Charbon

Le charbon est un roche sédimentaire non clastique. Ce sont les restes fossilisés de plantes et sont dans des tons noirs inflammables et noir brunâtre. Son élément principal est le carbone, mais il peut également contenir différents éléments tels que l'hydrogène, soufre et l'oxygène. Contrairement au charbon minéraux, il n'a pas de composition chimique ni de structure cristalline fixes. Selon le type de matière végétale, les degrés de carbonisation et la présence d'impuretés, différents types de charbon se forment. Il existe 4 variétés reconnues. Le lignite est le grade le plus bas et est le plus doux et le moins carbonisé. Le charbon sous-bitumineux est brun foncé à noir. Le charbon bitumineux est le plus abondant et est souvent brûlé pour générer de la chaleur. L'anthracite est la forme de charbon la plus haute et la plus métamorphosée. Il contient le pourcentage le plus élevé de carbone à faible émission et serait un carburant idéal s'il n'était pas relativement moins cher.

Le charbon est principalement utilisé comme combustible. Le charbon est utilisé depuis des milliers d'années, mais sa véritable utilisation a commencé avec l'invention des machines à vapeur après la révolution industrielle. Le charbon fournit les deux cinquièmes de la production d'électricité dans le monde et le charbon est utilisé comme principal combustible dans fonte et les installations de production d'acier.

Nom origine: Le mot a pris à l'origine la forme col de l'ancien anglais du proto-germanique *kula(n), qui est censé dériver de la racine proto-indo-européenne *g(e)u-lo- « charbon vivant ».

Couleur: Noir et noir brunâtre

Dureté : Cmodifiable

Taille d'un grain: Grain fin

Réservation de groupe: Non clastique Roche sédimentaire

Classification du charbon

Au fur et à mesure que les processus géologiques exercent une pression sur le matériel biotique mort dans des conditions favorables, le degré ou l'ordre de métamorphose augmente successivement comme suit :

Lignite, le niveau le plus bas de charbon, le plus nocif pour la santé, est utilisé presque exclusivement comme combustible pour la production d'électricité

Jet, une forme compacte de lignite, parfois polie ; Paléolithique supérieur Le charbon bitumineux inférieur, dont les propriétés vont de celles du lignite au charbon bitumineux, était principalement utilisé comme pierre ornementale car il était utilisé comme combustible pour la production d'électricité à vapeur.

Bitumineux charbon, une roche sédimentaire dense, généralement noire, mais parfois brun foncé, souvent avec des bandes bien définies de matière brillante et terne. Il est principalement utilisé comme combustible dans la production d'énergie électrique à vapeur et dans la production de coke. Au Royaume-Uni, il est connu sous le nom de charbon vapeur et a toujours été utilisé pour produire de la vapeur dans les locomotives à vapeur et les navires.

Anthracite, la plus haute qualité de charbon, est un charbon noir plus dur et brillant utilisé principalement pour le chauffage des locaux résidentiels et commerciaux.

Graphite est difficile à enflammer et n'est pas couramment utilisé comme combustible; il est le plus couramment utilisé dans les crayons ou en poudre pour la lubrification.

Charbon de canal (parfois appelé « charbon de chandelle ») est une variété de charbon à grains fins et de haute qualité composé principalement de liptinite avec une teneur importante en hydrogène.

Il existe plusieurs normes internationales pour le charbon. La classification du charbon est généralement basée sur la teneur en substances volatiles. Mais la distinction la plus importante est le charbon thermique (également connu sous le nom de charbon vapeur), qui est brûlé pour produire de l'électricité grâce à la vapeur ; et le charbon métallurgique (également connu sous le nom de charbon à coke), qui est brûlé à haute température pour fabriquer de l'acier.

Importance historique

Le charbon a joué un rôle important dans l'histoire humaine et a été utilisé comme source de combustible pendant des milliers d'années. Dans les temps anciens, le charbon était utilisé pour chauffer et cuire les aliments, ainsi que pour se réchauffer. Pendant la révolution industrielle, le charbon est devenu la principale source d'énergie pour alimenter les moteurs à vapeur et les machines, entraînant des avancées technologiques importantes dans les transports, la fabrication et d'autres industries. L'utilisation du charbon a également conduit au développement de l'exploitation minière en tant qu'industrie majeure et a contribué à stimuler la croissance économique dans de nombreuses régions du monde. Cependant, l'utilisation du charbon a également été associée à des impacts environnementaux importants, y compris la pollution de l'air et de l'eau, et a été un contributeur majeur au changement climatique. Par conséquent, des efforts sont en cours pour passer à des sources d'énergie plus propres et réduire la dépendance au charbon.

