💬تعريف الفحم وأهميته
الفحم هو معدن صلب قابل للاحتراق يتكون تدريجياً من النباتات القديمة المدفونة في الأرض، والتي تخضع لتغيرات كيميائية حيوية وفيزيائية معقدة.
يُعرف الفحم بالذهب الأسود وغذاء للصناعة. لقد كان أحد مصادر الطاقة الرئيسية المستخدمة في عالم الإنسان منذ القرن الثامن عشر.
منذ بداية القرن الحادي والعشرين، على الرغم من أن قيمة الفحم لم تعد جيدة كما كانت من قبل. ومع ذلك، ما يزال الفحم هو أيضًا أحد مصادر الطاقة التي لا غنى عنها لإنتاجنا البشري وحياتنا. ويرتبط إمداد الفحم أيضًا باستقرار تطوير الصناعة. وحتى في المجتمع بأكمله. والسلامة من إمدادات الفحم، هو أيضًا أهم عنصر في أمن الطاقة في العالم.
🌟تركيبة الفحم
الفحم هو الوقود الأحفوري الأكثر وفرة والأكثر توزيعًا على وجه الأرض. العناصر التي تشكل المادة العضوية للفحم هي بشكل أساسي، الكربون والهيدروجين والأكسجين والنيتروجين والكبريت، إلخ. بالإضافة إلى ذلك، هناك كميات صغيرة جداً من العناصر مثل الفوسفور والفلور والكلور والزرنيخ .
يعتبر الكربون والهيدروجين والأكسجين الأجزاء الرئيسية للمادة العضوية للفحم، حيث يمثلون أكثر من 95٪ ؛ وكلما كانت درجة التفحم أعمق، زاد محتوى الكربون وانخفض محتوى الهيدروجين والأكسجين.
الكربون والهيدروجين من العناصر التي تولد الحرارة أثناء احتراق الفحم ، والأكسجين عنصر داعم للاحتراق. عندما يتم حرق الفحم، لا يولد النيتروجين حرارة، ويتم تحويله إلى أكاسيد النيتروجين والأمونيا عند درجة حرارة عالية، والتي تترسب في حالة حرة.
الكبريت والفوسفور والفلور والكلور والزرنيخ مكونات ضارة في الفحم ، وأهمها الكبريت. عندما يتم حرق الفحم ، يتأكسد معظم الكبريت إلى ثاني أكسيد الكبريت (SO2)، والذي يتم تصريفه بغاز المداخن ، مما يؤدي إلى تلويث الغلاف الجوي، وتعريض نمو الحيوانات والنباتات وصحة الإنسان للخطر، وتآكل المعدات المعدنية.
عندما يكون الفحم يحتوي على نسبة عالية من الكبريت، يستخدم في فحم الكوك المعدني. كما أنه يؤثر على جودة فحم الكوك والصلب. لذلك ، فإن محتوى "الكبريت" هو أحد المؤشرات المهمة لتقييم جودة الفحم.
يُطلق على الغاز القابل للاشتعال، والناتج عن التحلل الحراري للمواد العضوية في الفحم، تحت درجة حرارة وظروف معينة "مادة متطايرة".
وهي عبارة عن غاز مختلط، يتكون من مركبات هيدروكربونية مختلفة وهيدروجين وأول أكسيد الكربون ومركبات أخرى.
تعتبر المادة المتطايرة أيضًا المؤشر الرئيسي لجودة الفحم، وهي تلعب دورًا مرجعيًا مهمًا في تحديد طريقة معالجة الفحم، واستخدامه والظروف التكنولوجية.
🌟الفحم عند تعرضه للحرارة
يحتوي الفحم ذو درجة منخفضة من التحلية على مادة أكثر تطايرًا. إذا كانت ظروف الاحتراق غير مناسبة، فإن الفحم الذي يحتوي على نسبة عالية من التطاير، سينتج بسهولة جزيئات الكربون غير المحترقة، والمعروفة باسم "الدخان الأسود"؛ وسيتم إنتاج المزيد من الملوثات مثل أول أكسيد الكربون، والهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات، والألدهيدات، والكفاءة الحرارية ستنخفض. لذلك، يجب اختيار ظروف الاحتراق المناسبة والمعدات وفقًا لمحتوى الفحم المتطاير.
محتوى المواد غير العضوية في الفحم ضئيل للغاية، وخاصة المياه والمعادن، ووجودها يقلل من جودة الفحم وقيمة استخدامه. المعادن هي الشوائب الرئيسية في الفحم، مثل الكبريتيدات، والكبريتات، والكربونات، وما إلى ذلك، ومعظمها من المكونات الضارة.
الرطوبة لها تأثير كبير على معالجة واستخدام الفحم. تتحول الرطوبة إلى بخار لامتصاص الحرارة أثناء الاحتراق، وبالتالي تقليل القيمة الحرارية للفحم.
