Steenkool

Steenkool is een niet-klastisch sedimentair gesteente. Het zijn de gefossiliseerde overblijfselen van planten en hebben brandbare zwarte en bruinzwarte tinten. Het belangrijkste element is koolstof, maar het kan ook verschillende elementen bevatten, zoals waterstof, zwavel en zuurstof. In tegenstelling tot steenkool mineralen, het heeft geen vaste chemische samenstelling en kristalstructuur. Afhankelijk van het soort plantaardig materiaal, de verschillende mate van carbonisatie en de aanwezigheid van onzuiverheden, worden verschillende soorten steenkool gevormd. Er zijn 4 erkende variëteiten. Bruinkool is van de laagste kwaliteit, het zachtst en het minst verkoold. Subbitumineuze steenkool is donkerbruin tot zwart. Bitumineuze steenkool komt het meest voor en wordt vaak verbrand om warmte te genereren. Antraciet is de hoogste kwaliteit en meest veranderde vorm van steenkool. Het bevat het hoogste percentage koolstof met een lage uitstoot en zou een ideale brandstof zijn als het niet voor relatief minder geld zou zijn.

Steenkool wordt vooral als brandstof gebruikt. Steenkool wordt al duizenden jaren gebruikt, maar het echte gebruik ervan begon met de uitvinding van stoommachines na de industriële revolutie. Steenkool levert twee vijfde van de elektriciteitsproductie wereldwijd en steenkool wordt daarbij als belangrijkste brandstof gebruikt ijzer en staalproductiefaciliteiten.

Naam herkomst: Het woord nam oorspronkelijk de Oud-Engelse vorm col aan van het Proto-Germaanse *kula(n), dat zou zijn afgeleid van de Proto-Indo-Europese wortel *g(e)u-lo- “live coal”.

Kleur: Zwart en bruinzwart

Hardheid: Cophangbaar

Korrelgrootte: Fijn gemalen

Groep: Niet-klastisch Sedimentair gesteente

Kolenclassificatie

Omdat geologische processen onder gunstige omstandigheden in de loop van de tijd druk uitoefenen op dood biotisch materiaal, neemt de mate of volgorde van metamorfose achtereenvolgens als volgt toe:

Bruinkool, het laagste niveau van steenkool, het meest schadelijk voor de gezondheid, wordt vrijwel uitsluitend gebruikt als brandstof voor de opwekking van elektriciteit

Jet, een compacte vorm van bruinkool, soms gepolijst; Boven-Paleolithicum Lager-bitumineuze steenkool, waarvan de eigenschappen variëren van die van bruinkool tot bitumineuze steenkool, werd voornamelijk gebruikt als siersteen, aangezien het werd gebruikt als brandstof voor de opwekking van stoom-elektrische energie.

Bitumineus steenkool, een dicht sedimentair gesteente, meestal zwart, maar soms donkerbruin, vaak met duidelijk gedefinieerde banden van glanzend en dof materiaal. Het wordt voornamelijk gebruikt als brandstof bij de productie van stoom-elektrische energie en bij de productie van cokes. In Groot-Brittannië staat het bekend als stoomkolen en wordt het van oudsher gebruikt om stoom op te wekken in stoomlocomotieven en schepen.

Antraciet, de hoogste kwaliteit steenkool, is een hardere, glanzende zwarte steenkool die voornamelijk wordt gebruikt voor het verwarmen van woningen en commerciële ruimtes.

grafiet is moeilijk te ontsteken en wordt niet vaak als brandstof gebruikt; het wordt meestal gebruikt in potloden of in poedervorm voor smering.

Kanaal steenkool (soms “kaarskool” genoemd) is een verscheidenheid aan fijnkorrelige, hoogwaardige steenkool die voornamelijk bestaat uit liptiniet met een aanzienlijk waterstofgehalte.

Er zijn verschillende internationale normen voor steenkool. De classificatie van steenkool is over het algemeen gebaseerd op het gehalte aan vluchtige stoffen. Maar het belangrijkste onderscheid is thermische steenkool (ook bekend als stoomkolen), die wordt verbrand om via stoom elektriciteit op te wekken; en metallurgische steenkool (ook bekend als cokeskolen), die bij hoge temperatuur wordt verbrand om staal te maken.

