Skaly

Uhlie



Čo je to uhlie a ako sa tvorí?


Asfaltové uhlie: Bitúmenové uhlie je zvyčajne pásmová sedimentárna hornina. Na tejto fotografii vidíte svetlé a matné pásy uhlia, ktoré sú orientované horizontálne naprieč vzorkou. Svetlé pásy sú dobre zachovalým drevným materiálom, ako sú vetvy alebo stonky. Matné pásy môžu obsahovať minerálny materiál umytý do močiaru prúdmi, aktívnym uhlím produkovaným požiarmi v močiari alebo degradovanými rastlinnými materiálmi. Táto vzorka má priemer približne tri palce (7,5 cm). Foto geologického a ekonomického prieskumu Západnej Virgínie.

Čo je to uhlie?

Uhlie je organická sedimentárna hornina, ktorá sa tvorí akumuláciou a konzerváciou rastlinných materiálov, zvyčajne v bažinovom prostredí. Uhlie je horľavá hornina a spolu s ropou a zemným plynom je jedným z troch najdôležitejších fosílnych palív. Uhlie má široké využitie; Najdôležitejšie využitie je na výrobu elektriny.

Prostredie tvoriace uhlie: Zovšeobecnená schéma močiara, znázorňujúca, ako sa hĺbka vody, podmienky ochrany, typy rastlín a produktivita rastlín môžu meniť v rôznych častiach močiara. Tieto variácie prinesú rôzne druhy uhlia. Ilustrácia geologického a ekonomického prieskumu Západnej Virgínie.

rašelina: Množstvo nedávno nahromadené do čiastočne karbonizovaných zvyškov rastlín. Tento materiál je na ceste k tomu, aby sa stal uhlím, ale zdroj zvyškov rastlín je stále ľahko rozpoznateľný.

Sady minerálov a minerálov: Získajte súpravu pre horniny, minerály alebo fosílie, aby ste sa dozvedeli viac o materiáloch Zeme. Najlepším spôsobom, ako sa dozvedieť viac o skalách, je mať k dispozícii vzorky na testovanie a vyšetrenie.

Ako sa tvorí uhlie?

Uhlie sa tvorí z hromadenia úlomkov rastlín, zvyčajne v bažinovom prostredí. Keď rastlina zomrie a spadne do močiara, stojatá voda v močiari ju chráni pred rozpadom. V bažinatých vodách je zvyčajne nedostatok kyslíka, ktorý by reagoval s úlomkami rastlín a spôsobil by ich rozpad. Tento nedostatok kyslíka umožňuje zvyšky rastlín. Okrem toho hmyz a iné organizmy, ktoré môžu konzumovať zvyšky rastlín na zemi, neprežívajú dobre pod vodou v prostredí s nedostatkom kyslíka.

Aby sa vytvorila hrubá vrstva zvyškov rastlín, ktoré sú potrebné na výrobu uhoľného švu, musí byť miera akumulácie zvyškov rastlín vyššia ako rýchlosť rozkladu. Keď sa vytvorí hrubá vrstva rastlinných zvyškov, musí sa zakopať o sedimenty, ako sú blato alebo piesok. Zvyčajne sa do močiara umyjú povodňou. Hmotnosť týchto materiálov zhutňuje zvyšky rastlín a pomáha pri ich premene na uhlie. Asi desať stôp rastlinných zvyškov sa zhutní do jednej stopy uhlia.

Zvyšky rastlín sa hromadí veľmi pomaly. Zhromaždenie desiatich stôp rastlinných zvyškov bude teda trvať dlho. Päťdesiat stôp rastlinných zvyškov potrebných na výrobu päťstopého hrubého uhoľného švu by si vyžadovalo akumuláciu tisíce rokov. Počas tejto dlhej doby musí hladina vody v močiari zostať stabilná. Ak je voda príliš hlboká, rastliny v močiari sa utopia a ak nie je zachovaná vodná pokrývka, úlomky rastlín sa rozpadnú. Aby sa vytvoril uhoľný šev, musia sa po veľmi dlhú dobu udržiavať ideálne podmienky dokonalej hĺbky vody.

