آشنایی با مراحل تشکیل و استخراج ذغال سنگ

آشنایی با ذغال سنگ و مصارف آن

ذغال سنگ یکی از مهم ترین منابع سوخت فسیلی است. این ماده که از مقدار زیادی کربن و هیدروژن است، در دمایی تا 300 درجه سانتی‌گراد و در فرآیندی تدریجی از تورب به آنتراسیت تشکیل می‌شود. رنگ ذغال سنگ معمولاً سیاه یا قهوه‌ای تیره است و شکل گیری آن به دوران باستان بازمی‌گردد، اما اهمیت صنعتی آن از زمان انقلاب صنعتی آغاز شد. این ماده برای تولید برق، صنایع فولاد، سیمان و حتی صنایع پتروشیمی کاربرد دارد.

یک ذغال سنگ خوب باید درصد کربن بالا، مواد فرار مناسب، خاکستر و گوگرد کم، و ارزش حرارتی زیادی داشته باشد تا هم بهره‌وری صنعتی و هم تأثیرات زیست‌محیطی آن بهینه شود. در این مقاله، مراحل تشکیل ذغال سنگ، روش های استخراج، روش های نگهداری و پردازش آن را بررسی میکنیم.

ذغال سنگ چگونه تشکیل می شود؟

این انرژی فسیلی طی میلیون ها سال و تحت فشار و دمای بالا از  بقایای گیاهان در محیط های مردابی و کم اکسیژن تشکیل شده است. به همین دلیل در دسته انرژی تجدید ناپذیر قرار میگیرد. این بقایا به مواد کربنی غنی تبدیل شده و انواع مختلفی از ذغال سنگ را شکل می‌دهند.

آشنایی با مراحل تشکیل ذغال سنگ

مراحل تشکیل ذغال سنگ شامل فرآیندهای پیچیده‌ای است که میلیون ها سال زمان میبرد. هر مرحله از شکل گیری آن نشان‌دهنده یک درجه از تحول مواد آلی به ذغال سنگ است که در ادامه به آن میپردازیم:

همچنین دیدن فرمایید: همه چیز در مورد استخراج آهن

مرحله اول؛ تشکیل تورب یا پیت

این نخستین مرحله تشکیل ذغال سنگ است که در آن باقی مانده گیاهان در محیط‌های مردابی و کم‌اکسیژن تجزیه می‌شوند. در این محیط‌ها، به دلیل نبود اکسیژن کافی، تجزیه مواد آلی کامل نیست و ماده‌ای نرم و اسفنجی به نام تورب یا پیت تشکیل میشود. تورب حاوی مقدار زیادی رطوبت و  کمی کربن (حدود 60%) است. این ماده، اگرچه ارزش حرارتی کمی دارد، اما پایه لازم برای تشکیل انواع پیشرفته‌تر ذغال سنگ محسوب می‌شود.

مرحله دوم؛ تشکیل لیگنت

تورب در اثر فشار رسوبات و افزایش دمای زمین به لیگنت، که نوعی ذغال سنگ قهوه‌ای با پایین ترین درجه خلوص است، تبدیل می‌شود. محتوای لیگنت رطوبت بالایی دارد و حاوی حدود 60 تا 70 درصد کربن است. به دلیل ارزش حرارتی پایین و بیشترین اسیبی که به محیط زیست میزند، لیگنت به‌ندرت در کاربردهای صنعتی بزرگ مقیاس استفاده می‌شود. رنگ قهوه‌ای و بافت نسبتا نرم آن، این مرحله را از سایر مراحل متمایز می‌کند.

مرحله سوم؛ تشکیل ذغال شبه-بیتومینه

در این مرحله، لیگنت تحت فشار و دمای بیشتر از قبل به نوعی ذغال سنگ نیمه‌تحول‌یافته تبدیل می‌شود که به آن شبه-بیتومینه می‌گویند. این ماده دارای کربن بیشتری نسبت به لیگنت است و رطوبت کمتری دارد. با این تغییرات ارزش حرارتی این نوع ذغال سنگ افزایش می‌یابد و برای برخی از کاربردهای انرژی‌زا مناسب‌تر می‌شود.

