Carbuni Naturali si Artificiali

Carbunii Naturali si Artificiali

Cuprins:

1. Carbunele printre celelalte minerale22. Carbunele 52.1. Originea carbunelui..52.2. Clasificare carbunelui..52.3. Utilizarea carbunelui62.4. Unde se gaseste? ..62.5. Viitorul carbunelui.63. Clasificare carbunilor in Romania....9

4. Carbuni artificiali114.1. Distilarea uscata a carbunelui de pamant114.2. Carbunele amorf..125. Alte industrii bazate pe chimia carbunelui..13Bibliografie...15

CARBUNELE PRINTRE CELELALTE MINERALE

Biosfera Terrei ,care, desi din punct de vedere cantitativ ,reprezinta cea mai mica unitate geochimica a Pamantului,are totusi actiunea cea mai puternica in modificarile suferite de catre aceasta, mai ales la suprafata lui.

Cercetarile biochimice effectuate au aratat ca biosfera a avut un rol hotarator in formarea atmosferei .

Exista un ciclu al diferitelor elemente tipice biosferei numite elemente biofile,ale elementelor cele mai impotante in desfasurarea vietii, pe langa multe altele ce participa dar cate o data la costitutia biosfeerei. Hidrogenul carbonul oxigenul,azotul si fosforul reprezinta fiecare intre 2 si 60 % din costitutia materiei vii ,fiind elemente permanente, primare,ale acesteia,in timp ce sodiul magnezuil,sulful,clorul, potasiul, alciul, fierul, in proportie de 1-0.005% reprezinta elemente secundare, pe cand borul, florul, siliciul, manganul, cuprul si iodud apar sub forma de micro elemente.

Dintre toate componentele biosferei, pe noi ne intereseaza cel mai mult carbonul, elementul constitutiv al tuturor substantelor organice, material de baza a carbunilor. Astazi este stabilit in mod cert ca formarea carbunilor din masa organica a plantelor ce au crescut in diferite ere geologice s-a desfasurat tocmai prin inbogatirea sustantei organice a acestora in carbon.

Energia radiate de soare si captata de plante se regaseste, dupa un lung ciclu de transformari intr-o conserva de carbuni.

Peste tot, atat in plante cat siin carbunii, de la cei mai tineri pana la cei mai batrani in algele microscopice sau in Sequoia gigantea principalul element constitutive este carbonul.

Circa 7-8 mii miliarde tone carbon ce sunt cuprinse in zacamintele de carbune corespund la circa 13 miliarde tone carbune, intucat carbonul este cel mai important element al constitutiei carbunilar darn u este singurul, fiind intodeauna insotit de hydrogen,oxigen,si sulf precum si de alte elemente in cantitati mici.

Originea si formarea carbunilor explica de ce in carbune se gasesc si alte elemente, precum si felul in care sunt ele legate in masa carbunilor.

Mina de la Secul era o adevarata vitrina de muzeu geologic in care exponatele, straturile de carbune, reprezentau dovada elocventa a adevarului teoriilor stintifice care arata originea vegetala a carbunilor in devonian, in care nu se intalnesc zacaminte mai importante de carbune, gasindu-se in schimb zacaminte importante de titei si de gaze. In perioada urmatoare, in carbonifer se produce explozie in dezvoltarea plantelor, care, acumulandu-se in cantitati uriase, timp de 75 milioane ani, au format immense zacaminte de carbune pe intreaga suprafata a pamantului.

Mlastinile intinse ce se formau din cauza variatiilor lente ale nivelului apelor marilor si lagunelor au contribuit la conservarea si transformarea acestor cantitati enorme de material lemons in carbune.

Miscarile alternative de ridicare si coborare ale scoartei pamantului, viteza si frecventa acestora au determinat grosimea straturilor de carbune, precum si grosimea totala a diferitelor formatii productive.

In silezia, grosimea totala a straturilor de carbune si a intercalariilor sterile dintre ele reprezinta 3500-5000 de m .

In kazahstan, straturile purtatoare de carbune ale bazinului carbonifer de la Echi-Mostuz masoara 800m in grosime si ascund in rezervele lor circa 1 miliarde tone de carbune .

Zacamintele de carbuni de la Anina si Doman, de la Cozla, Rudaria si Bigar din Banat, de la Cdlea, langa Brasov , precum si antracitul de la Schela Gorji, ca si carbuni nin R P Chineza, si huilele din Karaganda s-au farmat in Liasic, prima perioada din mezozoic.

In neozoicul care urmeaza au avut loc depuneri massive de material genetic, ce s-a metamorfozat pana astazi in carbuni brunisi mai ales lignite. 54,4% din totalul rezervelor de carbuni de pe glob s-au depus in aceasta perioada.

Zacamintele din valea jiului apartin oligogenului in timp ce marile zacaminte de carbune brun pamantos din R.F. Germania, de lignit din patria noastra

s-au depus in miocen, in pliocen, in diferitele varste ale acestor epoci geologice.

