زغال سنگ ( Coal )

مشخصات زغال سنگ:

زغال سنگ نوعي سنگ رسوبي قابل احتراق است و از دسته كانسارهاي رسوبي بيوشيميايي(شامل زغال سنگ ها، شيل هاي نفتي، رسوبات فسفاته گوانو و هيدروكربورها)، تشکيل شده است. 

زغال به طور كلي از عناصر كربن (به صورت تركيبات هيدروكربوري و كربن ثابت)، هيدروژن، ازت، نيتروژن و ناخالصي تشكيل گرديده که درصد اين عناصر در زغالهاي مختلف متغير است. به طور کلي50% زغال را مواد هيدروكربوري و كربن تشكيل مي دهد. 
زغال بر اساس خواص فيزيكوشيميايي و درجه زغالي شدن به چهار نوع مهم زغال آنتراسيت، زغال بيتومينه، زغال ليگنيت، زغال قهوه اي تقسيم مي شوند.
نسبت كربن فرار به كربن ثابت، ضريب سوختن زغال ناميده مي شود. اين ضريب در آنتراسيت زياد و در زغال قهوه اي كم است. درصد هيدروژن، اكسيژن و رطوبت از آنتراسيت به طرف زغال قهوه اي افزايش مي يابد. 
گياهاني كه در باتلاقها، مردابها و محيطهاي دلتايي رشد كرده اند در شرايط مناسب به زغال تبديل شده اند. تعداد اين گياهان بيش از 3000 گونه تشخيص داده شده است. مطالعات رسوب شناسي و تكتونيكي نشان مي دهد كه محيطهاي دلتايي حاشيه كراتون هاي پايدار و حوضه هاي درون قاره اي مناسب براي تشكيل گياهان بوده است. 
مرز بين زغال سنگ حرارتي و كك شو را نمي توان دقيقاً مشخص نمود. چه بسيار زغال سنگ هايي كه عرفاً حرارتي ناميده مي‌شوند، در حاليكه قابليت تبديل به كك را داشته و سپس در مصارف مختلف از جمله مصارف حرارتي مورد استفاده قرار مي گيرند. تاريخچه اكتشاف و استخراج زغال سنگ به بيش از 2000 سال پيش مي رسد، ولي شواهد زيادي وجود دارند كه حكايت از استخراج اصولي زغال سنگ از قرن دوازده ميلادي دارند.
از آنجا كه زغال سنگ منشأ رسوبي دارد، غالباً در ميان سنگ هاي رسوبي مناطق مردابي و باتلاقي مشرف به دريا بطور متناوب ديده مي‌شود. مواد دربرگيرنده زغال عمدتاً شامل رس، لاي (سيلتستون) در كمر پايين و ماسه سنگ در كمر بالاست. 
زغال‌سنگ از عناصر ميكروسكوپي قابل رؤيتي به نام ماسرال ها تشكيل يافته است. ماسرال ها بر خلاف كاني هاي ديگر ماهيت بلورين و كريستالي ندارند. از كاربردهاي وسيع و در حال گسترش زغال سنگ به عنوان سوخت براي توليد حرارت بوده است. به دليل وجود ذخاير عمده و قابل دسترس زغال سنگ در ايران، استخراج زغال سنگ همواره از اهميت فوق العاده اي برخوردار بوده است.
مراحل زغالي شدن، بخشي از دياژنز و گاهي مرحله اي از دگرگوني محسوب مي شود. گياهان بعد از مرگ در سطح زمين، تحت تأثير باكتري هاي هوازي به مواد آلي و معدني تجزيه مي شوند. در صورتي كه گياهان در رسوبات نرم مدفون شوند و يا در محيط آب قرار گيرند، تجزيه آنها تدريجي و در شرايط غير هوازي صورت خواهد گرفت.
شرايط مهم و اساسي تشكيل زغال عبارتند از عمق زياد، گراديان حرارتي مناسب و طولاني بودن زمان زغالي شدن است که مرغوبيت زغال رابطه مستقيم با عمق، زمان زغالي شدن و گراديان حرارتي منطقه دارد.

تاريخچه:

 زغال سنگ چندين قرن قبل از ميلاد مسيح شناخته شده بود ولي براي اولين بار چيني‌ها از آن به عنوان سوخت استفاده كردند.

کاني هاي زغال سنگ:

 •زغال آنتراسيت

زغال آنتراسيت در عمق بيشتر با گراديان حرارتي زيادتر تشكيل مي شود. در صورتي که زغال قهوه اي يا زغال نارس در عمق کمتر و گراديان حرارتي پائين تر تشكيل مي گردد. 
افزايش فشار موجب كاهش رطوبت و مواد فرار و متراكم شدن زغال مي شود. لايه هاي زغال دار که در مجاورت توده هاي نفوذي واقع مي شوند، به زغال مرغوب تر تبديل مي شوند. بايد دانست كه عمق، گراديان حرارتي و زمان زغالي شدن از آنتراسيت به طرف زغال قهوه اي كاهش مي يابد. 
آنتراسيت زغالي سخت و شكننده است كه به كندي روشن مي شود و داراي شعله آبي مي باشد و حرارت توليد شده در آن از ساير زغالها بيشتر است.مقدار كربن آنتراسيت حدود 95 درصد، هيدروژن 3 درصد و اكسيژن نيز 3 درصد است.ميزان كالري گرماي توليدي آنتراسيت 13500 تا 15500 كالري در هر پوند زغال مي باشد (كسلر، 1976). 

•زغال بيتومينه 

زغال بيتومينه، زغال سخت، متراکم و داراي لايه بندي است و در مقابل هوا از هم نمي پاشد. رطوبت آن بالاست و به خوبي شعله ور مي شود و رنگ شعله آن زرد است. مصرف اين زغال زياد است. مقدار کربن بيتومينه 85 % ، هيدروژن 5 % و اکسيژن آن 5 % مي باشد. ميزان گرماي توليد شده توسط بيتومينه 12000 تا 15000 كالري در هر پوند زغال مي باشد (كسلر، 1976). 

•ليگنيت 

ليگنيت كه به زغال قهوه اي معروف است در آن آثار گياهي يافت مي شود. درصد رطوبت آن زياد است و در مقابل هوا از هم مي پاشد. ميزان كربن آن 75 تا 80 درصد، هيدروژن 5 تا 6 درصد و اكسيژن آن 10 تا 15 درصد است. ميزان گرماي توليدي توسط اين زغال 6000 تا 7500 كالري در يك پوند است.

مصارف عمده زغال سنگ:

مصرف مهم و عمده زغال در توليد برق و ذوب آهن- فولاد است. معمولاً مصارف گوناگون زغال سنگ حرارتي در سه گروه زير مي‌باشد :

- مصارف زغال سنگ حرارتي جهت احتراق و تأمين گرما بعنوان منبع انرژي گرمايي
- مصرف زغال سنگ در صنايع فروآلياژ (اكسيداسيون، احيا و الكترودهاي مصرفي در اين صنعت)
- تبديل زغال سنگ به نفت (مايع)، گاز و مشتقات شيميايي