مرحله چهارم؛ تشکیل ذغال سنگ بیتومینه 

در ادامه این تغییرات، شبه-بیتومینه به ذغال سنگ بیتومینه تبدیل می‌شود. این نوع، یکی از پرکاربردترین انواع ذغال سنگ است که درصد کربن بالایی (بین 75 تا 86 درصد) دارد و از آن مواد فرار متعادلی تولید می‌شود. ذغال بیتومینه به دلیل ارزش تولید حرارت زیاد، در تولید برق و صنعت فولادسازی بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین، این نوع ذغال سنگ از نظر ساختاری سخت‌تر و براق‌تر از مراحل قبلی است.

مرحله پنجم؛ تشکیل آنتراسیت  

مرحله ی تکمیل کننده و پیشرفته ترین حالت در تشکیل ذغال سنگ، آنتراسیت است. این نوع ذغال سنگ حاوی 86 تا 98 درصد کربن خالص است و کمترین مقدار ناخالصی و گوگرد را دارد. آنتراسیت به دلیل تولید حرارت بسیار بالا، دیرسوزی و آلودگی کمتر، مرغوب‌ترین نوع ذغال سنگ محسوب می‌شود. این ماده سخت و براق است و در کاربردهای خاص صنعتی و گرمایشی استفاده می‌شود.

انواع روش های استخراج ذغال سنگ کدام اند؟

استخراج ذغال سنگ یکی از مهم‌ترین فرآیندها در زنجیره ی تامین این منبع انرژی پرکاربرد است که با توجه به شرایط زمین‌شناسی، عمق لایه‌های ذغال سنگ، و منابع مالی، به دو روش اصلی استخراج سطحی و روش استخراج زیر سطحی انجام می‌شود. در ادامه، این روش ها را بررسی میکنیم:

همچنین دیدن فرمایید: سنگ شکن فکی

 استخراج ذغال سنگ به روش سطحی

استخراج سطحی زمانی به کار می‌رود که ذخایر ذغال سنگ نزدیک به سطح زمین باشند. در این روش، لایه‌های سطحی خاک و سنگ برداشته می‌شوند تا به ذخایر ذغال سنگ دسترسی پیدا کنند. این روش با تکنیک‌هایی مانند استخراج روباز و نواربَر انجام میشود؛ که عملیات آماده سازی و استخراج ماده معدنی با حجم بالای ذغال سنگ در فضاهای باز و با هزینه‌های نسبتاً پایین را فراهم می‌آورد. مزیت اصلی این روش، بهره‌وری بالا و ایمنی بیشتر است، چرا که هیچ نیازی به ورود به اعماق زمین نیست و محدودیت استفاده ار ماشین الات وجود ندارد. اما این روش برای ذخایر عمیق‌تر کاربرد ندارد و تنها برای لایه‌های کم عمق قابل استفاده است.

استخراج ذغال سنگ به روش زیر سطحی 

استخراج زیر سطحی زمانی به کار می‌رود که ذخایر ذغال سنگ در عمق زیادی از زیر زمین قرار داشته باشند. این روش شامل حفاری تونل‌ها و شفت‌ها برای رسیدن به ذخایر ذغال سنگ است. استخراج زیر سطحی به دلیل آسیب نرساندن به سطح زمین باعث کاهش تأثیرات زیست‌محیطی میشود. همچنین، ذغال سنگ‌هایی که از این روش استخراج  میشوند معمولاً کیفیت بالاتری دارند. با این وجود، روش زیر سطحی دارای معایبی همچون هزینه بالای استخراج، نیاز به تجهیزات پیچیده، و خطرات ایمنی از جمله ریزش معدن یا گازگرفتگی است. همچنین، بهره‌وری این روش معمولاً پایین‌تر از استخراج سطحی است.

برای کسب اطلاعات بیشتر راجع به سایر روش های استخراج مواد معدنی می توانید از مقاله “انواع روش های استخراج مواد معدنی” دیدن فرمایید.

بهترین روش های نگهداری از ذغال سنگ

ذغال سنگ به دلیل ترکیبات آلی و معدنی خود، در برابر رطوبت و عوامل محیطی بسیار حساس است. بنابراین، انتخاب روش‌های مناسب برای ذخیره‌سازی می‌تواند تأثیر زیادی بر کیفیت و کارایی بالای ذغال سنگ در صنایع مختلف داشته باشد. در اینجا به چهار روش اصلی برای  نگهداری از ذغال سنگ اشاره می‌کنیم:

ذخیره سازی شمع 

در روش ذخیره‌سازی شمعی، ذغال سنگ را به صورت توده‌های بزرگ بر روی زمین انبار می‌کنند این روش بیشتر در معادن سطحی و در شرایطی که فضای ذخیره سازی وسیع باشد کاربرد دارد. از مزایای این روش، سادگی و هزینه کم آن است. اما معایبی همچون خطرات ناشی از رطوبت و بارش باران را دارد که می‌تواند کیفیت ذغال سنگ را کاهش دهد. برای کاهش این مشکلات، معمولاً سطح شمع‌ها را با پوشش‌هایی مانند پلاستیک یا لایه‌های حفاظتی می‌پوشانند.