Cuaternalul inregistreaza an de an cresterea zacamintelor de material genetic care se transforma chear astazi in zacaminte de turba din bazinele Fagarasului, Dornei, si de la Miercurea Ciuc.

Schimbarile care au loc in structura si in compozitia chimica a materialului genetic si a carbunilor in procesul indelungat de transformare a plantelor in turbe, carbuni bruni, huile si antracit fac parte din fenomenele ce caracterizeaza metamorfismul carbunilor,carbonificarea,incarbunareasau incarbonizarea materialului genetic

Carbuni cu 60-70%carbon in substanta organica- carbunii bruni si lignitii ce dau destul de putina caldura si care nu pot fi dusi din aceasta cauza la distante prea mari, transportul lor fiind neeconomic- ,sunt transformati in energie electrica, in termo centrale asezate la gura minei, ca la marile termocentrale de la Rogojelul, Turceni, din bazinul Gorjului, ca apoi energia electrica produsa prin aderarea lor duc pana la cele mai indepartate fabrici.

Antracitul, cel mai batran, cel mai incarbonizat carbune, arde greu, fara flacara vizibila, dar dogoarea alba a jarului acestuia radiaza caldura multa, desi nu iese nici un fel de fum vizibil pe cosul sobelor.

Continand aproape numai carbon intre92-98% antracitii sunt folositi mai ales in fabricarea electrozilor pentru industria chimica si pentru metalurgie. In cazui mai rareantracitii pot fii arsi, cu conditia asigurarii unui tiraji foarte bun in focarele respective, sau folositi la aglomerarea minereurilor.

Studiile facute asupra carbunilor au aratat ca celuloza si lignina plantelor dispar in procesul de carbonificare, transformandu-se in compusi cu greutate moleculara mare, in care proportiile celor trei elemente principale, carbon, hydrogen si oxigen, sunt din ce in ce mai deplasate catre procente tot mai mari de carbon, concomitant cu scaderea corespunzatoare a continuturilor de oxigen si de hydrogen.

Fenomenele geologice si chimice care au insotit formarea si metamorfismul carbunelui au adus in compozitia acestuia si alte elemente, dintre care cele mai importante sunt sulful (0,5-3%), rareori peste) si azotul (1,5-2%).

In carbuni, atomii de carbon sunt legati mai ales in cicluri hexagonale. Acestea se combina intre ele in cele mai diferit feluri, formand plase si structuri spatiale intinse de retele de carbon, retele de cicluri aromatice.

Aceasta plasa cu ochiuri hexagonale reprezinta structura chimica de baza a carbunelui. De ea, pe margine sau pe la oochiuri, ici colo, sunt prinsi atomi de carbon nelegati in cicluri, care se inlantuie in mod liber unul dupa altul, ca franjurile unui covor. Ca la o tesatura neterminata si netivita, de marginile plasei atarna fire formate din astfel de lanturi de carbon.

Cunoasterea structuri carbunilor are o mare importanta la folosirea lor cat mai rationala si economica, mai ales acolo unde din carbune nu se obtine doar energie ce se poate elibera prin ardere, ci si o multime de produse: la chimizarea carbunelui si la fabricarea cocsului.

In anul 1980 sau folosit pe glob peste trei miliarde de carbune.

La noi in tara, Banatul si Valea Jiului sunt cele mai vechi regiuni in care se expoateaza carbune. Huilele batrane din Banat au fost folosite cu peste 100 de ani in urma in uzinele metalurgice de la Anina, Bocsa si Resita, in timp ce marea bogatie a Vaii Jiului a inceput sa fie folosita pentru dezvoltarea industriei siderurgice abea in ultimile trei decenii.

Petrografia carbunilor este o ramura a petrografiei, stiinta ce se ocupa cu studiul si clasificarea rocilor din scoarta terestra. Carbunii, fiind roci sedimentare de natura organica, la cercetarea microscopica pot fi deosebite entitati organice distincte, denumite macerali, comparabile cu mineralele care formeaza rocile anorganice. Cercetarea acestor caramizi- unitati structurale-ale carbunilor se realizeaza in conditii uniforme standardizate pe plan international. Avand in vedere importanta deosebita pe care o prezinta procesul de cocsificare printer utilizarile huilelor, clasificarea maceralilor s-a efectuatin functie de modul lor de comportare in timpul acestui proces de importanta lor in producerea structuri de cocs. Astfel,diferitii macerali existenti in huile se clasifica in trei clase:

-vitriniti

-exiniti

-inertiniti;

Macerali din clasa vitrinitului reprezinta majoritatea mesei organice existente in huile, variind intre 60-90%, si in cazul huilelor de cocs reprezint constituentii active ai procesului, producand faza plastica si formand structura solida a cocsului.

Exinitii ajuta la fluidificarea fazei plastice topidu-se si producand in timpul procesului in majoritate gaze si produse lichide de pirogenare.

