الفحم هو واحد من أقدم أنواع الوقود التي عرفها الإنسان. وحتى اليوم تحتل مكانة رائدة من حيث الاستخدام. والسبب في ذلك انتشاره وسهولة استخراجه ومعالجته واستخدامه. لكن ما هو؟ ما هي الصيغة الكيميائية للفحم؟
في الواقع ، هذا السؤال ليس صحيحًا تمامًا. الفحم ليس مادة ، إنه خليط من مواد مختلفة. يوجد الكثير منهم ، لذلك من المستحيل تحديد تكوين الفحم تمامًا. لذلك ، بموجب الصيغة الكيميائية للفحم في هذه المقالة ، سنعني بالأحرى تركيبته الأولية وبعض الميزات الأخرى.
لكن ماذا يمكن أن نتعلم عن حالة هذه المادة؟ يتكون الفحم من بقايا النباتات على مدى سنوات عديدة بسبب التعرض لدرجة الحرارة والضغط المرتفعين. وبما أن النباتات عضوية بطبيعتها ، فإن المواد العضوية سوف تسود في تكوين الفحم.
اعتمادًا على العمر والظروف الأخرى لمنشأ الفحم ، يتم تقسيمه إلى عدة أنواع. يتميز كل نوع بتكوينه العنصري ، وجودهالشوائب وغيرها من الخصائص الهامة.
فحم بني
هو أصغر أنواع الفحم. حتى أنه يحتوي على هيكل خشبي نباتي. تشكلت مباشرة من الخث على عمق حوالي كيلومتر واحد.
يحتوي هذا النوع من الفحم على كمية كبيرة نسبيًا من الرطوبة: من 20 إلى 40٪. عند تعرضه للهواء ، يتبخر ، ويتحول الفحم إلى مسحوق. بعد ذلك ، سوف نتحدث عن التركيب الكيميائي لهذه البقايا الجافة المعينة. كما أن كمية الشوائب غير العضوية في الفحم البني عالية أيضًا وتتراوح ما بين 20-45٪. هذه الشوائب هي ثاني أكسيد السيليكون وأكاسيد الألومنيوم والكالسيوم والحديد. قد تحتوي أيضًا على أكاسيد فلز قلوية.
هناك الكثير من المواد العضوية وغير العضوية المتطايرة في هذا الفحم. يمكن أن تصل إلى نصف كتلة هذا النوع من الفحم. التركيب الأولي مطروحًا منه المواد غير العضوية والمتطايرة هو كما يلي:
- كربون 50-75٪.
- أكسجين 26-37٪.
- هيدروجين 3-5٪.
- نيتروجين 0-2٪.
- كبريت 0.5-3٪.
فحم
وفقًا لوقت التكوين ، يأتي هذا النوع من الفحم بعد البني. لونه أسود أو رمادي-أسود ، بالإضافة إلى لمعان معدني أحيانًا.
رطوبة الفحم أقل بكثير من البني: 1-12٪ فقط. يختلف محتوى المواد المتطايرة في الفحم بشكل كبير حسب مكان الاستخراج. يمكن أن يكون ضئيلاً (من 2٪) ، ولكن يمكن أن يصل أيضًا إلى قيم مشابهة للفحم البني (تصل إلى 48٪). التركيب الأولي كما يلي:
- كربون 75-92٪.
- الهيدروجين 2، 5-5، 7٪.
- الأكسجين 1 ، 5-15٪.
- نيتروجين يصل إلى 2.7٪.
- كبريت 0-4٪.
من هنا يمكننا أن نستنتج أن الصيغة الكيميائية للفحم الصلب تتكون من الكربون أكثر من الفحم البني. هذا يجعل هذا النوع من الفحم وقودًا بجودة أفضل.
أنثراسايت
أنثراسايت هو أقدم شكل من أشكال الفحم الأحفوري. لونه أسود غامق وله لمعان معدني مميز. هذا هو أفضل فحم من حيث كمية الحرارة التي يطلقها عند الاحتراق.
كمية الرطوبة والمواد المتطايرة فيها صغيرة جدًا. حوالي 5-7٪ لكل مؤشر. وتتسم التركيبة العنصرية بمحتوى كربون مرتفع للغاية:
- الكربون أكثر من 90٪.
- هيدروجين 1-3٪.
- أكسجين 1-1 ، 5٪.
- نيتروجين 1-1 ، 5٪.
- كبريت يصل إلى 0.8٪.
المزيد من الفحم موجود فقط في الجرافيت ، وهو مرحلة أخرى من تحصين الأنثراسايت.
فحم
هذا النوع من الفحم ليس أحفوريًا ، لذلك فهو يحتوي على بعض الخصائص في تكوينه. يتم إنتاجه عن طريق تسخين الخشب الجاف إلى درجة حرارة 450-500oC بدون هواء. هذه العملية تسمى الانحلال الحراري. أثناء ذلك ، يتم إطلاق عدد من المواد من الخشب: الميثانول والأسيتون وحمض الخليك وغيرها ، وبعد ذلك يتحول إلى فحم. بالمناسبة ، احتراق الخشب هو أيضًا انحلال حراري ، ولكن بسبب وجود الأكسجين في الهواء ، تشتعل الغازات المنبعثة. هذا هو سبب الوجوداللهب عند الاحتراق.
الخشب ليس متجانسًا ، فهو يحتوي على الكثير من المسام والشعيرات الدموية. يتم الحفاظ على هيكل مماثل جزئيًا في الفحم الذي يتم الحصول عليه منه. لهذا السبب ، لديه قدرة امتصاص جيدة ويستخدم مع الكربون المنشط.
المحتوى الرطوبي لهذا النوع من الفحم منخفض جدًا (حوالي 3٪) ، لكنه يمتص الرطوبة من الهواء أثناء التخزين طويل الأمد وترتفع نسبة الماء إلى 7-15٪. يتم تنظيم محتوى الشوائب غير العضوية والمواد المتطايرة بواسطة GOST ويجب ألا يتجاوز 3٪ و 20٪ على التوالي. يعتمد التركيب الأولي على تقنية الإنتاج ، ويبدو تقريبًا كالتالي:
- كربون 80-92٪.
- أكسجين 5-15٪.
- هيدروجين 4-5٪.
- نيتروجين ~ 0٪.
- كبريت ~ 0٪.
توضح الصيغة الكيميائية للفحم أنه من حيث محتوى الكربون فهو قريب من الحجر ، ولكنه بالإضافة إلى ذلك يحتوي على كمية صغيرة فقط من العناصر غير الضرورية للاحتراق (الكبريت والنيتروجين).
الكربون المنشط
الكربون المنشط هو نوع من الكربون ذو مساحة سطح عالية المسام محددة ، مما يجعله أكثر امتصاصًا من الخشب. يستخدم الفحم والفحم وكذلك قشور جوز الهند كمواد خام لإنتاجه. تخضع مادة البداية لعملية التنشيط. جوهره هو فتح المسام المسدودة بدرجة حرارة عالية أو محاليل بالكهرباء أو بخار الماء.
أثناء عملية التنشيط ، يتغير هيكل المادة فقط ، وبالتالي فإن الصيغة الكيميائية للكربون المنشطمطابق لتكوين المواد الخام التي صنع منها. يعتمد محتوى الرطوبة في الكربون المنشط على مساحة السطح المحددة للمسام وعادة ما يكون أقل من 12٪.
