زغال‌سنگ قیری: ویژگی‌ها، کاربردها و هر آنچه باید بدانید!

زغال‌سنگ قیری و زغال‌سنگ نیمه‌قیری، بیش از ۹۰ درصد زغال‌سنگ مصرفی در ایالات متحده را تشکیل می‌دهند. این نوع زغال‌سنگ هنگام سوختن، شعله‌ای بلند و سفید از خود ساطع می‌کند. علت نام‌گذاری زغال‌سنگ قیری، وجود ماده‌ای قیرمانند به نام بیتومن (bitumen) در ساختار آن است. به طور کلی، زغال‌سنگ قیری به دو دسته اصلی تقسیم می‌شود: زغال‌سنگ حرارتی و زغال‌سنگ متالورژی.

این دو نوع زغال‌سنگ قیری، نقش حیاتی در تامین انرژی و تولید مواد اولیه در صنایع مختلف ایفا می‌کنند. استفاده بهینه از زغال‌سنگ قیری ، نیازمند شناخت دقیق ویژگی‌ها و کاربردهای هر نوع است.

انواع زغال‌سنگ قیری و کاربردهای آن‌ها

زغال‌سنگ حرارتی (Thermal Coal):

زغال‌سنگ حرارتی، که گاهی به آن زغال‌سنگ بخار (steaming coal) نیز گفته می‌شود، به طور گسترده در نیروگاه‌های تولید برق استفاده می‌شود. در این نیروگاه‌ها، زغال‌سنگ حرارتی برای تولید بخار و به حرکت درآوردن توربین‌ها به کار می‌رود. همچنین، این نوع زغال‌سنگ در صنایع مختلف برای تولید بخار مورد نیاز فرآیندهای صنعتی نیز کاربرد دارد. حتی قطارهایی که با بخار کار می‌کنند، گاهی اوقات از "زغال‌سنگ بیت" (bit coal)، که نام مستعار زغال‌سنگ قیری است، به عنوان سوخت استفاده می‌کنند.

زغال‌سنگ متالورژی (Metallurgical Coal):

زغال‌سنگ متالورژی، که اغلب به آن زغال‌سنگ کک‌شو (coking coal) نیز گفته می‌شود، در فرآیند تولید کک (coke) مورد استفاده قرار می‌گیرد. کک، ماده‌ای متخلخل با درصد کربن بالا است که برای تولید آهن و فولاد ضروری است. برای تولید کک، زغال‌سنگ قیری در دمای بسیار بالا و بدون حضور هوا حرارت داده می‌شود. این فرآیند، که پیرولیز (pyrolysis) نام دارد، باعث حذف ناخالصی‌ها از زغال‌سنگ و تغلیظ کربن می‌شود.

ویژگی‌های کلیدی زغال‌سنگ قیری

زغال‌سنگ قیری ، بسته به منبع و نوع آن، دارای ویژگی‌های متفاوتی است. در ادامه، به برخی از مهم‌ترین خصوصیات این نوع زغال‌سنگ اشاره می‌کنیم:

• رطوبت: میزان رطوبت موجود در زغال‌سنگ قیری می‌تواند تا حدود ۱۷ درصد باشد.
• نیتروژن: بین ۰.۵ تا ۲ درصد وزن زغال‌سنگ قیری را نیتروژن تشکیل می‌دهد.
• کربن ثابت: میزان کربن ثابت در زغال‌سنگ قیری تا حدود ۸۵ درصد متغیر است.
• خاکستر: میزان خاکستر موجود در این نوع زغال‌سنگ معمولاً تا ۱۲ درصد وزن آن است.

زغال‌سنگ قیری بر اساس میزان مواد فرار نیز دسته‌بندی می‌شود. مواد فرار شامل موادی هستند که در دماهای بالا از زغال‌سنگ آزاد می‌شوند و می‌توانند شامل گوگرد و هیدروکربن‌ها باشند. بر این اساس، زغال‌سنگ قیری به انواع پر فرار A، B و C، با فرار متوسط و کم فرار تقسیم می‌شود.

ارزش حرارتی:

زغال‌سنگ قیری ، بسته به کیفیت آن، می‌تواند در حدود ۱۰,۵۰۰ تا ۱۵,۰۰۰ BTU (واحد حرارتی بریتانیایی) در هر پوند انرژی حرارتی تولید کند.

فراوانی:

زغال‌سنگ قیری یک منبع فراوان است و بیش از نیمی از کل منابع زغال‌سنگ موجود را تشکیل می‌دهد.

موقعیت‌های استخراج:

در ایالات متحده آمریکا، زغال‌سنگ قیری را می‌توان در ایالت‌های ایلینوی، کنتاکی، ویرجینیای غربی، آرکانزاس (شهرستان‌های جانسون، سباستین، لوگان، فرانکلین، پوپ و اسکات) و مناطق شرقی رودخانه می‌سی‌سی‌پی یافت. این مناطق، قطب‌های اصلی استخراج زغال‌سنگ قیری در آمریکا محسوب می‌شوند.