Inertihnitii nu reprezinta un rol active, neparticipand la obtinerea fazei plastice in timpul procesului de cosificare, putand fi regasit cu aproape aceiasi structura inglobati in masa topita a cocsului.

In ultimi ani, Organizatia Inetrnationala pentru Standardizare (I.S.O.) inpreuna cu comitetul International pentru Petrografia Carbunilor (I.C.C.P.) au propus o noua clasificare internationala a huilelor, la care parametrul pentru codificarea rangului este reflectanta medie a vitrinituli. Aceasta propunere este in present consultata si completata de statele participante,urmand a fi aprobata.

CRBUNELE

Crbunele de pmnt este o roc foarte neobinuit, din dou motive. n primul rnd, este format din materii organice esuturi odinioar vii i, n al doilea rnd, spre deosebire de alte roci, arde i degaj cldur.

Crbunele a reprezentat primul combustibil utilizat n timpul revoluiei industriale i a jucat un rol foarte nsemnat n dezvoltarea marilor ri industrializate. Crbunele conine carbon, care-i confer acea culoare neagr, caracteristic, i gaze inflamabile cum ar fi hidrogen,, azot i oxigen.

Originea crbunelui

Cea mai mare parte a crbunelui s-a format n urm cu aproximativ 360-286 de milioane de ani ntr-o perioad numit de geologi era carbonifer, tocmai datorit cantitilor imense de crbune care s-au format atunci. Acesta a luat natere din pdurile tropicale preistorice, ce creteau pe pmnturile mltinoase. Pdurile se compuneau din arbori foarte diferii de cei care triesc n zilele noastre. Cea mai mare parte a lor erau arbori-ferig gigani. Existau de asemenea, i arbori de coada-calului gigani, dar i multe alte plante mai mici. Dup moarte, ferigile uriae i celelalte plante cdeau n apele mltinoase. Aceste ape erau foarte srace n oxigenul care favorizeaz aciunea bacteriei ce produce putrefacia, astfel nct arborii ferig au putrezit foarte ncet i s-au transformat n turb, primul stadiu de formare al crbunelui. n timpul formrii turbei apare o degajare de gaz de mlatin, numit gaz metan.

Pentru a se transforma n crbune, turba trebuie s fie presat. Un strat de turb cu o grosime ntre 10 i 15 m va forma un strat de crbune de doar 1m grosime. Primul stadiu al comprimrii a avut loc n mlatinile primitive, o dat cu depunerea unor straturi succesive de vegetaie intrat n putrefacie, comprimnd straturile inferioare sub greutatea lor. n perioada carbonifer scoara Pmntului a suferit o serie de transformri. n timpul uneia dintre aceste perioade, turba a fost acoperit cu nisip i ml. Stratul de pmnt i turb au fost apoi ngropate sub mri pentru ca mai apoi s revin din nou la suprafa. n timp se formau noi mlatini i noi straturi de turb. Acest proces, numit sedimentare ciclic, s-a produs de mai multe ori. n regiunile carbonifere exist un numr de zcminte, situate unul deasupra celuilalt, cuprinse ntre straturile de roc sedimentar. Unele straturi de crbune au o grosime de doar civa milimetri, altele ating grosimi de civa metri.

Clasificarea crbunilor

Exist trei categorii principale de crbune. Tipurile acestora depind de gradul n care crbunele s-a modificat n timp.

Lignitul, numit i crbune brun dup culoarea lui, este cel mai puin modificat i are cel mai mic coninut de carbon, de aproximativ 30%. n timpul arderii acesta degaj mult fum i relativ puin cldur.

Huila este cea mai rspndit i degaj cea mai mare cantitate de cldur. Acest crbune are, de obicei, straturi alternante, ntunecoase i lucioase. Benzile lucioase erau la origine material lemnos, iar straturile ntunecoase s-au format din rmiele plantelor mai mici. Huila conine i un alt compus, mai puin dur, asemntor cu mangalul: acesta face crbunele s murdreasc n timpul manipulrii.

Antracitul este crbunele superior. Se compune din 98% carbon i este foarte greu se extras, dar este curat la manipulare. Arde cu o flacr foarte fierbinte i degaj puin fum, ns este foarte greu de aprins.

Utilizrile crbunelui

Crbunele este utilizat cel mai des ca i combustibil. Pn nu demult o cantitate mare de crbune era ars pentru a nclzi locuinele. n zilele noastre, crbunele este ars pentru a genera electricitate sau n procese industriale. nainte de exploatarea pe scar larg a gazelor naturale, unele ri i produceau ntreaga cantitate de gaze din crbune. rile fr resurse de gaze naturale recurg nc la acest procedeu. Producerea gazelor din crbune este asociat cu producerea cocsului,un combustibil esenial n topirea i turnarea metalelor. Pentru producerea cocsului, crbunele este ars n cuptoare etane. Crbunele nu arde din lipsa oxigenului, dar odat cu cldura se degaj amoniac, gudroane, gaze i uleiuri uor volatile lsnd n urm un reziduu dur. Acesta este cocsul.

