书城科普青少年应该知道的能源
10627300000007

第7章 地下宝藏——煤

1.黑色金子——煤与现代化

煤是一种由碳、氢、氧、氮等化学元素组成的黑色固体矿物质。它主要由植物遗体经生物化学作用,埋藏后再经地质作用转变而成,俗称煤炭。

煤是一种可以用作燃料或工业原料的矿物。早在8000多年前,人们就已经把煤当做燃料来使用了。煤被广泛用作工业生产的燃料,是从18世纪末的产业革命开始的。随着蒸汽机的发明和使用,煤被广泛地用作工业生产的燃料,给社会带来了前所未有的巨大生产力,推动了工业的向前发展,随之发展起煤炭、钢铁、化工、采矿、冶金等工业。煤炭热量高,标准煤的发热量为700万卡路里/千克。而且煤炭在地球上的储量丰富,分布广泛,一般也比较容易开采,因而被广泛用作各种工业生产中的燃料。

煤除了作为燃料以取得热量和动能以外,更为重要的是从中制取冶金用的焦炭和制取人造石油,即煤的低温干馏的液体产品——煤焦油。经过化学加工,从煤中能制造出成千上万种化学产品,所以它又是一种非常重要的化工原料,如我国相当多的中、小氮肥厂都以煤炭作原料生产化肥。

此外,煤中还往往含有许多放射性和稀有元素如铀、锗、镓等,这些放射性和稀有元素是半导体和原子能工业的重要原料。

煤对于现代化工业来说,无论是重工业,还是轻工业;无论是能源工业、冶金工业、化学工业、机械工业,还是轻纺工业、食品工业、交通运输业,都发挥着重要的作用,各种工业部门都在一定程度上要消耗一定量的煤炭,因此有人形象地称煤是工业的“真正的粮食”。

我国是世界上煤炭资源最丰富的国家之一,不仅储量大,分布广,而且种类齐全,煤质优良,为我国工业现代化提供了极为有利的条件。我国的煤炭广泛用来作为多种工业的原料。大型煤炭工业基地的建设,对我国综合工业基地和经济区域的形成和发展起着很大的作用。

2.沧海桑田——煤的形成

在很久以前,我们生活的土地上,生长着郁郁葱葱的远古植物。它们一代又一代的繁衍、更替,在地面上堆积起厚厚的一层黑色腐植质,后来由于地壳变动,它们被深深埋在地层底下,在漫长的岁月里,隔绝空气,承受着巨大的压力和极高的温度,经过复杂的物理化学变化,成为碳化化石矿物。

7200多年前,我们的祖先就开始了有了利用煤的历史。现在,山西大同是我国有名的煤都。

3.点石成金——煤的成分和分类

煤是一种复杂的混合物,它的主要成分是碳、氢、氧和少量的氮、硫或其他元素。氮和硫是煤最主要杂质,这些杂质燃烧后会产生大气污染物。

煤中还含有许多放射性和稀有元素,如铀、锗、镓等,这些放射性和稀有元素是科技工业所需的重要原料。

煤的种类很多,按不同的标准有不同的分类方法:

(1)根据碳化程度由低到高,可以依次分为泥炭、褐煤(棕褐煤、黑褐煤)、烟煤(生煤)、无烟煤。其中,无烟煤的碳化程度最高,泥炭的碳化程度最低。

(2)根据其岩石结构不同分类,可以分为烛煤、丝炭、暗煤、亮煤和镜煤。烛煤是由许多小孢子形成的微粒体组成的煤;含丝质体的为丝炭;含粗粒体的为暗煤;含有镜质体和亮质体的为亮煤;煤表面光亮,结构坚实,含有95%以上镜质体的为镜煤。

(3)根据煤中含有的挥发性成分多少来分类,可以分为贫煤(无烟煤,含挥发分很低)、瘦煤(含挥发分比贫煤高点)、焦煤(含挥发分比瘦煤高)、肥煤(含挥发分比焦煤高)、气煤(含挥发分又比肥煤高)和长焰煤(含挥发分最高)。其中焦煤和肥煤最适合用于炼焦碳。要炼焦,煤的挥发性分不能过低,低了它不粘结:也不能过高,过高了它会膨胀得太厉害,都无法用于炼焦。一般情况炼焦都是将多种煤按一定比例混合在一起炼的。

4.物宝天华——煤的用途

煤的生活用途就是用来作燃料,它的用途主要是工业用途。

在工业上,煤用于炼焦,可以产生煤焦油及氨水。焦碳是用于炼铁的重要原料。煤焦油可提取多种工业用的重要化合物。很多人以为煤气是从煤制造出来的,但事实是煤气是从原油提炼出来的石脑油再加以提炼而成的。但煤直接汽化,可以生成水煤气(一氧化碳和氢的混合物),直接用做清洁燃料。

煤,尤其是烟煤(任何挥发分较高的煤)直接作为燃料会冒出黑烟,浪费其中挥发成分,并造成大气污染。

焦碳作为炼铁的重要原料,对生铁的质量有关键的作用,如果含硫高,会严重降低生铁质量,灰分高会降低热值。因此用于炼焦的煤必须经过洗选,以降低其灰分和硫含量。炼出的焦碳必须选大块坚实的,不能在高炉中被压碎,以便可以通风。选出的碎焦只能做燃料,碎焦做燃料发热量大,不冒烟,是很好的燃料。