زغالسنگ

زغال سنگ از بقایای درختان، بوته‌ها و سایر گیاهان زنده بوجود می‌آید. نشو و نمای این گیاهان در دوره‌هایی که آب و هوای زمین ملایم و مرطوب بود، صورت گرفت. اگر چه برخی از معادن زغال سنگ 400 میلیون سال قبل و در دوره انسان سیلوری ( (Silurian ، انسان سیلوری در دوره سوم دوران اول زمین شناسی ظاهر شد. (ویژگی این دوره ظهور گیاهان خشکی است.) تشکیل یافته است. اما قسمت اعظم این ذخایر تقریبا 250 میلیون سال پیش و در دوره فوقانی و تحتانی دورانهای کربونیفر ( Carboniferous ، دوره کربونیفر یا زغال‌خیز به بخشی از زمان می‌گویند که به پایان دوران اول زمین شناسی مربوط بوده و از حدود 345 میلیون سال قبل آغاز می‌شود.) پدید آمدند.

سپس ، اوضاع برای رشد سرخس­های دانه‌دار گرمسیری بسیار عظیم و درختان بدون گل غول پیکر ، در باتلاقهای وسیع فراهم شد. این گیاهان بعد از خشک شدن و از بین رفتن به داخل باتلاقها می‌افتادند و بر اثر خروج اکسیژن ، فساد بی‌هوازی تسریع می‌شد. پوشش گیاهی به ماده‌ای لجن مانند به نام پیت ((Peat تبدیل شد. پیتها بسته به درجه فساد ، برخی قهوه‌ای و اسفنجی و بعضی سیاه و فشرده بودند. دریا بر روی چنین ته‌نشستهایی پیشروی کرد و رسوبات معدنی بر روی آنها فرو نشست. پیت در زیر فشار خشک و سخت شد و به زغال سنگ پیت (لنیت یا لیگنیت که به زغال سنگ قهوه‌ای نیز موسوم است) تبدیل شد.

فشار بیشتر و گذشت زمان ، زغال سنگ قیردار را به وجود آورد، که هر 6 متر ضخامت رسوب گیاهان نخستین به 0.3 متر زغال سنگ تبدیل شده بود. حتی فشارهای زیادتر که ناشی از چین‌خوردگی پوسته زمین به صورت رشته کوههای عظیم بود، سخت‌ترین و مرغوبترین زغال سنگ ، یعنی آنتراسیت(anthracite) ، را بوجود آورد. کیفیت زغال سنگ از روی نسبت مقدار کربن تثبیت شده به مقادیر رطوبت و ماده فرار (ماده‌ای که بر اثر حرارت به گاز تبدیل می‌شود)، تعیین می‌گردد.

انواع زغالسنگ

• آنتراسیت : این نوع زغال سنگ خود به انواع زیر تقسیم می‌شود:
  • متا آنتراسیت : دارای %98 کربن ثابت و %2 مواد فرار است. این نوع زغال سنگ به ندرت یافت می‌شود و کارایی سوختی ندارد.
  • آنتراسیت : دارای %91 تا %92 کربن ثابت و %2 تا %8 مواد فرار با رنگ خاکستری است و با شعله آبی کم رنگ کوتاه همراه با بو می‌سوزد. از سوختن آن کک تشکیل نمی‌شود. ارزش سوختی آن از سمی‌آنتراسیت و یا زغال سنگ قیری مرغوب کمتر است.
  • سمی‌آنتراسیت : دارای %86 تا %92 کربن ثابت و %8 تا %14 مواد فرار است. به دلیل افزایش درصد مواد فرار در آن ، با شعله کوتاه زرد رنگ می‌سوزد و چون سریعتر از آنتراسیت می‌سوزد، دارای کارایی و مصرف سوختی بیشتری است.
• زغال سنگ‌های قیری :
  • زغال سنگ قیری با فراریت کم : دارای %76 تا %78 کربن ثابت و %14 تا%22 مواد فرار است و بدون دود می‌سوزد.
  • زغال سنگ قیری با فراریت متوسط : دارای %69 تا %78 کربن ثابت و %22 تا %31 مواد فرار است، بدون دود می‌سوزد.
  • زغال سنگ قیری با فراریت بالا : دارای توان گرمایی12.1 الی 14.8 Mj است.
• زغال سنگ پست:
  • این نوع زغال سنگ (با نام دیگر لیگنیت سیاه) نیز به سه دسته با توان گرمایی بین Mj8.8 تا Mj12.1 تقسیم می‌شود.
• زغال سنگ شیار :
  • این نوع زغال سنگ دارای مواد فرار و هیدروژن زیاد است و با شعله‌های طویل و با دمای بسیار بالا می‌سوزد. به علت نداشتن مواد چرب ، نوعی بافت منظم و دانه‌ای دارد که در دیگر انواع زغال سنگ‌ها دیده نمی‌شود. این نوع زغال سنگ مانند شیشه می‌شکند و دارای چگالی 1.2 تا 1.3 گرم بر سانتیمتر مکعب است.
• لیگنیت :
  • این نوع زغال سنگ خود به خود به دو گروه ، یکی گروه لیگنیتی و دیگری گروه زغال سنگ قهوه‌ای تقسیم می‌شود. خواص فیزیکی و شیمیایی و حتی رنگ هر دو گروه خیلی به هم نزدیک است. بطوری که ممکن است اشتباها یکی به جای دیگری گرفته شود. توان گرمایی لیگنیت‌ها کمتر از Mj8.8 است.

مواد معدنی موجود در انواع ذغال سنگ

علاوه بر مواد آلی موجود در زغال سنگ که ضمن تحول مواد گیاهی در فرآیندهای تشکیل زغال سنگ در آن باقی می‌ماند، مواد معدنی نیز در آن وجود دارد.

• گوگرد: به میزان 0.3 تا 0.5 درصد در زغال سنگ یافت می‌شود و ممکن است در انواع زغال سنگ‌ها مقدار آن به مراتب بیشتر از این میزان باشد.

• کلر : احتمالا به صورت کلرید سدیم در زغال وجود دارد که به هنگام حرارت دادن زغال سنگ بوسیله سیلیس موجود در خاکستر زغال سنگ ، تجزیه شده و به صورت گاز کلرید هیدروژن خارج می‌شود. از اینرو ، ممکن است موجب خوردگی و خرابی دیگ‌ها و کوره‌های حرارتی شود.
• فسفر : در بیشتر انواع زغال‌سنگ‌ها به مقدار کم به صورت فسفات کلسیم وجود دارد. مقداری از آن که در تجزیه شیمیایی برحسبP4O10 مشخص می‌شود، بین 0.1 تا 1.25 درصد متغییر است.
• نیتروژن : به مقدار کم در انواع زغال سنگ‌ها  به صورت نیتریل‌های آروماتیکی ، پیریدین‌ها و پیرول‌ها وجود دارد. زغال سنگ‌هایی که از نیتروژن غنی‌اند، معمولا با شعله بلند می‌سوزند. حدود پانزده درصد نیتروژن موجود در زغال سنگ‌ها ، به صورت آمونیاک خارج می‌شود. پنج درصد آن در کک باقی می‌ماند و حدود پنج درصد آن به سیانید هیدروژن و بقیه به صورت گازهای دیگر خارج می‌شود.
• خاکستر : از سوختن انواع زغال‌سنگ‌ها ، جامدی غیر قابل سوختن باقی می‌ماند که عمدتا منشا معدنی دارد.