ذخیره سازی سیلو

ذخیره‌سازی ذغال سنگ به روش سیلو معمولاً در شرایطی که کنترل دقیق‌تری بر ذخیره‌سازی و جلوگیری از ورود رطوبت به ذغال سنگ مورد نیاز باشد کاربرد دارد. در این روش، ذغال سنگ را در سیلوهای بسته و کنترل‌شده ذخیره میکنند. ساختار سیلوها به طور معمول به شکل عمودی یا افقی هستند که از ورود رطوبت، آلودگی و تغییرات دمایی به ذغال سنگ جلوگیری می‌کنند. این روش برای ذخیره‌سازی مقادیر کوچک و متوسط ذغال سنگ بسیار کارآمد است و می‌تواند به حفظ کیفیت و جلوگیری از فشرده شدن ذغال سنگ کمک کند. یکی از معایب این روش، هزینه‌های ساخت و نگهداری سیلوها است.

انبار ذخیره سازی

 این روش شامل ذخیره‌سازی ذغال سنگ در انبار یا سوله‌هایی با سقف و دیوارهای محافظ است که برای نگهداری از ذغال سنگ در برابر تغییرات آب و هوا و گرد و غبار استفاده می‌شود. انبارها معمولاً به‌گونه‌ای طراحی می‌شوند که جریان هوای کافی برای تهویه ذغال سنگ و جلوگیری از فشرده شدن آن وجود داشته باشد. این روش برای ذخیره‌سازی ذغال سنگ در مقیاس بزرگ و متوسط مناسب است و مزایای آن شامل حفاظت از ذغال سنگ در برابر باران و رطوبت است. البته هزینه بالای ساخت و نگهداری انبارها نیز وجود دارد.

ذخیره سازی ریل یا کامیون

در این روش نگهداری، ذغال سنگ به وسیله واگن‌های ریلی یا کامیون‌ها جابجا و در مکان‌های خاص ذخیره می‌شود. این روش برای انتقال ذغال سنگ به محل‌های مختلف و یا انبارهای بزرگ و همچنین برای ذخیره‌سازی در مقیاس وسیع مناسب است. ذخیره‌سازی با استفاده از ریل یا کامیون، انتقال و مدیریت ذخایر در فاصله طولانی را آسانتر کرده است. همچنین، این روش اجازه می‌دهد تا ذغال سنگ به سرعت به واحدهای تولیدی و مصرفی منتقل شود. اما هزینه‌های جابجایی بالا است و نیاز به امکانات ویژه برای نگهداری طولانی‌مدت دارد.

ضرورت پردازش ذغال سنگ بعد از استخراج چیست؟

بعد از استخراج ذغال سنگ از معادن، برای ارتقاء کیفیت و بهبود عملکرد ضروری است ناخالصی هایی مانند خاک، خاکستر و گوگرد را پردازش کنند. ذغال سنگ استخراج شده دارای رطوبت بالاست که تاثیر منفی در استفاده های صنعتی دارد با پردازش ذغال سنگ وکاهش این ناخالصی ها، محتوای کربن ذغال سنگ و خواص حرارتی آن افزایش می یابد. علاوه بر این، برخی از روش‌های پردازش می‌توانند به استخراج مواد ارزشمند مانند گوگرد و دیگر عناصر معدنی کمک کنند. به‌طورکلی، پردازش ذغال سنگ منجر به تولید محصولی با کیفیت بالاتر و مناسب‌تر برای کاربردهای صنعتی می‌شود.

انواع روش های پردازش ذغال سنگ کدام اند؟

در پردازش ذغال سنگ از روش‌های مختلفی استفاده می‌شود که هرکدام هدف مشخصی دارند و برای نیازهای متفاوتی طراحی شده‌اند. در اینجا به بررسی انواع روش‌های پردازش ذغال سنگ و انواع کوره‌های مورد استفاده در فرآیند پردازش پرداخته می‌شود:

همچنین دیدن فرمایید: سنگ شکن هیدروکن

 کوره های خاکی

استفاده از کوره‌های خاکی یکی از روش‌های سنتی پردازش ذغال سنگ هستند. در این روش، ذغال سنگ را در کوره‌های ساخته شده از گل یا مواد مشابه قرار میدهند سپس دما را بالا میبرند تا رطوبت و بعضی از ناخالصی‌های ذغال سنگ تبخیر شود. در نهایت ذغال سنگ به یک محصول قابل استفاده تبدیل می شود. این کوره‌ها به‌طور کلی کم هزینه هستند، اما برای پردازش‌های دقیق‌تر و تولید محصول با کیفیت بالا، کمتر استفاده می‌شوند.

