入り口石炭の産地。 石炭についてのメッセージ
ほぼ200年前、ロシアの天才科学者M.V.ロモノーソフは、現在の泥炭の形成方法と同様に、植物の残骸から化石石炭が形成されることを完全に正しく説明しました。 ロモノーソフはまた、泥炭が石炭に変化するために必要な条件、すなわち「自由空気のない」植生の分解、地球内部の高温、および「屋根の重さ」、つまり岩石の圧力についても指摘した。
泥炭ができるまでには非常に長い時間がかかります 石炭。 泥炭が沼地に蓄積し、沼地の上からはますます多くの植物が生い茂っています。 深部では、泥炭は絶えず変化しています。 複雑な 化学物質植物が構成されているものは、より単純なものに分解されます。 一部は溶けて水とともに運び去られ、もう一方は水の中に入ります。 気体状態: 二酸化炭素と照明ガス - メタン (同じガスが当社のストーブで燃焼します)。 すべての泥炭湿原に生息する菌類と細菌は、石炭の形成に主要な役割を果たします。 それらは植物組織の分解を助けます。 泥炭のこうした変化の過程で、最も残留性の高い物質である炭素が泥炭中に蓄積します。 泥炭が変化すると、炭素がますます豊富になります。
泥炭中の炭素の蓄積は酸素が利用できずに起こります。そうでないと、炭素は酸素と結合して完全に二酸化炭素になって蒸発してしまいます。 結果として生じる泥炭の層は、最初にそれらを覆う水によって空気の酸素から隔離され、次に新たに出現する泥炭の層によって隔離されます。
このようにして、泥炭が化石炭に変わるプロセスが徐々に発生します。 化石炭には主にいくつかの種類があります:褐炭、褐炭、硬炭、無煙炭、ボグヘッドなど。
泥炭に最も似ているのは亜炭、つまりそれほど古い起源ではない褐炭です。 その中には植物、主に木材の残骸がはっきりと見えます（そのため、「木の」を意味する「褐炭」という名前が付けられました）。 亜炭は木質泥炭です。 現代の温帯泥炭湿原では、泥炭は主にピートモス、スゲ、アシから形成されますが、亜熱帯では グローブたとえば、米国フロリダ州の森林に覆われた湿地では、化石褐炭に非常によく似た木質泥炭も形成されます。
植物の破片がさらに分解され、変質すると、褐炭が生成されます。 その色は濃い茶色または黒です。 それは褐炭よりも強いですが、木の残骸はあまり見られず、識別するのがより困難です。 褐炭は炭素が豊富であるため、燃焼すると褐炭よりも多くの熱を発生します。 褐炭は時間の経過とともに必ずしも硬炭に変わるわけではありません。 モスクワ盆地の褐炭は、モスクワの硬炭と同じ年齢であることが知られています。 西斜面ウラル山脈（キゼロフスキー盆地）。 褐炭が硬炭に変わるプロセスは、褐炭の層がより深い地平線に下降するときにのみ発生します。 地球の地殻または造山過程が発生します。 褐炭を硬炭または無煙炭に変えるには、地球の腸内で非常に高い温度と高圧が必要です。 石炭では、植物の残骸は顕微鏡でのみ見ることができます。 重く、光沢があり、多くの場合非常に強いです。 一部の種類の石炭は、それ自体、または他の種類の石炭と一緒にコークス化され、コークスになります。
炭素の最大量には、黒く光沢のある石炭、無煙炭が含まれています。 植物の残骸は顕微鏡でしか見つけることができません。 無煙炭は燃焼すると、他のすべての種類の石炭よりも多くの熱を発生します。
ボグヘッドは、貝殻状の破面を持つ緻密な黒色の石炭です。 乾留すると得られる たくさんのコールタール - 化学産業にとって貴重な原料。 ボグヘッドは藻類と腐葉土から形成されます。
石炭が地球の地層に長く存在するほど、より多くの圧力と深熱にさらされるほど、より多くの炭素が含まれます。 無煙炭には約 95% の炭素が含まれ、褐炭には約 70% の炭素が含まれ、泥炭には 50 ～ 65% の炭素が含まれます。
泥炭が最初に蓄積する沼地では、通常、粘土、砂、およびさまざまな溶解物質が水とともに落下します。 それらは泥炭中に鉱物不純物を形成し、石炭中に残ります。 これらの不純物は多くの場合、石炭層をいくつかの層に分割する中間層を形成します。 不純物は石炭を汚染し、採掘を困難にします。