Historisch belang

Steenkool heeft een belangrijke rol gespeeld in de menselijke geschiedenis en wordt al duizenden jaren als brandstof gebruikt. In de oudheid werd steenkool gebruikt om voedsel te verwarmen en te koken, en voor warmte. Tijdens de industriële revolutie werd steenkool de belangrijkste energiebron voor het aandrijven van stoommachines en machines, wat leidde tot aanzienlijke technologische vooruitgang in de transport-, productie- en andere industrieën. Het gebruik van steenkool leidde ook tot de ontwikkeling van de mijnbouw als een belangrijke industrie en hielp de economische groei in veel delen van de wereld te stimuleren. Het gebruik van steenkool wordt echter ook in verband gebracht met aanzienlijke gevolgen voor het milieu, waaronder lucht- en waterverontreiniging, en heeft in belangrijke mate bijgedragen aan de klimaatverandering. Als gevolg hiervan worden er inspanningen geleverd om over te stappen op schonere energiebronnen en de afhankelijkheid van steenkool te verminderen.

Chemische samenstelling

Steenkool bestaat voornamelijk uit koolstof, waterstof, zuurstof, stikstof en zwavel. De exacte samenstelling van steenkool varieert afhankelijk van de ouderdom en herkomst, maar over het algemeen kan steenkool worden ingedeeld in vier hoofdtypen op basis van het koolstofgehalte: bruinkool, sub-bitumineus, bitumineus en antraciet. Bruinkool is de jongste steenkoolsoort en bevat de minste hoeveelheid koolstof, terwijl antraciet de oudste is en het hoogste koolstofgehalte heeft. Over het algemeen heeft steenkool met een hoger koolstofgehalte een hogere energie-inhoud en verbrandt deze efficiënter. Steenkool bevat ook verschillende hoeveelheden mineralen zoals silica, aluminiumoxide, ijzer, calcium, natrium en kalium, die bij verbranding de verbrandingseigenschappen en de impact op het milieu kunnen beïnvloeden.

Fysische eigenschappen

Steenkool heeft verschillende fysieke eigenschappen, waaronder:

1. Kleur: Steenkool kan in kleur variëren van zwart tot bruin tot grijsachtig.
2. Hardheid: Steenkool kan in hardheid variëren van heel zacht en kruimelig, zoals grafiet, tot heel hard, zoals antraciet.
3. Dichtheid: Steenkool heeft een lagere dichtheid dan veel andere rotsen en mineralen, waardoor het relatief licht van gewicht is.
4. poreusheid: Steenkool kan zeer poreus zijn, met kleine ruimtes tussen de steenkooldeeltjes.
5. Conchoïdale fractuur: Steenkool breekt vaak in een glad, gebogen patroon, ook wel conchoïdale breuk genoemd.
6. Glans: Steenkool heeft een doffe tot glanzende glans, afhankelijk van het soort steenkool.
7. Streep: Steenkool produceert een zwarte of donkerbruine streep wanneer deze over een wit, ongeglazuurd porseleinen bord wordt gewreven.

De fysieke eigenschappen van steenkool zijn belangrijk voor de mijnbouw, verwerking en gebruik ervan. De hardheid van de steenkool kan bijvoorbeeld van invloed zijn op het type mijnbouwmethode dat wordt gebruikt, terwijl de porositeit en dichtheid de verwerking en het transport van de steenkool kunnen beïnvloeden.

Mijnbouw en verwerking van steenkool

Steenkool wordt doorgaans gewonnen uit ondergrondse of bovengrondse mijnen. Ondergrondse mijnbouwmethoden omvatten kamer- en pijler-, mijnbouw- en terugtrekkingsmijnbouw, terwijl bovengrondse mijnbouwmethoden stripmijnbouw, bergtopverwijdering en dagbouw omvatten.

Bij de kamer- en pijlermijnbouwmethode worden tunnels in een steenkoollaag gegraven en blijven er steenkolommen over om het dak te ondersteunen. Bij mijnbouw met lange muren wordt een lange muur van steenkool in één stuk gedolven, terwijl het dak van het ontmijnde gebied achter de mijnbouwmachine instort. Retreat mining omvat het verwijderen van pilaren uit een eerder gedolven gebied.

