Węgiel kamienny 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. Powstał w karbonie ze szczątków roślinnych. Ma czarną barwę, matowy połysk, czarną rysę. Węgiel kamienny należy do węgli humusowych, niejednorodnych w swej strukturze, stanowiących mieszaninę kilku odmian różniących się twardością i połyskiem, tworzących pojedyncze pasma. Dlatego też wyróżnia się takie typy węgla jak: węgiel włóknisty (fuzyn), węgiel matowy (duryn), węgiel półbłyszczący (klaryn) oraz węgiel błyszczący (witryn). Ze względu na zastosowanie rozróżnia się kilka typów technologicznych węgla kamiennego, określanych poprzez takie właściwości jak: spiekalność, zawartość składników lotnych, ciśnienie rozprężania i ciepło spalania. Są to: węgiel płomienny, węgiel gazowo-płomienny, węgiel gazowy, Węgiel gazowo-koksowy, węgiel ortokoksowy, węgiel metakoksowy, węgiel semikoksowy, węgiel chudy, węgiel antracytowy, antracyt.
Największe złoża węgla kamiennego: Rosja (Zagłębia: Peczorskie, Kuźnieckie, Tunguskie, Leńskie), Ukraina (Zagłębie Donieckie), Wielka Brytania (Zagłębia: Yorkshire, Durham, Derbyshire), Niemcy (Zagłębia Ruhry i Saary), USA, Kanada, Chiny, Australia, Indie i RPA. Wydobywany jest obecnie w 58 krajach. W Polsce najbardziej zasobne złoża występują w utworach karbonu na Górnym Śląsku (Górnośląskie Zagłębie Węglowe) i Lubelszczyźnie (Lubelskie Zagłębie Węglowe), a także na Dolnym Śląsku (okolice Wałbrzycha i Nowej Rudy).
Przeróbki węgla kamiennego
Metody przeróbki węgla kamiennego zależą od rodzaju i właściwości węgla oraz od przeznaczenia produktów przeróbki. Głównym jednak celem przeróbki węgla jest usunięcie szkodliwych domieszek oraz sortowanie węgla.
Rodzaje przeróbki węgla:
Sortowanie - ma na celu podział węgla na klasy według wielkości ziaren i odbywa się ono na sitach o różnych wymiarach oczek. Liczba sortymentów zależy od potrzeb i właściwości węgla.
Zagazowanie - stosowane jest w przypadku części węgla. Proces ten polega na oddziaływaniu wolnego lub związanego tlenu oraz wodoru na pierwiastek węgla związany w masie organicznej paliw stałych (produktami tej przeróbki są trzy rodzaje gazów: gaz powietrzny, wodny lub powietrzno-wodny)
Odgazowanie lub sucha destylacja (pirogenizacja, piroliza) polega na ogrzaniu węgla do temperatury powyżej 5000C, w której węgiel rozkłada się na pozostałość stałą tj: półkoks, koks oraz na części lotne, z których wydzielają się frakcje ciekłe (smoła, benzole) i gazy palne.
Mają tu miejsce następujące procesy:
- wytlewanie, czyli proces odgazowania odbywający się w niskiej temperaturze. Powstaje półkoks, który jest paliwem bezdymnym i łatwo palącym się, smoła wytlewna, zwana prasmołą mająca cechy ropy oraz gaz wytlewny.
- gazownictwo, czyli proces którego celem jest uzyskanie dużej ilości gazu opałowego o wartości opałowej co najmniej 5 MJ/m3. Oprócz gazu uzyskuje się koks gazowniczy o małej wytrzymałości mechanicznej, smołę pogazową, benzole i wodę pogazową zawierającą amoniak. Aktualnie gazownictwo w swej klasycznej postaci zanika.
- koksownictwo, czyli proces który ma na celu otrzymanie koksu metalurgicznego o dużej wytrzymałości mechanicznej, równej granulacji i małej zawartości popiołu, siarki, fosforu oraz dobrej reaktywności. Koksowanie odbywa się w temperaturze 1000-1200C bez dostępu powietrza.
Omówię teraz pokrótce niektóre produkty jakie powstają podczas przeróbki węgla kamiennego.
Koks: czysty węgiel z niewielką ilością 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. Wykorzystywany jest w hutnictwie, jako źródło opału oraz do produkcji karbidu.
Woda pogazowa zawiera amoniak powstały z rozkładu związków azotowych, sole amonowe, pirydynę, fenole i inne związki. Jest wykorzystywana do produkcji nawozów azotowych (siarczanu (VI) amonu).
Gaz koksowniczy składa się z wodoru, metanu i tlenku węgla, ma wysoką wartość opałową. Jest on jednak zużywany głównie do ogrzewania baterii koksowniczych i pieców martenowskich, a nadwyżki przekazuje się do celów opałowych lub jako surowiec dla przemysłu chemicznego.
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. Smołę węglową poddaje się destylacji frakcyjnej, czyli jednej z metod rozdzielania i oczyszczania ciekłych związków chemicznych. Produktami tego procesu są: olej lekki, olej średni, olej ciężki, i olej antracenowy Poszczególne frakcje poddaje się dalszej obróbce i wykorzystuje do produkcji leków, barwników, tworzyw sztucznych, rozpuszczalników, materiałów wybuchowych, środków ochrony roślin, substancji zapachowych. Pozostałością po destylacji smoły węglowej jest pak czarna, bezpostaciowa masa o szklistym połysku, rozpuszczalna w nafcie solwentowej. Jest on wykorzystywany do brykietowania miału węglowego, uszczelniania konstrukcji budowlanych oraz do produkcji papy, lakierów, elektrod, nawierzchni dróg.
Niewątpliwie węgiel jest jednym z najważniejszych pierwiastków w życiu człowieka. Bez niego nie było by postępu cywilizacyjnego. Gaz ziemny, ropa naftowa i opisany wyżej węgiel kamienny są najważniejszymi surowcami energetycznymi. Wzrasta ich znaczenie jako źródeł cennych substancji o dużym znaczeniu przemysłowym i ekonomicznym.