Crbunele este i materia prim pentru procese chimice. Amoniacul, gudroanele i uleiurile uor volatile rezultate din cocsificare sunt utilizate pentru realizarea altor produse, cum ar fi: vopsele pentru esturi, antiseptice, medicamente, parfumuri, fertilizatori, pesticide s-au chiar lac de unghii. Din crbune se poate produce chiar i zaharina.

Unde se gsete crbune?

Crbunele este zcmntul cel mai bogat de combustilbil fosil. Rezervele mondiale cunsoscute sunt estimate a fi suficiente pentru mai mult de 200 de ani, la o rat de consum egal cu cea actual i muli experi sunt de prere c exist cam de 15 ori mai mult crbune rmas nedescoperit. Trei ri dein dou treimi din rezervele mondiale descoperite. SUA deine 30%, Rusia i Statele Aliate aproximativ 25%, iar China 10%. Restul rezervelor de crbune sunt situate n Australia, Canada, Germania, India, Polonia, Africa de Sud i Marea Britanie. n America de Sud doar 4 ri Argentina, Brazilia, Chile i Columbia - dein zcminte bogate de crbune. Cea mai mare parte a crbunelui este adnc ngropat sub pdurile tropicale unde este greu de exploatat. Dintre cele 52 de ri africane, doar 8 exploateaz: Africa de Sud i Zimbabwue, cu cele mai mari zcminte, Algeria, Maroc, Mozambic, Nigeria, Tanzania i Zair.

Viitorul crbunelui

n vederea gsirii unei noi forme de energie, crbunele este mult mai abundent dect combustibili mai ieftini: petrol sau gaze naturale. Probabil noi tehnologii vor face eficient exploatarea zcmintelor mai greu accesibile. Experii consider c prin tehnologiile actuale se poate exploata eficient doar aproximativ 12% din rezervele mondiale existente. Restul de zcminte ar putea fi folosit prin arderea crbunelui din adncime i captarea gazului emanat. O alt metod ar fi extragerea petrolului care ar putea nlocui rezervele aflate ntr-o continu scdere. Mai multe ri efectueaz n prezent cercetri n acest sens.

Carbunii fosili sau carbunii de pamant s-au format din plante si arbori prin transformari biologice (sub actiunea unor microorganisme) si chimice, in timpul unor lungi perioade in conditii nu prea bine cunoscute, dar in orice caz in absenta oxigenului din aer (caci putrezirea obisnuita, in conditii aerobe, duce numai la CO2, H2O, NH3, etc.) In cursul acestor transformari anaerobe, oxigenul continut in materialul initial s-a eliminat, in cea mai mare parte, sub forma de H2O si CO2, iar azotul sub forma de NH3 si N2. In cursul acestui proces lent de incarbonizare, continutul in carbon a crescut cu varsta zacamantului. Dupa urmele gasite au putut fi indentificate speciile botanice din care s-au format diferitii carbuni.

Se disting 2 specii principale ( si numeroase varietati ) de carbuni:

Superioara(antracitul, huila si lignitul-care au procent de carbon mare si putere calorica mare);antracitul si huila lasa pe o placa de portelan poros o dara neagra

Inferioara(carbunele brun si turba-care au un procent de carbon mic si putere calorica mica);lasa pe o placa de portelan poros o dara cafenie

Lignitul, in care se mai recunoaste structura lemnului initial, este o varietate de carbune brun. Turba, care se mai formeaza si in zilele noastre din muschi si plante acvatice ce apar in mlastini sau turbarii, este un carbune inferior ce retine multa apa. In antracit incarbonizarea este cea mai avansata.

Desi aflorimentele de carbune au aparut din vremuri preistorice, utilizarea carbunelui drept combustibil este comparativ recenta.Timp de mii de ani carbunele era considerat o simpla piatra neagra.Exista dovezi ca britanicii antici au folosit carbunele drept combustibil si ca romanii au aflat de la ei valoarea sa.Prima referire scrisa la carbune apare intr-o cronica anglo-saxona din secolul X. Carbunele contine carbon,care-i ofera si acea culoare neagra, caracteristica, si gaze inflamabile cum ar fi hidrogenul, azotul si oxigenul.

