04.01.00 Uhlí

04. Anorganické materiály

#plasty #ropa #černá #kámen #materia prima

VLASTNOSTI

Kus hnědého uhlí se jeví většinou (hnědo)černý a hladký. ale pokud ho pozorujeme pod mikroskopem, vidíme, že je červenozlaté . Pokud se na něj zdíváme pozorně, můžeme v něm pozorovat stopy rostlin jako kapradiny. Z těchto rostli uhlí vzniklo.
Doba vzniku – Některé uhlí vznikla před 400,000,000 let. Ale většina kvalitního uhlí vzniklo před 250,000,000 let na pomezí prvohor a druhohor. V té době byl vzduch plný par a kouře. Většina rostlin byly neobvyklé přesličky a stromy, jenž nemívaly žádné květy. Když tyto rostliny vymřely, jiné vyrostly na substrátu z nich. Toto se dělo po tisíce a tisíce let. Hnijící rosttliny se časem promění v rašelinu, které vypadá jako hustá masa hnijícího dřeva. Řeky a oceány ji zavalí hlínou a pískem. Vzniklý tlak vrchní vody stlačí masu rašeliny a postupně se transformuje v uhlí. Čím vyšší teplota, tím vyšší je kvalita uhlí. Geologové vypočítali že k vzniku jedné stopy uhlí bylo potřeba mezi pěti a devíti stopami rašeliny.
Geologové mají dvě hlavní teorie pro vysvětlení principu jakým shnilé rostliny sedimentují ve vrstvách dostatečných pro produkci hlubokých ložisek uhlí: (1) Rostliny rostly a umíraly v jámách, vrstvíc se po generace. (2) Hnijící rostliny byly přenášeny proudem a usazovaly se v jistých oblastech.

Hlavní druhy hnědého uhlí – Rostliny které se staly uhlím braly ze vzduchu uhlík, který potřebovaly pro svůj růst. Využívaly procesu, který je možný díky slunci. Když byly rostliny stačeny vodou, byla uvolněna velká množství kyslíku a vodíku, přičemž uhlík zůstal pod vodou. Jelikož uhlí nemělo fixní chemické složení, geologové ho klasifikují jako sedimentární kámen.
Uhlí se obvykle dělí na dvě třídy – antracit, nebo také „tvrdé“ uhlí a bitumniózní uhlí, neboli měkké uhlí. Antracit byl stlačen vyšším tlakem než Bitumen, proto je ve výsledku tvrdším typem.
Další „sub-bituminózní“ druhy uhlí obsahují více než 25% vody, nebo větší množství rostlin.

Dřevěné uhlí
Dřevěné uhlí je černé pevné palivo, které se vyrábí ve vysoké míře suchým dřevem s malým přívodem vzduchu.
Dřevěné uhlí, pevný materiál, organická směs obssahující až 90% uhlíku a malý podíl kyslíku, vodíku, dusíku a popela. Je charakteristické černým zbarvením a zároveň tvrdostí, ale porézností a křehkostí. Na rozdíl od surového dřeva má dřevěné uhlí mnohonásobně vyšší kalorickou hodnotu.. Po zapálení nehoří, ale hoří, přičemž téměř nedochází k kouření.
V důsledku neúplného spalování s nízkým obsahem kyslíku (pyrolýza) až do 400 ° C se těkavé složky dřeva zplyňují a dřevěný dehet odtéká. Zbývá asi 35% dřevěného uhlí, což je materiál s velmi vysokým podílem čistého uhlíku. Dřevěné uhlí se také vyrábí přirozenými doutnajícími procesy (lesní požáry), ale obvykle se vyrábí uměle.
Díky vysoké výhřevnosti se dřevěné uhlí od středověku používalo v řemeslech (zejména kovářství), v hornictví (tavení železa) a ve výrobě skla. Dokud nebylo nahrazeno koksováním černého uhlí, používalo se v obrovských množstvích jako materiál na tavení železa. Kromě toho se mleté uhlí používalo pro broušení a leštění a jako součást střelného prachu. Uhelný popel byl použit pro další zpracování na mýdlovou vodu pro praní příze. Dřevěné uhlí se dnes používá téměř výlučně k grilování nebo kreslení uhlí.

TECHNIKY

PRODUKTY Z UHLÍ – Uhlí používáme každý den i když si to mnohdy nepřipouštíme, třeba v laku na nehty, dětských hračkách, nebo čistících prostředcích. Chemikálie získávané z uhlí jsou základem tisíce „užitečných“ produktů. Průmyslové zpracování uhlí probíhá čtyřmi možnými procesy.

Karbonizace spočívá v pečení uhlí bez přístupu vzduchu. Stejným procesem se ze dřeva vyrábí také uhly na kreslení. V tomto procesu je okolo dvou třetin váhy uhlí přeměněny na koks a popel, v závislosti na kvalitě pečeného uhlí. Koks je speciálně užitečný při výrobě železa a oceli a jako průmyslové palivo. Jedna třetina uhlí se změní v dehet a karbonizační plyn. Dehet je známý jako asfalt, se užívá ve výstavbě silnic, jinak se dá rozložit na stovky praktických substancí (viz. schéma vpravo). Uhelný, neboli zemní plyn se využívá jako surový pro ohřev při vaření, nebo ho lze přeměnit na další chemické substance.

