زغال سنگ چیست و چه کاربردی دارد؟

زغال سنگ و زغال فشرده دو سوخت مبتنی بر کربن هستند که مدت‌ها است مورد استفاده قرار می‌گیرند؛ در حالی که هر دو از جهاتی شبیه به هم به نظر می‌رسند اما تفاوت های مشخصی دارند که آنها را منحصر به فرد می‌سازد. در این مقاله ضمن بررسی ویژگی‌های مختلف زغال سنگ و کاربردهای آن، به تفاوت میان زغال سنگ و زغال فشرده نیز اشاره می‌کنیم. با ما همراه باشید.

زغال سنگ چیست؟

زغال سنگ (Coal) یکی از کانی‌های کاربردی در زندگی انسان‌ها است که بیشتر مصارف صنعتی و نیمه صنعتی دارد. این ماده از بقایای مرده و پوسیده گیاهان و حیوانات که برای میلیون‌ها سال در زیر رسوبات زمین، تحت گرما و فشار قرار گرفته‌اند، به وجود می‌آید. زغال سنگ به شکل یک سنگ رسوبی با رنگ سیاه یا قهوه‌ای است که به دلیل وجود مقادیر زیاد کربن قابل احتراق می‌باشد.

از زغال سنگ به عنوان یکی از سوخت‌های تجدید ناپذیر یاد می‌شود؛ چراکه برای تولید و تشکیل آن به میلیون‌ها سال زمان نیاز است. زغال سنگ در ابتدا نارس است و از مواد گیاهی و معدنی تا حدی پوسیده تشکیل می‌شود اما هنگامی که تحت فشار و حرارت زیاد قرار می‌گیرد؛ با تغییرات فیزیکی و شیمیایی قابل توجهی رو به رو شده و در نهایت به زغال سنگ کاربردی تبدیل می‌شود.

کشورهایی مانند آمریکا، روسیه، استرالیا و چین بزرگ‌ترین ذخایر زغال سنگ در جهان را دارا می‌باشند. زغال سنگ موجود در ایران نیز دارای کیفیت قابل توجهی است. این ماده بسته به ویژگی هایی که دارد در انواع مختلفی دسته بندی می‌شود که در ادامه به معرفی آنها می‌پردازیم.

تارخچه کشف و استفاده از زغال سنگ

زغال سنگ، این سنگ سیاه و انرژی‌زا، از دیرباز همراه بشر بوده است. قدمت استفاده از آن به دوران باستان بازمی‌گردد، جایی که انسان‌های اولیه به طور تصادفی با این ماده قابل اشتعال آشنا شدند. احتمالاً آتش‌سوزی‌های طبیعی یا فوران‌های آتشفشانی باعث آشکار شدن این منبع انرژی پنهان در دل زمین شد.

یونانیان و رومیان باستان نیز از زغال سنگ برای گرمایش و حتی در برخی صنایع ابتدایی بهره می‌بردند. اما استفاده گسترده از آن به قرون وسطی و پس از آن بازمی‌گردد. در این دوران، با افزایش جمعیت و نیاز به انرژی بیشتر، زغال سنگ به تدریج جایگزین چوب شد و به عنوان سوخت اصلی در خانه‌ها و صنایع کوچک مورد استفاده قرار گرفت.

انقلاب صنعتی در قرن هجدهم نقطه عطفی در تاریخ زغال سنگ بود. اختراع ماشین بخار و توسعه صنایع سنگین، تقاضا برای این سوخت فسیلی را به شدت افزایش داد. معادن زغال سنگ در سراسر اروپا و آمریکا رونق گرفتند و این ماده به عنوان موتور محرک پیشرفت صنعتی شناخته شد.

با این حال، استفاده گسترده از زغال سنگ پیامدهای زیست محیطی جدی به همراه داشت. آلودگی هوا، تخریب جنگل‌ها و انتشار گازهای گلخانه‌ای، از جمله اثرات منفی این سوخت فسیلی بودند. امروزه، با افزایش آگاهی نسبت به تغییرات اقلیمی، تلاش‌ها برای جایگزینی زغال سنگ با منابع انرژی پاک‌تر و تجدیدپذیر شدت گرفته است.