Bij dagbouw worden de bovenliggende rotsen en grond verwijderd om toegang te krijgen tot de steenkool. Dit proces kan worden uitgevoerd door middel van stripmijnbouw, waarbij de deklaag in stroken wordt verwijderd, of door het verwijderen van bergtoppen, waarbij hele bergtoppen worden verwijderd om toegang te krijgen tot de steenkool. Open-pit mining is een andere dagbouwtechniek, waarbij een grote put wordt uitgegraven om de steenkool te winnen.

Nadat de steenkool is gewonnen, wordt deze verwerkt om onzuiverheden te verwijderen en klaar te maken voor gebruik. De verwerking kan bestaan ​​uit breken, zeven en wassen om gesteente en andere onzuiverheden te verwijderen, evenals drogen om het vochtgehalte van de steenkool te verminderen. Steenkool kan ook worden behandeld met chemicaliën om zwavel en andere onzuiverheden te verwijderen, een proces dat bekend staat als steenkoolreiniging.

Extractietechnieken (oppervlakte- en ondergrondse mijnbouw)

De mijnbouw kan worden onderverdeeld in twee brede categorieën: dagbouw en ondergrondse mijnbouw.

Bij dagbouw wordt het bovenliggende gesteente, de grond en de vegetatie verwijderd om de steenkoollaag bloot te leggen. Meestal gebeurt dit met grote machines die de deklaag (het materiaal boven de steenkoollaag) in lagen verwijderen. Er zijn verschillende methoden voor dagbouw, waaronder stripmijnbouw, dagbouwmijnbouw, mijnbouw op bergtoppen en hoogmuurmijnbouw. Bij stripmijnbouw wordt de deklaag in lange stroken verwijderd, terwijl bij dagbouw de deklaag in een grote put wordt verwijderd. Mijnbouw op een bergtop omvat het verwijderen van de gehele top van een berg om toegang te krijgen tot de steenkoollaag, terwijl mijnbouw op hoge muren wordt gebruikt om steenkool te winnen uit een blootliggende verticale wand of klif.

Bij ondergrondse mijnbouw worden tunnels of schachten in de aarde gegraven om de steenkoollaag te bereiken. Er zijn twee hoofdtypen ondergrondse mijnbouw: kamer- en pijlermijnbouw en mijnbouw met lange muren. Bij kamer- en pilaarmijnbouw wordt de steenkoollaag in een reeks kamers gedolven, waarbij er kolenpilaren overblijven om het dak te ondersteunen. Bij mijnbouw met lange muren beweegt een machine, een shearer genaamd, heen en weer langs de steenkoollaag, snijdt de steenkool af en laat deze op een transportband vallen. Het dak wordt ondersteund door hydraulische steunen terwijl de machine voortbeweegt.

Nadat de steenkool is gewonnen, kan deze worden verwerkt om onzuiverheden te verwijderen en klaargemaakt worden voor gebruik. De verwerking kan bestaan ​​uit breken, zeven en wassen om stenen en andere materialen te verwijderen die met de steenkool zijn gemengd. De steenkool kan ook worden behandeld met chemicaliën om zwavel en andere onzuiverheden te verwijderen, of kan worden omgezet in vloeibare of gasvormige brandstoffen.

Verwerkingsmethoden (reinigen, pletten, sorteren, enz.)

Nadat steenkool is gewonnen, moet het vaak worden gereinigd en verwerkt om onzuiverheden te verwijderen en klaar te maken voor gebruik. De exacte gebruikte verwerkingsmethoden kunnen variëren afhankelijk van het type steenkool en het beoogde gebruik ervan.

Een veel voorkomende methode om steenkool te verwerken is via een proces dat bekend staat als ‘wassen’, waarbij water, chemicaliën en mechanische apparatuur worden gebruikt om de steenkool te scheiden van onzuiverheden zoals gesteente, as en zwavel. De steenkool wordt vermalen en gemengd met water en chemicaliën om een ​​slurry te creëren, die vervolgens door een reeks zeven en cyclonen wordt gevoerd om de steenkool van de andere materialen te scheiden. De gescheiden steenkool wordt vervolgens verder verwerkt om eventuele resterende onzuiverheden te verwijderen en gesorteerd op basis van grootte.