Composition chimique

Le charbon est principalement composé de carbone, d'hydrogène, d'oxygène, d'azote et de soufre. La composition exacte du charbon varie en fonction de son âge et de son origine, mais généralement, le charbon peut être classé en quatre grands types en fonction de sa teneur en carbone : lignite, sous-bitumineux, bitumineux et anthracite. Le lignite est le type de charbon le plus jeune et contient le moins de carbone, tandis que l'anthracite est le plus ancien et a la teneur en carbone la plus élevée. En règle générale, le charbon à haute teneur en carbone a une teneur énergétique plus élevée et brûle plus efficacement. Le charbon contient également des quantités variables de minéraux tels que la silice, l'alumine, le fer, le calcium, le sodium et le potassium, qui peuvent affecter ses propriétés de combustion et son impact sur l'environnement lorsqu'il est brûlé.

Propriétés physiques

Le charbon a une variété de propriétés physiques, notamment :

1. Couleur: Le charbon peut varier en couleur du noir au brun au grisâtre.
2. Dureté: La dureté du charbon peut varier de très molle et friable, comme le graphite, à très dure, comme l'anthracite.
3. Densité : le charbon a une densité inférieure à celle de nombreux autres roches et minéraux, ce qui le rend relativement léger.
4. Porosité: Le charbon peut être très poreux, avec de petits espaces entre les particules de charbon.
5. Rupture conchoïdale: Le charbon se fracture souvent selon un motif lisse et incurvé, connu sous le nom de fracture conchoïdale.
6. Lustre: Le charbon a un éclat terne à brillant, selon le type de charbon.
7. Traînée: Le charbon produit une traînée noire ou brun foncé lorsqu'il est frotté sur une assiette en porcelaine blanche non émaillée.

Les propriétés physiques du charbon sont importantes pour son extraction, sa transformation et son utilisation. Par exemple, la dureté du charbon peut affecter le type de méthode d'extraction utilisée, tandis que la porosité et la densité peuvent affecter le traitement et le transport du charbon.

Extraction et traitement du charbon

Le charbon est généralement extrait de mines souterraines ou à ciel ouvert. Les méthodes d'extraction souterraine comprennent l'extraction par chambres et piliers, les longues tailles et l'extraction par retrait, tandis que les méthodes d'extraction à ciel ouvert comprennent l'extraction à ciel ouvert, l'extraction au sommet d'une montagne et l'exploitation à ciel ouvert.

Dans la méthode d'extraction par chambres et piliers, des tunnels sont creusés dans une veine de charbon et des piliers de charbon sont laissés pour soutenir le toit. Dans l'exploitation minière à longue taille, un long mur de charbon est extrait en une seule tranche, tandis que le toit au-dessus de la zone extraite s'effondre derrière la machine minière. L'exploitation minière de retraite implique l'enlèvement de piliers d'une zone précédemment exploitée.

Dans l'exploitation minière à ciel ouvert, la roche et le sol sus-jacents sont enlevés pour accéder au charbon. Ce processus peut être effectué par extraction à ciel ouvert, dans laquelle les morts-terrains sont enlevés par bandes, ou par enlèvement au sommet d'une montagne, dans lequel des sommets entiers sont enlevés pour accéder au charbon. L'exploitation à ciel ouvert est une autre technique d'exploitation à ciel ouvert, dans laquelle une grande fosse est creusée pour extraire le charbon.

Une fois le charbon extrait, il est traité pour éliminer les impuretés et le préparer à l'utilisation. Le traitement peut comprendre le concassage, le criblage et le lavage pour éliminer la roche et d'autres impuretés, ainsi que le séchage pour réduire la teneur en humidité du charbon. Le charbon peut également être traité avec des produits chimiques pour éliminer le soufre et d'autres impuretés, un processus connu sous le nom de nettoyage du charbon.

Techniques d'extraction (mines à ciel ouvert et souterraines)

L'extraction du charbon peut être divisée en deux grandes catégories : l'exploitation à ciel ouvert et l'exploitation souterraine.

