Przeróbka węgla kamiennego

Węgiel jest pierwiastkiem najczęściej występującym w przyrodzie. Historia wydobycia węgla liczy już ponad półtora wieku, a w 1993 r. jego łączna produkcja osiągnęła 3655 mln ton. Natomiast łączne wydobycie do 1980 r. ocenia się na 140 mld ton, przy czym 60% jego ogólnej produkcji spala się w elektrowniach, 25% przetwarza w koksowniach, 15% w postaci bezpośredniej zużywa przemysł i ludność. Pierwsza kopalnia węgla powstała w 1113r. w południowych Niemczech w Aachen. Wzrastające znaczenie węgla kamiennego jako nośnika energii spowodowało pojawienie się górnictwa węglowego w XIV w. na terenie Ruhry, a w XVI w. na Śląsku. Wydobycie węgla kamiennego w ostatnich latach maleje, co spowodowane jest wydobyciem na większych głębokościach, likwidacją starych i nierentownych kopalń, oraz stosowaniem energooszczędnych technologii i maszyn.
Bardzo cennym źródłem - zarówno węglowodorów, jak i innych bardziej złożonych substancji organicznych - jest węgiel kamienny, który jest najcenniejszym surowcem energetyczno - chemicznym pochodzenia naturalnego. Jest on złożoną i urozmaiconą pod względem budowy substancją stałą z grupy węglowców, jest niemetalem, nie rozpuszcza się w wodzie, jak również w kwasach i zasadach. Jest produktem przemiany roślinnych substancji organicznych na dużych głębokościach, czyli pod ogromnym ciśnieniem, w wysokiej temperaturze i bez dostępu powietrza. Węgiel powstał z martwych szczątków roślin w wyniku złożonych przemian biochemicznych, geofizycznych i geochemicznych. Rozróżnia się cztery rodzaje skał węglowych : węgiel błyszczący, węgiel półbłyszczący, węgiel matowy i węgiel włóknisty. Węgiel kamienny występuje w postaci pokładów zalegających na głębokości od kilku do kilkunastu tysięcy metrów.
Podstawowy proces przerobu węgla polega na jego prażeniu w temperaturze 1000-1200C bez dostępu powietrza. Proces ten nazywamy koksowaniem. Przeprowadza się go w specjalnych piecach koksowniczych uzyskując koks, smołę pogazową, wodę pogazową (amoniakalną) i gaz koksowniczy.
Gaz koksowniczy zużywa się częściowo jako paliwo, a częściowo poddaje się dalszej obróbce chemicznej. Ma on wysoką wartość opałową. Część produkowanego gazu zużywa sama koksownia do ogrzewania baterii koksowniczych i pieców martenowskich, a nadwyżki przekazuje się do celów opałowych lub jako surowiec dla przemysłu chemicznego. Zawiera jako domieszki benzol surowy (benzen, toluen, ksyleny, tiofen, pirydynę, fenol) oraz amoniak, siarkowodór, związki cyjankowe i pył. Po oczyszczeniu, głównymi składnikami gazu koksowniczego są: wodór (45-60%), metan (20-30%) i azot (4-8%). Woda pogazowa, zawiera amoniak, sole amonowe, pirydynę, fenole i inne związki. Wykorzystuje się ją do produkcji siarczanu amonowego, jednego z nawozów azotowych. Smoła węglowa ma największe znaczenie z punktu widzenia przemysłu chemicznego. Jest to ciecz barwy czarnej o mazistej konsystencji. Znajduje się w niej wiele różnorodnych związków organicznych np. fenole, zasady pirydynowe i chinolinowe, a głównie tak zwane węglowodory aromatyczne, odgrywające ogromną rolę jako surowce chemiczne. Dlatego też smołę węglową poddaje się destylacji frakcyjnej, czyli jednej z metod rozdzielania i oczyszczania ciekłych związków chemicznych. Poszczególne frakcje otrzymywane po skropleniu pary poddaje się dalszej obróbce i wykorzystuje do produkcji leków, barwników, tworzyw sztucznych, rozpuszczalników itd. Pozostałością po destylacji smoły węglowej jest pak zawierający wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne. Pak jest czarną, bezpostaciową masą o szklistym połysku, rozpuszczalną w nafcie solwentowej. Jest on wykorzystywany do brykietowania miału węglowego, uszczelniania konstrukcji budowlanych oraz do produkcji papy, lakierów, elektrod, nawierzchni dróg. Pak jest surowcem do otrzymywania fluorenu, pirenu, chryzenu. Używa się go do budowy nawierzchni dróg lub poddaje przeróbce na koks pakowy, wykorzystywany do produkcji elektrod. Koks jest praktycznie czystym węglem z niewielką domieszką związków nieorganicznych (popiołu). Charakteryzuje się specyficzną, porowatą strukturą i wysoką wytrzymałością mechaniczną. Tworzy szaroczarne, nieregularne bryły o budowie gąbczastej, składające się w 90% z pierwiastka węgla. Głównym odbiorcą koksu jest hutnictwo żelaza, ponieważ stanowi on składnik wsadu wielkopiecowego. Koks spala się płomieniem niekopcącym, niebieskawym, o wysokiej temperaturze. Ciepło spalania 25-30 MJ/kg. Zastosowanie m.in. jako paliwo w procesie wielkopiecowym.

W przyrodzie występują różne rodzaje węgla. I tak węgiel płomienny i węgiel chudy wykorzystywany jest do budowy pieców przemysłowych, generatorów i pieców domowych. Węgiel gazowo-płomienny służy do wyrobu pieców przemysłowych i domowych, oraz do wytlewania i uwodorniania. Węgiel gazowy, jak i węgiel gazowo - koksowy używany jest w gazownictwie i koksownictwie. Węgiel ortokoksowy używa się do produkcji koksu metalurgicznego. Do produkcji koksu odlewniczego wykorzystuje się węgiel metakoksowy, natomiast węgiel semikoksowy w koksownictwie służy jako dodatek schudzający wsad węglowy.Węgiel antracytowy wchodzi w skład paliwa specjalnego.
Węgiel kamienny, zawierający od 78 do 92% pierwiastka węgla jest najliczniej spotykanym węglem kopalnym. Jest również najbardziej powszechnie występującym paliwem kopalnym, którego zasoby stanowią ok. 80% dostępnych zasobów tychże paliw. W strukturze korzystania źródeł energii zdecydowanie dominują w Polsce paliwa stałe takie właśnie jak węgiel kamienny. Wykorzystywany jest jako surowiec energetyczny w elektrowniach węglowych, elektrociepłowniach i systemach ogrzewania,jak również w transporcie kolejowym i morskim. Duże ilości węgla są zużywane w przemyśle do opalania pieców hutniczych. Do niedawna stanowił on podstawowy surowiec energetyczny, w chwili obecnej jego znaczenie maleje na rzecz gazu ziemnego i energii jądrowej.
Na podsumowanie można stwierdzić, że węgiel jest jednym z najważniejszych pierwiastków w życiu człowieka. Gdyby nie minerały składające się z węgla, takie jak np.węgle kopalne, grafit, ropa naftowa i gaz ziemny nie był by możliwy rozwój cywilizacyjny, który się głównie opiera na związkach zawierających węgiel, a także nie było by możliwe normalne życie na ziemi.