يمكن تقسيم الرطوبة في الفحم إلى رطوبة خارجية ورطوبة داخلية، وتستخدم الرطوبة الداخلية عمومًا كمؤشر لتقييم جودة الفحم. كلما انخفضت درجة التحصين، زادت مساحة السطح الداخلية للفحم، وارتفاع محتوى الرطوبة.
🌟ما هو رماد الفحم
"الرماد" هو البقايا الصلبة المتبقية بعد حرق الفحم بالكامل، وهو مؤشر هام لجودة الفحم. يأتي الرماد بشكل أساسي من معادن غير قابلة للاحتراق في الفحم. يجب أن تمتص المعادن الحرارة عند الاحتراق والرماد، ويجب أن تزيل كمية كبيرة من تصريف الخبث الحرارة.
لذا فكلما زاد محتوى الرماد، انخفضت الكفاءة الحرارية لاحتراق الفحم؛ وكلما زاد محتوى الرماد، زاد الرماد والخبث الناتج عن الفحم المحترق، وبالتالي ينبعث المزيد من الرماد المتطاير. وبشكل عام، محتوى الرماد للفحم عالي الجودة والفحم النظيف منخفض نسبيًا.
توزيع الفحم على حسب القارات
يتم توزيع الفحم في جميع القارات والجزر المحيطية، لكن توزيع الفحم في العالم غير متساوٍ للغاية، كما أن احتياطيات الفحم في مختلف البلدان مختلفة تمامًا. تعد الصين والولايات المتحدة وروسيا وألمانيا من الدول التي لديها احتياطيات غنية من الفحم ، كما أنها من الدول الرئيسية المنتجة للفحم في العالم، ومن بينها الصين هي الدولة التي لديها أعلى إنتاج للفحم في العالم، بحيث تحتل موارد الفحم الصينية موقع الصدارة في العالم ، وتحتل المرتبة الثانية بعد الولايات المتحدة وروسيا.
🌟تاريخ الفحم
على الرغم من استبدال مكانة الفحم المهمة بالنفط، إلا أنه في فترة طويلة من الزمن ، بسبب النضوب التدريجي للنفط، سيتراجع حتماً، وبسبب الاحتياطيات الهائلة من الفحم، إلى جانب التطور السريع للعلم والتكنولوجيا، تغويز الفحم والتقنيات الجديدة الأخرى، أصبحت التكنولوجيا أكثر نضجًا ومستخدمة على نطاق واسع.
ووفقًا للمواد والظروف الأصلية لتكوين الفحم، يمكن تقسيم الفحم في الطبيعة إلى ثلاث فئات، وهي الفحم الدبالي والفحم المتبقي والفحم السابروبيلي.
الصين هي أول دولة في العالم تستخدم الفحم. في موقع شينل الثقافي القديم في مقاطعة لياونينغ، تم العثور على مشغولات يدوية مصنوعة من الفحم، وفي مدينة جونجي، خنان، كان هناك أيضًا موقع صُهر فيه الحديد بقوالب الفحم في عهد أسرة هان الغربية.
كانت اليونان وروما القديمة أيضًا من البلدان التي استخدمت الفحم في وقت سابق، وقد كتب العالم اليوناني ثيوفراستوس "تاريخ الحجر" في حوالي 300 قبل الميلاد ، والذي يسجل طبيعة وأصل الفحم؛ كانت روما القديمة منذ حوالي 2000 عام ، وقد بدأ تسخين الفحم.
🌟شكل الفحم
الفحم هو عبارة عن طبقة من الدبال الأسود السميك للغاية، والمتراكم على الأرض من أغصان وأوراق وجذور النباتات لملايين السنين. بسبب التغيرات في قشرة الأرض، يتم دفنها باستمرار تحت الأرض، معزولة عن الهواء لفترة طويلة، وتحت درجة حرارة عالية وضغط مرتفع، بعد سلسلة من التغيرات الفيزيائية والكيميائية المعقدة وعوامل أخرى، تتشكل صخور رسوبية سوداء قابلة للاحتراق، وهي عملية تكوين الفحم.
يرتبط سمك التماس الفحم في منجم الفحم، بمعدل تراجع القشرة وتراكم النبات في المنطقة. إذا كان تدهور القشرة سريعًا، إذا ظل تراكم النبات بشكل كثيف، فسيكون التماس الفحم في منجم الفحم هذا كثيفًا.
وعلى العكس، إذا كان تدهور القشرة بطيئًا، وبقي النبات يتراكم بشكل ضعيف، فسيكون التماس الفحم في منجم الفحم هذا نحيف.
بالإضافة إلى ذلك، نظرًا للحركة التكتونية للقشرة، تم طي طبقات الفحم الأفقية الأصلية وتكسيرها. ودُفنت بعض طبقات الفحم في عمق الأرض، وتم دفع بعضها إلى السطح أو حتى تعريضها للأرض، مما يسهل على الناس القيام بذلك. واكتشف هناك أيضًا بعض طبقات الفحم الرقيقة نسبيًا وصغيرة الحجم ، لذلك ليس لها قيمة تعدين ، ولم يتم العثور على بيان محدث حول تكوين الفحم.
