Universitatea Ovidius Constanța

Facultatea de inginerie mecanică, industrială și maritimă

Specializarea: Energetică Industrială

Student: Apalaghiței Ciprian-Constantin

Combustibilii solizi. Cărbunele

Cuprins

1. Noțiuni introductive………………………………………………………………………….3

2. Clasificarea combustibililor solizi…………………………………………………………….4

2.1. Lemnul………………………………………………………………………………………5

2.2. Combustibili pentru rachete…………………………………………………………………5

2.3. Cărbunele……………………………………………………………………………………6

2.3.1. Istoria cărbunelui……………………………………………………………6

2.3.2. Avantajele şi dezavantajele utilizării cărbunilor…………………………….7

2.3.2.1. Avantaje…………………………………………………….7

2.3.2.2. Dezavantaje………………………………………………….7

2.3.3. Compoziţia chimică…………………………………………………………..8

2.3.4. Propietățile cărbunilor…………………………………………………………9

2.3.5. Determinarea cenuşii………………………………………………………….11

2.3.6. Tehnica de exploatare…………………………………………………………13

2.3.6.1. Extragerea (tăierea) substanţelor minerale utile……………………14

2.3.6.1.2. Extragerea mecanică……………………………………..14

2.3.6.1.3. Extragerea eu explozivi………………………………..14

2.3.6.2. Încărcarea şi transportul în abataj………………………………..16

2.3.6.2.1. Încărcarea şi transportul manual…………………………17

2.3.6.2.2. Transportul gravitaţional…………………………………17

2.3.6.2.3. Încărcarea şi transportul mecanizat…………………….17

2.3.6.3 Susţinerea abatajelor……………………………………………………17

2.3.7. Clasificarea cărbunilor………………………………………………………….18

2.3.7.1.Clasificarea cărbunilor naturali…………………………………………..18

2.3.7.2.Clasificarea cărbunilor artificiali…………………………………………20

2.3.8. Resursele de cărbuni de pe planetă……………………………………………..21

2.3.8.1. Cărbunii în Asia…………………………………………………….........22

2.3.8.2. Cărbunii în America………………………………………………………22

2.3.8.3. Cărbunii în Europa………………………………………………………...23

2.3.8.4. Cărbunii în Africa…………………………………………………………24

2.3.8.5. Cărbunii în Oceania………………………………………………………..24

2.3.9. Concluzii. ………………………………………………………………………....24

3. Bibliografie…………………………………………………………………………………………26

2

1. Noțiuni introductive

Protecţia naturii a diversităţilor biologice şi a structurilor ecologice care o definesc reprezintă o preocupare

de interes naţional, economic şi social-uman, cu rol determinant în strategia de dezvoltare durabilă a societăţii. Deşi

fiecare ţară are propriile concepţii şi legislaţii privind protecţia mediului, există trăsături comune în ceea ce priveşte

focalizarea direcţiilor prioritare, principala fiind, pe lista multor ţări, îmbunătăţirea eficienţei energetice. Dintre toate

realizările omului, instalaţiile energetice se află, prin întinderea lor fizică foarte mare, într-o strânsă intercondiţionare

cu mediul înconjurător. Instalaţiile energetice, în special termocentralele care folosesc drept combustibil cărbunele,

pot influenţa mediul înconjurător, conducând uneori chiar la afectarea echilibrului ecologic din zonele în care sunt

amplasate, ele prezentând un impact complex asupra tuturor factorilor de mediu din zona învecinată acestora

(atmosferă, apă, sol, floră şi faună), astfel încât sectorul energetic este considerat ca principala sursă de poluare.

Combustibilul cel mai poluant este cărbunele, urmat de păcură şi apoi gazul natural.Combustibilii fosili

conţin multe impurităţi care sunt transformate în reziduuri gazoase şi solide şi eliberate ulterior în mediul

înconjurător.

Poluarea produsă de termocentralele care folosesc ca și combustibil cărbunele provoacă anual în România

2979 de decese, mai mult decât accidentele rutiere, cu 2976 de morți, conform unui raport realizat de Universitatea

din Stuttgart și comandat de către Greenpeace International.

La nivel european, poluarea produsă de cele mai mari 300 de termocentrale bazate pe cărbune provoacă

22300 de decese premature în fiecare an, la care se adaugă pierderi de miliarde de euro pentru tratamente în sectorul

de sănătate si pierderea de productivitate.

În Germania și Marea Britanie, centralele provoacă aproape același număr de decese, în vreme ce în Polonia

au fost cuantificate numai în 2010 peste 5000 de morți din cauza poluării excesive. Alte 2700 de decese suplimentare

sunt așteptate pe langă numărul inițial dacă 50 de termocentrale de generatie noua sunt construite in Europa.

În tabelul 1 sunt principalii paremetrii care influenţeaza mediul în urma arderii combustibililor si

consecinţele asupra acestuia.

3

Tabelul 1

Parametrii poluanţi Conseciţe asupra mediului

Bioxid de carbon (CO2) Conduce la efectul de seră

Monoxid de carbon (CO) Efect asupra sănătăţii

Funingine Efect direct asupra sănătăţii; Impact asupra vegetaţiei

Oxizi de azot (NO3, NO2) Efect direct asupra sănătăţii; principalul precursor al

formării ozonului în troposferă; conduce la ploi acide

Hipoazotita (N2O) Conduce la efectul de seră, conduce la distrugerea

păturii de ozon din stratosferă.

Oxizi de sulf (SO2, SO3) Efect direct asupra sănătăţii; distruge flora şi fauna;

conduce la ploi acide.

Metale grele (Cr, Ni, Cd, As, Pb, V, etc.) Efecte toxice şi cancerigene.

Aerosoli toxici Efecte toxice şi cancerigene

Cenuşa zburătoare Iritarea ochilor şi a căilor respiratorii; conduce la

nebulozitatea troposferei.

Compuşi de clor şi fluor (HCl, Cl-, F-) Efect negativ asupra sănătăţii; distruge flora.

2. Clasificarea combustibililor solizi

În funcţie de modul în care se obţin conbustibilii aceştia sunt:

Tabelul 2

Combustibili naturali Combustibili artificiali Combustibili sintetici

Combustibili solizi

Paie

Lemn

Turba

Cărbune brun

Cărbune brun huilos

Huila

Antracit

Șisturi bituminoase

Mangal

Semicocs

Cocs de cărbune

Cocs de petrol

Brichete de cărbune

Deșeuri combustibile

(rumeguș, talaj, coji de

seminţe, puzderii etc.)

Combustibili pentru

rachete

4

În funcţie de calitate aceştia sunt:

- combustibili inferiori    (Q < 12,6 MJ/Kg)

- combustibili medii    (12,6 < Q < 21 MJ/Kg)

- combustibili superiori    (Q > 12,6 MJ/Kg)

În funcţie de scopul utilizării aceştia sunt :

-combustibili energetici (folositi pentru ardere, în scopul producerii energiei termice, mecanice sau electrice)

- combustibili tehnologici (folositi in diverse procese tehnologice, în scopul producerii de materii prime pentru

industria petrochimica, industria cocsochimica etc.)

2.1 Lemnul

Lemnul de foc (fig. 1) este o sursă comună de energie pentru încalzire prin ardere în sobe, şeminee, centrale

termice sau pentru utilizare la prepararea mâncării în cuptoare de restaurante/pizzerii sau la grătar.

Ca putere calorica, esenţele tari sunt cele care au randamentul cel mai bun. În ordinea descrescatoare a utilizării lor şi

a puterii calorice tipurile de lemn utilizate pentru ardere convenţionale sunt:

Fag, stejar, carpen – 4,1 kWh/kg sau 2100 kW/mc

Arţar, Mesteacăn – 4,2 kWh/kg sau 1900 kW/mc

Plop, Salcie – 4,1 kWh/kgsau 1200 kW/mc

Pin – 4,4 kWh/kg sau 1700 Kw/mc

Molid, Brad 4,5 kWh/kg sau 1500 kW/mc

Puterea calorica depinde mult de umiditatea lemnului, cel uscat având o putere mai mare.În funcţie de umiditatea

lemnului acesta poate fi:

35% – ( lemnul de esenţă tare pierde pană la 40 % din randament)

20% – 35 %

<20 %

2.2 Combustibili pentru rachete

De la primele rachete test lansate în anii 1920, sateliţii de comunicaţii din anii 1950 şi până la naveta

spaţială reutilizabilă (Space Shuttle) din anii 1980, expansiunea omului în spaţiu a reprezentat o uimitoare dovadă de

pricepere inginerească. Succesul călătoriilor în spaţiu depinde de capacitatea rachetelor de a avea o viteză de

propulsie care să fie suficient de mare încât să le permită să depăşească forţa de gravitaţie a Pământului. Prima

rachetă a fost lansată în 1926 folosind un combusitbil lichid (benzină) şi un oxidant (oxigen lichid). Ulterior, s-au

folosit diferiţi combustibili şi oxidanţi fie în stare solidă, fie în stare lichidă.