Andere verwerkingsmethoden kunnen het pletten en malen van de steenkool omvatten om deze geschikt te maken voor verbranding of ander gebruik, evenals processen om zwavel en andere verontreinigende stoffen uit de steenkool te verwijderen. Afhankelijk van het beoogde gebruik van de steenkool kunnen ook aanvullende verwerkingsstappen nodig zijn, zoals carbonisatie om cokes te produceren voor gebruik in het staalproductieproces.

Kolensamenstelling

De samenstelling van steenkool kan op twee manieren worden geanalyseerd. De eerste wordt gerapporteerd als een nauwkeurige analyse (vocht, vluchtige stoffen, vaste koolstof en as) of een eindanalyse (as, koolstof, waterstof, stikstof, zuurstof en zwavel). Een typische bitumineuze steenkool kan een eindanalyse hebben op een droge, asvrije basis van 84.4% koolstof, 5.4% waterstof, 6

ASSAMENSTELLING, GEWICHTSPERCENT
SiO 2	20-40
Al 2O 3	10-35
Fe 2O 3	5-35
CaO	1-20
MgO	0.3-4
TiO 2	0.5-2.5
Na 2OK 2O	1-4
SO 3	0.1-12

Kolenvorming

Het proces waarbij dode vegetatie in steenkool wordt omgezet, wordt coalificatie genoemd. In het geologische verleden waren er in verschillende regio's lage wetlands en dichte bossen. De dode vegetatie in deze gebieden begint over het algemeen biologisch af te breken en te transformeren met modder en zuur water.

Hierdoor werd de koolstof gevangen in enorme veenmoerassen die uiteindelijk diep werden begraven door sedimenten. Vervolgens veroorzaakten de hitte en druk van de diepe begraving gedurende miljoenen jaren een verlies aan water, methaan en koolstofdioxide en een verhoogd koolstofgehalte.

De kwaliteit van de geproduceerde steenkool was afhankelijk van de maximale druk en temperatuur die werd bereikt; Bruinkool (ook wel “bruinkool” genoemd) en sub-bitumineuze steenkool, bitumineuze steenkool of antraciet (ook wel “steenkool” of “steenkool” genoemd), geproduceerd onder relatief milde omstandigheden, wordt geproduceerd bij toenemende temperatuur en druk.

Van de factoren die betrokken zijn bij verkoling is de temperatuur veel belangrijker dan de druk of de begraaftijd. Sub-bitumineuze steenkool kan zich vormen bij temperaturen zo laag als 35 tot 80 ° C (95 tot 176 ° F), terwijl antraciet een temperatuur vereist van minimaal 180 tot 245 ° C (356 tot 473 ° F).

Hoewel steenkool bekend is uit de meeste geologische perioden, bestaat 90% van alle steenkool uit steenkool deposito's werden afgezet tijdens de Carboon- en Perm-periodes, die slechts 2% van de geologische geschiedenis van de aarde vertegenwoordigen.

Voorval van steenkool

Steenkool is een veel voorkomende energie- en chemische bron. Terrestrische planten die nodig zijn voor de ontwikkeling van steenkool waren pas in het Carboon (358.9 miljoen tot 298.9 miljoen jaar geleden) in overvloed aanwezig. Grote sedimentaire bekkens met gesteenten uit het Carboon en jonger zijn op bijna elk continent bekend, inclusief Antarctica. De aanwezigheid van grote steenkoolafzettingen in regio's met momenteel een arctisch of subarctisch klimaat (zoals Alaska en Siberië) is te wijten aan klimaatveranderingen en tektonische bewegingen van aardkorstplaten die oudere continentale massa's over het aardoppervlak hebben verplaatst, soms door de subtropische en zelfs tropen. . Regio's. In sommige gebieden (zoals Groenland en het grootste deel van Noord-Canada) ontbreekt steenkool omdat de daar gevonden rotsen dateren van vóór het Carboon, en deze gebieden, bekend als continentale schilden, ontberen het overvloedige terrestrische plantenleven dat nodig is voor de vorming van grote steenkoolvoorraden.