🌟هل هناك طرق أخرى لتكون الفحم؟
ما زال يجب إجراء المزيد من البحوثات والدراسات. إلا ان منجم فحم كبير يحتوي على طبقات سميكة من الفحم ونوعية جيدة للفحم، ولكن بشكل عام مساحته ليست كبيرة جدًا. إذا تم تشكيلها عن طريق التراكم الطبيعي للفروع والأوراق والجذور لملايين السنين من النباتات ، يجب أن تكون مساحتها كبيرة جدًا.
لأنه في العصور القديمة، كانت الأرض مليئة بالغابات والأراضي العشبية، لذلك يجب أن تكون هناك آثار لتخزين الفحم في كل مكان؛ فالتماس الفحم ليس بالضرورة سميكًا جدًا، لأن أغصان النباتات وأوراقها وجذورها تتعفن في الدبال، والتي سيتم امتصاصها بواسطة النباتات، وبشكل متكرر، لذا لن يتركز كثيرًا عندما يدفن أخيرًا في الأرض، ولن يتم ترسيم الحدود بين طبقة التربة ودرز الفحم بشكل واضح.
ومع ذلك، هناك حقائق وأدلة لا يمكن إنكارها على أن الفحم يتكون بالفعل من بقايا النباتات من خلال تطور منهجي. هذه حقيقة لا يمكن دحضها. طالما أنك تراقب الفحم بعناية، يمكنك أن ترى أن هناك أوراقًا وجذورًا للنباتات.
آثار؛ إذا تم تقطيع الفحم إلى شرائح رقيقة وتم ملاحظته تحت المجهر، فيمكن العثور على أنسجة وبنية نباتية واضحة جدًا، وفي بعض الأحيان يتم الاحتفاظ بأشياء مثل جذوع الأشجار في طبقات الفحم ، كما يتم تغليف بعض طبقات الفحم في أحافير حشرات كاملة.
🌟الفحم تحت درجة الحرارة العادية
والضغط على السطح ، يتم تحويل بقايا النبات المتراكمة في المسطح المائي الراكد إلى خث أو سابروبيل من خلال الخث أو السابروبيل؛ بعد دفن الخث أو السابروبيون، يغوص على الأرض بسبب تدهور قاعدة الحوض في الجزء العميق ، يتحول إلى الليغنيت من خلال التكوّن.
عندما تزداد درجة الحرارة والضغط تدريجيًا ، يتحول إلى فحم قاري إلى أنثراسايت من خلال التحول . يشير الخث إلى العملية التي يتم فيها تراكم بقايا النباتات العليا في المستنقعات، وتحويلها إلى خث عن طريق التغييرات الكيميائية الحيوية.
يشير Saprolite، إلى العملية التي يتم فيها تحويل بقايا الكائنات الحية السفلية، إلى نباتات رمية من خلال التغيرات البيوكيميائية في المستنقعات. سابروليت مادة شبيهة بالطمي غنية بالماء والأسفلتين. قد تساهم العمليات الجليدية في جمع وحفظ بقايا مصانع تشكيل الفحم.
🌟عصور الفحم
في العصر الجيولوجي بأكمله، هناك ثلاث فترات رئيسية لتشكيل الفحم على نطاق عالمي:
في الفترتين الكربونية والبرميان من حقب الحياة القديمة، كانت مصانع تشكيل الفحم عبارة عن نباتات بوغية بشكل أساسي . الأنواع الرئيسية للفحم هي القار والأنثراسايت.
خلال حقبة العصر الجوراسي والطباشيري في حقبة الحياة الوسطى، كانت مصانع تشكيل الفحم عبارة عن عاريات البذور بشكل أساسي .
🌟الأنواع الرئيسية للفحم هي الفحم الحجري والبيتومين.
في الفترة الثلاثية من حقب الحياة الحديثة، كانت مصانع تشكيل الفحم عبارة عن كاسيات البذور بشكل أساسي. الفحم الرئيسي هو الليغنيت، يليه الخث، وبعض أنواع الفحم الحجري الصغيرة.
🌟تصنيف الفحم
الفحم هو مصدر الطاقة الأحفورية الأكثر توزيعًا في العالم، وينقسم بشكل أساسي إلى أربع فئات:
الفحم القاري والأنثراسايت والفحم شبه القار والليغنيت.
🌟إحتياطات الفحم العالمي
60٪ من احتياطيات الفحم العالمية القابلة للاسترداد، تتركز في الولايات المتحدة (25٪) ،والجمهوريات السوفييتية (23٪)، والصين (12٪)،
بالإضافة إلى أن أستراليا والهند وألمانيا، وجنوب إفريقيا تستحوذ على 29٪ من إجمالي إنتاج الفحم في المنطقة، أما المنطقة تمثل 80٪ من إجمالي الإنتاج العالمي ، وتزيد احتياطيات الفحم المؤكدة عن 63 ضعف احتياطيات النفط ، والدول التي لديها احتياطيات غنية من الفحم في العالم، هي أيضًا منتجة رئيسية للفحم.