Węgle kopalne, rodzaje i ich zastosowania

Węgiel jest pierwiastkiem bardzo szeroko rozpowszechnionym w przyrodzie, gdzie występuje w stanie wolnym oraz w postaci związków chemicznych. Spotykany jest w litosferze, atmosferze i hydrosferze. W świecie mineralnym występuje przede wszystkim w postaci węglanów. Jest on także podstawowym składnikiem wszystkich tkanek roślinnych i zwierzęcych. Związkami węgla zarówno naturalnymi, jak i otrzymanymi sztucznie zajmuje się chemia organiczna. Węgiel leży w czternastej grupie układu okresowego. Jego liczba atomowa wynosi 6, natomiast masa atomowa jest równa 12,01. Jest on niemetalem, który występuje w trzech odmianach alotropowych. Odmianami alotropowymi węgla są grafit, diament i fulereny. Diament i grafit występują w przyrodzie w postaci minerałów. Węgiel jest niemetalem, który rozpuszcza się jedynie w kilku stopionych metalach np. niklu, kobalcie, żelazie i platynie. W związkach chemicznych pierwiastek ten występuje na II, IV i -IV stopniu utlenienia. Węgiel jest środkiem redukującym, który służy do otrzymywania z rud czystych metali, np. miedzi, żelaza, cynku.

Za początek historii powstawania węgli kopalnych uważa się karbon – okres geologiczny w erze paleozoicznej. Era ta zaczęła się około 360 mln lat temu, trwała około 70 mln lat. W tym czasie zaczęły osadzać się na Ziemi szczątki organiczne – skrzypy, widłaki, paprocie. Po upływie milionów lat, pod wpływem wielu czynników: zalania wodą i bagnami, brakiem dostępu tlenu, przysypywanie warstwą skał osadowych, wysokiej temperatury i ciśnienia, po wielu przekształceniach, ze szczątków tych roślin powstały złoża węgla kamiennego.

Węgle kopalne występują w kilku gatunkach, np. jako węgiel kamienny, węgiel brunatny, szungit, antracyt i torf. Nie są one czystym węglem, ale zawierają one mieszankę różnych związków chemicznych węgla oraz różnego rodzaju domieszki, którymi są np. piasek, glina lub piryt. Węgle kopalne są skałami osadowymi, które powstały w dawnych epokach geologicznych z roślin wtedy rosnących. Największe złoża węgla kopalnego powstały w permie i karbonie. W karbonie węgle kopalne powstały z widłaków, paproci i skrzypów, natomiast materiałem roślinnym, z którego uformowały się złoża węgla w permie były rośliny okrytozalążkowe (topole, sekwoje). Proces powstawania węgla kopalnego można podzielić na dwie fazy. Pierwsza z nich, faza biochemiczna, polega na rozkładaniu się materii roślinnej, pod wpływem działania drobnoustrojów i wzbogaca się ona w węgiel pierwiastkowy. Druga faza geochemiczna polega na działaniu na przykrytą skałami osadowymi przeobrażoną materię organiczną odpowiedniej temperatury i ciśnienia. Dochodzi wówczas do usunięcia gazowych składników i koncentracji węgla. Ponieważ uwęglanie zachodziło w różnych warunkach i z różną intensywnością, doszło do powstania odmiennych rodzajów węgla kopalnego. Proces powstawania złóż węgla kopalnego był bardzo długotrwałym procesem.

Do węgli kopalnych zaliczany jest: torf (zawartość węgla, około 60%), węgiel brunatny (zawierający około 62-75% pierwiastka węgla), węgiel kamienny (posiadający około 88% węgla), antracyt (o dużej zawartości, wynoszącej nawet 96%) i szungit (99% szungitu stanowi węgiel).

Charakterystyka węgiel kopalnych:

Torf jest ciemnobrunatny. Najczęściej spotykany jest na dnie różnych bagien. Stosuje się go jako materiał opałowy, materiał izolacyjny, w ogrodnictwie, lecznictwie oraz budownictwie.

Węgiel brunatny jest o wiele mniej kaloryczny od węgla kamiennego. Najczęściej stosuje się go w elektrowniach i to przeważnie w miejscu jego wydobycia, ponieważ ze względu na dużą ilość wody oraz jego kruchość transport jest nieopłacalny. Wykorzystuje się go w budownictwie i przemyśle chemicznym.

Węgiel kamienny przyczynił się do zapoczątkowania produkcji energii na wielką skalę, a co za tym idzie rewolucji przemysłowej. Większość złóż węgla kamiennego znajduje się na półkuli północnej, a zasoby tego rodzaju węgla kopalnego szacowane są na kilka bilionów ton

Antracyt jest czarny. Używa się go do produkcji elektrod. Stanowi także wysokogatunkowe paliwo, ponieważ nie pozostawia popiołu i nie ulega on spiekaniu.

Szungit pośredni między antracytem a grafitem, jest produktem przeobrażenia pochodnych ropy naftowej; używany w przemyśle chemicznym i budownictwie.

Występowanie:

Torf występuje w Irlandii i Finlandii.

Węgiel brunatny występuje on w Rosji, Kanadzie, Szwecji oraz Indiach.

Węgiel kamienny występuje on w USA, Chinach, Rosji, Australii, RPA i Indiach

Antracyt występuje on w Rosji, Chinach, na Ukrainie, USA, Wielkiej Brytanii, Czechach i Polsce.

Szungit występuje on w Rosji, Szwecji, Kanadzie i Indiach

Wykonał:

Patryk Łuszkiewicz

II TI