انواع زغال سنگ

زغال سنگ از نظر مشخصاتی همچون مقدار کربن، میزان انرژی گرمایی و غیره در 4 نوع اصلی با درجه کیفی گوناگون تقسیم بندی می‌شود:

• زغال سنگ آنتراسیت

آنتراسیت در بین سایر انواع زغال سنگ، ارزش حرارتی بسیار بالاتری دارد. این ماده که از 86 تا 97 درصد کربن تشکیل شده به عنوان کمیاب ترین و ارزشمندترین نوع زغال سنگ در جهان شناخته می‌شود و معمولا در صنایع فلزات مورد استفاده قرار می‌گیرد.

• زغال سنگ قیری

زغال سنگ قیری یک سنگ رسوبی جامد به رنگ سیاه یا گاهی اوقات به رنگ قهوه ای تیره با نوارهای مشخصی از مواد روشن است. این نوع زغال سنگ حاوی محتوای کربن  45 تا 86 درصد می‌باشد که بعد از زغال سنگ آنتراسیت از لحاظ کیفیت در جایگاه دوم قرار می‌گیرد. ذغال سنگ قیری نسبت به آنتراسیت فراوانی بیشتری دارد و عمدتاً به عنوان سوخت در تولید زغال کک و همینطور برای تولید نیروی بخار و برق استفاده می‌شود.

• زغال سنگ زیر قیری

زغال سنگ زیر قیر از لحاظ کیفیت بین زغال سنگ زغال سنگ قهوه ای و زغال سنگ قیری قرار می‌گیرد. این نوع زغال سنگ تنها حدود 35 تا 45 درصد کربن دارد و به همین خاطر نسبت به زغال سنگ قیری از حرارت و ارزش گرمایشی کمتری برخوردار است.

قدمت زغال سنگ زیر قیری نیز فقط به 100 میلیون سال می‌رسد که در مقایسه با مدت زمان تشکیل آنتراسیت یا زغال سنگ قیری بسیار کمتر است؛ درنتیجه نمی‌توان انتظار داشت که از لحاظ ویژگی‌های مختلف همچون میزان تولید انرژی گرمایی مشابه آنها عمل کند. از این ماده تا حدی زیادی به عنوان سوخت برای تولید برق استفاده می‌شود.

• زغال سنگ قهوه ای

زغال سنگ قهوه ای به سطح زمین نزدیک تر بوده و به عنوان در دسترس ترین زغال سنگ جهان شناخته می‌شود اما در عین حال دارای پایین ترین رتبه در میان زغال سنگ ها است و حتی به عنوان خطرناک ترین نوع آنها برای سلامتی شناخته می‌شود.

زغال سنگ قهوه ای نسبت به زغال سنگ های دیگر کربن بسیار کمتری دارد و کربن آن تنها به 25 تا 35 درصد می‌رسد؛ به همین خاطر مورد چهارم در بین تمام رتبه‌های زغال سنگ، از کمترین میزان انرژی گرمایی برخودار است.

جالب است بدانید زغال سنگ قهوه ای تحت فشار و گرمای بیشتر بعد از گذشت چند سال به ترتیب به زغال سنگ های رده های بالاتر و سپس مرغوب ترین زغال سنگ یعنی آنتراسیت تبدیل می‌گردد.

روش‌های استخراج معدن زغال سنگ

استخراج زغال سنگ فرآیندی پیچیده است که بسته به عمق و موقعیت ذخایر زغال سنگ، از روش‌های مختلفی استفاده می‌شود. به طور کلی، دو روش اصلی برای استخراج زغال سنگ وجود دارد: استخراج سطحی و استخراج زیرزمینی.