Epoca geologica a depuneriiApa

%Cenusa

%Compozitie elementara1%

C

H

O

Lemn

Turba

Lignit

C. brun

Huila

Antracit-

actuala

tertiar

tertiar

secundar

secundar30-50

75-80

40

30-60

2-4

20,5

0,5

5-15

3-8

2-20

250

55-60

50-60

65-70

80-90

956

6

4-5

5,5-6

4-5,5

2-3

44

35-40

25-30

20-25

4-15

2-3

De-a lungul secolelor s-a raspandit utilizarea carbunelui pentru incalzirea gospodariilor.Insa carbunele moale utilizat , usor de obtinut, a provocat o poluare grava sub forma fumului si funinginii continand compusi sulfurati ce provoaca ploi acide care distrug vegetatia, ucide pestii si alte creaturi marine,provocand si deteriorarea carbunilor cladirilor construite din caramizi si piatra.Pentru a-i diminua utilizare,carbunele a fost puternic impozitat si in multe locuri ,arderea lui a fost interzisa din cauza pericolului asupra sanatatii publice.Consumul de carbune a crescut rapid in anii 1700 pe timpul Revolutiei Industriale cand a jucat un rol insemnat in dezvoltarea marilor tari industrializate.Carbunele era combustibil pentru masinile cu aburi si din el se obtinea cocsul (o forma dura si poroasa a carbonului utilizata in otelarie si drept combustibil ).

Clasificarea crbunilor din Romnian Romnia crbunii se clasific conform STAS.

Clasificarea crbunilor din Romnia

ClasaGrupaCaracteristici

Turb (T)-Culoare: galben deschis pn la negru.Structur vegetal fibroas pronunat.

Crbune brun (B)Crbune brun pmntos (BP)Culoare: brun nchis.Aspect pmntos amorf, sfrmicios, fr structur vegetal. Se poate bricheta fr liant. Urm brun.

Crbune brun lemnos (BL)LignitCuloare: galben-brun pn la negru.Aspect lemnos. Structur lemnoas pronunat. Exfoliere natural. Sprtura lemnoas conine uneori incluziuni cu aspect pmntos sau negru lucios. Urm brun.

Crbune brun mat (BM)Culoare: brun negru.Eventuale urme de structur lemnoas. Sprtura complet plan, uneori pmntoas. Urm brun.

Crbune brun cu luciu smolos (BS)Culoare: negru brun pn la negru.Structur compact. Sprtur concoidal. Urma brun nchis.

Crbune brun huilos (B/H)-Culoare nchis.Fii alternative lucioase, mate. Sprtur plan sau plan concoidal. Urm neagr cu nuan brun.

Huil (H)Huil cu flacr lung (HL)Culoare: neagr.Fii alternative lucioase, mate. Sprtur plan concoidal. Urm neagr cu nuan brun.

Huil de gaz (HG)Stratificarea puin clar, lucios. Sprtur plan sau concoidal. Urm neagr cu nuan brun.

Huil gras (HGr)Culoare neagr.Luciu puternic. De cele mai multe ori sfrmicios i prfos. Urm neagr.

Huil de cocs (HC)Culoare neagr.Luciu puternic. De cele mai multe ori sfrmicios i prfos. Urm neagr.

Huil slab degresant (HS)Culoare neagr.Luciu puternic. De cele mai multe ori sfrmicios i prfos. Urm neagr.

Huil antracitoas (HA)Culoare neagr.Luciu puternic. De cele mai multe ori sfrmicios i prfos. Urm neagr.

Antracit (A)-Culoare neagr.Luciu metalic. De obicei sfrmicios. Urm neagr.

Turba este cel mai tnr crbune, din Neogen, formndu-se i astzi. Conine 52 - 62% carbon n masa combustibil, iar prin nclzire degaj foarte multe materii volatile. n momentul extraciei ea conine 75 - 80% umiditate, ca urmare trebuie uscat, stare n care are o putere calorific de 12 - 20 MJ/kg. Turba uscat i brichetat se folosete drept combustibil casnic. De asemenea, ea se poate folosi ca material filtrant sau ca ngrmnt.

Crbunele brun este un crbune mai vechi, din Paleogen. Conine 60 - 78% carbon n masa combustibil, iar prin nclzire degaj multe materii volatile. n momentul extraciei conine 30 - 45% umiditate. Are o putere calorific de 6 - 18 MJ/kg (uzual 7 - 9 MJ/kg). Este mult folosit, n special lignitul, care se gsete n cantiti mari, de exemplu n Romnia n bazinul Olteniei, n scopuri energetice, fiind combustibilul clasic n termocentralele pe baz de crbune.

Crbunele brun huilos este un crbune specific Romniei, are aspect de huil, ns putere calorific sub 20 MJ/kg, ca urmare nu poate fi considerat huil. Este folosit n scopuri energetice.

Huila este un crbune vechi, datnd din Cretacic i Jurasic. Conine 75 - 92% carbon n masa combustibil, iar prin nclzire degaj suficiente materii volatile pentru aprindere. n momentul extraciei conine 1 - 5% umiditate. Are o putere calorific de 20 - 29 MJ/kg. Este cel mai preios crbune. Huilele cu flacr lung (numele vine de la durata degajrii volatilelor, care ard cu flacr vizibil) i de gaz (numele vine tot de la cantitatea volatilelor) nu cocsific, ca urmare se folosesc n scopuri energetice. Huila de cocs i parial cea gras (n amestec cu cea de cocs) cocsific, ca urmare este folosit la producerea cocsului, valorificare mult mai valoroas dect prin ardere. Huilele slab i antracitoas au puine volatile, sunt greu de ars.