石炭が燃焼すると、すべての鉱物不純物が灰の形で残ります。 石炭が良質であるほど、石炭に含まれる灰は少なくなります。 良質な石炭では数パーセントにすぎませんが、灰の量が 30 ～ 40% に達する場合もあります。 灰分が60％を超えると石炭は全く燃えず、燃料としては適しません。
石炭層はその組成だけでなく構造も異なります。 場合によっては、継ぎ目の厚さ全体が純粋な石炭で構成されています。 これは、粘土と砂で汚染された水がほとんど入らない泥炭湿原で形成されたことを意味します。 このような石炭はすぐに燃やすことができます。 多くの場合、石炭層は粘土層または砂層と交互になります。 このような炭層は複合石炭と呼ばれます。 たとえば、厚さ 1 m の層には、厚さ数センチメートルの粘土層が 10 ～ 15 層含まれていることがよくありますが、純粋な石炭は 60 ～ 70 cm しか占めません。 さらに、石炭は非常に高品質である可能性があります。
外来不純物の含有量が低い石炭から燃料を得るために、石炭は濃縮されます。 鉱山から出た石はすぐに加工工場に送られます。 そこでは、鉱山から抽出された岩石が特別な機械で細かく砕かれ、その後すべての粘土の塊が石炭から分離されます。 粘土は常に石炭より重いため、石炭と粘土の混合物は水流で洗浄されます。 ジェットの力は、石炭を運び去り、より重い粘土が底に残るように選択されます。 次に、水と石炭を細かい格子に通します。 水が排出され、すでにきれいで粘土粒子がなくなった石炭が火格子の表面に集まります。 この種の石炭は濃縮石炭と呼ばれます。 中には灰がほとんど残りません。 石炭中の灰は有害な不純物ではなく、鉱物であることが判明することがあります。 たとえば、小川や河川によって湿地に運ばれた細かい粘土質の泥は、貴重な耐火粘土の層を形成することがよくあります。 特別に開発されたもの、または石炭を燃焼した後に残る灰を収集し、磁器食器などの製造に使用されます。 灰の中に石炭が見つかることもあります。
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石炭は古くから人類の唯一のエネルギー源ではなく、広く利用されてきました。 時々、それは石に保存された太陽エネルギーと比較されます。 暖房や給湯のための熱を得るために燃やされ、火力発電所で電気に変換され、金属の製錬に使用されます。
新しい技術の開発により、私たちは石炭を燃やしてエネルギーを生産するためだけでなく使用することを学びました。 化学産業は、レアメタルであるガリウムとゲルマニウムの生産技術を習得することに成功しました。 そこから炭素含有量の高いカーボングラファイト複合材料を抽出し、 気体燃料カロリーが高いため、プラスチックの製造技術が開発されています。 最低品位の石炭、その非常に細かい留分および石炭粉塵が処理され、暖房用として優れています。 生産施設そして民家。 石炭の化学処理を使用して合計 400 種類以上の製品が製造されており、そのコストは元の製品の数十倍になる場合があります。
人々は、化学産業の発展と希少資源の需要に伴い、エネルギーの取得と変換のための燃料として石炭を数世紀にわたって積極的に利用してきました。 貴重な資料他の産業でも石炭の需要が増加しています。 そのため、新しい鉱床の探査が集中的に行われ、採石場や鉱山が建設され、原材料加工企業が建設されています。
石炭の起源について簡単に説明すると、
私たちの地球では、何百万年も前、湿潤な気候の中で植物が急速に発達しました。 それから2億1000万年…2億8000万年が経過しました。 何千年、何百万年もの間、何十億トンもの植物が枯れ、沼の底に堆積し、堆積物の層で覆われました。 水、砂、その他の岩石の強力な圧力下、時にはマグマの接近による高温下で、酸素のない大気中でゆっくりと分解すると、この植物の層が石化し、徐々に変性してさまざまな石炭が生成されました。炭化の程度。
