زغال سنگ یکی از قدیمی ترین سوخت های شناخته شده برای بشر است. و حتی امروزه نیز از نظر استفاده از موقعیت پیشرو برخوردار است. دلیل این امر شیوع، سهولت استخراج، فرآوری و استفاده از آن است. اما او چیست؟ فرمول شیمیایی زغال سنگ چیست؟
در واقع، این سؤال کاملاً صحیح نیست. زغال سنگ یک ماده نیست، مخلوطی از مواد مختلف است. تعداد زیادی از آنها وجود دارد، بنابراین تعیین کامل ترکیب زغال سنگ غیرممکن است. بنابراین، در این مقاله، در زیر فرمول شیمیایی زغال سنگ، بیشتر منظور ترکیب عنصری و برخی ویژگی های دیگر آن است.
اما در مورد وضعیت این ماده چه می توانیم یاد بگیریم؟ زغال سنگ از بقایای گیاهان در طی سالیان متمادی به دلیل قرار گرفتن در معرض دما و فشار بالا تشکیل می شود. و از آنجایی که گیاهان در طبیعت ارگانیک هستند، مواد آلی در ترکیب زغال سنگ غالب خواهند بود.
با توجه به قدمت و سایر شرایط منشأ زغال سنگ به چند نوع تقسیم می شود. هر گونه با ترکیب عنصری خود، حضور متمایز می شودناخالصی ها و سایر ویژگی های مهم.
ذغال سنگ قهوه ای
جوانترین نوع زغال سنگ است. حتی ساختار چوبی گیاهی دارد. مستقیماً از ذغال سنگ نارس در عمق حدود 1 کیلومتری تشکیل شده است.
این نوع زغال سنگ حاوی مقدار نسبتاً زیادی رطوبت است: از 20 تا 40%. هنگامی که در معرض هوا قرار می گیرد، تبخیر می شود و زغال سنگ به پودر تبدیل می شود. در ادامه، در مورد ترکیب شیمیایی این باقیمانده خشک خاص صحبت خواهیم کرد. میزان ناخالصی های معدنی در زغال سنگ قهوه ای نیز زیاد بوده و به 20-45 درصد می رسد. این ناخالصی ها دی اکسید سیلیکون، اکسیدهای آلومینیوم، کلسیم و آهن هستند. همچنین ممکن است حاوی اکسیدهای فلز قلیایی باشد.
مواد آلی و معدنی فرار زیادی در این زغال سنگ وجود دارد. آنها می توانند تا نصف جرم این نوع زغال سنگ باشند. ترکیب عنصری منهای مواد معدنی و فرار به شرح زیر است:
- کربن 50-75%.
- اکسیژن 26-37%.
- هیدروژن 3-5%.
- نیتروژن 0-2%.
- گوگرد 0.5-3%.
ذغال سنگ
با توجه به زمان تشکیل، این نوع زغال سنگ بعد از قهوه ای قرار می گیرد. دارای رنگ مشکی یا خاکستری-مشکی و همچنین صمغی و گاهی براق فلزی است.
رطوبت زغال سنگ بسیار کمتر از قهوه ای است: فقط 1-12٪. محتوای مواد فرار در زغال سنگ بسته به محل استخراج بسیار متفاوت است. می تواند حداقل باشد (از 2٪)، اما همچنین می تواند به مقادیری مشابه زغال سنگ قهوه ای (تا 48٪) برسد. ترکیب ابتدایی به شرح زیر است:
- کربن 75-92%.
- Hydrogen 2, 5-5, 7%.
- اکسیژن 1، 5-15%.
- نیتروژن تا 2.7%.
- گوگرد 0-4%.
از اینجا می توان نتیجه گرفت که فرمول شیمیایی زغال سنگ سخت از کربن بیشتری نسبت به زغال سنگ قهوه ای تشکیل شده است. این باعث می شود این نوع زغال سنگ سوخت با کیفیت بهتری باشد.
آنتراسیت
آنتراسیت قدیمی ترین شکل زغال سنگ فسیلی است. رنگ آن مشکی تیره است و جلای فلزی مشخصی دارد. این بهترین زغال سنگ از نظر مقدار حرارتی است که هنگام سوختن آزاد می کند.
میزان رطوبت و مواد فرار موجود در آن بسیار کم است. حدود 5-7٪ برای هر شاخص. و ترکیب عنصری با محتوای کربن بسیار بالا مشخص می شود:
- کربن بیش از 90%.
- هیدروژن 1-3%.
- اکسیژن 1-1، 5%.
- نیتروژن 1-1، 5%.
- گوگرد تا 0.8%.
زغال سنگ بیشتر فقط در گرافیت وجود دارد، که مرحله دیگری از زغال‌سازی آنتراسیت است.
ذغال سنگ
این نوع زغال سنگ فسیلی نیست، بنابراین در ترکیب آن ویژگی‌هایی دارد. با حرارت دادن چوب خشک تا دمای 450-500 oC بدون هوا تولید می شود. این فرآیند پیرولیز نامیده می شود. در طی آن، تعدادی از مواد از چوب آزاد می شود: متانول، استون، اسید استیک و غیره، پس از آن به زغال سنگ تبدیل می شود. ضمناً احتراق چوب نیز پیرولیز است، اما به دلیل وجود اکسیژن در هوا، گازهای آزاد شده مشتعل می شوند. این چیزی است که باعث وجود می شودشعله های آتش در هنگام سوختن.
چوب یکدست نیست، منافذ و مویرگ های زیادی دارد. ساختار مشابهی تا حدی در زغال سنگ به دست آمده از آن حفظ شده است. به همین دلیل ظرفیت جذب خوبی دارد و در کنار کربن فعال استفاده می شود.
رطوبت این نوع زغال سنگ بسیار کم است (حدود ۳ درصد) اما در نگهداری طولانی مدت رطوبت هوا را جذب می کند و درصد آب به ۷-۱۵ درصد می رسد. محتوای ناخالصی های معدنی و مواد فرار توسط GOSTs تنظیم می شود و نباید به ترتیب از 3٪ و 20٪ تجاوز کند. ترکیب عنصری به فناوری تولید بستگی دارد و تقریباً به نظر می رسد:
- کربن 80-92%.
- اکسیژن 5-15%.
- هیدروژن 4-5%.
- نیتروژن ~0%.
- گوگرد ~0%.
فرمول شیمیایی زغال چوب نشان می دهد که از نظر محتوای کربن به سنگ نزدیک است، اما علاوه بر آن فقط دارای مقدار کمی از عناصر غیر ضروری برای احتراق (گوگرد و نیتروژن) است.
کربن فعال
کربن فعال نوعی کربن با سطح منافذ خاص بالاست که باعث جذب بیشتر آن نسبت به چوب می شود. زغال سنگ و زغال سنگ و همچنین پوسته نارگیل به عنوان مواد اولیه برای تولید آن استفاده می شود. ماده اولیه تحت یک فرآیند فعال سازی قرار می گیرد. ماهیت آن باز کردن منافذ مسدود شده با دمای بالا، محلول های الکترولیت یا بخار آب است.
در طول فرآیند فعال سازی، تنها ساختار ماده تغییر می کند، بنابراین فرمول شیمیایی کربن فعالیکسان با ترکیب مواد خامی که از آن ساخته شده است. میزان رطوبت کربن فعال به سطح ویژه منافذ بستگی دارد و معمولاً کمتر از 12٪ است.