Ak ste šikovný čitateľ, pravdepodobne sa čudujete: „Ako sa môže päťdesiat stôp rastlinných zvyškov hromadiť vo vode, ktorá je len pár metrov hlboká?“ Odpoveď na túto otázku je hlavným dôvodom, že vytváranie uhoľného švu je veľmi neobvyklý jav. Môže sa vyskytnúť iba za jednej z dvoch podmienok: 1) stúpajúca hladina vody, ktorá dokonale drží krok s rýchlosťou nahromadenia zvyškov rastlín; alebo 2) ustupujúca krajina, ktorá dokonale drží krok s rýchlosťou akumulácie zvyškov rastlín. O väčšine uhelných slojov sa predpokladá, že sa vytvorili v podmienkach č. 2 v prostredí delta. Na delte sa na malej ploche zemskej kôry ukladá veľké množstvo riečnych sedimentov a ich pokles spôsobuje hmotnosť.

Aby sa mohol tvoriť uhoľný šev, musia sa v krajine, ktorá udržiava túto perfektnú rovnováhu po veľmi dlhú dobu, vyskytovať dokonalé podmienky akumulácie zvyškov rastlín a dokonalé podmienky poklesu. Je ľahké pochopiť, prečo sa podmienky na tvorbu uhlia vyskytli iba v priebehu histórie Zeme len niekoľkokrát. Tvorba uhlia si vyžaduje zhodu vysoko nepravdepodobných udalostí.

hodnosť
(Od najnižšej
na najvyššiu)
vlastnosti
rašelinaMnožstvo nedávno nahromadené do čiastočne karbonizovaných zvyškov rastlín. Rašelina je organický sediment. Pohreb, zhutnenie a koalifikácia ho zmení na uhlie, skalu. Obsah uhlíka je nižší ako 60%, vztiahnuté na sušinu bez popola.
hnedé uhlieLignit je najnižšou úrovňou uhlia. Je to rašelina, ktorá sa zmenila na horninu a hornina je hnedočierne uhlie. Lignit niekedy obsahuje rozpoznateľné rastlinné štruktúry. Podľa definície má výhrevnosť menšiu ako 8300 britských tepelných jednotiek za libru bez minerálov. Má obsah uhlíka od 60 do 70%, vztiahnuté na sušinu bez popola. V Európe, Austrálii a Veľkej Británii sa niektoré hnedé uhlie na nízkej úrovni nazývajú „hnedé uhlie“.
Sub bitúmenovéSub bitúmenové uhlie je hnedé uhlie, ktoré bolo vystavené zvýšenej úrovni organického metamorfizmu. Tento metamorfizmus odviedol časť kyslíka a vodíka v uhlí. Táto strata produkuje uhlie s vyšším obsahom uhlíka (71 až 77% bez sušiny). Sub bitúmenové uhlie má výhrevnosť medzi 8300 a 13000 britských tepelných jednotiek na libru bez minerálov. Na základe výhrevnej hodnoty je rozdelená do sub bitúmenových A, bitúmenových B a sub bitúmenových radov C.
asfaltovýAsfalt je najhojnejšou radou uhlia. To predstavuje asi 50% uhlia vyprodukovaného v Spojených štátoch. Bitúmenové uhlie sa vytvára vtedy, keď je bitúmenové uhlie vystavené zvýšeným hladinám organického metamorfizmu. Obsah uhlíka je medzi 77 a 87% v suchom stave bez popola a výhrevnosť je oveľa vyššia ako uhoľné uhlie alebo sub-bitúmenové uhlie. Na základe prchavého obsahu sú bitúmenové uhlie rozdelené na málo prchavé bitúmenové, stredne prchavé bitúmenové a vysoko prchavé bitúmenové. Bitúmenové uhlie sa často označuje ako „mäkké uhlie“; toto označenie je však laikovým termínom a nemá nič spoločné s tvrdosťou skaly.
antracitAntracit je najvyššou úrovňou uhlia. Na rozdiel od iných druhov uhlia sa zvyčajne považuje za metamorfovanú horninu. Má obsah uhlíka viac ako 87%, vztiahnuté na sušinu bez popola. Antracitové uhlie má všeobecne najvyššiu výhrevnosť na tonu bez minerálov. Na základe obsahu uhlíka sa často delí na semi-antracit, antracit a meta-antracit. Antracit sa často označuje ako „čierne uhlie“; je to však laikovský termín a nemá nič spoločné s tvrdosťou skaly.