استخراج سطحی (Surface Mining)

این روش زمانی مورد استفاده قرار می‌گیرد که ذخایر زغال سنگ در نزدیکی سطح زمین واقع شده باشند. در این روش، لایه‌های خاک و سنگ پوشاننده زغال سنگ (به نام روباره) برداشته می‌شوند تا به لایه زغال سنگ دسترسی پیدا شود. انواع مختلفی از استخراج سطحی وجود دارد، از جمله:

• استخراج روباز (Open-pit mining): در این روش، یک گودال بزرگ در سطح زمین حفر می‌شود و لایه‌های روباره به صورت پلکانی برداشته می‌شوند.
• استخراج نواری (Strip mining): این روش زمانی استفاده می‌شود که لایه‌های زغال سنگ به صورت نوارهای افقی در نزدیکی سطح زمین قرار داشته باشند. در این روش، نوارهای طولی از روباره برداشته می‌شوند و سپس زغال سنگ استخراج می‌شود.
• برداشتن قله کوه (Mountaintop removal mining): این روش در مناطق کوهستانی استفاده می‌شود و شامل برداشتن قله کوه‌ها برای دسترسی به لایه‌های زغال سنگ است. این روش به دلیل اثرات زیست‌محیطی مخرب آن، بسیار بحث‌برانگیز است.

استخراج زیرزمینی (Underground Mining)

این روش زمانی مورد استفاده قرار می‌گیرد که ذخایر زغال سنگ در عمق بیشتری از زمین واقع شده باشند. در این روش، تونل‌ها و راهروهایی در زیر زمین حفر می‌شوند تا به لایه‌های زغال سنگ دسترسی پیدا شود. انواع مختلفی از استخراج زیرزمینی وجود دارد، از جمله:

• روش اتاق و پایه (Room and pillar mining): در این روش، اتاق‌هایی در لایه زغال سنگ حفر می‌شوند و ستون‌هایی از زغال سنگ به عنوان تکیه‌گاه باقی می‌مانند.
• روش جبهه کار طولانی (Longwall mining): در این روش، یک دیوار طولانی از زغال سنگ استخراج می‌شود و سقف معدن به تدریج فرو می‌ریزد.
• روش استخراج پیوسته (Continuous mining): در این روش از ماشین‌های زغال بر برای جدا کردن زغال سنگ از سطح تونل و بارگیری روی نوار نقاله استفاده میکنند.

عوامل موثر در انتخاب روش استخراج

انتخاب روش استخراج مناسب به عوامل مختلفی بستگی دارد، از جمله:

• عمق و موقعیت ذخایر زغال سنگ
• ضخامت و کیفیت لایه‌های زغال سنگ
• شرایط زمین‌شناسی منطقه
• ملاحظات اقتصادی و زیست‌محیط

بهترین نوع زغال سنگ

همانطور که در بخش قبلی توضیح دادیم؛ آنتراسیت (Anthracite) باکیفیت ترین و تیره‌ترین نوع زغال سنگ شناخته شده در جهان است که حتی می‌توان گفت تقربیا از کربن خالص تشکیل شده؛ چراکه میزان کربن در برخی از آنها به 98 درصد نیز می‌رسد. علاوه بر این، آنتراسیت معمولاً قدیمی ترین نوع زغال سنگ به شمار می‌رود که از زیست توده مدفون شده در حدود 350 میلیون سال پیش تشکیل شده است.

آنتراسیت در مقایسه با زغال سنگ‌های دیگر از ناخالصی بسیار کمتری برخوردار است و تنها حدود 1 درصد گوگرد و نیتروژن و کمتر از 5 درصد مواد فراردارد؛ در صورتیکه سایر انواع زغال سنگ ها کربن کمتر و ناخالصی بیشتری دارند. به همین خاطر آنتراسیت بیشترین انرژی و کمترین میزان آلودگی را ایجاد می‌کند. سایر مزایا و ویژگی‎های این کانی محبوب عبارتند از:

• آنتراسیت یکی از تمیزترین انواع زغال سنگ برای سوزاندن بوده که به آرامی می سوزد و گرمای زیادی با دود کمتر تولید می‌کند.
• زغال سنگ آنتراسیت به طور طبیعی بدون دود بوده و 80٪ دود کمتری نسبت به همتایان خود منتشر می‌کند.
• این نوع کانی حاوی محتوای کربن 80 تا 95 درصد است و به زغال سنگ سخت نیز معروف می‌باشد.
• ذخایر آنتراسیت در جهان بسیار محدود است و تنها چند کشور در جهان می‌توانند آن را استخراج کنند که بیشترین تولید جهانی آن مربوط به کشور چین می‌باشد.