L’exploitation minière à ciel ouvert consiste à enlever la roche, le sol et la végétation sus-jacents pour exposer la couche de charbon. Cela se fait généralement avec de grandes machines qui enlèvent les morts-terrains (le matériau au-dessus de la couche de charbon) en couches. Il existe différentes méthodes d'exploitation minière à ciel ouvert, notamment l'exploitation minière à ciel ouvert, l'exploitation minière à ciel ouvert, l'exploitation minière au sommet des montagnes et l'exploitation minière en haute paroi. Dans l'exploitation à ciel ouvert, les morts-terrains sont enlevés en longues bandes, tandis que dans l'exploitation à ciel ouvert, les morts-terrains sont enlevés dans une grande fosse. L’exploitation minière au sommet d’une montagne consiste à retirer tout le sommet d’une montagne. montagne pour accéder à la couche de charbon, tandis que l'exploitation minière en haute paroi est utilisée pour récupérer le charbon d'une face verticale ou d'une falaise exposée.

L'exploitation minière souterraine consiste à creuser des tunnels ou des puits dans la terre pour atteindre le filon de charbon. Il existe deux principaux types d'exploitation minière souterraine : l'exploitation minière par chambres et piliers et l'exploitation minière à longue taille. Dans l'exploitation minière par chambres et piliers, la couche de charbon est extraite dans une série de chambres, laissant des piliers de charbon pour soutenir le toit. Dans l'exploitation minière à longue taille, une machine appelée cisaille se déplace d'avant en arrière le long de la veine de charbon, coupant le charbon et le déposant sur un tapis roulant. Le toit est soutenu par des supports hydrauliques à mesure que la machine avance.

Une fois le charbon extrait, il peut être traité pour éliminer les impuretés et préparé pour être utilisé. Le traitement peut impliquer le concassage, le tamisage et le lavage pour éliminer les roches et autres matériaux mélangés au charbon. Le charbon peut également être traité avec des produits chimiques pour éliminer le soufre et d'autres impuretés, ou il peut être converti en combustibles liquides ou gazeux.

Les méthodes de traitement (nettoyage, broyage, calibrage, etc.)

Une fois le charbon extrait, il doit souvent être nettoyé et traité pour éliminer les impuretés et le préparer à l'utilisation. Les méthodes de traitement exactes utilisées peuvent varier en fonction du type de charbon et de son utilisation prévue.

Une méthode courante de traitement du charbon consiste à utiliser un processus appelé «lavage», qui consiste à utiliser de l'eau, des produits chimiques et des équipements mécaniques pour séparer le charbon des impuretés telles que la roche, les cendres et le soufre. Le charbon est broyé et mélangé avec de l'eau et des produits chimiques pour créer une bouillie, qui est ensuite passée à travers une série d'écrans et de cyclones pour séparer le charbon des autres matériaux. Le charbon séparé est ensuite traité pour éliminer toutes les impuretés restantes et classé en fonction de la taille.

D'autres méthodes de traitement peuvent inclure le concassage et le broyage du charbon pour le rendre apte à la combustion ou à d'autres utilisations, ainsi que des procédés pour éliminer le soufre et d'autres polluants du charbon. Selon l'utilisation prévue du charbon, des étapes de traitement supplémentaires peuvent également être nécessaires, telles que la carbonisation pour produire du coke à utiliser dans le processus de fabrication de l'acier.

Composition du charbon

La composition du charbon peut être analysée de deux manières. La première est rapportée sous la forme d'une analyse fine (humidité, matières volatiles, carbone fixe et cendres) ou d'une analyse finale (cendres, carbone, hydrogène, azote, oxygène et soufre). Un charbon bitumineux typique peut avoir une analyse finale sur une base sèche et sans cendres de 84.4 % de carbone, 5.4 % d'hydrogène, 6

COMPOSITION DES CENDRES, POURCENTAGE EN POIDS
SiO 2	20-40
Al 2O 3	10-35
Fe 2O 3	5-35
CaO	1-20
MgO	0.3-4
TiO 2	0.5-2.5
Na 2D'ACCORD 2O	1-4
SO 3	0.1-12

Formation de charbon

Le processus de transformation de la végétation morte en charbon s'appelle la coalification. Dans le passé géologique, il y avait des zones humides basses et des forêts denses dans diverses régions. La végétation morte dans ces zones a généralement commencé à se biodégrader et à se transformer avec de la boue et de l'eau acide.

Cela a piégé le carbone dans d'immenses tourbières qui ont finalement été enfouies profondément par les sédiments. Puis, pendant des millions d'années, la chaleur et la pression de l'enfouissement profond ont provoqué une perte d'eau, de méthane et de dioxyde de carbone et une augmentation de la teneur en carbone.

La qualité du charbon produit dépendait de la pression et de la température maximales atteintes; Le lignite (aussi appelé « houille brune ») et le charbon sous-bitumineux, le charbon bitumineux ou l'anthracite (aussi appelé « houille » ou « houille ») produits dans des conditions relativement douces sont produits avec une température et une pression croissantes.