Antracitové uhlie: Antracit je najvyššou úrovňou uhlia. Má žiarivý lesk a zlomí sa s polokonvukóznou zlomeninou.

Čo je uhlie „Rank“?

Zvyšky rastlín sú v porovnaní s minerálnymi materiálmi, ktoré tvoria iné horniny, krehkým materiálom. Pretože úlomky rastlín sú vystavené teplu a tlaku pohrebiska, mení sa zloženie a vlastnosti. „Poradie“ uhlia je mierou toho, koľko zmien sa udialo. Niekedy sa pre túto zmenu používa termín „organický metamorfizmus“.

Na základe zloženia a vlastností sa uhlie zaraďuje do postupného stupňa, ktorý zodpovedá úrovni organického metamorfizmu. Základný postupný postup je zhrnutý v tabuľke.

lignit: Najnižšia hodnota uhlia je „lignit“. Je to rašelina, ktorá bola stlačená, odvodnená a vylisovaná do skaly. Často obsahuje rozpoznateľné štruktúry rastlín.

Aké sú použitia uhlia?

Výroba elektriny je v Spojených štátoch primárnym využívaním uhlia. Väčšina uhlia vyťaženého v Spojených štátoch sa prepravuje do elektrárne, drví sa na veľmi malú veľkosť častíc a spaľuje. Teplo z horiaceho uhlia sa používa na výrobu pary, ktorá premieňa generátor na výrobu elektriny. Väčšina elektrickej energie spotrebovanej v Spojených štátoch sa vyrába spaľovaním uhlia.

Elektráreň na uhlie: Fotografie elektrárne, kde sa spaľuje uhlie na výrobu elektriny. Tri veľké komíny sú chladiace veže, v ktorých sa voda použitá v procese výroby elektrickej energie ochladzuje pred opätovným použitím alebo uvoľnením do životného prostredia. Prúdom emisií z najsprávnejšieho komína je vodná para. Produkty spaľovania spaľovaním uhlia sa uvoľňujú do vysokého tenkého komína vpravo. V tomto komíne sú rôzne chemické sorbenty, ktoré absorbujú znečisťujúce plyny produkované počas procesu spaľovania. Autorské práva na obrázky iStockphoto / Michael Utech.

Uhlie má mnoho ďalších použití. Používa sa ako zdroj tepla pre výrobné procesy. Napríklad tehly a cement sa vyrábajú v peciach zahrievaných spaľovaním prúdu práškového uhlia. Uhlie sa tiež používa ako zdroj energie pre továrne. Tam sa používa na zohrievanie pary a para sa používa na pohon mechanických zariadení. Pred niekoľkými desaťročiami sa väčšina uhlia používala na vykurovanie miestností. Niektoré uhlie sa stále používa týmto spôsobom, ale namiesto neho sa teraz používajú iné palivá a elektrina vyrobená z uhlia.

Výroba koksu zostáva dôležitým využitím uhlia. Koks sa vyrába zahrievaním uhlia za kontrolovaných podmienok v neprítomnosti vzduchu. Tým sa odstraňujú niektoré prchavé materiály a koncentruje sa obsah uhlíka. Koks sa potom používa ako palivo s vysokým obsahom uhlíka na spracovanie kovov a na iné účely, kde je potrebný plameň s vysokou horľavosťou.

Uhlie sa používa aj pri výrobe. Ak sa zahrieva uhlie, vzniknuté plyny, dechty a zvyšky sa môžu použiť v mnohých výrobných procesoch. Plasty, strešná krytina, linoleum, syntetický kaučuk, insekticídy, výrobky z farieb, lieky, rozpúšťadlá a syntetické vlákna obsahujú všetky zlúčeniny získané z uhlia. Uhlie sa môže premieňať aj na kvapalné a plynné palivá; tieto použitia uhlia sú však hlavne experimentálne a vykonávajú sa v malom rozsahu.

Pozri si video: Uhlie vo svete (August 2020).