Antracitul este cel mai vechi crbune, datnd din Jurasic. Conine 92 - 98% carbon n masa combustibil, dar aproape deloc materii volatile, ceea ce l face foarte dificil de aprins. Aprinderea trebuie fcut cu un combustibil de suport, care s-l aduc la temperatura de 800C, temperatura de aprindere a carbonului. n momentul extraciei conine 3 - 12% umiditate. Are o putere calorific de 20 - 25 MJ/kg. Datorit aprinderii dificile este puin folosit n energetic, fiind folosit n industria chimic la producerea electrozilor.

Carbuni Artificiali

Distilarea uscata a carbunilor de pamant (pirogenarea)

Prin distilarea uscata a carbunilor de pamant in spatiile inchise si in lipsa aerului se obtin patru produse principale: gaz de generator sau de cocserie, gudron, ape amoniacale si reziduu solid (semicocsul si cocsul).

Distilarea carbunilor la temperaturi inalte se efectueaza in uzinele cocsochimice sau in uzinele de gaz.

In functie de temperatura la care se efectueaza procesul termic de distilare a carbunilor se disting:

- semicocsificarea cand, sub actiunea temperaturii de 500-600C, carbunii de pamant (lignitul) sunt transformati in semicocs, gudroane, gaze etc.

- cocsificarea cand, la temperaturi ce pot ajunge pana la 1000-1100C, carbunii de pamant, mai ales huila, sunt transformati in cocs, gudroane,gaze etc.

Semicocsificarea se face cu scopul fie de a innobila carbunii inferiori (lignitii) si de a obtine semicocsul, fie de a obtine o cantitate cat mai importanta de gudroane nedescompuse.

Cocsificarea sau prelucrarea la temperaturi la temperaturi inalte se face cu scopul de a obtine cocs metalurgic.

Gazul de generator sau de cocserie este alcatuit din H2, CH4, CO, H2S si alte gaze.

Compozitia gazului de generator depinde de felul carbunilor de pamant si de temperatura la care se face distilarea.

Aceste gaze au puterea calorifica cuprinsa intre 4000 si 8500 kcal/m3 si sunt folosite pentru incalzire.

Gudronul este un lichid uleios de culoare bruna care contine hidrocarburi aromatice. Este mai greu decat apa si are un miros specific, neplacut.

Apele amoniacale contin dizolvate amoniac liber si saruri de amoniu, ca: NH4Cl, (NH4)2SO4, (NH4)2CO3. Apele amoniacale sunt intrebuintate fie la obtinerea amoniacului, fie la prepararea sarurilor de amoniu folosite ca ingrasaminte minerale.

Cocsul obtinut in uzinele cocsochimice contine 95% carbon si are o putere calorifica de 6800-8000 kcal/kg. Este folosit drept combustibil si ca agent reducator. Daca se tine seama de faptul ca pentru fiecare tona de fonta obtinuta se consuma circa o tona de cocs, este lesne de inteles importanta carbunilor pe pamant ca materie prima de baza pentru dezvoltarea industriei sidelurgice. Uzinele cocsochmice care se construiesc pe langa marile combinate metalurgice, pentru a se obtine cocsul necesar fabricarii fontei, dau in acelas timp subproduse de cocserie. In tara noastra exista uzine cocsochimice la Hunedoara si la Resita.

In ultimi ani, al noi in tara s-a intensificat pe de o parte extractia carbunilor de pamant, iar pe de alta parte, chimizarea lor.

Carbunii de pamant constituie una din bogatiile mari ale tarii noastre.

Carbunele amorf

Carbunelel amorf este denumit impropriu astfel, deoarece in realitate el are o structura cristalina foarte fina (microcristalina), asemanatoare grafitului.

Carbunele amorf se prezinta in diferite varietati de carbuni artificiali, cum sunt: mangalul (carbunele de lemn), carbunele de oase(negru animal), cocsul, carbunele de retorta, carbunele de fum, etc si in carbunii de pamant sau fosili, produsi prin descompunerea lenta la temperaturi si presiuni inalte , a trunchiurilor de arbori(incarbonizare).

Dintre carbunii de pamant, cel mai vechi este antracitul care contine 94-97 % C si care prin ardere dezvolta multa caldura, 8.700 kcal/kg. Carbunii mai noi sunt huila si lignitul iar turba se formeaza si in zilele noastre, in asa numitele turbarii, din plantele cazute pe fundul baltilor si acoperite cu mal.

Carbunii de pamant sunt utilizati drept sursa de energie in centrale termoelectrice.

-Mangalul se obtine prin descompunerea termica a lemnelor in instalatii primitive sau retorte metalice, in absenta aerului. Se obtin totodata substante gazoase si lichide ( gudroane, alcool metilic, acid acetit-pirolignos)mare. Pe aceasta suprafata se retin bine diferite gaze, vapori sau unele substante aflate in solutie, procesul acesta numindu-se absorbtie. La incalzire, gazele si vaporii se desprind de suprafata carbunelui, se produce desorbtia.