معیار کیفیت زغال سنگ

زغال سنگ، به عنوان یکی از منابع اصلی انرژی، در صنایع مختلف کاربرد دارد. با این حال، کیفیت زغال سنگ، تأثیر مستقیمی بر کارایی و بازدهی آن دارد. انتخاب نوع مناسب زغال سنگ، با توجه به نیازهای هر صنعت، از اهمیت بالایی برخوردار است.

رتبه زغال سنگ (Coal Rank)

• • رتبه زغال سنگ، نشان دهنده میزان تبدیل مواد گیاهی اولیه به کربن است.
  • هر چه رتبه زغال سنگ بالاتر باشد، میزان کربن آن بیشتر و ارزش حرارتی آن نیز بیشتر است.
  • انواع اصلی زغال سنگ بر اساس رتبه، شامل موارد زیر است:
    • تورب (Peat): پایین‌ترین رتبه، با میزان کربن پایین و رطوبت بالا.
    • لیگنیت (Lignite): رتبه پایین، با میزان کربن متوسط و رطوبت بالا.
    • زغال سنگ بیتومینه (Bituminous Coal): رتبه متوسط، با میزان کربن متوسط تا بالا.
    • آنتراسیت (Anthracite): بالاترین رتبه، با میزان کربن بالا و رطوبت پایین.

ارزش حرارتی (Calorific Value)

• • ارزش حرارتی، نشان دهنده میزان انرژی گرمایی است که از سوختن زغال سنگ آزاد می‌شود.
  • هر چه ارزش حرارتی زغال سنگ بالاتر باشد، کارایی آن در تولید انرژی نیز بیشتر است.

میزان رطوبت (Moisture Content)

• • رطوبت موجود در زغال سنگ، می‌تواند ارزش حرارتی آن را کاهش دهد و باعث ایجاد مشکلات در فرآیند احتراق شود.
  • زغال سنگ با رطوبت پایین، کیفیت بالاتری دارد.

میزان خاکستر (Ash Content)

• • خاکستر، مواد غیرقابل احتراق موجود در زغال سنگ است.
  • زغال سنگ با خاکستر پایین، کیفیت بالاتری دارد و باعث کاهش تولید سرباره در کوره‌ها می‌شود.

میزان گوگرد (Sulfur Content)

• • گوگرد موجود در زغال سنگ، در هنگام سوختن، گازهای آلاینده‌ای را تولید می‌کند.
  • زغال سنگ با گوگرد پایین، کیفیت بالاتری دارد و باعث کاهش آلودگی‌های زیست‌محیطی می‌شود.

مواد فرار (Volatile Matter)

• • مواد فرار شامل گازهایی مانند متان و هیدروکربن ها است که در هنگام گرم شدن زغال سنگ از آن جدا میشوند.
  • در برخی از صنایع بالا بودن مواد فرار در زغال سنگ یک مزیت به حساب میاید.

اندازه ذرات (Particle Size)

• • اندازه ذرات زغال سنگ، بر فرآیند احتراق و کارایی آن تأثیر می‌گذارد.
  • بسته به نوع کاربرد زغال سنگ،اندازه ذرات باید متناسب با کاربرد انتخاب شود.

کاربرد زغال سنگ

زغال سنگ به دلیل ویژگی های منحصر به فردش یک منبع طبیعی بسیار پرکاربرد است. اگرچه زغال سنگ برای قرن‌ها مورد استفاده قرار می‌گرفته اما کاربرد آن قبل از زمان شروع انقلاب صنعتی محدود بوده است. تا همین چند سال پیش نیز زغال سنگ یک چهارم کل انرژی اولیه جهان و یک پنجم انرژی الکتریکی مورد نیاز جهان را تشکیل می‌داد. زغال سنگ هم اکنون به عنوان یک ماده خام در صنایع فولاد و آهن کاربرد دارد.

 در اینجا به مهم ترین موارد استفاده از آن اشاره می‌کنیم:

• تولید برق

زغال سنگ یک منبع مقرون به صرفه و قابل اعتماد انرژی است که در نیروگاه‌ها برای تولید برق سوزانده می‌شود. زغال سنگ پودر شده در دمای بالا سوزانده شده و در این فرآیند آب را به بخار تبدیل می‌کند. از این بخار برای چرخاندن توربین ها در سرعت‌های بالا و تولید برق استفاده می‌شود. جالب است بدانید هنوز هم بسیاری از کشورها برای تامین نیازهای انرژی خود به شدت به نیروگاه‌های زغال سنگ متکی هستند.