Hydrogenace je proces upravování uhlí s olejem a hydrogenem při velkém tlaku a teplotě, potom separování tekuté směsi do užitných produktů. Hydrogenací se uvolňují uhlovodíkové plyny jako ethan, propan a butan. Ten představuje levný základ pro látky jako phenol, benzen, naftalen anilin. Tyto chemikálie se pak promění v každodenní produkty jako barviva, parfémy, nátěrové hmoty a plasty. Hydrogenace může být také využita k produkci benzínu a nafty.

Synthgas – syntéza plynů je metoda vyvíjení chemikálií procesem oxidace. Prvním krokem je dezintegrace uhlí na plyn exponováním v kyslíku a superhorké páře. Plyn, směs monoxidů uhlíku a vodíku pak v kombinaci se správnými pevnými katalyzátory se opět proměňuje v užitné produkty. Kobaltový katalyzátor mění plyn na diesel. Železný katalyzátor zase na benzin.

Zplyňování – Palivový plyn je z uhlí získáván dvěma komerčními metodami. Buď je vypalován ve speciální generátorech nebo je získáván, během jiných průmyslových procesů.
Zplyňování uhlí se také používá v novém typu uhelných tepelných elektráren, nazývaných IGCC (Integrated Gasification Combined Cycle), v nichž se uhlí před spálením nejprve přemění na směs vodíku a oxidu uhelnatého. Tyto elektrárny jsou ekologičtější než ty klasické, protože vzniklý plyn může být očištěn od nežádoucích příměsí. (wiki)

PIGMENTY Z UHLÍ
Modročerný černý pigment z uhlí lze vyrobit ze dřeva zuhelnatěného při velmi vysoké teplotě a bez přívodu kyslíku, ketré je poté rozdrceno a proseto. Uhelné pigmenty obsahují poměrně hodně organických sloučenin, které lze vidět pod mikroskopem. Vzhledem k mnoha mikroskopickým výklenkům a pórům má vysokou absorbční kapacitu. (více viz. Černé pigmenty).

PŮVOD

Počátky užívání hnědého uhlí – Máme důkazy o užívání uhlí 3 000 až 4 000 let zpět, v době bronzové, lidé v okolí Glamorgenshire, Wales, lidé užívali uhlí na pohřební hranice. Číňané pravděpodobně využívali uhlí 1 100 let před Kristem. Král Solomon byl známý svými uhlenými deposity v Sýrii, jak je zmíněno v Knize Přísloví. (26:21). Je také zmiňováno v některých pozdějších částech Bible.
V Anglii bylo během středověku spojováno s kletbou. Lidé věřili že naplňuje vzduch nebezpečnými jedy a ohrožuje lidské zdraví. V roce 1306, Král Edward I zveřejnil prohlášení že užívání uhlí mělo být trestáno smrtí. V počátcích bylo užívání uhlí opravdu tak neefektivní, že kouř a pach byly všude. Zpočátku, mnoho lidí nevěřilo, že by uhlí mohlo být kdy opravdu užitečné.
Slovo coal pochází z Anglo-saského col, které původně označuje charocal ( dřevěné uhlí).
V Severní Americe bylo uhlí objeveno v roce 1679. Otec Louis Hennepin, člen ranné francouszké výpravy, pozoroval černé minerály podél řeky Illinois v místě asi 80km vzdáleného od dnešního Chicaga. Někteří z Amerických domorodců nicméně věděli o uhlí dlouho před touto dobou. Kmen Pueblo užíval uhlí v keramice od jeho rané historie.
Členové protestantské kolonie, nedaleko dnešního Richmondu našli vzorky bituního uhlí v roce 1700. O padesát let později našli poblíž velké ložisko a založili první důl na hnědé uhlí v Severní Americe.
V některých místech byl prodej antracitu nezákonný, například v Philadelfii se dostal Colonel Georg Shoemaker v roce 1862 do vězení za pokus o prodej několika vagonů uhlí. Ovšem hodnota tohoto zdroje byla brzy přehodnocena.

Dějiny dřevěného uhlí – Jako přirozeně se vyskytující materiál se dřevěné uhlí vyskytuje po celém světě. Předpokládá se, že původně lidé našli karbonizované dřevo a vědomě používali toto dřevěné uhlí jako zdroj tepla. Nejstarší krby na dřevěné uhlí byly nalezeny v Jižní Africe a v Keni a jsou staré více než 1,4 milionu let. Předpokládá se, že umělé uhlí bylo poprvé v pleistocénu použito pro přípravu a kalení nástrojů, pro ohřívání skladovacích prostor a pro ohřívání potravin. Po tisíciletí bylo dřevěné uhlí hlavním zdrojem energie v každodenním životě.
Až do konce 18. století se k redukci a tavení železa ve vysoké peci používalo téměř výlučně dřevěné uhlí vyráběné hořáky na dřevěné uhlí. Díky dobrým vlastnostem se bezsirné uhlí s vysokou výhřevností stalo po dlouhou dobu přísadou při tavení železa. Kromě dlouhé doby tavení bylo třeb i velké množství dřeva. To vedlo během krátké doby ke „žďáření“ celých lesních oblastí v Evropě, po kterém následoval obrovský nárůst cen. V 18. století byl tak výrazný nedostatek dřeva, že se masivně propagovalo koksování na bázi černého uhlí. V roce 1709 se britskému podnikateli Abrahamovi Darbymu poprvé podařilo snížit tavení železné rudy na bázi černouhelného koksu na dobu tavení kolem dvanácti dnů a dosáhnout ještě lepších konečných produktů železa než koksovatelným uhlím. Výsledkem bylo, že v celé Evropě převládalo koksování černého uhlí a výsledek koksu. Dřevěné uhlí ztratilo svůj ekonomický význam.