-Cocsul este produsul solid care ramane la incalzirea puternica ( distilarea uscata ), in absenta aerului, la circa 1.000 grade celsius, a carbunilor de pamant.

Cocsul se fabrica in mari cuptoare de zidarie, lungi si inguste. Acestea sunt incalzite chiar cu gazul combustibil rezultat in procesul de cocsificare. Gazul acesta, numit gaz de cocserie, contine hidrogen, metan si oxid de carbon, dar si alte gaze in cantitati mai mici. Hidrogenul, care se gaseste in proportie mare- peste 50%, poate fi separat si folosit la sinteza amoniacului.

La distilarea uscata a carbunilor mai rezulta, in afara de gazul de cocserie, un lichid apos in care se gaseste amoniac ( ape amoniacale ) si un lichid uleios ( gudron ) ce contine substante organice. Apele amoniacale sunt folosite la fabricarea de saruri de amoniu, utilizate ca ingrasaminte. Componentele gudronului ( benzen,toluen,naftalina, fenoli etc ) se separa si se intrebuinteaza ca materie prima in industria de coloranti, de produse farmaceutice si de mase plastice.

Prin distilarea carbunilor de pamant se fabrica in cantitati mari, cocsul metalurgic, care serveste la obtinerea fontei in furnalele inalte ca si a altor metale. Cocsul metalurgic este un material dur, ce nu se sfarama sub sarcina mare din furnalul inalt.

Carbunii negri si grafit artificial prin descompunerea termica a multor materiale organice se obtin numeroase varietati de carbune negru. Proprietatile acestora difera mult cu substanta initiala si cu conditiile in care a fost efectuata carbonizarea.

Aspectul macroscopic al carbunelui negru este amorf, dar la cercetarea cu raze X au fost observate, la multe specii de carbuni negri, aspecte asemanatoare cu ale grafitului. Carbunele negru este un conglomerat de cristalite minuscule, orientate neregulat in toate directiile posibile si legate intre ele intr-un mod ce nu este inca bine cunoscut. Din cauza acestei structuri, carbunele negru, in general, conduce rau caldura si electricitatea.

.

ALTE INDUSTRII BAZATE PE CHIMIA CARBUNELUI Industria de prelucrare a carbuniilor cunoaste o ramificare multipla, care o leaga strans de aproape toate celelalte domeni.

Aceasta inter dependenta tine in buna masura de situatia locala a resurselor energetice, de gradul de dezvoltare al industriei, de gradul de valorificare a respectivelor resurse.

Interesant este insa si un alt aspect al pirogenari carbunilor. Multe tari, lipsite de resurse de titei naturali ca baza de materi prime pentru sintezele organice, de combustibili lichizi si gazosi usor transportabili si care sa arda cu randamente termice mari, si-au dezvoltat o intreaga industrie a carui produs principal nu este cocsul, ci gazele si subprodusele chimice ale cocsificari.

Unul dintre predecesori electricitatii in inluminatul public a fost tocmai gazul de cocserie obtinu prin pirogenarea carbunilor. Gazul de cocserie, bogat in componenti cu putere calorica ridicata, este un combustibil apreciat iar prezenta vaporilor de hidrocarburi aromatice ii dadea insusirea de a inlumina. De fapt, procesul consta intr-o ardere incomplete a acestora, cu producere de particule infime de carbon incandescent, obtiandu-se o flacara galbena, luminoasa.

Acest aspect al industriei de prelucrarea carbunelui este putin cunoscut in tara noastra, desi uzina de gaz din Bucuresti, de la Filaret, a fost una din primele de acest gen din Europa. In tara noastra, cu surse de lemn si gaz metan, rationalizarea utilizari intre combustibil a acestor doua materi prime pretioase pentru industria chimica si de prelucrare a lemnului nu a fost inpinsa pana la o restructurare a balantei energetice interne, si abia in ultimile deceni se da atentia cuvenita carbunilor.

Pentru obtinerea gazului, nu se utilizeaza insa carbuni cocsificabili, superiori, ci orice fel de carbuni, cat mai ieftini. Cocsul, de calitate mai slaba, obtinut in garanulatie de pana la circa 40 mm este utilizat apoi direct drept combustibil fara fum.

La cocsificarea unor huile de gaz, de exemplu, randamentul de gaz obtinut este de circa 350 mc pe tona de carbune pirogenat. Cocsificarea nu este insa singura cale de obtinere a conbustibililor gazosi din carbune. In procese de gazificare, masa organica a acestuia poate fi transformata integral in gaze conbustibile sau materi prime pentru sintezele organice.

Industria gazului de inluminat a fost un precursor pretios pentru industria gazificari carbunilor, pregatind si rezolvand pentru aceasta toate problemele legate de distribuirea si combustia gazelor.

