Как человек использует полезное ископаемое уголь
Каменный уголь накапливается в природе в течение миллионов лет. Человечество знает о нем с давних времен. Но активно он начал использоваться всего 270 лет назад. И хватит его еще на 500 лет при современных темпах добычи уже разведанных запасов.
Как топливо каменный уголь использовали еще в древней Греции и Китае, где его добывали примитивными способами. Известно, что в Украине люди добывали и использовали его в качестве топлива для создания бытовых предметов уже в IX-X столетиях. А поиск, разведка и промышленное применение каменного угля в России началось в XVIII столетии.
Каменный уголь имеет различные технологические и генетические характеристики, что дает возможность применять его как в качестве топлива, так и в других сферах. Так, он нашел свое применение в сельском хозяйстве и химической промышленности. Например, из него изготавливают кристаллические решетки и коксовый газ. Из последнего делают углеводороды, которые идут на производство красок, лаков, линолеума и так далее.
Это далеко не все области применения, которыми может похвастаться каменный уголь. С каждым днем добыча и использование этого полезного ископаемого растут, поэтому и увеличиваются возможности его внедрения.
Сферы применения
Около 25% потребляемого объема каменного угля используется для технологических целей на промышленных предприятиях. Его перерабатывают либо применяют как сырье для производства кокса. Остальные 75% идут на выполнение энергетических задач. При этом больше половины этого объема используется в тепловых электрических станциях, а оставшаяся часть – в районных и промышленных котельных, а также для коммунально-бытовых, сельскохозяйственных, строительных и иных нужд.
Каменный уголь востребован во многих странах мира. С каждым годом объемы его использования только возрастают.
Таблица потребления каменного угля согласно последним статистическим данным (за 2015 год)
Таким образом, на первом месте по потреблению находится Китай, а Россия занимает пятую позицию.
Для наглядности, ниже представлены статистические данные о добыче каменного угля по всему миру в миллионах тонн.
Таблица добычи каменного угля согласно последним статистическим данным (за 2015 год)
Как и в таблице по потреблению, первое место по добыче занимает Китай. Россия расположилась на 6 месте.
А теперь перечислим основные сферы применения каменного угля:
- Для отопления
- Для удобрения почвы
- Для получения жидкого топлива
- Другие области использования
Ниже мы расскажем более подробно о каждом предназначении.
Для отопления
Основное применение каменного угля – это отопление зданий и помещений. Его используют и для печного отопления частных домов, и для промышленных котельных.
У нас вы можете купить каменный уголь для:
- Промышленных котлов
- Домашних котлов
Пройдя по ссылкам, вы сможете узнать, какой именно вид топлива подходит для домашнего и промышленного отопления.
В этой сфере каменный уголь обладает массой преимуществ:
- Одна закладка топлива в котел горит в течение 10-12 часов.
- Сырье можно использовать и в стационарных печках, и в переносных котлах.
- У каменного угля высокая теплота сгорания – лучшим считается тот, у которого показатель теплоотдачи выше 4700 ккал/кг.
- Топливо легко перевозить и хранить.
- Для отопления каменным углем не нужно сооружать сложные конструкции. Так, например, для газа прокладывают газопровод, для электрического отопления – электрическую сеть. В случае с углем все это не требуется.
Рассматривая преимущества использования каменного угля, нельзя не сказать о том, что при сгорании из него образуются парообразные и газообразные летучие продукты. Они негативно влияют на окружающую среду. При сгорании можно увидеть серовато-желтый, светло-серый или темно-серый дым. У древесного топлива он легкий и поднимается вверх, а у каменного угля он более темный и тяжело рассеивается в атмосферных слоях.
Негативные последствия использования каменного угля проявляются тем, что в почве оседают вредные соединения. Затем они попадают в растительные культуры, а потом по пищевой цепочке в организм животных и человека. Поэтому применение каменного угля низкого качества может негативно сказаться на здоровье людей. По этой причине перед продажей материал проверяются специалистами Роспотребнадзора.
Для того чтобы отопление каменным углем было эффективным, при выборе учитывается много факторов:
- Площадь объекта
- Толщина и материал стен
- Тип и состояние дверей и окон
- Вид котла или печи
- Схема закладки сырья
- Продолжительность холодного периода и температура в регионе
Для удобрения почвы
Для почвы каменный уголь используют в виде золы. Ее вносят при выращивании растений, которые сильно нуждаются в сере.
К культурам, которые можно удобрять золой каменного угля, относятся:
- Лук
- Горчица
- Бобовые
- Чеснок
- Капуста
- Хрен
- Редька
При внесении угольной золы нужно учитывать, что в глинистые и тяжелые грунты ее вкапывают на глубину 20 см. Из-за вымывания осадками ее вносят в глинистые почвы под зиму, а в песчаные – весной.