نگرانی‌های زیست‌محیطی مرتبط با زغال‌سنگ قیری

استفاده از زغال‌سنگ قیری ، به دلیل انتشار آلاینده‌های مختلف، نگرانی‌های زیست‌محیطی متعددی را به همراه دارد. احتراق نامناسب این نوع زغال‌سنگ به راحتی منجر به تولید دود و دوده بیش از حد (ذرات معلق) می‌شود. علاوه بر این، محتوای بالای گوگرد موجود در زغال‌سنگ قیری، به تشکیل باران اسیدی کمک می‌کند.

زغال‌سنگ قیری حاوی کانی پیریت (pyrite) است که بستری برای ناخالصی‌هایی مانند آرسنیک و جیوه فراهم می‌کند. سوزاندن زغال‌سنگ قیری، این ناخالصی‌های معدنی را به صورت آلودگی وارد هوا می‌کند. در طول احتراق، تقریباً ۹۵ درصد از گوگرد موجود در زغال‌سنگ قیری اکسید شده و به عنوان اکسیدهای گوگرد گازی آزاد می‌شود.

انتشارات خطرناک ناشی از احتراق زغال‌سنگ قیری شامل موارد زیر است:

• ذرات معلق (PM)
• اکسیدهای گوگرد (SOx)
• اکسیدهای نیتروژن (NOx)
• فلزات سنگین مانند سرب (Pb) و جیوه (Hg)
• هیدروکربن‌های فاز بخار مانند متان، آلکان‌ها، آلکن‌ها و بنزن‌ها
• دی‌بنزو-پی-دیوکسین‌های پلی‌کلره و دی‌بنزوفوران‌های پلی‌کلره (که معمولاً به عنوان دیوکسین‌ها و فوران‌ها شناخته می‌شوند)
• گازهای خطرناک مانند هیدروژن کلرید (HCl)، هیدروژن فلوراید (HF) و هیدروکربن‌های آروماتیک چند حلقه‌ای (PAHs)

احتراق ناقص منجر به افزایش سطح PAHs می‌شود که مواد سرطان‌زا هستند. سوزاندن زغال‌سنگ قیری در دماهای بالاتر، انتشار مونوکسید کربن را کاهش می‌دهد. به همین دلیل، واحدهای احتراق بزرگ و دارای نگهداری مناسب، معمولاً خروجی آلایندگی کمتری دارند. زغال‌سنگ قیری دارای ویژگی‌های سرباره‌سازی و آگلومره‌سازی است (تمایل به چسبیدن به هم و تشکیل توده‌های بزرگ).

احتراق زغال‌سنگ قیری نسبت به احتراق زغال‌سنگ نیمه‌قیری آلودگی بیشتری وارد هوا می‌کند. با این حال، به دلیل محتوای حرارتی بیشتر، مقدار کمتری از این سوخت برای تولید برق مورد نیاز است. به این ترتیب، زغال‌سنگ قیری و نیمه‌قیری تقریباً به یک میزان آلودگی در ازای هر کیلووات ساعت برق تولید می‌کنند.

نکات تکمیلی در مورد زغال‌سنگ قیری

در اوایل قرن بیستم، استخراج زغال‌سنگ قیری شغلی فوق‌العاده خطرناک بود و به طور متوسط سالانه جان ۱۷۰۰ معدنچی را می‌گرفت. در همین دوره زمانی، تقریباً ۲۵۰۰ کارگر در سال بر اثر حوادث ناشی از استخراج زغال‌سنگ دچار معلولیت دائمی می‌شدند.

ذرات ریز زغال‌سنگ قیری که پس از آماده‌سازی زغال‌سنگ تجاری درجه یک باقی می‌مانند، "ذرات ریز زغال‌سنگ" (coal fines) نامیده می‌شوند. این ذرات ریز، سبک، گرد و غباری و جابجایی آن‌ها دشوار است و به طور سنتی با آب در حوضچه‌های دوغاب نگهداری می‌شدند تا از پراکنده شدن آن‌ها جلوگیری شود.

فناوری‌های جدیدی برای بازیافت این ذرات ریز توسعه یافته است. یک روش از سانتریفیوژ برای جداسازی ذرات زغال‌سنگ از آب دوغاب استفاده می‌کند. روش‌های دیگر، ذرات ریز را به صورت بریکت‌هایی با رطوبت کم در می‌آورند که آن‌ها را برای استفاده به عنوان سوخت مناسب می‌سازد.

بر اساس استاندارد ASTM D388-05 "استاندارد طبقه‌بندی زغال‌سنگ بر اساس درجه"، زغال‌سنگ قیری از نظر محتوای حرارتی و کربن، در مقایسه با سایر انواع زغال‌سنگ، در رتبه دوم قرار دارد.