• تولید فولاد

زغال سنگ به شکل غیرمستقیم جهت ایجاد فولاد در صنعت فولاد استفاده می‌شود. درواقع گرمای زیاد حاصل از سوزاندن زغال سنگ برای ذوب سنگ آهن و سایر مواد در تولید فولاد استفاده می‌شود. در این میان، گاز آمونیاک از کوره‌های کک بازیابی می‌شود و برای تولید اسید نیتریک، نمک‌های آمونیاک و کودها مورد استفاده قرار می‌گیرد.

• صنایع مختلف

از زغال سنگ در حوزه ها و صنایع گوناگون به منظور تولید محصولات مختلف استفاده می‌شود. تعدادی از صنایعی که از زغال سنگ استفاده می‌کنند عبارتند از: تولید سیمان، تولید کاغذ، تولید پلاستیک، تولید مواد شیمیایی و دارویی. این ماده همچنین برای تولید انواع مواد خام مانند بنوزل، قطران زغال سنگ، سولفات آمونیاک، کرئوزوت و غیره  کاربرد دارد. بنابراین می‌توان نتیجه گرفت اکثر صنایع به زغال سنگ به عنوان منبع انرژی متکی هستند.

همچنین در برخی از کشورها از زغال سنگ به عنوان منبع گرما برای گرمایش و پخت و پز و یا برای سوخت لکوموتیوهای بخار و کشتی‌ها استفاده می‌شود؛ اگرچه امروزه این کاربردها نسبت به گذشته بسیار کمتر شده است.

علی‌رغم استفاده گسترده زغال سنگ، نمی‌توان تاثیر منفی این ماده در آلودگی هوا و انتشار گازهای گلخانه‌ای را نادیده گرفت. به همین خاطر از زغال سنگ در حال حاضر به عنوان یک منبع انرژی بحث‌برانگیز یاد می‌شود و به همین خاطر همه به دنبال جایگزین برای آن هستند.

تفاوت زغال فشرده با زغال سنگ

زغال سنگ و زغال فشرده دو ماده متمایز هستند که اغلب برای گرمایش و اهداف دیگر استفاده می‌شوند. در اینجا برخی از تفاوت‌های اصلی بین این دو ماده آورده شده است:

• نحوه شکل گیری

زغال سنگ از بقایای گیاهان و جانوران مرده‌ای که در طی میلیون‌ها سال دفن و فشرده شده‌اند، به وجود می‌آید؛ درحالیکه زغال فشرده به دست انسان و از ترکیب خاک اره، پوست گردو و خاک زغال در قالب‌های مخصوص دستگاه زغال فشرده تولید می‌شود. زغال فشرده  دراصل یک نوع فرآوری شده خاص از زغال چوب است که در شکل‌های گوناگون بدون استفاده از مواد شیمیایی تهیه می‌شود.

• در دسترس بودن

زغال سنگ به عنوان یک منبع انرژی تجدیدناپذیر و محدود شناخته می‌شود که از پوسته زمین استخراج گردد؛ در حالیکه زغال فشرده را می‌توان به راحتی و به سرعت از انواع ضایعات کشاورزی دردسترس همچون پوسته برنج، پوسته نارگیل، بامبو و غیره تولید کرد. بنابراین زغال فشرده یک منبع تجدیدپذیر، پایدار و در نتیجه ارزان تر به شمار می‌رود.

• موارد استفاده

در حالیکه از زغال سنگ به روش‌های مختلف و عمدتاً در فرآیندهای صنعتی مانند تولید فولاد استفاده می‌شود؛ زغال فشرده معمولاً برای گرمایش، سوخت شومینه، پخت و پز، کباب کردن غذا و همینطور به عنوان ذغال قلیان کاربرد دارد.

لازم به ذکر است که زغال سنگ یک منبع طبیعی غیر قابل تجدید و در نتیجه ما نباید برای فعالیت‌های روزمره به آن وابسته باشیم. بنابراین زغال فشرده بهترین جایگزین برای زغال سنگ در مصارف خانگی و پخت و پز محسوب می‌شود.

