Вугілля — це один з самих давніх видів палива, відомих людині. І навіть сьогодні він займає лідируючі позиції за обсягом використання. Причиною тому служить його поширеність, легкість видобутку, переробки і використання. Але що він собою являє? Яка хімічна формула вугілля?
Насправді це питання не зовсім коректна. Вугілля — це не речовина, це суміш різних речовин. Їх ціле безліч, тому повністю визначити склад вугілля неможливо. Тому під хімічною формулою вугілля в цій статті ми будемо мати на увазі швидше його елементний склад та деякі інші особливості.
Але що ми можемо дізнатися про стан цієї речовини? Вугілля утворюється з решток рослин протягом багатьох років внаслідок впливу великої температури і тиску. А так як рослини мають органічну природу, то і в складі вугілля будуть переважати органічні речовини.
В залежності від віку та інших умов походження вугілля його ділять на кілька видів. Кожен вид відрізняється елементарним складом, наявністю домішок та іншими суттєвими характеристиками.
Буре вугілля
Є наймолодшим видом вугілля. У ньому навіть спостерігається рослинна деревна структура. Утворюється безпосередньо з торфу на глибині близько 1 кілометра.
Цей вид вугілля містить досить велику кількість вологи: від 20 до 40%. При попаданні на повітря вона випаровується, а вугілля розсипається в порошок. Далі мова піде про хімічному складі саме цього сухого залишку. Кількість неорганічних домішок в бурому вугіллі також велика і складає 20-45%. В якості цих домішок виступають діоксид кремнію, оксиди алюмінію, кальцію і заліза. Також у ньому можуть міститися оксиди лужних металів.
Багато в цьому вугіллі і летючих органічних і неорганічних речовин. Вони можуть складати до половини маси цього виду вугілля. Елементарний склад за вирахуванням неорганічних і летких речовин наступний:
- Вуглець 50-75%.
- Кисень 26-37%.
- Водень 3-5%.
- Азот 0-2%.
- Сірка 0,5-3%.
Кам’яне вугілля
З часу утворення цей вид вугілля йде наступним після бурого. Він має чорний або сіро-чорний колір, а також смоляний, іноді металевий блиск.
Вологість кам’яного вугілля значно менше бурого: всього 1-12%. Вміст летких речовин у кам’яному вугіллі дуже коливається залежно від місця видобутку. Воно може бути мінімальним (від 2%), але може досягати значень, аналогічних бурому вугіллю (до 48%). Елементарний склад наступний:
- Вуглець 75-92%.
- Водень 2,5-5,7%.
- Кисень 1,5-15%.
- Азот до 2,7%.
- Сірка 0-4%.
Звідси можна зробити висновок, що хімічна формула вугілля кам’яного складається з більшого числа вуглецю, ніж у бурого. Це робить даний вид вугілля більш якісним паливом.
Антрацит
Антрацит — це найдавніша форма викопного вугілля. Йому притаманний темно-чорний колір, і він має характерний металевий блиск. Це найкращий вугілля по кількості тепла, яке він виділяє при горінні.
Кількість вологи та летких речовин у ньому дуже мало. Близько 5-7% на кожен показник. А елементарний склад характеризується вкрай високим вмістом вуглецю:
- Вуглець понад 90%.
- Водень 1-3%.
- Кисень 1-1,5%.
- Азот 1-1,5%.
- Сірка до 0,8%.
Більше вугілля міститься лише в графіті, який є подальшою стадією вуглефікації антрациту.
Деревне вугілля
Цей тип вугілля не є викопним, тому він має деякі особливості свого складу. Виробляють його шляхом нагрівання сухої деревини до температури 450-500 oC без доступу повітря. Цей процес називають піролізом. В ході нього з деревини виділяється ряд речовин: метанол, ацетон, оцтова кислота та інші, після чого вона перетворюється у вугілля. До речі, горіння деревини — це теж піроліз, але за наявності кисню повітря загоряються виділяються гази. Саме цим і обумовлюється наявність мов полум’я при горінні.
Деревина не є однорідною, в ній дуже багато пор і капілярів. Подібна структура почасти зберігається і отриманому з неї вугіллі. З цієї причини він володіє хорошою адсорбційною здатністю і застосовується поряд з активованим вугіллям.
Вологість цього типу вугілля зовсім невелика (близько 3%), але при тривалому зберіганні він поглинає вологу з повітря і процентний вміст води підвищується до 7-15%. Вміст неорганічних домішок і летких речовин регламентується ГОСТами і має становити не більше 3% і 20% відповідно. Елементний склад залежить від технології отримання, і приблизно виглядає так:
- Вуглець 80-92%.
- Кисень 5-15%.
- Водень 4-5%.
- Азот ~0%.
- Сірка ~0%.
Хімічна формула деревного вугілля показує, що за змістом вуглецю він близький до кам’яного, але додатково має лише незначна кількість непотрібних для горіння елементів (сірки і азоту).
Активоване вугілля
Активоване вугілля — це тип вугілля з високою питомою поверхнею пір, із-за чого він має навіть більшу адсорбційну здатність, ніж деревний. В якості сировини для його отримання використовують деревне і кам’яне вугілля, а також шкаралупа кокосових горіхів. Вихідний матеріал піддають процесу активації. Суть його полягає в тому, щоб розкрити закупорені пори дією високої температури, розчинами електролітів або водяною парою.
В ході процесу активації змінюється лише структура речовини, тому хімічна формула активованого вугілля ідентична складу сировини, з якого той був виготовлений. Вологість активованого вугілля залежить від питомої поверхні пор і зазвичай становить менше 12%.
