Skály

Uhlí



Co je uhlí a jak se tvoří?


Asfaltové uhlí: Asfaltové uhlí je typicky pásmová sedimentární hornina. Na této fotografii můžete vidět světlé a matné pruhy uhelného materiálu orientované vodorovně napříč vzorkem. Světlé pruhy jsou dobře zachovalým dřevem, jako jsou větve nebo stonky. Tupé pásy mohou obsahovat minerální materiál umytý do bažin potoky, uhlí vytvořené požáry v bažině nebo degradované rostlinné materiály. Tento vzorek má průměr přibližně tři palce (7,5 centimetrů). Foto geologického a ekonomického průzkumu Západní Virginie.

Co je to uhlí?

Uhlí je organická sedimentární hornina, která se vytváří z akumulace a ochrany rostlinných materiálů, obvykle v bažinovém prostředí. Uhlí je hořlavá hornina a spolu s ropou a zemním plynem je jedním ze tří nejdůležitějších fosilních paliv. Uhlí má širokou škálu využití; nejdůležitější využití je pro výrobu elektřiny.

Prostředí pro tváření uhlí: Obecný diagram bažiny, ukazující, jak se hloubka vody, podmínky uchování, typy rostlin a produktivita rostlin mohou lišit v různých částech bažiny. Tyto variace přinesou různé druhy uhlí. Ilustrace geologického a ekonomického průzkumu Západní Virginie.

Rašelina: Množství nedávno nahromaděné do částečně karbonizovaných zbytků rostlin. Tento materiál je na cestě k tomu, aby se stal uhlí, ale zdroj rostlinných zbytků je stále snadno rozpoznatelný.

Skalní a minerální soupravy: Pořiďte si skalní, minerální nebo fosilní sadu, abyste se dozvěděli více o materiálech Země. Nejlepší způsob, jak se dozvědět o horninách, je mít k dispozici vzorky pro testování a vyšetření.

Jak se tvoří uhlí?

Uhlí se tvoří z hromadění úlomků rostlin, obvykle v bažinovém prostředí. Když rostlina zemře a padá do bažiny, stojatá voda bažiny ji chrání před rozpadem. Bažinové vody mají obvykle nedostatek kyslíku, který by reagoval se zbytky rostlin a způsoboval by rozklad. Tento nedostatek kyslíku umožňuje zbytky rostlin přetrvávat. Kromě toho hmyz a další organismy, které by mohly rostlinné zbytky konzumovat na zemi, v prostředí s nedostatkem kyslíku nepřežívají dobře pod vodou.

Aby se vytvořila silná vrstva rostlinných zbytků potřebných k výrobě uhelného švu, musí být rychlost akumulace rostlinných zbytků větší než rychlost rozkladu. Jakmile se vytvoří silná vrstva rostlinných zbytků, musí být pohřbena sedimenty, jako je bláto nebo písek. Obvykle se do bažiny umývají povodní. Hmotnost těchto materiálů zhutňuje zbytky rostlin a napomáhá při jejich přeměně na uhlí. Asi deset stop rostlinných zbytků se zhutní do jedné stopy uhlí.

Zbytky rostlin se hromadí velmi pomalu. Nahromadění deseti stop rostlinných zbytků bude tedy trvat dlouho. Padesát stop rostlinných zbytků potřebných k vytvoření pětimetrového silného uhelného švu by vyžadovalo akumulaci tisíců let. Během této dlouhé doby musí hladina vody v bažině zůstat stabilní. Pokud je voda příliš hluboká, utopí se rostliny bažiny, a pokud se vodní kryt nezachová, odpad z rostlin se rozpadne. Pro vytvoření uhelného švu je nutné udržovat ideální podmínky dokonalé hloubky vody po velmi dlouhou dobu.

Pokud jste vychytralý čtenář, pravděpodobně se ptáte: „Jak se může hromadit padesát stop rostlinných zbytků ve vodě, která je hluboká jen několik stop? Odpověď na tuto otázku je primárním důvodem, že tvorba uhlí je velmi neobvyklá. Může se vyskytnout pouze za jedné ze dvou podmínek: 1) stoupající hladina vody, která dokonale udržuje tempo s akumulací zbytků rostlin; nebo 2) odeznívající krajina, která dokonale udržuje krok s rychlostí akumulace zbytků rostlin. O většině uhelných slojí se předpokládá, že se vytvořily pod podmínkou č. 2 v prostředí delta. Na deltě se na malém území zemské kůry ukládají velké množství říčních sedimentů a pokles těchto sedimentů způsobuje pokles.

Aby se vytvořil uhelný šev, musí v krajině, která udržuje tuto perfektní rovnováhu po velmi dlouhou dobu, dojít k dokonalým podmínkám akumulace zbytků rostlin a dokonalým podmínkám poklesu. Je snadné pochopit, proč podmínky pro formování uhlí v historii Země nastaly jen velmi málokrát. Vytváření uhlí vyžaduje shodu vysoce nepravděpodobných událostí.

