الفحم الحجري-المعدني- وفحم القوالب

الفحم الحجري - فحم المناجم

الفحم القوالب: هو نوع من أنواع الوقود الصلبة المصنوعة عن طريق ضغط الفحم الطبيعي الناتج عن عملية تفحيم الأخشاب في أفران خاصة ثم معالجتها في ظروف عالية الضغط ودرجة حرارة مرتفعة. حيث تأخذ أشكال متماثلة ومتساوية والذي يُستخدم عادة على نطاق واسع للشواء، الطبخ أو كوقود للتدفئة وتوليد الطاقة وفي عمليات التصنيع الصناعي.

الفحم الحجري: مادة صلبة غنية بالكربون وعادة ما يكون لونها بني أو أسود، وغالبًا ما يوجد في الرواسب الرسوبية الطبقية أي يستخرج من باطن الأرض. على الرغم من أن تركيز الكربون في القشرة الأرضية لا يتجاوز 0.1 بالمئة من وزنه    .

الفحم الحجري 'الفحم المعدني'

الفحم مادة صلبة غنية بالكربون وعادة ما يكون لونها بني أو أسود، وغالبًا ما يوجد في الرواسب الرسوبية الطبقية. يتم تعريفه على أنه يحتوي على أكثر من 50% من الوزن (أو 70% من حيث الحجم) من مادة كربونية تنتج عن ضغط وتصلب بقايا النباتات المتغيرة، وهي رواسب الخث. تنشأ أنواع مختلفة من الفحم بسبب الاختلافات في أنواع المواد النباتية (نوع الفحم)، ودرجة التفحم (رتبة الفحم)، ومجموعة الشوائب (درجة الفحم). وعلى الرغم من أن تركيز الكربون في القشرة الأرضية لا يتجاوز 0.1 بالمئة من وزنه، إلا أنه لا غنى عنه للحياة ويشكل المصدر الرئيسي للطاقة للبشرية.

تاريخ إستعمال الفحم

يتمتع الفحم بتاريخ غني يعود تاريخه إلى العصور القديمة، حيث كان الوقود المبكر يتكون في المقام الأول من الخشب والقش والروث المجفف. تم تقديم أول دليل موثق لاستخراج الفحم في أوروبا من قبل الراهب راينييه من لييج، الذي كتب (حوالي 1200) عن الأرض السوداء التي تشبه إلى حد كبير الفحم الذي يستخدمه عمال المعادن. بدأت العديد من الإشارات إلى تعدين الفحم في إنجلترا واسكتلندا والقارة الأوروبية تظهر في كتابات القرن الثالث عشر. تم استخدام الفحم فقط على نطاق محدود حتى أوائل القرن الثامن عشر، عندما طور أبراهام داربي الإنجليزي وآخرون طرقًا لاستخدامه في الأفران العالية وفحم الكوك المصنوع من الفحم. أدت التطورات المعدنية والهندسية المتعاقبة، وأبرزها اختراع جيمس وات للمحرك البخاري الذي يعمل بحرق الفحم، إلى توليد طلب لا يشبع تقريبًا على الفحم.

 

الفحم في الطبيعة

يعد الفحم مصدرًا طبيعيًا وفيرًا يمكن استخدامه كمصدر للطاقة، وكمصدر كيميائي يمكن من خلاله استخلاص العديد من المركبات الاصطناعية، وفي إنتاج فحم الكوك للعمليات المعدنية. يعد الفحم مصدرًا رئيسيًا للطاقة في إنتاج الطاقة الكهربائية باستخدام توليد البخار. يؤدي تغويز الفحم وتسييله إلى إنتاج وقود غازي وسائل يمكن نقله بسهولة وتخزينه بسهولة في الخزانات.

فالفحم متوفر بكثرة وغير مكلف، وتشير تقديرات الاحتياطيات إلى وجود ما يكفي من الفحم لمدة تزيد على 200 عام. ومع ذلك، هناك مشاكل مختلفة مرتبطة باستخدام الفحم، مثل مخاطر التعدين والتحضير.

 

تعدين الفحم

تعتبر عمليات التعدين خطرة، مما يؤدي إلى مقتل أو إصابة المئات كل عام. تشمل المخاطر الرئيسية سقوط الأسطح وانفجارات الصخور والحرائق والانفجارات الناجمة عن الغازات القابلة للاشتعال مثل الميثان. يمكن استخراج الميثان من طبقات الفحم من خلال التكسير الهيدروليكي، والذي يتضمن حقن السوائل تحت الأرض تحت الضغط لفتح شقوق في الصخور، مما يسمح للغاز أو النفط الخام المحتجز بالهروب إلى الأنابيب التي تنقل المواد إلى السطح. ومع ذلك، فقد ارتبط التكسير الهيدروليكي بتلوث المياه الجوفية ومشاكل صحية خطيرة، مثل الرئة السوداء.