5

Navetele spaţiale folosesc hidrogenul lichid drept combustibil, dar motoarele de lansare folosesc combustibil solid

sub formă de aluminiu şi perclorat de amoniu ca agent oxidant cu dispersant.

În ultimii ani, NASA a derulat experimente cu un combustibil sigur pentru rachete format din pudră de

aluminiu şi gheaţă (ALICE) şi care îşi obţine energia din reacţia chimică dintre aceste elemente. Avantajele lui

includ un caracter mai ecologic decât oricare dintre carburanţii anteriori folosiţi pentru rachete, precum şi faptul că le

oferă rachetelor posibilitatea de a fi încărcate în cele mai izolate locuri de pe Pământ.

2.3.1 Istoria cărbunelui

Una din resursele care se află sub formă solidă, având cea mai mare importanță este cărbunele. Acesta este

un mineral care este cunoscut încă din antichitate, dar care a început sa fie exploatat abia în secolul al XI-lea. Prima

încercare serioasă de folosire a huilei ca sursă energetică pentru topirea fierului a fost facută în secolul al XVII-lea de

un fierar englez Dudly.

Un progres foarte important în folosirea industrială a cărbunelui l-a constituit descoperirea avantajelor

căldurii degajate la arderea huilei şi construirea primului cuptor înalt, în 1760, de John Smeaton. Crearea maşinii cu

abur, în 1769, de către James Watt şi a foalelor de suflat pentru cuptoarele înalte a condus la folosirea masivă a

cărbunelui în metalurgia feroaselor şi în transportul feroviar și maritim acţionat de maşina de abur. Pentru acest

lucru era nevoie de o puternica industrie de extracție și prelucrare a acestuia. Începând cu secolul al XIX-lea,

cărbunele s-a transformat într-o sursă de energie de mare importanţă vitală, pe care s-a axat dezvoltarea industrială şi

progresul social şi economic al epocii. Cărbunele a stat la baza dezvoltării unui şir întreg de ţări ca Rusia, S.U.A,

Marea Britanie, Franţa și Germania, ţări care au dezvoltat tehnologii de conversie a energiei

Valorificarea cărbunelui ca resursă energetică în termocentrale şi îndeosebi ca materie primă în siderurgie şi

industria chimică a făcut ca la începutul secolului al XX-lea ponderea cărbunelui în balanţa energetică globală să

constituie cca 90 %.

A doua jumătate a secolului al XX-lea a fost marcat de creşterea importanţei hidrocarburilor şi a

hidroenergeticii, iar în anii 60-80 şi a energeticii nucleare, fapt ce a redus treptat importanța cărbunelui în balanţa

energetică, fără a se diminua însă volumul producţiei. În prezent, cărbunele deţine un rol dominant în siderurgie ca

element principal la obţinerea cocsului necesar fabricării fontei şi oţelului şi în producerea energiei electrice, prin

ardere în centrale termoelectrice. Cărbunele este folosit astăzi pe larg la obţinerea unor produse petrochimice ca

gudronul şi derivaţii săi - uleiuri de antracen, benzenul, toluenul şi xilenul, - care stau la baza industriei solvenţilor,

cauciucului sintetic, explozivelor, produselor farmaceutice, detergenţilor etc.

Criza petrolului, declanşată în anii 1973-1974, continuată apoi în perioada 1978-1979, şi rezervele lui

limitate au impus desfăşurarea unor acţiuni de recuperare pentru cărbune a poziţiilor pierdute şi chiar dobândirea de

noi utilizări, îndeosebi, prin gazeificarea şi lichefierea lor în condiţii mai eficiente decât a procedeelor din trecut.

Noile tehnologii de gazeificare a cărbunilor fie în reactoare speciale, fie chiar în propriile straturi ale zăcământului,

6

vor contribui la o reducere esenţială a impactului pe care-l are cărbunele aupra mediului ambiant. Deci, se poate

afirma cu certitudine : există premise economice şi tehnice că în următoarele decenii cărbunele va redeveni

combustibilul de bază.

De consemnat că perioada carboniferă a început cu aproximativ 275 milioane de ani în urmă, în era

paleozoică, când apele mărilor acopereau extensiuni mari ale uscatului. La început s-au produs sedimentări de

origine animală, care ulterior au culminat cu formarea straturilor şi depozitelor de calcar. Apoi, au urmat mişcări

tectonice în scoarţa Pământului, sub acţiunea cărora apele mărilor au avansat şi s-au retras periodic, favorizând,

împreună cu clima caldă, formarea unor întinsuri mari de pădure care acumulau materia organică în lacuri. Din cauza

erodării suprafeţelor terestre s-au produs acumulări şi demolări sub presiunea straturilor superioare. După fazele de

acumulare şi depozitare a urmat acţiunea bacteriilor anaerobe care prin descompunerea hidraţilor de carbon, a

celulozei şi ligninei au îmbogăţit depozitele cu cărbune, separând bioxidul de carbon şi metanul. Dar, aceste depuneri

au fost din nou inundate de apele mărilor, îngrămădindu-se între straturi de gresie, şisturi etc. şi constituind baza

zăcămintelor de cărbuni. Datorită mişcărilor tectonice are loc acoperirea straturilor, formându-se astfel actualele

zăcăminte de cărbune. Calculele recente demonstrează că acumularea materialului necesar formării unui strat de

huilă de 30 cm grosime se produce timp de 150 ani.

Cu toate că originea cărbunelui este una de origine vegetală, nu toate zăcămintele de acest combustibil fosil

s-au format în acelaşi timp, în aceeaşi epocă şi în condiţii similare. Există, deci, mai multe tipuri de cărbune, în

fincţie de materia vegetală din care s-au constituit, de procesul acţiunii bacteriene, de presiunea şi temperatura la care

au fost expuse rocile sedimentare, precum şi de mişcările tectonice ulterioare din scoarţa Pământului.

2.3.2. Avantajele şi dezavantajele utilizării cărbunilor

2.3.2.1. Avantaje

În raport cu ceilalţi combustibili fosili cărbunele are o serie de avantaje indiscutabile:

Se găseşte din abundenţă.

Poate acoperi nevoile societăţi umane pe o periodă mare de timp, permiţând elaborarea unor strategii energetice pe

termen lung.

Este răspândit pe o arie geografică mult mai largă decât petrolul sau gazul natural.

Preţul este relativ stabil, fiind puţin influenţat de factori politici.

Nu există probleme majore privind transportul de la sursă la consumator.

Există tehnologii mature din punct de vedere comercial care permit o utilizare “curată” a cărbunelui, cu impact

minim asupra mediului înconjurător.

2.3.2.2. Dezavantaje

Limitările cele mai importante privind utilizarea cărbunilor sunt provocate în special de puternicul impact pe care îl

au asupra mediului înconjurător. Se amintesc în acest sens emisiile de pulberi, oxizi de sulf, oxizi de azot, dioxid de

carbon. Pentru reducerea emisiilor aferente primelor trei categorii de noxe există la ora actuală tehnologii mature din

punct de vedere comercial capabile să satisfacă cele mai severe restricţii. Din punct de vedere al dioxidului de carbon

7

(care contribuie în mod substanţial la amplificarea efectului de seră), cărbunele se caracterizează prin cea mai

ridicată emisie specifică în raport cu cantitatea de căldură rezultată prin ardere ( Fig. 1). În consecinţa, în următoarele

decenii eforturile vor fi îndreptate înspre dezvoltarea unor tehnologii performante, mature din punct de vedere

comercial, care să asigure reţinerea şi sechestrarea dioxidului de carbon rezultat din arderea combustibililor fosili.