• محتوای انرژی

زغال سنگ باکیفیت بالا مانند آنتراسیت به طور کلی دارای محتوای انرژی بالاتری نسبت به زغال چوب است که آن را به سوخت کارآمدتر برای مصارف صنعتی تبدیل می‌کند اما همانطور که اشاره شد منابع آنتراسیت در جهان بسیار محدود بوده و در طولانی مدت پاسخگوی نیاز صنایع و مصارف دیگر نخواهد بود.

امروزه بریکت های چوب یا ذغال های قالبی با درصد بالایی از کربن تولید می‌شوند که در نتیجه مانند زغال سنگ های خوب حرارت بالایی داشته و همینطور دیرتر خاموش می‌شوند.

• ویژگی های زیست محیطی

زغال سنگ یکی از بزرگترین عوامل گرمایش جهانی است و حتی یکی از منابع اصلی انتشار گازهای گلخانه‌ای به شمار می‌رود. به همین خاطر امروزه این ماده با سوخت های جدید و بی ضرری مانند زغال فشرده جایگزین شده است.

دستگاه زغال فشرده

زغال فشرده به عنوان یک زغال بسیار محبوب، مقرون به صرفه و در دسترس درحال حاضر بیشترین کاربرد را برای مصارف خانگی همچون پخت و پز و گرمایش دارد. تولید این نوع زغال های فرآوری شده با کمک دستگاه های خاصی انجام می شود که عموما با نام دستگاه زغال فشرده در بازار به فروش می‌رسند. این دستگاه ها به راحتی دور ریزهای چوب و پوست گردو، بادام، خاک اره و غیره را به بریکت های زغال فشرده تبدیل می‌کنند.

تبدیل ضایعات چوب به زغال مهم ترین و جذاب ترین کارایی این مدل دستگاه هاست که نظر بسیاری از کارآفرینان را به خود جلب کرده است. کافی است مواد اولیه زغال فشرده همچون خاک اره، پوست گردو و خاک زغال را با یکدیگر ترکیب کرده و به وسیله آسیاب خرد کنید. سپس این مواد در قالب های مخصوص دستگاه ریخته شده و در اثر فشار و همینطور از دست دادن رطوبت اضافی و در نهایت پخت به زغال فشرده تبدیل خواهند شد.

انواع دستگاه زغال فشرده که در فرآیند خط تولید این محصول مورد استفاده قرار می‌گیرند شامل دستگاه سرند، دستگاه خشک کن، دستگاه اکسترودر زغال و کوره پخت زغال خام هستند. شما می‌توانید تمام این دستگاه ها را از شرکت سازه ابتکار ارشد تهیه نمایید. برای دریافت مشاوره تخصصی در این زمینه همین امروز با ما تماس بگیرید.

سخن پایانی

به طور خلاصه، زغال سنگ و زغال فشرده دو ماده متمایز با منشا، ترکیبات، محتویات انرژی و کاربردهای متفاوت هستند. البته زغال های دیگری مانند زغال فعال، چوب و … نیز وجود دارند. در هر حال، از زغال سنگ و زغال فشرده در حالی که هر دو را می توان برای گرمایش و مقاصد دیگر استفاده کرد؛ آنها اغلب به روش های مختلفی استفاده می شوند و بسته به موقعیت مزایا و معایب متمایزی دارند. با درک تفاوت های کلیدی بین این دو سوخت، می توان تصمیمات آگاهانه ای در مورد استفاده از آنها در کاربردهای مختلف گرفت.

از آنجایی که زغال فشرده در حال حاضر به عنوان یک منبع سوخت ارزان و در دسترس از مزایای زیادی در مقایسه با سایر منابع سوخت برخوردار است؛ تولید این محصول یک فرصت عالی برای کسب درآمد شما محسوب می شود. شما می‌توانید در خصوص نحوه راه اندازی خط تولید زغال فشرده با کارشناسان باتجربه شرکت سازه ابتکار ارشد تماس بگیرید.

این شرکت با سال ها سابقه و تخصص؛ تمامی دستگاه‌های لازم برای تولید زغال فشرده را به همراه مواد اولیه باکیفیت بالا برای شما تامین می‌کند.