Каменноугольное удобрение применяют в виде:
- Раствора
Он готовится следующим образом: на 10 л воды добавляют 100 г угольной золы. Им поливают растения под корень. Перед применением раствор обязательно нужно разболтать, так как на дне емкости образуется осадок. - Настоя
10-литровое ведро наполняют на 1/3 золой и до краев наливают горячую воду. Смесь настаивают 2 дня, процеживают и используют для опрыскивания или внекорневой подкормки огородных и садовых культур. - Сухого удобрения
Его вносят не более 3 кг на 100 м2, раскидывая по участку и перекапывая на глубину минимум 10 см.
Подкормка каменным углем содержит сульфиты, которые могут негативно повлиять на растения. Но сульфиты под воздействием кислорода окисляются, и отрицательное воздействие нивелируется. По этой причине золу после сгорания сразу не вносят, а просеивают и просушивают в сухом месте около 7-10 дней. После этого ее нужно или сразу вносить, или хранить в герметично закрытой таре.
В золе каменного угля содержатся окислы кремния, благодаря которым можно разрыхлить тяжелые глинистые и мокрые земли. Они усиливают структуру однородного грунта, увеличивая его влагопропускную способность и плодородие. Еще одной важной особенностью считается практически полное отсутствие хлора, который в больших количествах губительно воздействует на растения.
Каменноугольное удобрение не используется в песчаных грунтах и земле с высокой кислотностью. Дело в том, что в нем много серы, которая преобразуется в соли серной кислоты и способствует повышению кислотности. Рекомендуется сочетать золу с органическими (навоз, помет, перегной), аммониевыми и содержащими кальций подкормками.
Стоит отметить, что вносить золу каменного угля нужно в объеме не больше 5% от общей массы земли. Дело в том, что после сгорания в ней образуются тяжелые металлы и радиоактивные элементы. Избыточное внесение может привести к накоплению этих веществ, которые поглотят растения. Таким образом, только соблюдая пропорции, можно повысить плодородность грунта без вреда для растений.
О том, как еще можно улучшить плодородность земли, читайте на странице Плодородие почвы: как его сохранить и повысить.
Для получения жидкого топлива
Главная проблема при использовании каменного угля – это много остаточных продуктов горения. Это привело к тому, что ученые создали способы получения жидкого топлива из угля. Такой синтетический топливный продукт имеет более удобную форму сжигания и не содержит много вредных компонентов.
Есть два проверенных способа:
- Гидрогенизация
- Газификация
Далее мы рассмотрим каждый способ.
Гидрогенизация
Для получения 800 кг топлива берут 1 т каменного угля. Для процесса главное, чтобы в угле содержалось 35% летучих элементов. Процесс гидрогенизации предполагает, что в уголь добавляют недостающий водород. С этой целью сырье помещают в автоклав и нагревают. Внутри температура составляет 500°С, а давление – 200 Бар. При такой методике получения жидкого топлива сырье проходит в автоклаве две фазы – жидкую и паровую. Уголь насыщается водородом, и происходит распад сложных органических соединений на простые. На выходе получается синтетический бензин или дизельное топливо. Теперь можно понять, насколько сложно такое производство. Самостоятельно наладить его не получится.
Газификация
Она представляет собой разложение твердотопливной продукции на газы. Для получения топлива их потом трансформируют в жидкий вид. Есть несколько способов газификации угля.
Первый метод – Фишера-Тропша. Он трудоемок и требует наличия сложного оборудования. Это нерентабельно, потому как тратится много каменного угля. И получается, что готовый бензин купить куда дешевле. К тому же, в процессе газификации выделяется огромное количество углекислого газа, а это небезопасно.
Второй способ – термический. Он подразумевает нагрев сырья без кислорода. Для него тоже нужно специальное оборудование, поскольку температура трансформации угля в газ равна 1200°С. Главное преимущество термической газификации состоит в том, что одна часть газа идет на подогрев сырья, а другая на синтезирование топлива. Это минимизирует затраты, ведь каменный уголь подогревает себя сам.
Все способы получения топлива из каменного угля организуются только в промышленных условиях. Дома это сделать невозможно и совсем небезопасно.
Другие области использования
Каменный уголь нашел свое применение и в других областях.
После первичной переработки из него получают:
- Кокс
- Каменноугольную смолу
- Аммиак
Затем на основе этого сырья изготавливают толуол, бензол, карбид кальция, нафталин, антрацен. В свою очередь эти компоненты входят в состав такой продукции как парфюмерные средства, растворители, пластмассы, лекарственные препараты, уксусная кислота, краски, взрывчатые вещества. То есть даже такие привычные нам духи, столовый уксус и некоторые лекарства – это производное каменного угля.