Cărbune inferior Cărbune superior Păcură Gaz natural0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

0.450.42

0.330000000000001

0.27

0.2

Kg CO2/kWh

Fig. 1. Emisia de CO2pentru 1 kWh rezultat din arderea combustibilului [1]

Tehnologiile curate ale procesării cărbunelui sunt tot mai dezvoltate în Europa, în timp ce eficienţa

centralelor pe bază de cărbune a ajuns deja la 47 % şi urmăreşte să crească până la 50 %. Tehnologiile de captare a

bioxidului de carbon din emisiile centralelor termice vor fi diponibile pe o scară largă în următorii 10 ani. Costurile

cărbunelui curat vor rămâne totuşi foarte ridicate în termeni de eficienţă economică, dar vor fi compensate prin

aportul adus la siguranţa în alimentare şi la stabilitatea economică în cazul unor fluctuaţii mari de preţuri pe piaţa

resurselor energetice.

2.3.3. Compoziţia chimică

Analiză cantitativă a cărbunelui se face în condiţii de laborator. Compoziţia chimică a acestuia se determină

relativ greu şi se exprimă nu prin conţinutul în compuşi, ci prin conţinutul unor elemente aflate ipotetic în stare

liberă.

Cărbunele este format din compuşi ai carbonului, hidrogenului şi sulfului cu oxigenul şi azotul, care prin

ardere dau cenuşă şi umiditate. Carbonul, hidrogenul şi sulful sunt elemente chimice care prin ardere dezvoltă

căldură. Ele poartă numele de elemente combustibile. Azotul, oxigenul, cenuşa şi umiditatea alcătuiesc elementele

necombustibile.

Fireşte, cel mai de preţ element combustibil al cărbunelui este carbonul. Pe măsura creşterii gradului de

încarbonare a acestuia şi deci a vârstei geologice, conţinutul în carbon, de asemenea, creşte. Cărbunii cu un conţinut

superior de carbon se aprind greu şi ard cu flacără practic invizibilă. Antracitul are conţinutul de carbon 89,5 – 92,5

%, huila şi cărbunele brun 65 – 90% şi turba 58 %.

8

Conţinutul hidrogenului în masa combustibilă este de obicei, mic. De exemplu, conţinutul de hidrogen

pentru lemn şi turbă este de 6 %, pentru cărbunele brun şi huilă 2 – 5 %, iar în antracit 2 – 3,6 %. În general,

conţinutul de hidrogen este în funcţie de vârsta geologică a combustibilului; cu cât vârsta acestuia este mai mare, cu

atât conţinutul în hidrogen e mai mic.

Din punct de vedere al provenienţei, sulful poate fi organic So, piritic Sp, de sulfat SSO4 şi mineral Sm.

Sulful organic se găseşte în combustibil sub formă de compuşi organici cu carbonul, hidrogenul, azotul şi oxigenul,

pe când sulful piritic numit deseori şi sulf din sulfuri în combinaţii cu metalele, de exemplu, sulfura de fier FeS2.

Sulful din sulfaţi există în combustibili sub formă de sulfaţi FeSO4, MgSO4 şi CaSO4 care la ardere nu se descompun

şi nu produc căldură. Sulful mineral se constituie din sulf piritic şi sulf sulfat: Sm=S p+SSO4

.

Conţinutul total de sulf în cărbuni, exprimat la masa anhidră fără cenuşă, variază de la 2 până la 3 %; în

cărbunele brun poate ajunge chiar până la 7-8 %.

În general, sulful este un element chimic destul de vătămător. Compuşii sulfului organic şi ai sulfului piritic

formează la ardere bioxid de sulf SO2, respectiv trioxid de sulf SO3. Aceste gaze contribuie la coroziunea suprafeţelor

metalice ale elementelor instalaţiilor de cazane. Totodată, SO2 (şi NOx) provoacă formarea ploilor acide, drept că la o

depărtare oarecare de coş. Din ultimul motiv, coşurile de evacuare a gazelor de ardere la centralele termoelectrice se

construiesc înalte, pentru a reduce concentraţia depunerilor pe suprafaţa solului. Dar, cu cât e mai înalt coşul de fum,

cu atât e mai joasă tehnologia.

Oxigenul se găseşte în combustibil sub formă de combinaţii cu elementele combustibile. Fiind în stare

redusă, oxigenul din compuşii combustibilului nu participă nemijlocit la procesul de ardere şi nu contribuie la

eliminarea energiei chimice. Azotul, de asemenea, nu participă la ardere, însă pentru încălzirea şi degajarea lui se

consumă căldură. Deci, oxigenul şi azotul formează împreună balastul intern al combustibilului.

Reziduul solid format din substanţe minerale sub formă de pulbere care rămâne în urma arderii complete

poartă numele de cenuşă (simbol A). Ea poate fi primară, secundară şi trinară. Cenuşa primară se formează în

decursul evoluţiei combustibilului şi este alcătuită din compuşii minerali existenţi iniţial în substanţa primară

sedimentată în zăcământ. Cenuşa secundară prezintă un amestec de compuşi minerali rezultaţi prin eroziunea

eoliană şi descompunerea rocilor, deci este cenuşa pe care o obţine combustibilul în timpul exploatării zăcământului,

păstrării şi transportării. Cenuşa trinară este formată din substanţe minerale provenite din rocile sterile extrase din

pământ. Huilele au conţinutul total de cenuşă A=5- 30%, cărbunele brun 7 – 42 % , antracitul 14 – 22 %, iar turba

10 %.

Umiditatea combustibilului poate fi de îmbibaţie (externă, superficială, de zăcământ) şi higroscopică

(internă). Umiditatea pe care o obţine combustibilul la extragere, păstrare şi transportare, precum şi cea conţinută în

pori, este o umiditate de îmbibaţie Wi. Ea poate fi evaporată din combustibil prin uscare la aer; umiditatea de

îmbibaţie este evaporată integral atunci când între presiunea parţială a vaporilor de apă din combustibil şi presiunea

parţială a vaporilor de apă din aer se stabileşte un echilibru dinamic. Prin încălzirea combustibilului până la

temperatura T=423 K se evaporă şi umiditatea de constituţie (internă, coloidă, intrinsecă) cu substanţele organice

9

ale combustibilului, adică umiditatea higroscopică Wi sau Wa. Umiditatea higroscopică este mai mică decât cea de

îmbibaţie, constituind valori 15-25 % la cărbunii tineri (lignit şi turbă) şi 0,5-2 % la antracit.

2.3.4. Propietățile cărbunilor

Densitatea: Cărbunele nu este un sistem de materiale închis şi datorită dislocării din spaţiile goale are

densitate aparentă; densitatea reala apare după dislocarea gazului cu azot sau heliu.

La cărbunii cu conţinut ridicat de cenuşă, densităţile trebuiesc corectate. La solicitarea termică a huilelor,

densităţile rămân constante până aproape de circa 227 ℃, cresc apoi la temperaturi mai ridicate între 227 ℃şi 627

℃ de la 1,3 la 1,9 kgm3 . Se dă o formulă empirica de calcul:

1d= 1

d0+

0 , 443− 1d0

100−C0(C−C0 )

unde:

d – densitatea recalculată [g/cm3

];

C – conţinutul de carbon recalculat [%];

d0 – densitatea cărbunelui [g/cm3

];

C0 – conţinutul de carbon al cărbunelui [%];

Porozitatea: Nefiind un material închis, cărbunele prezintă pori cu „capăt deschis” şi „capăt închis” de

diferite diametre. Aceasta structură provine din faza coloidala a formării cărbunilor şi este comparabilă cu

porozitatea rigidă a buretelui, calculată din volumul real şi din capacitatea de captare a apei.

În cazul unei dispersări largi a huilelor la 80 % C, mai mult de 20 % este spatiu gol, care scade de la 2 % în

cazul cărbunilor grasi şi slabi (88 -92 % C – cărbunii de cocs sunt foarte denşi) şi apoi creşte pentru antracit până la

10 %.

Diametrele porilor variaza între 1 Å şi peste 100 Å(1 Å =10−10 m ). Determinarea porilor foarte mici se

face prin măsurători de gaze neabsorbante; porii de mărime mijlocie sunt independenţi de tratamentul preliminar, în

urma unor astfel de măsurători se obţin suprafeţele interioare ale cărbunilor.