 

ألة حفر المناجم

تأثير تعدين الفحم على البيئة

تسببت مناجم الفحم ومحطات إعداد الفحم في أضرار بيئية كبيرة، بما في ذلك التعدين السطحي، الذي يدمر الموائل الطبيعية، والتعدين لإزالة قمم الجبال، الذي يغير تضاريس المناطق. تتعرض المناطق السطحية المكشوفة أثناء التعدين، إلى جانب نفايات الفحم والصخور، للطقس بسرعة، مما ينتج عنه رواسب وفيرة ومنتجات كيميائية قابلة للذوبان مثل حمض الكبريتيك وكبريتات الحديد. يمكن أن تصبح الجداول القريبة مسدودة بالرواسب، وتلطخ الصخور بأكاسيد الحديد، وقد تسبب "تصريف المناجم الحمضي" في انخفاض ملحوظ في أعداد النباتات والحيوانات التي تعيش في المنطقة المجاورة. يتم إطلاق العناصر السامة المحتملة، المتسربة من الفحم المكشوف والصخور المجاورة، في البيئة وقد تلوث إمدادات المياه الجوفية.

 

تأثير تعدين الفحم على الهواء

يرتبط استخدام الفحم بأشكال مختلفة من تلوث الهواء، بما في ذلك المركبات المسببة للسرطان، وأكاسيد الكبريت والنيتروجين التي تتفاعل مع رطوبة الغلاف الجوي لإنتاج أحماض الكبريتيك والنيتريك، وما يسمى بالمطر الحمضي، والجسيمات (الرماد المتطاير) التي يمكن أن تنقلها الرياح ل عدة مئات من الكيلومترات، والمواد الصلبة (الرماد والخبث السفلي) التي يجب التخلص منها. قد تتسرب العناصر النزرة الموجودة أصلاً في الفحم كمواد متطايرة أو تتركز في الرماد.

يؤدي حرق الفحم إلى إطلاق كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون (CO2) في الغلاف الجوي، وهو محرك رئيسي لظاهرة الاحتباس الحراري. وتشمل التقنيات التي يجري النظر فيها لخفض مستويات ثاني أكسيد الكربون التثبيت البيولوجي، والاسترداد المبرد، والتخلص منه في المحيطات وطبقات المياه الجوفية، والتحويل إلى الميثانول. ويدعو أغلب علماء المناخ بشكل عاجل إلى التحول العالمي بعيداً عن الفحم لصالح الطاقات المتجددة مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح.

 

أنواع الفحم

الفحم هو نوع من الفحم يصنف إلى ثلاث مجموعات رئيسية من الطين: فيترينيت، ليبتينيت (كان يسمى سابقًا إكسينيت)، و إنرتينيت. تعتبر مجموعة الفترينيت هي الأكثر وفرة، حيث تشكل 50 إلى 90 في المائة من العديد من أنواع الفحم في أمريكا الشمالية. يتم اشتقاق الفترينيت من جدران الخلايا والأنسجة الخشبية وتظهر نطاقًا واسعًا من قيم الانعكاس. يشكل الليبتينيت ما بين 5 إلى 15 بالمائة من العديد من أنواع الفحم، وهو مشتق من أجزاء نباتية شمعية أو راتنجية. يشكل الجمود ما بين 5 إلى 40 بالمائة من معظم أنواع الفحم وله أعلى قيم انعكاس في عينة معينة.

تعتمد أنواع صخور الفحم على مظهرها العياني، حيث تم التعرف على أربعة أنواع رئيسية: فيترين، وكلاراين، ودورين، وفوسين. يتميز الفيترين بلمعان أسود لامع ويتكون بشكل أساسي من مجموعة الفيترينيت البقعية. يتميز Clarain بمظهر بين vitrain و durain ويتميز بالتناوب بين الصفيحة السوداء الساطعة والباهتة. يتميز Durain بملمس حبيبي صلب ويعتقد أنه تشكل في رواسب الخث تحت مستوى الماء. يوجد الفيوزين بشكل شائع في العدسات الحريرية والليفية ويعتقد أنه قد تشكل في رواسب الخث التي اجتاحتها حرائق الغابات أو النشاط الفطري أو أكسدة الفحم تحت السطح.

