جالب است بدانید که در ایالات متحده حدود نیمی از برق تولیدشده به زغال سنگ وابسته است. این آمار کم و بیش در بسیاری از کشورهای دیگر هم وجود دارد. زغال سنگ یکی از مهم‌ترین سوخت‌های فسیلی موجود در جهان است که فعالیت بسیاری از صنایع به وجود آن وابسته است. به همین دلیل آشنایی با روش های استخراج این سوخت فسیلی اهمیت زیادی دارد. اما زغال سنگ چیست و چگونه استخراج می‌شود؟ در این مطلب به بررسی جامع این موضوع خواهیم پرداخت.
خلاصه‌ای از نحوه تشکیل زغال سنگ
برای روشن شدن مطلب روش های استخراج زغال سنگ، چاره‌ای جز آشنایی با نحوه تشکیل این ماده وجود ندارد. ابتدا باید بدانید که زغال سنگ اساسا چگونه شکل می‌گیرد. همانطور که می‌دانید زغال سنگ یکی از مهم‌ترین سوخت‌های فسیلی شناخته‌شده در طبیعت محسوب می‌شود. این سوخت تجدیدناپذیر طی میلیون‌ها سال و از بقایای گیاهان مرده به وجود می‌آید. امروزه از زغال سنگ استفاده‌های زیادی می‌شود، اما اولین بار از این ماده در قرن 18 و همزمان با انقلاب صنعتی استفاده شد.
زغال سنگ‌ها از نظر ظاهری تیره هستند. علت تیرگی زغال سنگ وجود کربن است. عنصر هیدروژن هم در کنار کربن، بیشترین سهم را در ترکیب زغال سنگ دارد. مراحل تشکیل زغال سنگ، شامل دو مرحله تصفیه و زهکشی است. همانطور که اشاره کردیم، بقایای گیاهان مرده بعد از گذشت میلیون‌ها سال، زغال سنگ را تشکیل می‌دهند.
برای رشد گیاهانی که منجر به تشکیل زغال سنگ می‌شوند، نیاز به آب و هوای ملایم و مرطوب است. گیاهان مورد نظر بعد از خشک شدن داخل باتلاق می‌افتند. با توجه به نبود اکسیژن، خیلی زود تبدیل به پیت می‌شوند. پیت‌ها سیاه و قهوه‌ای رنگ هستند.
با مراحل تشکیل زغال سنگ آشنا شوید
برای درک و یادگیری بیشتر روش‌های استخراج زغال سنگ، بد نیست نگاهی به مراحل تشکیل این ماده هم داشته باشیم. از زغال سنگ برای تولید کک، قطران و گاز هم استفاده می‌کنند. با توجه به این که بخش بزرگی از زغال سنگ را کانی تشکیل می‌دهد، برخی زمین‌شناسان معتقدند که جزو کانی‌ها نیست. برخی دیگر از ترکیبات زغال سنگ به جز کربن شامل اکسیژن، هیدروژن، نیتروژن و گوگرد می‌شود. در ادامه به تشریح مراحل تشکیل زغال سنگ خواهیم پرداخت.
مرحله اول؛ تورب (پیت)
وقتی گیاهان مرده بعد از میلیون‌ها سال در حال تبدیل شدن به زغال سنگ هستند، ابتدا به تورب یا پیت تبدیل می‌شوند. در این حالت توده متراکمی از گیاهان را داریم که به صورت ناقص تجزیه شده‌اند. در واقع نه دیگر گیاه مرده هستند و نه زغال سنگ کامل!
مرحله دوم؛ لیگنت
بعد از تورب یا پیت، نوبت به تشکیل زغال سنگ قهوه‌ای رنگ با نام لیگنت می‌رسد. این نوع زغال سنگ را به عنوان ضعیف‌ترین و پایین‌ترین درجه خلوص زغال سنگ می‌شناسند. معمولا از لیگنت یا زغال سنگ قهوه‌ای، برای تولید انرژی استفاده می‌کنند. نوع شپک یا شپق لیگنت در بازار با عنوان سنگ نیمه‌قیمتی شناخته می‌شود، اما به طور کلی استفاده از آن آسیب زیادی برای محیط زیست به همراه دارد.