Elasticitatea, rezistenţa: Deoarece este dificil de prezentat cărbunii ca fiind corpuri rigide neomogene în

eşantioane de probă reprezentative, elasticitatea se interpretează limitat. Se ia în consideraţie modulul de elasticitate

al lui Young, E ( N /m2 ) :

E=100∙ ρ ∙ Fc ,

10

unde:

ρ – densitatea [g/cm3

];

F – suprafata [m2

];

c – constanta de proporţionalitate;

Pentru huile, E rămâne constant pentru concentrația de peste 80 % C şi creşte apoi brusc în domeniul

antracitului. O comportare analogă rezultă pentru modulul Scher, G, care este cuprins între 0,3E - 0,5 E.

Compresibilitatea, k, rămâne constantă pentru cărbunii cu 80 % până la peste 90 % C şi scade in domeniul

antracitului.

Elasticitatea şi proprietaţile corespunzataore ale cărbunelui sunt determinate şi limitate de temperatură şi

depind de solicitare. La o solicitare mare şi la temperaturi normale, plasticitatea este egală cu o curgere

pseudoplastică. Ea depinde mult de temperatura şi de substanţele adsorbante(adsorbant = corp pe suprafața căruia se

fixează o substanță prin adsorbție).

De la cărbunii bruni până la cărbunii slabi, deformarea creşte liniar şi apoi supraproporţional în domeniul

antracitului. Antracitul este de trei ori mai rezistent decât cărbunele cu flacără lungă. Structura ordonată a antracitului

se comporta mai elastic. Cărbunii mai tineri se comportă mai mult ca substanţe termoplastice. Această comportare

este importantă şi pentru duritatea de rupere şi pentru granulaţie. Duritatea la rupere poate fi considerată

microduritate.

PROPRIETĂŢI ELECTRICE

Numai cărbunii cu un conţinut mare de materii volatile sunt buni izolatori, cei cu conținut mai scăzut de

materii volatile au tendinţe semiconductoare, conductibilitatea k putând fi masurată prin metoda Wheatstone:

1k=R=Ru

∆e2kT

unde:

R – rezistenţa (Ohm/cm)

T – temperatura

Ru=R1T =0(T=∞)

k – constanta lui Boltzman ()

Δe – limita de energie pentru un electron la trecerea într-un conductor real [eV]

PROPRIETĂŢI MAGNETICE

Atât timp cât nu apar dereglări datorită conţinutului de cenuşâ, cărbunele este dimagnetic. Susceptibilitatea

magnetică χ este o proprietate aditivă a substanţei şi se reprezintă ca susceptibilitate molară χ M .

χ M=M⋅χ=∑ ni⋅χ i ,

11

unde:

χ i - susceptibilitatea magnetică atomică i;

ni - numărul special i;

M – molul;

Suceptibilitatea magnetică creşte odată cu creşterea conţinutului de C, ceea ce se explică prin aromatizare tot mai

mare.

4.3.5. Determinarea cenuşii

Cenuşa constituie reziduul care rămâne după arderea în aer a cărbunelui sau cocsului, provenind de la o

parte din complecşii anorganici prezenţi la origine în substanţa cărbunoasă, iar de pe altă parte din materiile minerale

asociate. Cantitatea de sulf reţinută este parţial dependentă de condiţiile de formare şi pentru ca valorile obţinute

pentru conţinutul de cenuşă să fie comparabile, aceste condiţii trebuie riguros respectate.

Proba pentru determinare este arsă în aer, fiind încălzită cu o viteză de 815 ºC şi menţinută la această

temperatură până la masa constantă. Caracteristicile cărbunelui superior şi ale cocsului diferă de cele ale cărbunelui

brun şi ale lignitului, prin faptul că pot fi încălziţi mai repede decât cei din urmă. Conţinutul de cenuşă se calculează

din masa reziduului după ardere.

Aparatura necesară determinării:

balanţă de precizie 0,1 mg;

cuptor cu mufă, capabil să dezvolte o temperatură uniformă în intervalul cerut de procedeu şi de atinge acest interval

în timpul specificat. Ventilaţia prin cuptorul cu mufă se face astfel încât să se asigure circa 5 schimburi / minut;

capsulă din sticlă, porţelan sau platină, cu adâncimea de 10 – 15 mm şi capac. Diametrul capsulei va fi calculat astfel

încât densitatea de încărcare pe suprafaţă să nu depăşească 0,15 g/cm² pentru cărbune sau 0,10 g/cm² pentru cocs.

placă izolantă de silicon de 6 mm grosime, sau un dispozitiv echivalent, de o astfel de dimensiune încât să se poată

deplasa uşor în cuptor.

Preparare – proba de cărbune sau cocs utilizată pentru determinarea cenuşii se macină şi se trece prin sita de 0.2 mm.

Dacă este necesar, proba trebuie să fie supusă în atmosferă într-un strat subţire pentru un timp minim suficient ca

umiditatea conţinută să ajungă aproximativ la echilibru cu atmosfera laboratorului.

Mod de lucru – se cântăreşte cu o precizie de 0,1 mg, capsula curată şi uscată şi capacul; se răspândesc uniform 1 – 2

g probă în capsulă şi se recântăreşte.

pentru cărbune brun şi lignit:

Se introduce capsula neacoperită în cuptorul cu mufă la temperatura camerei. Se ridică temperatura la 250 ºC în

30 minute; de la 250 la 500 ºC în următoarele 30 minute; de la 500 la 815 ºC în următoarele 60 minute şi se menţine

la această temperatură pentru următoarele 60 minute.

pentru cărbune superior:

Se introduce capsula neacoperită în cuptorul cu mufă la temperatura camerei. Se ridică temperatura la 500 ºC în

30 minute; de la 500 la 815 ºC în următoarele 30 – 60 minute şi se menţine la această temperatură timp de 60 minute.

pentru cocs:

12

Se pune capsula neacoperită pe placa izolatoare, se introduce în cuptor la 815 ºC şi se menţine la această

temperatură timp de 75 minute.

Tabelul 4. Precizia metodei folosite

Conţinutul de cenuşă Diferenţe maxime admise între rezultatele obţinute

În acelaşi laborator

(repetabilitate)

Între laboratoare diferite

(reproductibilitate)

Sub 10% 0,2 % în valoare absolută 0,3 % în valoare absolută

10 % şi peste 2,0 % din rezultatul mediu 3,0 % din rezultatul mediu

Repetabilitate – rezultatele a două determinări paralele, efectuate la date diferite, în acelaşi laborator, de acelaşi

operator, cu aceeaşi aparatură, pe două probe reprezentative luate din aceeaşi probă pentru analiza, nu trebuie să

difere mai mult decât valoarea din tabelul 4.

Reproductibilitatea – mediile rezultatelor a două determinări în două laboratoare diferite pentru probe reprezentative

luate din aceeaşi probă pentru analiză, după ultima etapă a preparării probei nu trebuie să difere mai mult decât

valoarea din tabelul 4.

2.3.6. Tehnica de exploatare

Mineritul de suprafață 

- se practică atunci când zăcământul este aproape de suprafața solului.

Mineritul în subteran 

- principala metodă de minerit.

- pentru a ajunge în adâncimi se sapă puțuri verticale. Minerii coboară cu lifturile și cărbunele este adus la suprafață

la fel.

- uneori, galeriile subterane se pot extinde pe orizontală mai mulți kilometri și transportul este asigurat cu trenuri

electrice.

Pentru stabilirea unor valori energetice reale trebuie să se țină cont de posibilitațile de extragere și folosire,

care depind de o serie de propietăți calitative : de zăcământ, petrografice, fizice, chimice, a căror varietate este mare,

datorită heterogenităţii (heterogen = un compus format din elemnte diferite) cărbunilor.

Astfel, grosimea și adâncimea la care se găsesc straturile de cărbune influnțează exponențial activitatea de

exploatare cărbunelui. Exploatarea la adâncimi mari necesită rezolvarea diverselor probleme tehnice determinate de

presiunea rocilor, temperatura şi umiditatea în spaţiile de muncă, precum şi afluenţa de metan, fiind nevoie în cele

din urmă de investiţii mari. Unele mine, cum sunt cele din bazinele Ruhr-ului (Germania) şi din Marea Britanie, sunt

situate la adâncimi de 1000 m.

Evident, tehnica exploatării depinde de forma zăcământului. Zăcămintele uşor exploatabile, în care rocile

sedimentare sunt dispuse orizontal la adâncimi mici, sunt valorificate prin metoda la zi. În caz contrar, se recurge la

metoda de exploatare subterană.