В остальных сферах жизни использовать каменный уголь нужно крайне осторожно. В некоторых случаях применять его нежелательно. Так, этот материал не подходит для мангала, на нем нельзя жарить шашлык, его не используют для розжига обычных костров, не добавляют в кальян. С чем это связано?
Дело в том, что у каменного угля высокая температура горения и большое содержание летучих веществ. А чтобы его разжечь своими силами, надо сильно постараться. К тому же, в материале есть примеси тяжелых металлов и опасных веществ. Да, их процент крайне мал, но он есть. По этой причине, кстати, не стоит давать золу каменного угля в качестве подкормки животным. В этом случае лучше использовать золу безопасного древесного угля.
Также каменный уголь не применяется в строительных и дорожных работах, в благоустройстве территории.
Каменный уголь – неотъемлемая часть нашей жизнедеятельности. Его использование оправдано в самых разных сферах, начиная от отопления, и заканчивая народным хозяйством и медициной.
Хотите узнать больше?
О том, что такое каменный уголь, какие у него есть виды и свойства, читайте на странице Каменный уголь.
Другие полезные статьи и советы по этому материалу вы найдете в разделе Все о каменном угле.
Хотите узнать, какой материал подойдет для ваших целей?
Тогда рекомендуем изучить нижеуказанные страницы. На них вы найдете подробную информацию о том, как выбрать каменный уголь для тех или иных работ.
- Каменный уголь для домашних котлов
- Каменный уголь для промышленных котлов
Источник
Основное применение каменного угля заключается в сжигании для выработки электроэнергии.
Это использование обеспечивает около 40% мировой электроэнергии. Такие страны, как Южная Африка, использует уголь для выработки 94% своей электроэнергии, а Китай и Индия используют это полезное ископаемое для восполнения до 70-75% своих потребностей в электроэнергии.
Применение угля обеспечивает доступ к электричеству тем, кто раньше его не имел, что способствует повышению качества жизни и сокращению бедности в этих регионах. Однако эти виды энергии производят большое количество различных загрязнителей, что снижает качество воздуха и способствует изменению климата.
Уголь является самым распространенным ископаемым топливом на Земле, его месторождения широко распространены. Он состоит из разных растительных материалов и в процессе углефикации, который происходит в течение длительного периода времени.
Существует способ классификации угля, который делится на различные категории соответственно различным значениям нагрева, бурый уголь также называется бурый, суббитуминозный, битуминозный и, наконец, антрацитовый.
Сжигание огромного количества каменного угля
Угольные электростанции требуют огромных объемов этого ископаемого.
Шокирующе: на угольном заводе мощностью 1000 МВт в сутки используется 9000 тонн, что эквивалентно всей нагрузке поезда (90 вагонов по 100 тонн в каждом!). Количество ископаемого, используемого в течение всего года, потребовало бы 365 поездов, и если длина каждого из них составляет 1 км, то один поезд, перевозящий весь этот уголь, должен был бы составлять около 365 км; примерно такое же расстояние, как от Москвы до Смоленска. Если этот поезд проходил бы мимо вашего дома со скоростью 40 километров в час, потребуется почти 10 часов!
Переработка этого угля в конечную цель электричество является многогранным процессом:
- Уголь должен быть выгружен из поезда.Традиционный способ для этого требует использования кранов, собирающих материал из вагонов, однако новые заводы имеют пол под железнодорожными путями, позволяя быть сброшенным в подземное хранилище. Делая это, даже не требуется останавливать движение! Многие угольные электростанции строят там где добывают уголь, так чтобы его не нужно было перевозить поездом.
- После выгрузки полезное ископаемое затем измельчают в мелкий порошок с помощью большой дробилки. Это обеспечивает почти полное сжигание, чтобы максимизировать отдачу тепла и минимизировать загрязняющие вещества.
- Затем пылеугольный уголь вводится в котел, где происходит сжигание и обеспечивается теплом электростанция. Это тепло передается трубам, содержащим воду высокого давления, которая кипит выделяя пар.
- Затем пар проходит через турбину, в результате чего она быстро вращается, которая в свою очередь вращает генератор, производя электричество. Электричество может затем быть введено в электрическую сеть для использования обществом.
Для завершения этого процесса угольные электростанции следуют по циклу Ранкина (цикл преобразования тепла в работу за счет водяного пара). Поскольку этот процесс требует много воды, чтобы участвовать в этом цикле, электростанции должны быть расположены недалеко от воды.
