمولا دردماهای بالا ترکیب نفت سفید تغییر می کندواین مسئله مشکلاتی را برای موتورهواپیما ایجاد می کند.تحقیقات جدید نشان می دهدکه سوخت های تولید شده از زغال سنگ دردماهای بالا تغییر نمی کندوارزش حرارتی زیادی نیز دارد.انتظار می رودکه درقرن 21از این سوخت برای هواپیما ها استفاده شود. اگرچنین پیش بینی عملی گردد دوباره معادن زغال سنگ در دنیا ارزش استراتژیک پیدا خواهندکرد.

د)تولید قطران

معمولا زغال سنگ هایی که برای استفاده درکک سازی به کارمی روند،بخشی غیر قابل استفاده ومضر دارند. دردهه های اخیرسعی شده ازاین قسمت های غیرسوختنی زغال سنگ نیز استفاده شود.یکی ازاین کاربردها تولید قطران وقیراززغال سنگ است.

فرآیند ساخت قطران به این ترتیب است که درهنگام کک سازی از ماسرال های اکسینیت موجود درزغال سنگ ها گازها وموادتقطیری مختلفی به وجود می آید. این مواد تقطیری جمع آوری وپس ازپالایش به شکل قطران یا مواد دیگردرمی آیند.از قطران درصنایع شیمیایی مختلف ،تهیه ی مواد آروماتیک وبرای ساخت رنگ های صنعتی استفاده می شود.

ازجمله ی محصولات قطران تولید ماده ای به نام امانل است که جهت پوشش لوله های فلزی آب ،نفت وگاز به کار می رودوازخوردگی آن ها جلوگیری می کند.مواد آلی نظیر اتیلن ،پروپیلن ،بنزن،تولن واکسیلن جزءموادآلی مفید دیگری هستند که درفرآیند قطران سازی اززغال سنگ به دست می آیند.

منبع : سایت زغال سنگ