13

Toate minele sunt formate, în general, din puţuri de aeraj şi de acces la straturile de exploatare, abataje în

care are loc exploatarea propriu-zisă, precum şi din galerii, planuri înclinate şi căi de comunicaţie prin care se face

transportul minerilor şi extracţia minereului. Exploatarea minei include lucrări de pregătire prin care se construiec

căi de acces în subteran, se pregătesc mijloacele de transport şi sistemele căilor de comunicaţie, puţurile de aeraj şi

de extracţie, instalaţiile de aeraj subteran şi de evacuare a apelor de infiltraţie, lucrări pentru extragerea la suprafaţă a

minereului fie prin mijloace mecanice, fie cu ajutorul explozivelor, respectiv lucrări de protecţie a abatajului sau a

locului unde se efectuează procesul de exploatare.

Cărbunele extras la suprafaţă este supus unui proces de curăţare de substanţele inerte şi dăunătoare. Procesul

de curăţare a cărbunelui constă din mai multe operaţii succesive. În primă fază se desfăşoară operaţiile de cernere şi

de sortare a cărbunelui după mărime şi în clase granulometrice. Urmează apoi spălarea şi separarea sterilului de

cărbune, care se execută graţie diferenţei dintre densitatea cărbunelui şi cea a sterilului; cărbunele pluteşte în

lichidele grele, pe când sterilii se cufundă. După aceea este supus concasării sau sfărâmării. Acum cărbunele este bun

pentru a fi folosit fie ca şi combustibil, fie ca materie primă.

Mineritul este o ramură extractivă unde tehnica de securitate şi igiena trebuie să aibă o importanţă vitală.

Caracterul periculos al activităţilor extractive se manifestă prin numeroase accidente (lovituri, căderi de pe teren

înclinat), prăbuşiri, inundaţii în galerii, explozii de gaze grizu (un amestec de metan şi alte hidrocarburi gazoase care

se degajă din pungile de gaz etanşate în stratul de cărbune şi care venind în contact cu aerul, în proporţie nu mai mică

sau mai mare de 5 %, devine exploziv) etc., precum şi prin boli ce atacă, în special, căile respiratorii (silicoza).

Principalele operaţii ale procesului tehnologic de extragere din abataje a cărbunilor cuprinde următoarele operaţii

principale :

extragerea (tăierea) cărbunilor;

încărcarea şi transportul acesteia din abataj ;

susţinerea golului creat în urma tăierii în abataj ;

aerajul locului de muncă.

Fiecare din aceste operaţii de producţie poate îmbrăca forme variate în timpul exploatării, dar

rămâne în permanenţă într-o strânsă legătură cu celelalte.

2.3.6.1. Extragerea (tăierea) substanţelor minerale utile

Extragerea sau tăierea substanţei minerale utile din zăcământ se poate face prin diferite procedee :

manual, mecanic şi cu explozivi, în funcţie de natura şi tăria rocilor.

2.3.6.1.1. Extragerea manuală. Extragerea manuală constă în tăierea sau dislocarea rocilor cu

ajutorul unor unelte manuale. Se practică astăzi pe o scară foarte mică, la exploatarea rocilor moi şi

friabile(roci care se fărâmițează ușor), sau când se exploa tează filoane(zăcământ cu aspect de plăci format în

crăpăturile scoarței pământului prin consolidarea magmei sau prin depunerea unor minerale aflate în soluție în apele

termale) foarte subţiri, la care se urmăreşte înlăturarea cărbunelui cu steril.

14

2.3.6.1.2. Extragerea mecanică. Se foloseşte pe scară largă la exploatarea cărbunilor, a substanţei

friabile şi semitari, utilizînd maşini acţionate cu aer comprimat, electric sau hidraulic, ca : ciocanul de

abataj, maşina de havat, combine şi pluguri de cărbune.

Ciocanul de abataj este folosit frecvent la exploatările carbonifere pentru tăiere, în cadrul metodelor de

exploatare în trepte răsturnate.

Maşina de havat (fig. 2.) se foloseşte la tăierea făgaşului în strate (scobitură săpată pe întreaga lungime a

frontului minier de abataj, pentru a ușura desprinderea ulterioară a rocii), de regulă la baza frontului, creându-se

astfel a doua faţă liberă. Dislocarea din front a stratului de cărbune rămas în consolă se face apoi cu

ciocanul de abataj sau cu găuri de mină şi explozivi. Adâncimea făgaşului este de 1,5 - 2 m şi înălţimea de 12 -

15 cm. Maşina de havat este acţionată electric sau pneumatic şi execută făgaşul cu ajutorul unui braţ prevăzut

cu lanţ şi cuţite tăietoare. Deplasarea maşinii de-a lungul frontului se face cu ajutorul unui cablu care, sub

acţiunea motorului maşinii, se înfăşoară pe toba acesteia, având celălalt capăt fixat la o distanţă de 25-30

m de-a lungul frontului de un stâlp de ancorare. Viteza lanţului cu cuţite este de 1-2 m/s, iar viteza

de înaintare a maşinii de havat de 0,2-1 m/min. Mai răspândite sunt havezele de tip KMP-1, KMP-3,

MV-60 utilizate la exploatările carbonifere. Aplicarea havezelor este limitată în prezent la exploatarea

unor zăcăminte de cărbuni şi roci utile, locul lor ocupându-1 combinele.

Fig. 2. Maşină de havat cu braţ şi lanţ [3] :

1 — braţ cu lanţ tăietor ; 2 — cutie cu angrenaje ; 3 — motor ; 4, — cutia tobei pentru cablu ; 5 — cablu.

Combinele spre deosebire de maşinile de havat, execută simultan trei operaţii : tăierea, încărcarea

cărbunilor şi transportul d i n abataj (Fig. 3.).

15

Fig. 3. Combină UKT [4]:

1 — freze frontale ; 2 — lanţul tăietor şi transportor ; 3 — motor ; 4 — tobă pentru cablu ; 5 — sania pentru

ghidaj.

Plugul de cărbune (fig. 4.) se foloseşte în abatajele cu front lung, la exploatarea stratelor subţiri. Constă

dintr-un bloc de oţel 1, care formează corpul propriu-zis al plugului, la care sunt montate cuţite tăietoare

2. Ele sunt trase de două trolii mecanice situate în galeriile de etaj, de-a lungul frontului de lucru, efectuînd o

mişcare de „dute – vino” cu o viteză de 40- 60 m/min . În această mişcare, cuţitele tăietoare se înfig în cărbune

şi detaşează aşchii de 50-100 mm şi chiar mai mult după tăria cărbunelui.

Primele pluguri au fost aplicate între anii 1945 - 1950 în bazinele Donbass şi Ruhr, la tăierea cărbunilor

de tărie mică şi medie.

16

Fig. 4. Plug de cărbune Westfalia [5]:

1 — bloc de oţel ; 2 — cuţite de aşchiere ; 3 — .eormană ; 4 — transportor ; 5 — legătura cu lanţul ; 6 — ramura

lanţului liber.

2.3.6.1.3 Extragerea eu explozivi La exploatarea rocilor şi a substanţelor minerale utile tari şi foarte

tari, procedeul de abataj cu explozivi este cel mai răspîndit. Se disting trei variante ale procedeului de abataj

cu explozivi : cu găuri de mină obişnuite cu găuri lungi de mină şi cu camere de minare.

Abatajul cu găuri de mină obişnuite se aplică în general la exploatarea zăcămintelor de minereuri, cărbuni şi alte

substanţe minerale. În cazul exploatării prin felii orizontale cu trepte drepte, lungimea găurilor, ca şi distanţa

dintre ele, variază după dimensiunile treptei şi natura rocilor şi a zăcămîntului. În roci şi substanţe

minerale utile moi distanţa maximă dintre găurile de mină poate ajunge la 75-100% din lungimea găurii de

mină. În rocile tari, distanţa dintre găurile de mină este de 50% din lungimea găurii de mină.

2.3.6.2. Încărcarea şi transportul în abataj

Datorită mecanizării operaţiei de tăiere în abataj, încărcarea ca şi transportul reprezintă operaţii care

necesită un volum mare de muncă. Modul de organizare ca şi mijloacele pentru încărcarea şi evacuarea

materialului din front depind de condiţiile de zăcămînt şi de capacitatea de producţie a abatajului.

Procedeele de încărcare şi transport aplicate în abataj pot fi : manuale, gravitaţionale şi mecanizate.