 کوره های آجرپزی

کوره‌های آجرپزی بطورویژه در فرآیندهای حرارتی و تولید ذغال سنگ برای مصارف صنعتی استفاده می‌شوند. این کوره‌ها به‌طور معمول از آجرهایی که تحمل دمای بالا را دارند، ساخته می‌شوند و می‌توانند ذغال سنگ را به دمای مناسب برسانند تا ناخالصی‌ها از بین بروند. کوره‌های آجرپزی از لحاظ ساختاری ساده و ارزان‌قیمت هستند و معمولاً برای مصارفی که نیاز به درجه حرارت متوسط دارند، به کار می‌روند.

کوره جداره ای

کوره‌های جداره‌ای یکی از پیشرفته‌ترین انواع کوره‌های پردازش ذغال سنگ هستند که برای فرآوری مواد معدنی و ذغال سنگ‌های با کیفیت پایین به کار می‌روند. در این روش، کوره  از جنس فلز یا مواد مقاوم در برابر حرارت ساخته شده‌اند. کوره‌های جداره‌ای می‌توانند دماهای بسیار بالا را تحمل کرده و به طور مؤثر ناخالصی‌ها و مواد زائد را از ذغال سنگ جدا کنند. این کوره‌ها معمولاً در تولید ذغال سنگ با کیفیت بالا برای مصارف صنعتی و تولید انرژی استفاده می‌شوند.

کوره کومپیند 

کوره کومپیند، که بیشتر در صنعت فولادسازی کاربرد دارد، برای تولید ذغال از خاک اره استفاده می‌شود. در این کوره‌ها، ذغال سنگ در دماهای بسیار بالا (معمولاً 1000 تا 1100 درجه سانتیگراد) حرارت می‌بیند و فرآیند تقطیر خشک انجام می‌شود تا گازهای فرار، آب و سایر ناخالصی‌ها از آن خارج شود این کوره‌ها بسیار تخصصی هستند و به‌طور کلی برای تولید ذغال با کیفیت بالا و کارایی بالا طراحی شده‌اند.

کوره چند منظوره

کوره‌های چندمنظوره به‌طور خاص برای پردازش ذغال سنگ در فرآیندهای مختلف طراحی شده‌اند. یکی از این روش ها حبس کردن انرژی وحرارت در یک اتاقک کوچک است که در اثر این فشار ذعال بدون شکستی پردازش و آماده میشود. همچنین خاصیت انعطاف‌پذیری بالای این کوره ها قابلیت اجرای همزمان چندین نوع فرایند را فراهم میکند. این نوع کوره‌ها در صنایع بزرگ و مدرن که به پردازش‌های پیچیده نیاز دارند، کاربرد زیادی دارند.

کوره های نوین

کوره‌های نوین با استفاده از تکنولوژی‌های پیشرفته و طراحی‌های مدرن، قابلیت پردازش ذغال سنگ با کیفیت بالا و بهره‌وری بالا را فراهم می‌کنند. این کوره‌ها به دماهای بسیار دقیق دست می‌یابند و می‌توانند گازهای فرار را به‌طور مؤثر بازیافت کرده و آلودگی‌های زیست‌محیطی را کاهش دهند. کوره‌های نوین معمولاً در صنایع بزرگ و پیشرفته مانند تولید انرژی از ذغال سنگ و فرآیندهای پتروشیمی کاربرد دارند. از ویژگی‌های مهم این کوره‌ها مصرف انرژی پایین، راندمان بالا، و توانایی در مدیریت دقیق فرآیندها است.

سخن پایانی

ذغال سنگ یک ماده آلی و پرکاربرد در صنایع گوناگون است که انواع مختلفی دارد و با روش های متفاوت استخراج و پردازش میشود. در این مقاله از سهند پویا نحوه ی تشکیل ذغال سنگ، روش های استخراج، بهترین روش نگهداری و پردازش آن را به طور کامل بررسی کردیم.