Parmi les facteurs impliqués dans la carbonisation, la température est beaucoup plus importante que la pression ou le temps d'enfouissement. Le charbon sous-bitumineux peut se former à des températures aussi basses que 35 à 80 ° C (95 à 176 ° F), tandis que l'anthracite nécessite une température d'au moins 180 à 245 ° C (356 à 473 ° F).

Bien que le charbon soit connu de la plupart des périodes géologiques, 90% de tout le charbon Cautions se sont déposés au Carbonifère et au Permien, qui ne représentent que 2% de l'histoire géologique de la Terre.

Apparition de charbon

Le charbon est une source d'énergie et de produits chimiques courante. Les plantes terrestres nécessaires au développement du charbon n'étaient pas abondantes jusqu'à la période carbonifère (il y a 358.9 millions à 298.9 millions d'années), de grands bassins sédimentaires contenant des roches d'âge carbonifère et plus jeune sont connus sur presque tous les continents, y compris l'Antarctique. La présence de grands gisements de charbon dans les régions aux climats arctiques ou subarctiques (comme l'Alaska et la Sibérie) est due aux changements climatiques et au mouvement tectonique des plaques crustales qui ont déplacé des masses continentales plus anciennes sur la surface de la Terre, parfois à travers les régions subtropicales et même tropicales. . Régions. Certaines régions (comme le Groenland et la majeure partie du nord du Canada) manquent de charbon parce que les roches qui s'y trouvent sont antérieures à la période carbonifère, et ces régions, connues sous le nom de boucliers continentaux, manquent de la vie végétale terrestre abondante nécessaire à la formation de grands gisements de charbon.

Caractéristiques et propriétés du charbon

De nombreuses propriétés du charbon varient en fonction de facteurs tels que sa composition et la présence de matières minérales. Différentes techniques ont été développées pour examiner les propriétés du charbon. Ce sont la diffraction des rayons X, la microscopie électronique à balayage et à transmission, la spectrophotométrie infrarouge, la spectroscopie de masse, la chromatographie en phase gazeuse, l'analyse thermique et l'analyse électrique, thermique et les mesures électriques, optiques et magnétiques.

intensité

Connaître les propriétés physiques du charbon est important dans la préparation et l'utilisation du charbon. Par exemple, la densité du charbon varie d'environ 1.1 à environ 1.5 mégagrammes par mètre cube, ou grammes par centimètre cube. Le charbon est légèrement plus dense que l'eau et nettement moins dense que la plupart des roches et des matières minérales. Les différences de densité permettent d'améliorer la qualité d'un charbon en éliminant la majeure partie de la matière rocheuse et des particules riches en sulfure par séparation des liquides lourds. 

Porosité

La densité du charbon est contrôlée en partie par la présence de pores qui persistent tout au long de la carbonisation. La taille des pores et la distribution des pores sont difficiles à mesurer ; cependant, les pores semblent avoir trois gammes de tailles :

(1) macropores (diamètre supérieur à 50 nanomètres),

(2) mésopores (2 à 50 nanomètres de diamètre), et

(3) micropores (diamètre inférieur à 2 nanomètres).

(Un nanomètre équivaut à 10−9 mètres.) La majeure partie de la surface effective d'un charbon - environ 200 mètres carrés par gramme - se trouve dans les pores du charbon, et non sur la surface extérieure d'un morceau de charbon. La présence d'espace poreux est importante dans la production de coke, la gazéification, la liquéfaction et la production de carbone à grande surface pour purifier l'eau et les gaz. Pour des raisons de sécurité, les pores du charbon peuvent contenir des quantités importantes de méthane adsorbé, qui peuvent être libérés lors des opérations minières et former des mélanges explosifs avec l'air. Le risque d'explosion peut être réduit par une ventilation adéquate ou l'élimination préalable du méthane de houille pendant l'exploitation minière.

Réflectivité

Une propriété importante du charbon est sa réflectivité (ou réflectivité), c'est-à-dire sa capacité à réfléchir la lumière. La réflectivité est mesurée en faisant briller un faisceau lumineux monochromatique (d'une longueur d'onde de 546 nanomètres) sur une surface polie de macéraux de vitrinite dans un échantillon de charbon de bois et en mesurant le pourcentage de lumière réfléchie avec un photomètre. La vitrinite est utilisée car sa réflectivité change progressivement avec un degré croissant. Les réflexions de la Fusinite sont très élevées du fait de son origine charbon et les liptinites ont tendance à disparaître avec des degrés croissants. Bien que très peu de lumière incidente soit réfléchie (allant de quelques dixièmes de pour cent à 12 pour cent), la valeur augmente avec les degrés et peut être utilisée pour classer la plupart des charbons sans mesurer le pourcentage de matières volatiles présentes.