يتميز الفحم النطاقي وغير النطاقي بمحتواه الكيميائي وخصائصه. يحتوي الفحم النطاقي على كميات متفاوتة من الفترينيت والمواد المعتمة، في حين تشمل الأصناف غير النطاقية الفحم الغليظ وفحم القنال. استخدام هذه المصطلحات هو ذاتي تماما.

 

تصنيفات الفحم الحجري

كيف يصنف الفحم

تساعد مصطلحات تصنيف الفحم المشترين على تقييم القيمة الحرارية ومحتوى المادة المتطايرة لكل وحدة من الفحم المشتراة. أنظمة التصنيف الأكثر استخدامًا هي تلك التي تعتمد على التحليلات التي يمكن إجراؤها في المختبر. تقوم ASTM International بتخصيص تصنيفات للفحم بناءً على محتوى الكربون الثابت ومحتوى المادة المتطايرة والقيمة الحرارية.

تستخدم أنظمة تصنيف الفحم نسبة المواد المتطايرة الموجودة لتمييز الرتب، مع تصنيف الفحم القاري عالي التطاير على أساس محتواه من المواد المتطايرة. يتم تصنيف الفحم ذو الرتبة الأدنى في المقام الأول على أساس قيمه الحرارية بسبب نطاقه الواسع في محتوى المواد المتطايرة. تشير الطبيعة التكتلية للفحم إلى قدرته على التليين والانتفاخ عند تسخينه وتكوين كتل تشبه فحم الكوك تستخدم في صناعة الصلب.

يمكن تقديم تحليلات الفحم في شكل تحليلات "تقريبية" و"نهائية"، مع شروط تحليلية تحددها منظمات مثل ASTM. تشمل التحليلات التقريبية الرطوبة والرماد والمواد المتطايرة ومحتويات الكربون الثابتة. معظم القيمة الحرارية للفحم تأتي من مادته المتطايرة، باستثناء الرطوبة ومحتوى الكربون الثابت.

 

التكوين الجيولوجي للفحم

من المقبول عمومًا أن يكون أصل الفحم من النباتات التي تنمو في المستنقعات والمتاخمة لها في المناطق الدافئة والرطبة. وتراكمت المواد المشتقة من هذه النباتات في المناطق المنخفضة التي ظلت رطبة معظم الوقت وتحولت إلى خث من خلال نشاط الكائنات الحية الدقيقة. تأتي الأدلة على أن الفحم مشتق من النباتات من ثلاثة مصادر رئيسية: الليجنيت، وطبقات الصخور الرسوبية، والمواد النباتية الأولية.

كان هناك عصران رئيسيان لتكوين الفحم في التاريخ الجيولوجي: العصر الكربوني الأقدم والفترة البرمي من عصر الحياة القديمة. الكثير من الفحم القاري في شرق أمريكا الشمالية وأوروبا هو كربوني في العمر، في حين أن معظم الفحم في سيبيريا وشرق آسيا وأستراليا من أصل برمي. بدأ العصر الأصغر لتكوين الفحم منذ حوالي 145 مليون سنة خلال العصر الطباشيري ووصل إلى ذروته منذ حوالي 66 مليون إلى 2.6 مليون سنة.

الخث

الخث هو مادة أولية للفحم، ويتم دراسة تكوينه في المستنقعات في جميع أنحاء العالم. تتضمن العملية عدة عوامل، بما في ذلك تطور الحياة النباتية، والظروف المناخية، والظروف المادية. تنتج المناخات الرطبة الدافئة نطاقات واسعة من الفحم اللامع، بينما تنتج المناخات المعتدلة الباردة فحمًا فتاتيًا مع كمية قليلة نسبيًا من الفحم اللامع.

يجب رفع المنطقة التي يمكن تطوير خط الفحم فيها في المستقبل للسماح بنمو النبات. تعد رواسب الخث السميكة ضرورية لتكوين الفحم في المواقع ذات الهبوط البطيء والمستمر والهياكل الطبيعية مثل السدود والشواطئ والحانات والإمدادات المحدودة من الرواسب الواردة. تهاجم الكائنات الحية الدقيقة المواد النباتية وتحولها إلى خث، وتنتج منتجات غازية وسائلة. ومع زيادة العمق، تصبح الظروف اللاهوائية على نحو متزايد، وتتطور العفن والخث.

