Surowce mineralne - węgiel

Węgiel jest pierwiastkiem najczęściej występującym w przyrodzie. Jest ciałem stałym, z grupy węglowców, niemetalem, nie rozpuszcza się w wodzie, kwasach i zasadach. Związki węgla są głównym źródłem energetycznym człowieka.
Węgiel najczęściej jest spotykany w formie kopalnej.

Węgiel kopalny jest skałą osadową z różnych organicznych związków roślinnych. Oprócz węgla w pokładach kopalnych występuje także wodór, tlen, siarka i azot. W zależności od substancji roślinnych, z których powstał węgiel wyróżniamy: węgle humusowe, najczęściej spotykane, powstały na terenach torfowisk z szczątków roślin lądowych, węgle sapropelowe, które powstały z roślin morskich, głównie glonów, oraz węgle liptobiolitowe, powstałych głownie z związków żywicznych roślin. Ze względu na procentową zawartość węgla wyróżnia się: torf, węgiel brunatny, węgiel kamienny, oraz antracyt i szungit.

Największą zawartość węgla ma sztungit. Jest najstarszym węglem kopalnym. Zawartość węgla wynosi 98,2%. Występuje w okolicach jeziora Onega w Rosji, w Szwecji, Kanadzie i w Indiach. Jest wykorzystywany w przemyśle chemicznym. Po szungicie najwięcej węgla zawiera Antracyt(94-96%). Jest głównie używany do wyrobu elektrod i jako surowiec energetyczny. Następny jest węgiel kamienny, zawierający od 78 do 92% węgla. Jest najliczniej spotykanym węglem kopalnym. Używa się go głównie jako surowca energetycznego oraz do otrzymania koksu, smoły, benzyny, gazów. Występuje głównie w Rosji, na Ukrainie, w USA, Kanadzie, Niemczech, Wielkiej Brytanii, oraz w Polsce na Śląsku. Po węglu kamiennym jest węgiel brunatny. Zawiera 65 do 75 procent czystego węgla. Jest przede wszystkim surowcem energetycznym ale służy także do wytwarzania, smoły wylewnej, benzyny, olejów opałowych i smarów. Najmniejsza liczba czystego węgla jest w torfie, który zawiera mniej niż 60 procent tego pierwiastka, gdyż jest to produkt częściowego rozkładu roślin w warunkach nadmiernej wilgotności. Stosowany jest jako paliwo, kompost, oraz w ogrodnictwie i leśnictwie.
Węgiel występuje także w formie alotropowej, czyli jako sam pierwiastek w różnych formach.
Najczęściej potykaną formą alotropową jest grafit.
Grafit występuje jako szary lub czarny minerał głównie w
łupkach grafitowych. Jest Miękki, mało aktywny chemicznie,
dobrze przewodzi prąd. Ma gęstość równą 2,3 g/cm3 . Może
także być otrzymywany sztucznie. Używany jest do wyrobu
ołówków, tuszu, elektrod, a także używa się go w reaktorach
jądrowych.
Drugą formą alotropową węgla jest struktura grafitu
Diament. Jest to najtwardszy minerał i zarazem najcenniejszy kamień szlachetny. Jest najczęściej bezbarwny, ale bywa także żółty oraz błękitny. Diament ma bardzo silny połysk, oraz bardzo mocno załamuje światło. Jest także tworzony syntetycznie z węgla w temperaturze ok. 3000 OC i ciśnieniu 10 000 atmosfer. Diamenty są wykorzystywane głównie w jubilerstwie oraz przemyśle. Występują głównie w RPA, Rosji, Indiach, Brazylii oraz Namibii.

Ostatnią formą alotropową węgla jest Flueren. Flueren nie występuje w przyrodzie, można go otrzymać przez odparowanie grafitu w próżni lub gazie obojętnym. Jest zbudowany z parzystej liczby atomów węgla. Jego wzór to CN gdzie N jest ilością atomów węgla w cząsteczce. Najczęściej N ma wartość 60 i 70. Dla ciekawostki podam, że największą do tej pory zaobserwowaną cząsteczką jest C960.

Z węgla w procesie suchej destylacji, inaczej nazywanej odgazowywaniem węgla możemy uzyskać koks, który jest wysokoenergetycznym paliwem o zawartości węgla pierwiastkowego do 96%. Koks jest wykorzystywany głównie w metalurgii, jako paliwo, do wytwarzania karbidu oraz surowiec chemiczny.

Proces suchej destylacji węgla polega na ogrzewaniu węgla bez dostępu powietrza w temperaturze 900–1300 OC (koksowanie), lub 500-600 OC (wytlewanie). W wynik procesu otrzymuje się koks, albo półkoks, oraz liczne produkty uboczne w formie ciekłej (smoła węglowa, woda pogazowa), oraz gazowej (gaz węglowy, koksowniczy).
Atomy węgla występują także w cząsteczkach gazu ziemnego i ropy naftowej, które są także zaliczane do minerałów.

Ropa jest nierozpuszczalną w wodzie żółtobrunatną cieszą. Powstała w skutek beztlenowego przeobrażania szczątków organicznych nagromadzonych w osadach morskich. Występuje głównie na półwyspie arabskim, w Ameryce środkowej, w północnej Afryce, oraz w Kanadzie i Rosji. Ropa jest jednym z najlepszych surowców energetycznych. Po obróbce w rafineriach (tzn. Destylacja atmosferyczno – próżniowa, w wyniku tego procesu uzyskuje się substancje o zbliżonych temperaturach wrzenia) uzyskuje się gaz, benzyny, naftę, oleje napędowe i opałowe, oleje smarowe, asfalt oraz koks. Pierwszy raz ropę naftową destylacji poddał polski aptekarz I. Łukasiewicz, zyskując naftę.

Zawsze ropie naftowej towarzyszą pokładu gazu ziemnego. Składa się on przede wszystkim z metanu. Jest wykorzystywany do produkcji gazu syntezowanego, który jest potem wykorzystywany jako surowiec energeyczny.

Na podsumowanie można stwierdzić, że węgiel jest jednym z najważniejszych pierwiastków w życiu człowieka. Gdyby nie minerały składające się z węgla, takie jak węgle kopalne, grafit, diament, oraz ropa i gaz nie był by możliwy rozwój cywilizacyjny, który się głównie opiera na związkach zawierających węgiel, a także nie było by możliwe normalne życie na ziemi.