Kenmerken en eigenschappen van steenkool

Veel van de eigenschappen van steenkool variëren afhankelijk van factoren zoals de samenstelling en de aanwezigheid van mineraal materiaal. Er zijn verschillende technieken ontwikkeld om de eigenschappen van steenkool te onderzoeken. Dit zijn röntgendiffractie, scanning- en transmissie-elektronenmicroscopie, infraroodspectrofotometrie, massaspectroscopie, gaschromatografie, thermische analyse, en elektrische, thermische analyse, en elektrische, optische en magnetische metingen.

intensiteit

Het kennen van de fysische eigenschappen van steenkool is belangrijk bij de bereiding en het gebruik van steenkool. De steenkooldichtheid varieert bijvoorbeeld van ongeveer 1.1 tot ongeveer 1.5 megagram per kubieke meter, of gram per kubieke centimeter. Steenkool heeft een iets hogere dichtheid dan water en aanzienlijk minder dichtheid dan de meeste gesteenten en minerale stoffen. Dichtheidsverschillen maken het mogelijk om de kwaliteit van steenkool te verbeteren door het grootste deel van het gesteente en de sulfiderijke deeltjes te verwijderen door middel van zware vloeistofscheiding. 

poreusheid

De steenkooldichtheid wordt gedeeltelijk bepaald door de aanwezigheid van poriën die tijdens het verkolen blijven bestaan. Poriëngroottes en porieverdeling zijn lastig te meten; poriën lijken echter drie groottebereiken te hebben:

(1) macroporiën (diameter groter dan 50 nanometer),

(2) mesoporiën (diameter 2 tot 50 nanometer), en

(3) microporiën (diameter kleiner dan 2 nanometer).

(Eén nanometer is gelijk aan 10-9 meter.) Het grootste deel van het effectieve oppervlak van een steenkool – ongeveer 200 vierkante meter per gram – bevindt zich in de poriën van de steenkool, niet op het buitenoppervlak van een stuk steenkool. De aanwezigheid van poriën is belangrijk bij de productie van cokes, vergassing, vloeibaar maken en koolstofproductie met een groot oppervlak om water en gassen te zuiveren. Om veiligheidsredenen kunnen steenkoolporiën aanzienlijke hoeveelheden geadsorbeerd methaan bevatten, dat tijdens mijnbouwactiviteiten vrij kan komen en explosieve mengsels met lucht kan vormen. Het explosierisico kan worden verminderd door adequate ventilatie of voorafgaande verwijdering van methaan uit de steenkoollagen tijdens de mijnbouw.

Reflectivity

Een belangrijke eigenschap van steenkool is de reflectiviteit (of reflectiviteit), dat wil zeggen het vermogen om licht te reflecteren. De reflectiviteit wordt gemeten door een monochromatische lichtstraal (met een golflengte van 546 nanometer) op een gepolijst oppervlak van vitrinietmaceralen in een houtskoolmonster te laten schijnen en het percentage gereflecteerd licht te meten met een fotometer. Vitriniet wordt gebruikt omdat de reflectiviteit ervan geleidelijk verandert in toenemende mate. De reflecties van fusiniet zijn zeer hoog vanwege de steenkooloorsprong en liptinieten hebben de neiging om in toenemende mate te verdwijnen. Hoewel heel weinig van het invallende licht wordt gereflecteerd (variërend van enkele tienden van een procent tot 12 procent), neemt de waarde met de graden toe en kan deze worden gebruikt om de meeste kolen te beoordelen zonder het percentage aanwezige vluchtige stoffen te meten.