Toate procesele de gazificare se bazeaza pe arderea incomplete a carbonului continut in combustibil. In aceste procese exista un purtator al carbonului si un purtator de oxigen care poate fi aerul sau vapori de apa, eventual si oxigen.

Printer procedeele moderne care urmaresc obtinerea unui gaz combustibil se numara si gazificarea subterana.

Acest procedeu se utilizeaza in cazul zacamintelor de carbuni a caror exploatare este dificila, costisitoare, sau al caror continut de cenuse este prea ridicat pentru a justifica extractia si apoi arderea in focare. Ideia acestei cai de valorificare a energiei inmagazinate in carbuni a fost enuntata inca in anul 1888 de catre Mendeleev. In pricipiu, metoda de lucru nu se deosebeste de cea a unui gazogen classic si consta in urmatoarele operati:

-delimitarea exacta azacamantului ;

-forarea unor cai de acces ale aierului introdus in zacamant;

-forarea unor puturi de evacuoare a gazului de aer format.

Se aprinde apoi, intr-unul din capetele zacamantului, carbunele, dupa care, prin insuflarea aerului, se obtine in urma procesului de gazificare gaz sarac, captat la unul din puturile forate pentru aceasta. Acest procedeu incepe sa fie utilizat din ce in ce mai mult, si aplicarea lui este in curs si la un zacamant din Oltenia.

Aceleasi cantitati le prezinta gazele si la o scara mare in industrie. Focare simple, ardere completa, cratenie si pierderi de caldura mici sunt cateva din avantajele ce au inpulsionat dezvoltarea industriei gazificari in tarile lipsite de resurse naturale de gaz combustibil.

Rezervele de gaze naturale sunt mult mai reduse de cat cele de carbune si destul de repede va veni vremea cand metanul, materie prima pretioasa, va fi economisit si inlocuit in combustia menajera si industriala cu alti purtatori de energie, chiar si in tarile in care astazi aceasta tehnologie de innobilare a combustibililor inferiori este cunoscuta doar din punct de vedere theoretic.

Hidrogenarea carbunilor nu mai reprezinta astazi inportanta pe plan mondial, dar tehnologia elaborate a inceput sa fie folosita si aplicata pe scara larga peste tot unde, prin imbunatatirea raportului hydrogen-carbon, se pot recupera deseuri pretioase din industria petroliera sau de prelucrarea carbunilor.

Carbunele macinat sub 5 mm este agitate cu o fractiune de ulei rezidual pana se creeaza o suspensie. Se adauga catalizatorul, iar apooi amestecul este incalzit la temperatura si presiunea de reactie in contact cu hidrogenul .

Carbunele solid se transforma in acest process, datorita ruperii macromoleculelor sale si a saturarii lor partiale cu hidrogen, intr-un produs lichid asemanator titeiului brut .

Prin hidrogenarea pe aceasta cale indicata, a unei tone de cabune, se pot obtine pana la 650 kg benzina si circa 160 kg hidrocarburi gazoase lichefiabile.

Carbunele, nu este numit un combustibil, el este si o resursa alternativa de energie inmagazinata in compusi gazosi sau lichizi, reprezentand o importanta materie prima pentru 2 ramuri industriale de baza in economia unei tari: siderurgia si industria de sinteza organica, pe laga uriasele cantitati consummate in industria energetica , drept combustibil la producerea energiei electrice .

Executiile cu diferiti solventi, au aratat ca, in carbune, o parte din masa organica se transforma la cald in compusi solubili in solventi folositi.

Atat prin cocsificare, cat si prin semicarbonizarea carbunilor, prin hidrogenare sau sinteze de produse din gaze, ca si din extractia carbunilor se obtin fractiuni car, datorita continutului lor ridicat de carbon, a gradului mare de nesaturare, se utilizeaza current la fabricarea negrului de fum.

Carbunele active este un material pe care numai denumirea, culoare si continutul de carbon il aseamana cu carbunele propriu-zis , si se poate afirma pe buna dreptate ca denumirea de carbuneincetatenita pentru acest produs este cu totul impropie.

Carbunele activ nu se extrage din nici un zacamant sin u se formeaza in scoarta terestra in timp, asa cum se intampla cu carbunii.

Fabricarea carbunelui activ se face din materii prime cu structura poroasa,cu un continut ridicat de carbon se foloseste de obicei mangal si rare ori semicocsul obtinut din carbune brun sau huile necocsificabile .

Carbunele a reprezentat primul combustibil utilizat in timpul revolutiei industriale si a jucat un rol foarte insemnat in dezvoltarea marilor tari industrializate.De aceea carbunele ramane principala sursa de combustibil.

Bibliografie: Barbu, I. .a. A doua tineree a crbunilor, Editura Albatros, Bucureti, 1986

Ionescu, I Chimie si probleme de chimie, Litografia UTP,Bucuresti, 1993 Dobrescu, L. Prepararea carbunilor, Editura Tehnica, Bucuresti, 1963Page 15