Экологические последствия применения угля
Угольные электростанции имеют много связанных с этим экологических последствий для местной экосистемы.
Загрязнение воздуха
При сжигании каменного угля выделяется много загрязняющих веществ – оксидов азота (NOx) и серы (SOx) – и твердых частиц. Они также выбрасывают парниковые газы, такие как углекислый газ (CO2) и метан (CH4), которые, как известно, способствуют глобальному потеплению и изменению климата. Для того уменьшить выброс, электростанции требуют технологии для уменьшения выхода этих вредных молекул.
Использование воды
Использование воды влечет загрязнение.
Большое количество воды часто необходимы для удаления примесей из угля. Например, в Китае для этого процесса используется около одной пятой воды, используемой в угольной промышленности. Этот процесс помогает уменьшить загрязнение воздуха, так как он исключает около 50% золы в угле. Это приводит к уменьшению производства диоксида серы (SOx), а также к уменьшению выбросов двуокиси углерода (CO2) из-за более высокой тепловой эффективности.
Когда электростанции удаляют воду из окружающей среды, рыба и другая водная жизнь могут быть затронуты, наряду с животными, полагающимися на эти источники. Загрязняющие вещества также накапливаются в воде, используемой электростанциями, поэтому, если эта вода будет сброшена обратно в окружающую среду, она может нанести вред дикой природе.
Сброс воды с электростанций и промывка угля требует мониторинга и регулирования.
Мировое производство электроэнергии
Доля мирового производства электроэнергии в большей степени зависит от применения угляи его энергоемкости.
Энергоемкость
Начальным источником энергии угля является солнечная энергия, потому что именно она сохранилась в мертвой растительной материи. Каменный уголь сжигается в присутствии атмосферного кислорода. Такая повышенная температура позволяет осуществлять химическую реакцию между топливом и кислородом в атмосфере, образующим углекислый газ (CO2). Поскольку каменный уголь также содержит атомы водорода, сжигание образует некоторый водяной пар в качестве продукта (H2O). Производство CO2 ведет к изменению климата, однако именно производство CO2 делает его таким полезным топливом. CO2 представляет собой наименьшее энергетическое состояние атома углерода в атмосфере, содержащей кислород, поэтому переход от топлива (углерода в угле) и атмосферного кислорода к CO2 позволяет получить максимальное количество энергии из топлива. Энергетическое содержание ископаемого варьируется вместе с его зрелостью (старее лучше), как видно из таблицы ниже, антрацит имеет наибольшее энергетическое содержание из всех типов.
- Тип угля Энергетическое содержание (МДж/кг)
Антрацит 31.38-36.261
Битумный 25.569-34.867
Полубитуминозный 19.293 – 30.218
Лигнит 12.784 – 19.293
Способы добычи угля
Существуют способы добычи угля которые разработала горнодобывающая промышленность.
Если ископаемое находится на глубине до 100 метров применяется карьерный способ – самый дешевый способ добычи угля. Этот способ позволяет добывать 60% мирового применения в настоящее время. Тонкий верхний слой породы (обычно всего несколько метров) убирается, чтобы был доступ к угольным пластам толщиной 50-100 метров.
Если глубоко, то роются шахты и добывается подземным способом.
Лучшим считается каменный уголь, добытый подземным способом.
Однако, добыча подземным способом представляет собой серьезную угрозу для здоровья непосредственно вовлеченных горняков. Эти риски включают заболевание пневмокониоза легких рабочих, вызванное долгосрочным воздействием угольной пыли.
Кроме карьерного и шахтного способа добычи существуют и другие.
Это гидравлический способ с помощью давления воды или с помощью сжатого воздуха.
Виброимпульсный – путем удара специальным оборудованием. Однако эти способы не нашли широкого применения ввиду дороговизны.
Объем эмиссии вреда окружающей среде
Помимо воздействия на здоровье человека применение каменного угля представляет собой серьезные последствия для окружающей среды и для экологии в целом. Исчезновение ручьев, изменение естественных водостоков, загрязнение воды, дополнительная эрозия и кислотные стоки в поверхностные воды являются лишь некоторыми из потенциальных последствий.
В мире вводится в действие Закон о контроле над поверхностной добычей полезных ископаемых и мелиорации, в соответствии с которым полоса добытых земель должна быть возвращена к первоначальной биотической продуктивности.
Как и все ископаемое топливо, уголь испускает углекислый газ при его сжигании. Фактически, ископаемое является ответственным за выброс большой части углекислого газа. Кроме того, большинство этого полезного ископаемого также содержит определенное количество других элементов, таких как сера, ртуть, а иногда и литий. Горение приводит к образованию NOx и SOx.
Источник