Andere kenmerken

Andere eigenschappen zoals hardheid, maalbaarheid, asfusietemperatuur en vrije zwelindex (een visuele meting van de hoeveelheid zwelling die optreedt wanneer een steenkoolmonster in een gesloten smeltkroes wordt verwarmd) kunnen de mijnbouw en -bereiding beïnvloeden. evenals de manier waarop een steenkool wordt gebruikt. Hardheid en maalbaarheid bepalen de soorten apparatuur die worden gebruikt voor mijnbouw, pletten en malen, naast de hoeveelheid stroom die tijdens hun activiteiten wordt verbruikt. De asfusietemperatuur beïnvloedt het ontwerp en de bedrijfsomstandigheden van de oven. De vrije zwellingsindex geeft voorlopige informatie over de geschiktheid van steenkool voor de productie van cokes.

Economisch en sociaal belang van steenkool

Steenkool is een belangrijke natuurlijke hulpbron die een belangrijke rol heeft gespeeld in de ontwikkeling van de moderne wereld. Het economische en sociale belang ervan is op verschillende gebieden te zien:

1. Energie productie: Steenkool is een van de belangrijkste energiebronnen die worden gebruikt voor energieopwekking. Het wordt verbrand in elektriciteitscentrales om elektriciteit te produceren, die wordt gebruikt om huizen, bedrijven en industrieën van stroom te voorzien.
2. Staalproductie: Steenkool is ook een belangrijk ingrediënt bij de productie van staal. Bij verhitting geeft steenkool koolstof vrij, die wordt gebruikt om te reduceren ijzererts strijken. Dit ijzer wordt vervolgens gebruikt voor de productie van staal, een essentieel materiaal voor de bouw, infrastructuur en vele andere toepassingen.
3. Werkgelegenheid creëren: De mijnbouw en verwerking van steenkool creëert banen en draagt ​​bij aan de lokale economieën in veel landen. De industrie biedt werk aan een groot aantal mensen, waaronder mijnwerkers, ingenieurs, geologen en andere professionals.
4. Vervoer: Steenkool wordt vaak over lange afstanden per spoor of per schip vervoerd om zijn bestemming te bereiken, wat banen kan creëren en kan bijdragen aan de economie van de gebieden waar het doorheen gaat.
5. Betaalbare energie: Steenkool is vaak een goedkopere energiebron vergeleken met andere bronnen, waardoor de energiekosten voor consumenten en bedrijven laag kunnen blijven.
6. Chemische producten: Steenkool wordt ook gebruikt als grondstof bij de productie van een reeks chemische producten, waaronder kunststoffen, synthetische vezels, meststoffen en andere chemicaliën.

Het gebruik van steenkool heeft echter ook aanzienlijke gevolgen voor het milieu, waaronder de uitstoot van broeikasgassen en andere luchtverontreinigende stoffen, evenals negatieve effecten op de waterkwaliteit en het landgebruik. Deze effecten moeten zorgvuldig in overweging worden genomen bij elke evaluatie van het economische en sociale belang van steenkool.

Samenvatting van de belangrijkste punten

Hier zijn enkele belangrijke punten over steenkool:

• Steenkool is een fossiele brandstof die wordt gevormd uit de overblijfselen van oude planten die miljoenen jaren geleden leefden.
• Er zijn vier hoofdsoorten steenkool: bruinkool, subbitumineus, bitumineus en antraciet, elk met verschillende eigenschappen en toepassingen.
• Steenkool is een overvloedige en relatief goedkope energiebron, waardoor het een belangrijke brandstof is voor energieopwekking, verwarming en industriële processen.
• Mijnbouw kan aanzienlijke ecologische en sociale gevolgen hebben, waaronder landverstoring, watervervuiling en gezondheidsrisico's voor werknemers en nabijgelegen gemeenschappen.
• Er worden inspanningen geleverd om schonere steenkooltechnologieën te ontwikkelen, zoals het afvangen en opslaan van koolstof, om de milieueffecten van het gebruik van steenkool te verminderen.

Referenties

• Bonewitz, R. (2012). Rotsen en mineralen. 2e druk. Londen: DK Publishing.
• Kopp, OC (2020, 13 november). steenkool. Encyclopedie Britannica. https://www.britannica.com/science/coal-fossil-fuel
• Wikipedia-bijdragers. (2021, 26 oktober). Steenkool. In Wikipedia, de vrije encyclopedie. Opgehaald op 09 november 57, 1:2021, van https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Coal&oldid=1051971849