ロシアの主な鉱床と石炭採掘
地球には 15 兆トン以上の石炭が埋蔵されています。 最大の鉱山生産量は石炭で、一人当たり約 0.7 トン、年間 26 億トン以上です。 ロシアでは硬炭が入手可能です さまざまな地域。 彼は持っています 異なる特性、特徴と奥深さ。 以下に、最大かつ最も開発に成功した石炭盆地を示します。
シベリアおよび極東の鉱床の積極的な利用は、ヨーロッパの工業地域からの距離によって制限されています。 ロシア西部のペチェルスク石炭盆地とドネツク石炭盆地でも、優れた性能を持つ石炭が採掘されています。 で ロストフ地方地元の鉱床は積極的に開発されており、その中で最も有望なものはグコフスコエです。 これらの鉱床から硬炭を処理すると、高品質グレードの硬炭、無煙炭 (AS および AO) が生成されます。
石炭の主な品質特性
産業が異なれば、必要な石炭グレードも異なります。 その定性的指標は、同じマーキングを持つものの間でも大きく異なり、主に堆積物に依存します。 したがって、企業は石炭を購入する前に、次の物理的特性をよく理解します。
石炭は濃縮度に応じて次のように分類されます。
- — 濃縮物（加熱のために燃焼） 蒸気ボイラー電気の入手）。
- — 冶金産業で使用される工業製品。
- — スラッジは実際には、岩石を破砕した後の細かい部分（最大 6 mm）および粉塵です。 このような燃料を燃やすのは問題があるため、それから練炭が形成され、優れた性能特性を持ち、家庭用固体燃料ボイラーに使用されます。
炭化度別：
- — 褐炭は部分的に形成された硬炭です。 燃焼熱が低く、輸送や保管中に崩れやすく、自然発火する傾向があります。
- - 石炭。 さまざまなブランド（品種）があり、 異なる特性。 冶金、エネルギー、住宅および公共サービスなど、幅広い用途があります。 化学工業等々。
- — 無煙炭は最高品質の石炭です。
泥炭と石炭を比較すると、石炭の方が発熱量が高くなります。 最も 弱火褐炭の燃焼、無煙炭の燃焼が最も高い。 しかし、経済的実現可能性に基づくと、単純石炭の需要は非常に高い。 価格と燃焼比熱の最適な組み合わせを備えています。
石炭にはさまざまな特性がありますが、暖房用の石炭を選択する際にそのすべてが重要であるとは限りません。 この場合、重要なのは、灰分、湿度、灰分などの重要なパラメータだけを知っておくことです。 比熱容量。 硫黄含有量が重要である可能性があります。 残りは加工用の原材料を選択するときに必要です。 石炭を選ぶときに知っておくべき重要なことは、石炭のサイズです。 大きな部分彼らはあなたに提供します。 このデータはブランド名で暗号化されます。
サイズ分類:
ブランドによる分類とその簡単な特徴:
石炭の銘柄、種類、分率などの特性に応じて保管されます。 違う時間。 (この記事には、埋蔵量と銘柄に応じた石炭の保存期間を示す表が含まれています)。
長期保管（6 か月以上）中の石炭の保護には特に注意を払う必要があります。 この場合、燃料が降水や直射日光から保護される特別な石炭小屋またはバンカーが必要です。
長期保管中の大量の石炭は、温度管理が必要です。これは、少量の石炭が湿気と高温と組み合わせて存在すると自然発火する傾向があるためです。 電子温度計と長いコードが付いた熱電対を購入し、石炭山の中心に埋め込むことをお勧めします。 一部の銘柄の石炭は非常に低い温度で自然発火するため、週に 1 ～ 2 回温度をチェックする必要があります。 高温：茶色 - 40〜60℃、残り - 60〜70℃ 無煙炭と半無煙炭の自然発火のケースはめったに発生しません（そのようなケースはロシアでは登録されていません）。
石炭は地球の形成過程で形成される堆積岩です。 石炭は優れた燃料です。 これが一番多いと思われます 古代の外観私たちの遠い祖先が使っていた燃料。
石炭はどのように形成されるのですか?
