ถ่านหินเป็นหนึ่งในเชื้อเพลิงที่เก่าแก่ที่สุดที่มนุษย์รู้จัก และแม้กระทั่งทุกวันนี้ก็ยังครองตำแหน่งผู้นำในด้านการใช้งาน เหตุผลก็คือความชุก ความง่ายในการสกัด การประมวลผล และการใช้งาน แต่เขาเป็นอะไร? สูตรเคมีของถ่านหินคืออะไร
อันที่จริง คำถามนี้ไม่ถูกต้องทั้งหมด ถ่านหินไม่ใช่สาร แต่เป็นส่วนผสมของสารต่างๆ มีจำนวนมากดังนั้นจึงไม่สามารถระบุองค์ประกอบของถ่านหินได้อย่างสมบูรณ์ ดังนั้น ภายใต้สูตรเคมีของถ่านหินในบทความนี้ เราจะค่อนข้างหมายถึงองค์ประกอบของธาตุและคุณสมบัติอื่นๆ
แต่เราสามารถเรียนรู้อะไรเกี่ยวกับสถานะของสารนี้ได้บ้าง? ถ่านหินเกิดจากซากพืชเป็นเวลานานหลายปีเนื่องจากการสัมผัสกับอุณหภูมิและความดันสูง และเนื่องจากพืชเป็นสารอินทรีย์ในธรรมชาติ สารอินทรีย์จะมีอิทธิพลเหนือองค์ประกอบของถ่านหิน
ถ่านหินแบ่งตามอายุและเงื่อนไขอื่นๆ ได้หลายประเภท แต่ละสปีชีส์มีความโดดเด่นด้วยองค์ประกอบองค์ประกอบ การมีอยู่สิ่งเจือปนและลักษณะสำคัญอื่นๆ
ถ่านสีน้ำตาล
เป็นถ่านหินที่อายุน้อยที่สุด มีแม้กระทั่งโครงสร้างไม้ที่เป็นพืช เกิดขึ้นโดยตรงจากพีทที่ความลึกประมาณ 1 กิโลเมตร
ถ่านหินประเภทนี้มีความชื้นค่อนข้างมาก: ตั้งแต่ 20 ถึง 40% เมื่อสัมผัสกับอากาศ มันจะระเหย และถ่านหินจะแตกเป็นผง ต่อไป เราจะพูดถึงองค์ประกอบทางเคมีของสารตกค้างแห้งโดยเฉพาะ ปริมาณสิ่งเจือปนอนินทรีย์ในถ่านหินสีน้ำตาลก็สูงและมีจำนวน 20-45% สิ่งเจือปนเหล่านี้ได้แก่ ซิลิกอนไดออกไซด์ ออกไซด์ของอะลูมิเนียม แคลเซียม และเหล็ก นอกจากนี้ยังอาจมีออกไซด์ของโลหะอัลคาไล
ถ่านหินนี้มีสารอินทรีย์และอนินทรีย์ระเหยง่ายจำนวนมาก อาจมีมวลมากถึงครึ่งหนึ่งของถ่านหินประเภทนี้ องค์ประกอบของธาตุลบด้วยสารอนินทรีย์และสารระเหยมีดังนี้:
- คาร์บอน 50-75%.
- ออกซิเจน 26-37%.
- ไฮโดรเจน 3-5%.
- ไนโตรเจน 0-2%.
- กำมะถัน 0.5-3%.
ถ่านหิน
ตามเวลาของการก่อตัว ถ่านหินประเภทนี้จะมาถัดจากสีน้ำตาล มีสีดำหรือสีเทา-ดำ และบางครั้งเป็นยางเงาที่เป็นโลหะ
ความชื้นของถ่านหินน้อยกว่าสีน้ำตาลมาก: เพียง 1-12% เนื้อหาของสารระเหยในถ่านหินจะแตกต่างกันไปตามสถานที่สกัด อาจมีน้อยที่สุด (จาก 2%) แต่ยังสามารถเข้าถึงค่าที่คล้ายกับถ่านหินสีน้ำตาล (มากถึง 48%) องค์ประกอบเบื้องต้นมีดังนี้:
- คาร์บอน 75-92%.
- ไฮโดรเจน 2, 5-5, 7%.
- ออกซิเจน 1, 5-15%.
- ไนโตรเจนสูงถึง 2.7%.
- กำมะถัน 0-4%.