Hodnost
(Od nejnižšího
na nejvyšší)
Vlastnosti
RašelinaMnožství nedávno nahromaděné do částečně karbonizovaných zbytků rostlin. Rašelina je organický sediment. Pohřeb, zhutnění a zkapalnění ho změní na uhlí, skálu. Obsah uhlíku je nižší než 60%, vztaženo na suchý popel.
Hnědé uhlíLignit je nejnižší hodností uhlí. Je to rašelina, která byla přeměněna na skálu, a ta skála je hnědočerné uhlí. Lignit někdy obsahuje rozpoznatelné struktury rostlin. Podle definice má výhřevnost nižší než 8300 britských tepelných jednotek na libru bez minerálních látek. Má obsah uhlíku mezi 60 a 70% na bázi bez popela. V Evropě, Austrálii a Velké Británii se některé hnědé uhlí lignitu nazývají „hnědé uhlí“.
Sub bituminózníSub bituminózní uhlí je lignit, který byl vystaven zvýšené úrovni organických metamorfismů. Tento metamorfismus vytlačil část kyslíku a vodíku v uhlí. Tato ztráta produkuje uhlí s vyšším obsahem uhlíku (71 až 77% v suchém stavu bez popela). Sub bituminózní uhlí má výhřevnost mezi 8300 a 13000 britských tepelných jednotek na libru bez minerálních látek. Na základě výhřevné hodnoty se dělí na dílčí bituminózní A, dílčí bituminózní B a dílčí bituminózní C.
ŽiviceAsfalt je nejhojnější řadou uhlí. To představuje asi 50% uhlí vyprodukovaného ve Spojených státech. Bituminózní uhlí se tvoří, když je sub bituminózní uhlí vystaveno zvýšeným úrovním organické metamorfózy. Obsah uhlíku je mezi 77 a 87% v suchém stavu bez popela a výhřevnost je mnohem vyšší než uhelné nebo sub bituminózní uhlí. Na základě těkavého obsahu jsou bituminózní uhlí rozděleny na málo těkavé bituminózní, středně těkavé bituminózní a vysoce těkavé bituminózní. Bituminózní uhlí se často označuje jako „měkké uhlí“; nicméně, toto označení je termín laika a má málo co do činění s tvrdostí skály.
AntracitAntracit je nejvyšší hodností uhlí. Na rozdíl od jiných druhů uhlí se obvykle považuje za metamorfovanou horninu. Má obsah uhlíku přes 87% na bázi bez popela. Antracitové uhlí má obecně nejvyšší výhřevnou hodnotu na tunu bez minerálních látek. Často se dělí na polo antracit, antracit a meta antracit na základě obsahu uhlíku. Antracit je často označován jako „černé uhlí“; nicméně, toto je termín laika a má málo co do činění s tvrdostí skály.

Antracitové uhlí: Antracit je nejvyšší hodností uhlí. Má jasný lesk a láme se polokonvukální zlomeninou.

Co je Coal "Rank"?

Zbytky rostlin jsou křehkým materiálem ve srovnání s minerálními materiály, které tvoří další horniny. Protože úlomky rostlin jsou vystaveny teplu a tlaku pohřbu, mění se složení a vlastnosti. „Hodnost“ uhlí je měřítkem toho, jak velké změny nastaly. Někdy se pro tuto změnu používá termín „organický metamorfismus“.

Na základě složení a vlastností jsou uhlí zařazovány do hodnostní progrese, která odpovídá jejich úrovni organického metamorfismu. Progrese základního pořadí je shrnuta v tabulce.

Hnědé uhlí: Nejnižší hodností uhlí je „lignit“. Jedná se o rašelinu, která byla stlačena, odvodněna a litifikována do skály. Často obsahuje rozpoznatelné struktury rostlin.

Jaké jsou použití uhlí?

Výroba elektřiny je primární využití uhlí ve Spojených státech. Většina uhlí těženého ve Spojených státech je transportována do elektrárny, rozdrcena na velmi malou velikost částic a spálena. Teplo z hořícího uhlí se používá k výrobě páry, která mění generátor na výrobu elektřiny. Většina elektřiny spotřebované ve Spojených státech se vyrábí spalováním uhlí.

Elektrárna na uhlí: Fotografie elektrárny, kde se spaluje uhlí za účelem výroby elektřiny. Tři velké komíny jsou chladicí věže, kde je voda použitá v procesu výroby elektřiny ochlazena před opětovným použitím nebo uvolněním do životního prostředí. Streamování emisí z nejvhodnějšího zásobníku je vodní pára. Produkty spalování ze spalování uhlí se uvolňují do vysokého, tenkého stohu vpravo. V tomto zásobníku jsou různé chemické sorbenty, které absorbují znečišťující plyny produkované během procesu spalování. Autorské právo na obrázky iStockphoto / Michael Utech.

Uhlí má mnoho dalších využití. Používá se jako zdroj tepla pro výrobní procesy. Například cihly a cement se vyrábějí v pecích zahřívaných spalováním proudu práškového uhlí. Uhlí se také používá jako zdroj energie pro továrny. Tam se používá k zahřívání páry a pára se používá k pohonu mechanických zařízení. Před několika desítkami let se většina uhlí používala k vytápění prostoru. Některé uhlí se stále používá tímto způsobem, ale místo toho se nyní používají jiná paliva a elektřina vyráběná z uhlí.

Výroba koksu zůstává důležitým využitím uhlí. Koks se vyrábí zahříváním uhlí za kontrolovaných podmínek v nepřítomnosti vzduchu. To odvádí některé těkavé materiály a koncentruje obsah uhlíku. Koks se potom používá jako palivo s vysokým obsahem uhlíku pro zpracování kovů a další použití, kde je zapotřebí zvláště plamen spalování.

Uhlí se také používá ve výrobě. Pokud je uhlí zahříváno, mohou být plyny, dehty a zbytky použity v řadě výrobních procesů. Plasty, střešní krytiny, linoleum, syntetický kaučuk, insekticidy, výrobky z barev, léčiva, rozpouštědla a syntetická vlákna, to vše obsahují některé sloučeniny odvozené z uhlí. Uhlí lze také přeměnit na kapalná a plynná paliva; tato využití uhlí jsou však hlavně experimentální a prováděná v malém měřítku.