مرحله سوم؛ شبه – بیتومینه
یکی دیگر از انواع زغال سنگ قبل از تجزیه کامل آن است که از آن برای تولید انرژی الکتریسیته استفاده می‌شود. میزان خلوص زغال سنگ شبه – بیتومینه، بین بیتومینه و لیگنت است.
مرحله چهارم؛ بیتومینه
در این مرحله از تشکیل زغال سنگ، شکل ظاهری محصول تیره با نوارهای روشن و کدر است. کک که میزان کربن بسیار بالایی دارد از تقطیر بیتومینه ایجاد می‌شود. از این محصول برای تولید برق هم استفاده می‌شود.
مرحله پنجم؛ آنتراسیت
در مرحله پایانی، شاهد نوعی زغال سنگ سیاه و سخت خواهیم بود. آنتراسیت بیشترین میزان خلوص را دارد. در روش های استخراج زغال سنگ با این ماده که سیاه و براق است مواجه خواهیم شد. از سوزاندن آنتراسیت، شعله آبی رنگ حاصل می‌شود. زغال سنگ آنتراسیت دارای بیشترین کربن و کمترین میزان آب است.
انواع زغال سنگ را بیشتر بشناسید
این سوخت فسیلی پرکاربرد، انواع مختلفی دارد که هر کدام دارای خواص و ویژگی‌های خاص خود هستند. روش های استخراج زغال سنگ، اغلب خطرناک هستند. با این حال همچنان استفاده از این ماده بسیار رایج است. زغال سنگ‌ها را از نظر میزان کربن موجود در آنها به دو دسته کلی تقسیم می‌کنند که عبارتند از:
- زغال سنگ قیری: در سال 2021 حدود 50 درصد تولید زغال سنگ جهان را به خود اختصاص داده بود. به همین دلیل یکی از رایج‌ترین زغال سنگ‌های جهان محسوب می‌شود. این نوع زغال سنگ چیزی در حدود 45 تا 86 درصد کربن دارد.
- زغال سنگ زیرقیری: این نوع زغال سنگ هم کاربردهای خاص خود را دارد. زغال سنگ زیرقیری، حدود 35 تا 45 درصد کربن دارد. از نظر گرمایشی هم زغال سنگ زیرقیری گرمایش بسیار کمتری دارد.
روش های استخراج زغال سنگ کدامند؟
همانطور که می‌دانید، کار در معدن بسیار سخت و طاقت‌فرساست. احتمالا تصاویر مربوط به استخراج زغال سنگ توسط معدنچیان را زیاد دیده باشید. این زغال سنگ‌ها هم در اعماق زمین و هم در سطح آن وجود دارند. به هر حال برای استفاده از این ماده بسیار ارزشمند، چاره‌ای جز استخراج آن وجود ندارد. برای استخراج زغال سنگ، روش‌های زیادی وجود دارد. استفاده از این روش‌ها، بستگی به نکات زمین‌شناسی منطقه دارد. در ادامه 3 مورد از مهم‌ترین و رایج‌ترین روش های استخراج زغال سنگ را بررسی خواهیم کرد.
1. استخراج زغال سنگ به روش سطحی
وقتی شکاف معدن در نزدیکی سطح زمین قرار دارد از این روش استفاده می‌شود. از مهم‌ترین ابزارهای موردنیاز در روش سطحی، می‌توان به بیل مکانیکی و کامیون اشاره کرد. مهم‌ترین دلیل استفاده از روش سطحی برای استخراج زغال سنگ، صرفه اقتصادی این روش است. بازدهی روش سطحی هم بسیار بیشتر از سایر روش‌هاست. در این روش بیش از 90 درصد زغال سنگ‌های موجود استخراج می‌شوند.
2. استخراج زغال سنگ به روش زیرسطحی
یکی دیگر از روش های استخراج زغال سنگ است که مورد استفاده بسیاری از متخصصان این حوزه قرار می‌گیرد. روش زیرسطحی به دو شکل انجام می‌شود که عبارتند از:
- روش اتاق ستون: در این حالت شبکه‌ای از ستون‌های زغال سنگ و شکاف معدن ایجاد می‌شود. به این ترتیب از ریزش سقف اتاق جلوگیری خواهد شد.