2.3.6.2.1. Încărcarea şi transportul manual

17

Procedeul manual se foloseşte când volumul substanţei minerale utile este redus şi nu justifică

mecanizarea în abataj. Se execută cu lopata, roaba sau cu vagonetul. Pentru distanţe mici se foloseşte lopata,

distanţa maximă de lopătare fiind de 4-5 m. La distanţe mai mari până la 10 -20 m, transportul se face cu

roaba, iar peste 20 m se utilizează vagonetele de abataj cu capacitate până la 0,8 t, cu pereţi mobili, sau

vagonete basculante, pentru a se putea descărca uşor.

2.3.6.2.2. Transportul gravitaţional

Transportul gravitaţional este transportul cel mai economic. El se aplică în lucrările de abataj, când

zăcămîntul are o înclinare de peste 40 - 45°, evacuarea făcându-se prin rostogoluri.

La transportul gravitaţional prin rostogoluri, acestea se proiectează astfel ca dimensiunea lor minimă să

fie de trei ori mai mare decît dimensiunea maximă a blocurilor ce se transportă prin rostogol.

2.3.6.2.3 Încărcarea şi transportul mecanizat

Încărcarea şi transportul mecanizat în abataj are o largă aplicare la exploatarea zăcămintelor

carbonifere şi mai restrânsă la minereuri, din cauza condiţiilor de zăcămînt mai puţin favorabile.

La exploatările carbonifere, când stratele de cărbuni sunt orizontale sau cu înclinare mică,

transportul se face cu ajutorul transportoarelor cu raclete al transportoarelor cu bandă, transportoarelor cu

bandă din plăci metalice articulate sau al scocurilor fixe.

În exploatările de minereuri se foloseşte screperul, maşinile de încărcare cu siloz şi autoîncărcătoarele.

2.3.6.3 Susţinerea abatajelor

În urma extragerii substanţei minerale utile dintr-un abataj, starea de echilibru iniţială a tensiunilor

existente în rocile înconjurătoare se modifică. În mod normal, înainte de începerea excavaţiei presiunea asupra

zăcământului se exercită în mod uniform (fig. 5.a) pe când după executarea abatajului, liniile de tensiune din roci

se concentrează în jurul excavaţiei (fig. 5.b) şi se răresc treptat până la limita normală din masivul nederanjat,

pe distanţe de 30 - 50 m. Ca urmare a stabilirii noului echilibru, în jurul abatajului şi în masivul

înconjurător se produc unele deformaţii. Dacă rocile înconjurătoare sunt tari, deformaţiile sunt mici şi excavaţia

poate rămîne nesusţinută, iar dacă rocile sunt moi, deformaţiile sunt mai importante (ruperi, fisuri, căderi de

blocuri) şi abatajul trebuie susţinut. Susţinerea în abataje trebuie să asi gure securitatea muncitorilor, condiţii

bune de lucru din punctul de vedere al aerajului şi al spaţiului necesar desfăşurării lucrului, condiţii pentru meca-

nizarea operaţiilor de exploatare şi pentru transportul materialelor de susţinere. În afară de aceste cerinţe,

susţinerea trebuie să fie simplă, uşor de pontat, economică, rezistentă şi stabilă.

18

Fig. 5- Distribuţia liniilor presiunii litostatice [6] :

a — în masivul neatacat; b — după executarea excavaţiei

În practică se întâlnesc diferite moduri de susţinere a abatajelor în funcţie de natura materialelor de

susţinere folosite se poate face o clasificare largă a metodelor de susţinere şi anume :

susţinere naturală;

susţinere artificială;

susţinere mixtă.

Susţinerea naturală constă în lăsarea unor porţiuni de zăcămînt sub formă de stâlpi, care sprijină

tavanul abatajelor.

Susţinerea artificială cuprinde toate metodele care folosesc materiale de susţinere aduse din afară : lemn,

metal, rambleuri etc.

Susţinerea mixtă foloseşte simultan stâlpi de protecţie din minereu abandonaţi şi susţinerea artificială.

2.3.7. Clasificarea cărbunilor

2.3.7.1.Clasificarea cărbunilor naturali

În funcţie de gradul de fosilizare la care au ajuns, se deosebesc următoarele tipuri de cărbuni(naturali):

grafitul ;

cărbunele brun;

huila;

antracitul;

lignitul;

turba.

Grafitul este o formă cristalină de cărbune care din punct de vedere energetic nu are nicio importanță.

Cărbunele brun este un cărbune mai vechi, din Paleogen. Conţine 65-75 % carbon în masa combustibilă,

iar prin încălzire degajă multe materii volatile. În momentul extracţiei conţine 30 - 45 % umiditate. Are o putere

calorifică de 17-29 MJ/kg.

este un cărbune mai vechi, din Paleogen. Conţine 65-75 % carbon în masa combustibilă, iar prin încălzire

19

Este folosit, îndeosebi, în industria chimică şi în termocentrale, iar în urma unor prelucrări speciale, la

obţinerea cocsului. Este răspândit, în special, în Germania, Polonia, Cehia şi S.U.A

Are un aspect castaniu sau brun-deschis până la negru, conţine umiditate şi cenuşă, arde cu flacără, iar prin

distilare uscată dă gaz combustibil. Conform clasificării adoptate în România, cărbunele brun se împarte în 4 grupe:

- cărbune brun pământos (BP), cu aspect sfărâmicios ca pământul, fără structură vegetală, de culoare brun-

închis. În România, cărbunele brun pământos s-a găsit la Ilieni, jud. Covasna, şi Pralea, jud Bacău;

- cărbune brun lemnos sau lignitul (BL), cu aspect de fibră lemnoasă, de culoare galben-brun până la negru.

Este cărbunele cel mai răspândit în România; se găseşte în bazinele carbonifere ale Olteniei, Munteniei, Ardealului

de Sud-Est, Ardealului de Nord şi Banatului;

- cărbune brun mat (BM), cu aspect mat, pietros, de culoare brun-negru. Se găseşte la Comăneşti, Ţebea şi

Şorecani;

- cărbune brun cu luciu smolos, având aspect smolos, lucios, culoare negru-brun până la negru, de structură

compactă. S-a găsit la Codlea;

Huila este un cărbune vechi, datând din Cretacic şi Jurasic. Conţine 75-90 % carbon în masa combustibilă,

iar prin încălzire degajă suficiente materii volatile pentru aprindere. În momentul extracţiei conţine 1 - 5 % umiditate.

Are o putere calorifică de 29 – 33,5 MJ/kg, fiind cel mai preţios cărbune.

Se utilizează, în principal, în industria cocsului şi în producţia de gaze. Este răspândit în bazine de mari

proporţii din Rusia (Kansk Acinsk, Kuzbass), Ucraina (Donbass), Kazahstan (Karaganda, Ekibastuz), S.U.A.

(Appalachian, Middle West (Munţii Stâncoşi)), Franţa (Lorena, Nord-Pas de Calais, Centre-Midi). Polonia (Silezia

superioară, Silezia inferioară, Lublin) etc. Huila, împreună cu antracitul, constituie cca 75 % din rezervele mondiale

de cărbune.

Huila se împarte în 6 grupe:

- huila cu flacără lungă , de culoare neagră, cu fâşii alternative lucioase şi mate. Se găseşte în Valea Jiului,

la Vulcan;

- huila pentru gaz , de culoare neagră, cu stratificare puţin clară, lucioasă. Se găseşte în Valea Jiului, la

Lupeni;

- huila grasă , de culoare neagră, cu luciu puternic, de cele mai multe ori sfărâmicioasă şi prăfoasă. Se

găseşte în Banat, la Secul;

- huila pentru cocs , cu caracteristici similare huilei grase. Se găseşte la Anina în Banat;

- huila slabă – degrasantă , având caracteristici ca şi huila grasă. Se găseşte în Banat, la Baia Nouă şi

Doman;

- huila antracitoasă care face tranziţia între huile şi antraciţi. De obicei, sfărâmicioasă şi de culoare neagră.

Se găseşte în Banat, la Lupac;

Antracitul este cel mai vechi cărbune, datând din Jurasic. Conţine 89,5-92,5 % carbon în masa

combustibilă, dar aproape deloc materii volatile, ceea ce îl face foarte dificil de aprins. Aprinderea trebuie făcută cu

un combustibil de suport, care să-l aducă la temperatura de 800 °C, temperatura de aprindere a carbonului. În

20

momentul extracţiei conţine 3 - 12 % umiditate. Are o putere calorifică de 33 - 35 MJ/kg. Datorită aprinderii dificile

este puţin folosit în energetică, fiind folosit în industria chimică la producerea electrozilor.