Autres caractéristiques

D'autres propriétés telles que la dureté, la broyabilité, la température de fusion des cendres et l'indice de gonflement libre (une mesure visuelle de la quantité de gonflement qui se produit lorsqu'un échantillon de charbon est chauffé dans un creuset fermé) peuvent affecter l'extraction et la préparation du charbon. ainsi que la façon dont un charbon est utilisé. La dureté et la broyabilité déterminent les types d'équipements utilisés pour l'extraction, le concassage et le broyage, en plus de la quantité d'énergie consommée dans leurs opérations. La température de fusion des cendres affecte la conception du four et les conditions de fonctionnement. L'indice de gonflement libre fournit des informations préliminaires sur l'aptitude d'un charbon à la production de coke.

Importance économique et sociale du charbon

Le charbon est une ressource naturelle importante qui a joué un rôle important dans le développement du monde moderne. Son importance économique et sociale se manifeste dans plusieurs domaines :

1. Production d'énergie: Le charbon est l'une des principales sources d'énergie utilisées pour la production d'électricité. Il est brûlé dans les centrales électriques pour produire de l'électricité, qui est utilisée pour alimenter les maisons, les entreprises et les industries.
2. Production d'acier: Le charbon est également un ingrédient clé dans la production d'acier. Lorsqu'il est chauffé, le charbon libère du carbone, qui est utilisé pour réduire minerai de fer repasser. Ce fer est ensuite utilisé pour produire de l'acier, qui est un matériau essentiel pour la construction, les infrastructures et de nombreuses autres applications.
3. Création d'emploi: L'extraction et la transformation du charbon créent des emplois et contribuent aux économies locales dans de nombreux pays. L'industrie emploie un grand nombre de personnes, notamment des mineurs, des ingénieurs, des géologues et d'autres professionnels.
4. Transports: Le charbon est souvent transporté sur de longues distances par chemin de fer ou par bateau pour atteindre sa destination, ce qui peut créer des emplois et contribuer à l'économie des régions qu'il traverse.
5. Énergie abordable: Le charbon est souvent une source d'énergie plus abordable que d'autres sources, ce qui peut aider à maintenir les coûts énergétiques bas pour les consommateurs et les entreprises.
6. Produits chimiques: Le charbon est également utilisé comme matière première dans la production d'une gamme de produits chimiques, notamment des plastiques, des fibres synthétiques, des engrais et d'autres produits chimiques.

Cependant, l'utilisation du charbon a également des impacts environnementaux importants, notamment des émissions de gaz à effet de serre et d'autres polluants atmosphériques, ainsi que des effets négatifs sur la qualité de l'eau et l'utilisation des sols. Ces impacts doivent être soigneusement pris en compte dans toute évaluation de l'importance économique et sociale du charbon.

Résumé des points clés

Voici quelques points clés sur le charbon :

• Le charbon est un combustible fossile formé à partir des restes de plantes anciennes qui vivaient il y a des millions d'années.
• Il existe quatre principaux types de charbon : le lignite, le sous-bitumineux, le bitumineux et l'anthracite, chacun ayant des propriétés et des utilisations différentes.
• Le charbon est une source d'énergie abondante et relativement bon marché, ce qui en fait un combustible important pour la production d'électricité, le chauffage et les processus industriels.
• L'extraction du charbon peut avoir des impacts environnementaux et sociaux importants, notamment la perturbation des terres, la pollution de l'eau et des risques pour la santé des travailleurs et des communautés voisines.
• Des efforts sont en cours pour développer des technologies de charbon plus propres, telles que la capture et le stockage du carbone, afin de réduire l'impact environnemental de l'utilisation du charbon.

Bibliographie

• En ligneBonewitz, R. (2012). Roches et minéraux. 2e éd. Londres : DK Publishing.
• Kopp, OC (2020, 13 novembre). charbon. Encyclopédie Britannica. https://www.britannica.com/science/coal-fossil-fuel
• Contributeurs Wikipédia. (2021, 26 octobre). Charbon. Dans Wikipédia, L'Encyclopédie Libre. Extrait le 09er novembre 57 à 1h2021 de https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Coal&oldid=1051971849