石炭を形成するには、大量の植物物質が必要です。 そして、植物が1か所に蓄積し、完全に分解する時間がない方がよいでしょう。 これに最適な場所は沼地です。 それらの水には酸素が少ないため、バクテリアの生存が妨げられます。
湿地には植物が蓄積します。 完全に腐る時間がないまま、その後の土壌堆積物によって圧縮されます。 これが、石炭の原料である泥炭が得られる方法です。 次の土壌層は泥炭を地面に封じ込めているようです。 その結果、酸素も水も完全に奪われ、炭層となります。 このプロセスは長いです。 したがって、現代の石炭埋蔵量のほとんどは古生代、つまり 3 億年以上前に形成されました。
石炭の特徴と種類
(褐炭)
石炭の化学組成は石炭の年代によって異なります。
最年少の種は褐炭です。 深さ約1kmのところにあります。 そこにはまだ大量の水分が含まれています - 約43％。 揮発性物質が多量に含まれています。 着火してよく燃えますが、発熱はほとんどありません。
硬炭は、この分類では一種の「中農民」です。 最大3kmの深さにあります。 上層の圧力が高いため、石炭中の水分は約12％少なくなり、揮発性物質は最大32％になりますが、炭素は75％から95％含まれます。 可燃性もありますが、よく燃えます。 そして、水分が少ないため、より多くの熱を与えます。
無煙炭- 古い品種。 深さ約5kmのところにあります。 炭素が多く含まれており、水分はほとんどありません。 無煙炭 - 固形燃料、うまく着火しませんが、 比熱燃焼量は最も高く、最大7400kcal/kgです。
(無煙炭)
ただし、無煙炭は変革の最終段階ではありません 有機物。 より厳しい条件にさらされると、石炭はシャンタイトに変化します。 より高い温度ではグラファイトが得られます。 そして、超高圧下では石炭がダイヤモンドに変わります。 植物からダイヤモンドに至るまで、これらの物質はすべて炭素でできており、分子構造が異なるだけです。
石炭には主な「成分」に加えて、さまざまな「岩石」が含まれることがよくあります。 これらは燃えずにスラグを形成する不純物です。 石炭には硫黄も含まれており、その含有量は石炭が形成される場所によって決まります。 燃えると酸素と反応して生成する 硫酸。 石炭の組成中の不純物が少ないほど、そのグレードは高くなります。
石炭鉱床
硬炭の場所は石炭盆地と呼ばれます。 世界には 3.6 千以上の石炭盆地が知られています。 その面積は地球の陸地面積の約15％を占めています。 世界の石炭埋蔵量に占める最大の割合は米国の 23% で、第 2 位はロシアの 13% です。 中国は11%で上位3カ国に迫っている。 世界最大の石炭鉱床は米国にあります。 これは、埋蔵量が1兆6,000億トンを超えるアパラチア石炭盆地です。
ロシア最大の石炭盆地はクズネツクです。 ケメロヴォ地域。 クズバスの埋蔵量は6400億トン。
ヤクート (エルギンスコエ) とトゥヴァ (エレゲストスコエ) の鉱床の開発は有望です。
石炭鉱業
石炭の産出深さに応じて、クローズド採掘またはオープン採掘のいずれかの方法が使用されます。
閉鎖または地下採掘方法。 この方法では、坑道と坑道が建設されます。 坑道は石炭の深さが 45 メートル以上の場合に建設されます。 そこから水平トンネルが通じています - 坑道です。
ルームアンドピラー マイニングとロングウォール マイニングの 2 つのクローズド マイニング システムがあります。 最初のシステムはあまり経済的ではありません。 発見された層が厚い場合にのみ使用されます。 2 番目のシステムは、より安全で実用的です。 これにより、岩石の最大 80% を抽出し、石炭を表面に均一に供給することができます。
開放法は石炭が浅く埋まっている場合に使用されます。 まず、土壌の硬さを分析し、土壌の風化の程度と被覆層の層状を判断します。 石炭層の上の土壌が柔らかい場合は、ブルドーザーとスクレーパーの使用で十分です。 上層が厚い場合は、掘削機や引き綱が持ち込まれます。 石炭の上にある硬い岩の厚い層が爆破されます。
石炭の応用
石炭の利用範囲は単純に膨大です。
石炭からは硫黄、バナジウム、ゲルマニウム、亜鉛、鉛が抽出されます。
石炭自体は優れた燃料です。
鉄精錬の冶金、鋳鉄や鋼の製造に使用されます。
石炭を燃やした後に得られる灰は建築資材の製造に使用されます。
石炭から特別な処理を経てベンゼンとキシレンが得られ、ワニス、塗料、溶剤、リノリウムの製造に使用されます。