Este, de obicei, sfărâmicios, are culoare neagră şi luciu metalic.

Este folosit, în special, în industra chimică şi în marile centrale termoelectrice. Exploatarea se face din mari

bazine carbonifere ale lumii: Donbass (Ucraina), Ruhr (Germania), Appalachian (S.U.A.).

În România se găseşte în cantităţi modeste la Schela Gorj.

Turba este cel mai tânăr cărbune, din Neogen, formându-se şi astăzi. Conţine 52 - 62 % carbon în masa

combustibilă, iar prin încălzire degajă foarte multe materii volatile. În momentul extracţiei ea conţine 75 - 80 %

umiditate, ca urmare trebuie uscată, stare în care are o putere calorifică de 12 - 20 MJ/kg. Turba uscată şi brichetată

se foloseşte drept combustibil casnic. De asemenea, ea se poate folosi ca material filtrant sau ca îngrăşământ. Are

culoare galben-deschis până la brun-negru. România dispune de zăcăminte modeste de turbă la Mândra, Făgăraş,

Miercurea Ciuc, Dersca, Dorohoi, Poiana Stampiei şi Călăţele-Huedin;

Pe plan mondial turba este exploatată foarte puţin, fiind folosită în prezent, în principal, în Irlanda şi Finlanda.

În funcţie de felul de formare, cărbunii se împart în trei mari grupe :

- Humici, formaţi din carbonificarea plantelor uriaşe; majoritatea cărbunilor din România aparţin anume

acestei grupe;

- Sapropelici, formaţi din alge şi mâl sapropelic (şisturi bituminoase şi turbă);

- Liptobiolitici, formaţi prin carbonificarea substanţelor răşinoase şi ceroase.

2.3.7.2.Clasificarea cărbunilor artificiali

Cărbunii artificiali pot fi :

Mangal ;

Cocs;

Semicocs.

Mangalul

Mangalul se obține prin descompunerea termică a lemnelor în instalații metalice în absența aerului. Se

obțin totodată substanțe gazoase si lichide (gudroane, alcool metilic, acid acetit-pirolignos).

Cocsul

Cocsul este  produsul solid care rămâne la încalzirea puternică ( distilarea uscată ), în absența aerului, la

circa 1000 ℃, a cărbunilor de pământ , in special huila.                                                                       

Cocsul se fabrică în mari cuptoare de zidărie, lungi si înguste. Acestea sunt încălzite chiar cu gazul

combustibil rezultat în procesul de cocsificare. Gazul acesta, numit gaz de cocserie, conține hidrogen, metan si oxid

de carbon, dar  și alte gaze in cantități mai mici. Hidrogenul, care se găsește în proporție mare- peste 50%, poate fi

separat si folosit la sinteza amoniacului.

La distilarea uscată a carbunilor mai rezultă, în afară de gazul de cocserie, un lichid apos în care se găsește

amoniac ( ape amoniacale ) si un lichid uleios ( gudron ) ce contine substante organice. Apele amoniacale sunt

21

folosite la fabricarea de săruri de amoniu ( NH4Cl, (NH4)2SO4, (NH4)2CO3) , utilizate ca ingrășăminte. Componentele

gudronului ( benzen, toluen, naftalina, fenoli etc ) se separă și se intrebuințează ca materie primă în industria de

coloranți, de produse farmaceutice si de mase plastice.

Cocsificarea sau prelucrarea la temperaturi înalte se face cu scopul de a obține cocs metalurgic.

Cocsul obținut in uzinele cocsochimice conține 95% carbon și are o putere calorică de 6800-8000 kcal/kg.

Este folosit drept combustibil și ca agent reducator. Dacă se ține seama de faptul că pentru fiecare tonă de fontă

obținută se consumă circa o tona de cocs, este lesne de înțeles importanța cărbunilor pe pămant ca materie primă de

baza pentru dezvoltarea industriei sidelurgice. Uzinele cocsochmice care se construiesc pe lângă marile combinate

metalurgice, pentru a se obține cocsul necesar fabricării fontei, dau în același timp subproduse de cocserie. În țara

noastră există uzine cocsochimice la Hunedoara și la Resița.

Gazul de generator sau de cocserie este alcătuit din H2, CH4, CO, H2S si alte gaze.

Compoziția gazului de generator depinde de felul cărbunilor de pământ și de temperatura la care se face

distilarea.

Aceste gaze au puterea calorică cuprinsă între 4000 si 8500 kcal/m3 si sunt folosite pentru încălzire.

Gudronul este un lichid uleios de culoare brună care conține hidrocarburi aromatice. Este mai greu decât

apa și are un miros specific, neplăcut.

Semicocsul

Semicocsificarea are loc când încălzirea are loc la temperatura de 500-600°C a cărbunilor, mai ales a

lignitului.

Semicocsificarea se face cu scopul fie de a înnobila cărbunii inferiori (ligniții) si de a obține semicocsul, fie

de a obține o cantitate cât mai importantă de gudroane nedescompuse.

2.3.8. Resursele de cărbuni de pe Terra

În prezent contribuția cărbunilor pe plan mondial este de 33% la productia de energie electrică, iar estimativ

pentru anul 2025 se ajunge la o contributie de 31%. Au existat scăderi ale ponderii cărbunilor de la 26% în anul

1990, la 24% în 2003 (UE, Europa Centrală si de Est, fostele State sovietice). Pe de altă parte au existat si cresteri ale

ponderii cărbunilor în SUA, Australia, Japonia, Noua Zeelandă, țările în curs de dezvoltare ale Asiei (China și India).

Repartiția geografică a rezervelor carbonifere arată că 90% din acestea sunt concentrate în Emisfera Nordică (între

paralelele de 35º - 60º lat. N).

Distribuția cărbunilor pe glob este :

America de Nord – 68%

Asia – 17%

Europa – 10%

Africa – 3%

Australia – 2%

În figura de mai jos (Fig. 6.) este distribuția grafica a cărbunilor, cea mai mare pondere având-o America de Nord.

22

America de NordAsiaEuropaAfricaAustralia

Fig. 6. Producția mondială de cărbuni [6]

Intensificarea lucrărilor de identificare de noi resurse – 16 500 mld. tone

Rezervele economice exploatabile – aproximativ 826 mld. tone; ar asigura un consum pentru aproape 200 ani.

Consumul mondial actual – cca. 4,5 mld. tone.

2.3.8.1. Cărbunii în Asia

R. P. Chineză

Are loc o creştere deosebită a industriei carbonifere după 1950 ceea ce determină în prezent o producere de

39,8% din totalul mondial, cărbunii fiind principala sursă energetică a ţării.

În Regiunea de Nord-Est există cele mai mari zăcăminte: FUSHUN (exploatări în carieră, huilă), provinciile

BENXI si SHANXI. În Regiunea de Nord apar zăcăminte în bazinele TAIYUAN si DATONG, iar în Regiunea

Centrală şi de Sud apar cărbuni inferiori în provinciile YUNNAN si HUNAN.

India

Este a doua producătoare asiatică si a treia pe plan mondial, cu o productie aproape în exclusivitate formată

din huilă. A cunoscut o crestere rapidă datorită cererii siderurgice naţionale şi a exportului spre Japonia. Exploatări

de cărbuni superiori au loc la vest de Calcutta în statele Bengalul de Vest, Madhya Prades si Bihar. În Partea

Central Estică se găsesc zăcăminte de cărbune pe Valea Godavari, în Regiunea Estică în apropiere de Madras

(cărbuni inferiori: 90% din rezervele de cărbuni inferiori), în Statul Tamil Nadu.

Kazahstan

Are rezerve ce ar asigura producția pentru 100 de ani, deși aceasta a cunoscut o scădere de 50% în ultimii

ani. Zăcăminte se găsesc în Karaganda, la nord de lacul Balhas (principalul bazin carbonifer, huilă cocsificabilă și

cărbune brun); în Ekibastuz.

2.3.8.2. Cărbunii în America

S.U.A.