التفحم

التفحم هو عملية تحدث من الليجنيت إلى ما تحت البيتومين إلى البيتومين إلى الأنثراسايت. هناك ثلاثة عوامل فيزيائية رئيسية - المدة، وزيادة درجة الحرارة، وزيادة الضغط - قد تؤثر على عملية التفحم. في التجارب المعملية، يتأثر الفحم المجهز صناعيًا بمدة التجربة، لكن في الطبيعة تكون المدة الزمنية أطول بكثير ويظل التأثير الإجمالي للوقت غير محدد.

 

الإنعكاسية في الفحم

بنية الفحم وخصائصه

تعتمد بنية الفحم وخصائصه بشكل كبير على الرتبة، حيث تعتمد العديد من الخصائص على الرتبة. تشمل تقنيات دراسة الخواص الفيزيائية والكيميائية للفحم قياسات الكثافة، وحيود الأشعة السينية، والمجهر الإلكتروني للمسح والإرسال، والقياس الطيفي للأشعة تحت الحمراء، والتحليل الطيفي الكتلي، واللوني للغاز، والتحليل الحراري، والقياسات الكهربائية والبصرية والمغناطيسية.

كثافة الفحم

تتراوح كثافة الفحم من حوالي 1.1 إلى حوالي 1.5 ميجاجرام لكل متر مكعب، مما يجعله أكثر كثافة قليلاً من الماء وأقل كثافة بكثير من معظم المواد الصخرية والمعدنية. يمكن أن تؤدي اختلافات الكثافة إلى تحسين جودة الفحم عن طريق إزالة معظم المواد الصخرية والأجزاء الغنية بالكبريتيد من خلال فصل السوائل الثقيلة.

يتم التحكم في كثافة الفحم من خلال وجود المسام التي تستمر طوال عملية التفحم، مع ثلاثة نطاقات حجم: المسام الكبيرة (قطر أكبر من 50 نانومتر)، المسام المتوسطة (2 إلى 50 نانومتر)، والمسام الصغيرة (قطر أقل من 2 نانومتر). تقع المساحة السطحية الفعالة للفحم داخل مسامه، وهي مهمة لإنتاج فحم الكوك والتغويز والتسييل وتوليد الكربون بمساحة عالية لتنقية المياه والغازات.

الإنعكاسية

الانعكاسية هي خاصية مهمة للفحم، لأنها يمكن أن تعكس الضوء. يتم قياسه عن طريق تسليط شعاع من الضوء أحادي اللون على سطح مصقول من مادة الفترينيت في عينة الفحم وقياس النسبة المئوية للضوء المنعكس باستخدام مقياس الضوء. تكشف دراسة الفحم في الأحواض الرسوبية التي تحتوي على النفط و/أو الغاز عن وجود علاقة وثيقة بين التفحم ونضج الهيدروكربونات السائلة والغازية.

خصائص أخرى مثل الصلابة، وقابلية الطحن، ودرجة حرارة انصهار الرماد، ومؤشر التورم الحر قد تؤثر على تعدين الفحم وإعداده، فضلا عن الطريقة التي يتم بها استخدام الفحم. من الصعب تقييم احتياطيات وموارد الفحم العالمية بسبب الاختلافات في تعريف المصطلحات مثل الاحتياطيات المؤكدة والموارد الجيولوجية.

 

الإحتياطات الدولية

توفر الاحتياطيات المؤكدة تقديرا دقيقا إلى حد معقول للمبلغ الذي يمكن استرداده في ظل الظروف التشغيلية والاقتصادية الحالية. قد يؤدي تطوير تقنيات التعدين الجديدة إلى زيادة كمية الفحم التي يمكن استخراجها مقارنة بالكمية التي لا يمكن إزالتها. يؤثر معدل استهلاك السلعة أيضًا على تقدير الاحتياطيات. ووفقاً لمعدلات الاستهلاك الحالية فإن الاحتياطيات العالمية من الفحم من المفترض أن تستمر لأكثر من ثلاثمائة إلى خمسمائة عام، مع وجود موارد إضافية من الفحم، والتي يطلق عليها أحياناً "الموارد الجيولوجية"، والتي من المعتقد أنها أعظم بنحو 15 مرة من كمية الاحتياطيات المؤكدة.

المصدر:  هنا

مؤسسة حسين داي (Hocinedey) مؤسسة جزائرية لتصنيع

 1-  الفحم المضغوط الطبيعي الخالي من الإضافات ،

وصناعة أدوات الإشعال :

 2-  مشعل الفحم "المدخنة"،

 3-  فتيل بادئ الإشتعال.

 لإستعمالات الشواء، الطبخ و التخييم بالإضافة إلى تصنيف خاص بنصائح عالمية للشواء للحصول على تجربة رائعة وآمنة.

========================= ---------------------