- روش جبهه کار طولانی: در این روش برش مکانیکی ایجاد می‌کنند. هدف از ایجاد این برش، فراهم شدن امکان استخراج کامل و ساده زغال سنگ از شکاف معدن است.
نکته: برای این که هر دو روش به بهترین شکل انجام شوند، نباید مطالعات دقیق زمین‌شناسی فراموش شوند.
3. استخراج زغال سنگ به روش برداشتن قله کوه
از این روش برای دسترسی به ذخایر زغال سنگ استفاده می‌کنند. روش برداشتن قله کوه، خیلی مورد استقبال متخصصان این حوزه قرار نمی‌گیرد. دلیل این امر آسیب‌هایی است که روش برداشتن قله کوه برای محیط زیست دارد.
حمل و نقل زغال سنگ به چه صورت است؟
یکی از مهم‌ترین مسائلی که بعد از پرداختن به روش های استخراج زغال سنگ باید مورد بررسی قرار بگیرد، نحوه حمل و نقل این ماده است. بهتر است بدانید که ممکن است هزینه حمل و نقل زغال سنگ از استخراج آن پرهزینه‌تر باشد! به همین دلیل بسیاری از صنایعی که از زغال سنگ برای تولیدات خود استفاده می‌کنند در نزدیکی معادن زغال سنگ بنا می‌شوند. به این ترتیب در هزینه‌های گزاف حمل و نقل هم صرفه‌جویی می‌کنند.
یکی از مهم‌ترین صنایعی که با زغال سنگ فعالیت می‌کند، نیروگاه تولید برق است. این نیروگاه‌ها را معمولا در نزدیکی معادن زغال سنگ قرار می‌دهند. به طور کلی روش‌های زیادی برای حمل و نقل زغال سنگ‌ها وجود دارد که برخی از مهم‌ترین آنها، عبارتند از:
- بخشی از مسیر انتقال زغال سنگ به مقصد، توسط قطارها انجام می‌شود.
- برای حمل و نقل زغال سنگ در اطراف معدن از کامیون، نوارهای نقاله و ترامواها استفاده می‌کنند.
- برای حمل و نقل زغال سنگ از روی دریاچه‌ها و رودخانه‌ها، بهترین روش استفاده از بارج‌هاست.
- از کشتی‌های بزرگ برای عبور زغال سنگ از دریاها و اقیانوس‌ها استفاده می‌شود.
- در صورتی که زغال سنگ خردشده داشته باشیم از خطوط لوله دوغاب مخلوطی استفاده خواهد شد.
بررسی مهم‌ترین معیارهای تشخیص کیفیت زغال سنگ
بعد از انجام روش های استخراج زغال سنگ، نوبت به ارزیابی کیفیت ماده به دست‌آمده می‌رسد. به هر حال زغال سنگ‌ها هم از نظر کیفیت درجه‌بندی می‌شوند. زغال سنگ‌ها توسط متخصصین این حوزه بر اساس خواص شیمیایی و فیزیکی در رتبه‌های خاصی قرار می‌گیرند. معیار اصلی این رتبه‌بندی، درجه تبدیل گیاه به کربن است که شامل عوامل زیر می‌شود:
- میزان دما و فشار اعماق
- اعماق دفن
- زمان مورد نیاز برای تشکیل زغال سنگ
- انواع پوشش گیاهی تشکیل زغال سنگ
کلام پایانی
آشنایی با روش های استخراج زغال سنگ، برای نتیجه‌گیری حداکثری ضروری است. به طور کلی روش‌های زیادی برای استخراج زغال سنگ از معادن وجود دارد که در این مطلب 3 مورد از مهم‌ترین آنها را بررسی کردیم. موضوع مهم بعد از استخراج زغال سنگ، حمل و نقل و تشخیص کیفیت آن است. زغال سنگ‌ها را می‌توان به روش‌های مختلفی حمل و نقل کرد. معمولا هزینه حمل و نقل زغال سنگ بسیار بالاست. برای تشخیص کیفیت زغال سنگ، معیارهای مختلفی هم وجود دارد. آشنایی با این معیارها برای سنجش و ارزیابی زغال سنگ استخراج‌شده ضروری است.