จากนี้ไปสรุปได้ว่าสูตรเคมีของถ่านหินแข็งประกอบด้วยคาร์บอนมากกว่าถ่านหินสีน้ำตาล ทำให้ถ่านหินชนิดนี้เป็นเชื้อเพลิงที่มีคุณภาพดีขึ้น
แอนทราไซต์
แอนทราไซต์เป็นถ่านหินฟอสซิลที่เก่าแก่ที่สุด มีสีดำเข้มและมีลักษณะเป็นเงาโลหะ นี่คือถ่านหินที่ดีที่สุดในแง่ของปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาเมื่อเผาไหม้
ความชื้นและสารระเหยในนั้นน้อยมาก ประมาณ 5-7% สำหรับแต่ละตัวบ่งชี้ และองค์ประกอบองค์ประกอบก็มีปริมาณคาร์บอนสูงมาก:
- คาร์บอนเกิน 90%.
- ไฮโดรเจน 1-3%.
- ออกซิเจน 1-1, 5%.
- ไนโตรเจน 1-1, 5%.
- กำมะถันสูงถึง 0.8%.
ถ่านหินมีมากขึ้นในกราไฟต์เท่านั้น ซึ่งเป็นอีกขั้นของการรวมตัวของแอนทราไซต์
ถ่าน
ถ่านหินประเภทนี้ไม่ใช่ฟอสซิล จึงมีลักษณะเฉพาะในองค์ประกอบ ผลิตโดยการนำไม้แห้งไปอุ่นที่อุณหภูมิ 450-500 oC โดยไม่ใช้อากาศ กระบวนการนี้เรียกว่าไพโรไลซิส ในระหว่างนั้น สารจำนวนหนึ่งถูกปล่อยออกจากไม้: เมทานอล อะซิโตน กรดอะซิติกและอื่น ๆ หลังจากนั้นจะกลายเป็นถ่านหิน โดยวิธีการที่การเผาไหม้ของไม้ยังเป็นไพโรไลซิส แต่เนื่องจากการมีออกซิเจนในอากาศก๊าซที่ปล่อยออกมาจึงติดไฟ นี่แหละเป็นเหตุให้เกิดการดำรงอยู่เปลวไฟเมื่อเผาไหม้
ไม้ไม่เป็นเนื้อเดียวกัน มีรูพรุนและเส้นเลือดฝอยจำนวนมาก โครงสร้างที่คล้ายกันนี้ได้รับการเก็บรักษาไว้บางส่วนในถ่านหินที่ได้จากถ่านหิน ด้วยเหตุนี้จึงมีความสามารถในการดูดซับที่ดีและใช้ร่วมกับถ่านกัมมันต์
ถ่านหินประเภทนี้มีความชื้นต่ำมาก (ประมาณ 3%) แต่ในระหว่างการเก็บรักษาในระยะยาว ถ่านหินจะดูดซับความชื้นจากอากาศและเปอร์เซ็นต์ของน้ำจะเพิ่มขึ้นเป็น 7-15% เนื้อหาของสิ่งเจือปนอนินทรีย์และสารระเหยถูกควบคุมโดย GOST และไม่ควรเกิน 3% และ 20% ตามลำดับ องค์ประกอบองค์ประกอบขึ้นอยู่กับเทคโนโลยีการผลิต และมีลักษณะโดยประมาณดังนี้:
- คาร์บอน 80-92%.
- ออกซิเจน 5-15%.
- ไฮโดรเจน 4-5%.
- ไนโตรเจน ~0%.
- กำมะถัน ~0%.
สูตรเคมีของถ่านแสดงให้เห็นว่าในแง่ของปริมาณคาร์บอน ถ่านจะใกล้เคียงกับหิน แต่นอกจากนี้ยังมีองค์ประกอบเพียงเล็กน้อยที่ไม่จำเป็นสำหรับการเผาไหม้ (กำมะถันและไนโตรเจน)
ถ่านกัมมันต์
ถ่านกัมมันต์เป็นคาร์บอนชนิดหนึ่งที่มีพื้นที่ผิวรูพรุนจำเพาะสูง ซึ่งทำให้ดูดซับได้ดีกว่าไม้ ถ่านและถ่านหินรวมถึงกะลามะพร้าวใช้เป็นวัตถุดิบในการผลิต วัสดุเริ่มต้นขึ้นอยู่กับกระบวนการเปิดใช้งาน สาระสำคัญของมันคือการเปิดรูขุมขนที่อุดตันด้วยอุณหภูมิสูง สารละลายอิเล็กโทรไลต์ หรือไอน้ำ
ในระหว่างกระบวนการกระตุ้น เฉพาะโครงสร้างของสารที่เปลี่ยนแปลง ดังนั้นสูตรเคมีของถ่านกัมมันต์เหมือนกับองค์ประกอบของวัตถุดิบที่ทำขึ้น ปริมาณความชื้นของถ่านกัมมันต์ขึ้นอยู่กับพื้นที่ผิวจำเพาะของรูขุมขนและมักจะน้อยกว่า 12%