APLIKACE

EKOLOGIE
Při pohledu zpět lze historii spalování uhlí popsat jako historii využívání přírody, zejména v souvislosti s technickým pokrokem. Velká potřeba dřevěného uhlí pro tavení kovů nesmírně přispěla k obecnému nedostatku dřeva od 16. století. Lesy byly vykáceny daleko za přirozenou rovnováhou, stromy na prvním místě nemohly znovu růst. Zde nelze přehlédnout účinky lidského zásahu do životního prostředí a je zřejmé, že se objevily nápady pro udržitelné řízení, které byly v této době zaznamenány písemně. Geneze pojmu a význam udržitelnosti úzce souvisí s obhospodařováním lesů. V zájmu ochrany lesa se úřady v té době snažily regulovat uhelný průmysl restriktivně: omezením vývozu uhlí, snížením počtu profesionálních výrobců uhlí a procesy, které byly předmětem patentů, dokud nebylo dřevěné uhlí nahrazeno jinými prostředky.

http://www.globalcarbonatlas.org/

DOSTUPNOST

Zdroje textu:
National Coal Association – COAL

Hnědé uhlí je měkký černý nebo hnědý kámen. Jelikož je jedním z nejužívanějších těžených kamenů, říká se mu také černý diamant, nebo magický minerál. Uhlí může být spalováno, aby vyhřívalo budovy, ohřevem vody získáváme páru, která vytváří elektrickou energii. Dále z něj můžeme získat plyn na vaření. Uhlí je spolu se železnou rudou základní surovinou pro všechno z železa a oceli. A další stovky chemických produktů jsou vyráběny z uhlí, jako parfémy, plasty, nylonová vlákna, aspirin, umělá pryž, nebo úžasná barviva k obarvení látek.
Uhlí je také někdy označováno za „pohřbenou sluneční zář“ (buried sunshine). Uhlí totiž nachytalo sluneční svit, jenž napadal na přavěké lesy dlouho předtím, než byl na planetě člověk. Když pálíme uhlí, využíváme tedy tuto energii ze slunce.
Uhlí je jedním z nejrozšířenějších zdrojů energie moderní civilizace. Otázku zda je ve své všestrannosti nenahraditelné si dnes snad klademe častěji než tomu bylo dříve. Tento článek se snaží představit Uhlí jako materiál jehož kvality jsou bytostně podstatné pro přírodu i průmysl. Tento encyklopedický výklad neposkytuje praktické know-how, přesto může sloužit jako substrát pro hlubší pochopení řady dalších prefabrikovaných substancí.

Kromě těženého hnědého uhlí se zvláště pro umělecké materiály používá uhlí dřevěné. Pálení dřevěného uhlí ve středověku probíhalo v jámách, nebo tzv. milířích. Díky své vysoké výhřevnosti hrálo klíčovou roli v rané těžbě mědi a železa v době bronzové a železné. Až do vynálezu černouhelného koksu v 19. století bylo dřevěné uhlí v metalurgii bezkonkurenční (zlaty věk uhlířů 14.-15.st v kutnohorském stříbrném revíru). Velká poptávka po vlastnostech dřevěného uhlí, která se v průběhu staletí neustále zvyšovala, vytvořila profesi uhlířů, jehož sofistikované techniky jsou nyní téměř zaniklé. Velké množství dřeva, které výroba vyžadovala, však vedlo k radikálnímu odlesňování celých regionů v Evropě.
Kvalita uhlí se, vedle velikosti kusů, posuzovala i tak, že kvalitní uhlí šlo špatně lámat, málo černilo ruku a po zlomení byl lom silně lesklý. Vždy záleželo na schopnosti uhlíře, zda dokázal napálit v milíři dobré a kvalitní uhlí.
Výtěžnost dřevěného uhlí se nejlépe vyjadřuje v objemových jednotkách. Z bukového či dubového polenového dříví dobrý uhlíř vypálil objemově 52–56,5 % uhlí, ze smrkového 65–74,5 % a z borového 60–64 %.

V dnešní době je populární tzv. Aktivní uhlí, které je v podstatě hnědým uhlím připravovaným ve specializovaných podmínkách a ze specifikých druhů dřev (např. bambus, nebo kokosové skořápky) které disponují vysokou porézností.