石炭を液化すると第一級液体燃料が得られます。
石炭は黒鉛を製造するための原料です。 ナフタレンや他の多くの芳香族化合物も同様です。
石炭を化学処理した結果、現在では400種類以上の工業製品が得られています。
18世紀の有名なロシアの科学者ミハイロ・ロモノーソフは、その古代に、この鉱物が自然界でどのようにして生じたのかを定義しました。 つまり、石炭も泥炭などの植物の残骸から発生したのです。 ロモノーソフによれば、彼の学歴はいくつかの要因によって決定されたという。 第一に、植物の残骸は「自由空気」の参加なしで（つまり、酸素への自由なアクセスなしで）分解されました。 第二に、かなり高温の環境がありました。 そして第三に、「屋根の重さ」が影響しています。 高血圧 ロック。 これは太古の昔、まだ人類が地球上に存在していなかった時代に起こりました。
過ぎ去った日々のこと
いずれにせよ、石炭の形成の歴史は非常に遠い日の問題であるため、現代の科学者はそのプロセスを説明するために推測と仮定を行うことしかできません。 しかし今日、これはかなり正確に研究されています。 そして、それがどのように現れるか（予備原料からの形成）のメカニズムは科学で知られています。
泥炭から
無駄 高等植物泥炭は徐々に泥炭の塊となり、湿地帯に蓄積し、他の植物が生い茂り、徐々に深部に沈んでいきます。 泥炭湿原は深いところにあるため、常にその形状を変化させます。 化学組成(より複雑な化合物はより単純な化合物に変化し、崩壊します)。 水に溶けて洗い流されるものと、気体状態になるものがあります。 このようにしてメタンと二酸化炭素が沼地で発生し、これらの人里離れた場所の空気に独特の匂いを与えます。 このプロセスにおける重要な機能は、死んだ植物の組織のさらなる分解に寄与する菌類や細菌によって実行されます。
炭素
時間の経過とともに、進行中の改変の過程で、最も安定した炭化水素化合物が泥炭地に蓄積します。 そして、この炭化水素による泥炭塊の飽和はすべて酸素にアクセスすることなく実際に行われるため、炭素はガスにならず、揮発しません。 圧力が上昇すると、空気からの隔離と飽和が同時に起こります。石炭は泥炭から形成されます。 その形成には数十万年かかりますが、このプロセスはそれほど速くありません。 科学者によると、現在の埋蔵量と炭層のほとんどは古生代、つまり3億年以上前に生じました。
しかし、それだけではありません。
自然は、無煙炭自体が炭素含有量が最も高く（95パーセント以上）最も密度の高い石炭であり、植物の残骸で起こる変化の最終段階ではないと定めています。 環境。 シュンガイトは石炭からさらに厳しい条件下で生成される物質です。 グラファイトは同じ材料から高温で形成されます。 そして、超高圧を加えると、最も耐久性のある物質であるダイヤモンドが形成され、人類にとって工業的および芸術的価値の両方を持ちます。
しかし、奇妙なことに、植物からダイヤモンドに至るまで、これらの一見異なる物質はすべて炭素という物質から構成されており、分子レベルでの構造が異なるだけです。
石炭の成り立ちと意義
産業の発展、そして一般に地球上のすべての人類文化にとっての石炭の重要性は、過大評価することはできません。 そしてその応用範囲は非常に広いです。 石炭は家庭の暖房、工業用炉の加熱、発電に使用される優れた燃料であることは言うまでもなく、石炭からは多くの物質が抽出されます。 人にとって必要な。 硫黄とバナジウム、亜鉛と鉛、ゲルマニウム - これらすべてが人類にこのミネラルを与えます。
石炭は金属、鋼、鋳鉄の製錬に使用されます。 石炭の燃焼生成物は、一部の建築資材の製造に使用されます。 化石を特別に処理すると、そこからベンゼンが得られ、ワニスや溶剤などの製造に使用されます。 建材リノリウムのような。 石炭を特殊な技術で液化して機械用の液体燃料を作ります。 石炭はグラファイトや工業用ダイヤモンドの生産原料であり、この天然素材を基にして工業用およびサービス部門向けに合計 400 以上の製品が製造されています。
学校の自然史: 石炭の形成
子供にとって、中学校で対応するトピックを勉強するときは、自然界での石炭の形成についてアクセスしやすい形で話すことをお勧めします。 このプロセスにどれくらい時間がかかるかを報告する必要があります。 石炭の成り立ちを簡潔に説明し、産業の発展や現代・歴史的状況の進歩にとっての石炭の意義に焦点を当て、学生が主体的に発信するメッセージの計画を立てる必要があります。