A deținut mult timp supremația mondială în industria carboniferă. În prezent este pe locul 2 cu o pondere de

aproximativ 22%. Exploatări au loc în Regiunea Muntilor Stâncosi (75%, dar cu o participare la productie de doar

55%) în Dakota de Nord, Colorado si Wyoming. În Regiunea Muntii Appalachy, în statele Pennsylvania, Virgina de

23

Vest si Alabama. În Bazinul Fluviului Mississippi – Bazinul Central Estic în statele Illinois, Indiana, Kentucky și

Ohio. În Bazinul Fluviului Mississippi – Bazinul Central Vestic în statele Iowa, Missouri si Nebraska. În Bazinul

Fluviului Mississippi – Bazinul Sudic în Texas și Louisiana.

Canada

Are o producție echilibrată de cărbuni, cu un ușor avantaj asupra cărbunilor superiori. Cele 25 de mine de

aici asigură 95% din producția totală. Din acestea, 13 produc exclusiv pentru export. Exploatări există în Partea

Estică în Noua Scoție, New Brunswick, Provincia Alberta și Provincia Saskatchewan.

2.3.7.3. Cărbunii în Europa

Federaţia Rusă

Are parte de mari bazine carbonifere în partea europeană. Producţia carboniferă a cunoscut o scădere

substanţială dupa 1990, datorită scăderii cererii interne şi a reducerii exporturilor (doar 5% din producţia mondială).

Bazinul Peciora dispune de rezerve mari de cărbuni superiori; este considerat cel mai extins bazin carbonifer al

Europei; este cunoscut si sub denumirea de „Donbasul Polar”, alimentand Regiunea Sankt Petersburg şi Regiunea

Industriala a Moscovei. Bazinul Moscovei posedă rezerve de cărbuni energetici si este principala sursă de

combustibili pentru industria energiei electrice din regiune. Regiunea Munţilor Ural prezintă câteva bazine

carbonifere cu importanţă deosebită pentru industria locală (Bazinul Ekaterinburg, Bazinul Kizel, Bazinul

Celeabinsk). Bazinul Kuznetk, situat pe râul Tomi, afluent al fluviului Obi, deţine cca. 200 straturi carbonifere; este

cel mai important bazin pentru producţia ţării (35%); se extrage cărbune cocsificabil pentru siderurgia Siberiei de

Vest. În Partea Asiatică cărbunii se extrag din Bazinul Kansk-Acins , Bazinul Ceremhovo-Irkutsk (la nord de lacul.

Baikal, cu exploatări de huilă), Bazinul Tunguska – în partea centrală a Siberiei, Bazinul Lena (vlorificare mai

slabă). In Partea de Nord a Siberiei in Bazinul Taimir si Bazinul Kolima. In Extremul Orient se găsesc zăcaminte de

cărbune in Bazinul Bureea, Bazinul Sucean şi Bazinul Sahalin.

Polonia

Aici exista rezerve mari de huila in sudul tarii (Silezia Superioara) cu peste 90% din rezervele tarii.

Celelalte rezerve de huila se afla in Silezia Inferioara, in Baznul Walbrzych si Podisul Lublin). Prezenta cailor

navigabile Odra si Wisla reprezinta un avantaj deosebit pentru transportul carbunilor spre porturile de la Marea

Baltica. Carbunii inferiori se exploateaza in Bazinul Turow si Bazinul Konin-Turek si exploatari de turba in NE tarii,

in Colinele Mazuriei. Productia de huila a Poloniei provine din subteran si are in vedere reducerea productiei.

Germania

Se remarcă printr-o mare producţie de cărbuni energetici (locul 2 în Europa, dupa Federaţia Rusă), 3% din

productia mondială.

Bazinul Ruhr este principala regiune de extracţie a cărbunilor superiori; rezervele sunt estimate la peste 20

miliarde tone, centrate în 124 de straturi care conţin aproape 10 miliarde tone de cărbuni inferiori. Prezenţa

cărbunilor a constituit unul din factorii potenţiali ai dezvoltării industriale, alături de prezenta Rinului. Bazinul Saar,

din apropierea graniţei cu Franta are importanţă secundară. Germania a cunoscut o reducere substanţiala a producţiei

de cărbune (dupa 1990 producţia de cărbuni superior s-a redus cu 50%, iar cea de cărbuni inferiori cu 24%).

Ucraina

24

Principalele resurse de cărbuni se găsesc în Bazinul carbonifer Donetk, situat pe cursul inferior al

Donetkului. 60% din resursele carbonifere sunt cărbuni energetici; conţine cca. 300 de straturi de cărbune, dar se

exploateaza cca. 100. Este considerat bazinul cu cea mai ridicata pondere a carbunilor cocsificabili din Europa.

Poziţia geografica favorabila, determinata de prezenta minereurilor de fier de la Krivoi-Rog şi căile de transport

naval (Canalul Volga-Don-legatură între Marea Neagră şi Marea Baltică), a dus la dezvoltarea industriei (in special

siderurgia).

Marea Britanie

A dominat industria carboniferă mai mult de 100 de ani. Cărbunii au avut o contribuţie hotărâtoare în

dezvoltarea industriei Marii Britanii. Exploatarea cărbunelui din perioade timpurii si în cantitaţi însemnate au fost

favorizate de existenţa zăcămintelor de bună calitate. Exploatări au loc in Bazinul Wales, Bazinul Yorkshire si

Bazinul Northumberland.

Cehia

Producţie dominată de cărbuni superiori. Principala regiune carboniferă (cărbuni superiori) este Ostrava

Karvina (Silezia Ceha) – se obţine peste 80% din producţie. Alte bazine carbonifere: Bazinul Rosice (la V de Brno),

Bazinul Plzen ( la V de Praga), Bazinul Kladno (la V de Praga). Carbuni inferiori se găsesc in Boemia Nordica,

Bazinul Most şi Bazinul Sokolov.

Romania

Rezerve evaluate la 4,22 milioane tone, aproape 80% cărbuni inferiori, lignitul ocupând o pondere de peste

70%. Exploatări în Bazinul Olteniei (zone de exploatare: Motru, Jilţ, Rovinari, Valcea, Mehedinţi), Bazinul Arges

(zona de exploatare Ainoasa-Godeni), Bazinul Barcău-Crasna, Bazinul Petrosani (exploatari de huila), Munţii

Banatului (exploatări de la 1790).

2.3.8.4. Cărbunii în Africa

Africa de Sud

Se remarcă prin existenţa unor rezerve formate aproape în totalitate din cărbuni superiori. Dupa 1990,

productia a crescut constant cu 5 milioane tone pe an. Exploatări se fac în Provincia Transvaal, Provincia Orange,

Provincia Natal.

2.3.8.5. Cărbunii în Oceania

Australia

Este o mare deţinătoare de rezerve de cărbune, având o creştere usoară a producţiei în ultimii ani, mai ales

pentru cărbunii superiori. Exploatări au loc in Regiunea Alpilor Australieni, în Bazinul Sydney, Bazinul Ipswich,

Bazinul Newcastle, Bazinul Blair Athol; NE Australiei în Charles; în SV Australiei,în Collie şi în Insula Tasmania.

2.3.9. Concluzii

Cărbunele va continua să reprezinte o resursă energetică importantă şi în viitor, dar îşi va pastra statutul de resursă

energetic epuizabilă.

Perspectiva industriei extractive a cărbunelui autohton este legată de capacitatea de modernizare tehnologică şi

managerială pentru adaptarea la cerinţele pieţei unice europene, în perspectiva pieţii regionale de energie.

25

Cărbunele ocupă o pondere importantă în balanţa de resurse energetice pentru producerea energiei electrice şi a

combustibilului industrial şi domestic dar extinderea utilizării sale în ultimele decenii a fost limitată de faptul că este

o sursă majoră de poluare a atmosferei, a apei şi a solului.

La nivel mondial, lichefierea cărbunelui reprezintă urmatorul pas pentru răsturnarea supremaţiei petrolului, însă din

păcate, în Romania încă nu s-au investit bani pentru dezvoltarea acestor tehnologii, cunoscute şi dezvoltate de alte

ţări, încă din anii 1930.

Combustibilii lichizi folosiţi la transport sunt caracterizaţi de faptul că au un conţinut de hidrogen de 12 – 15 %, în

timp ce cărbunele are un conţinut de hidrogen de 5 % şi un nivel ridicat al concentraţiei de carbon.

Convertirea cărbunelui în lichid se face prin adăugare de hidrogen sau înlăturare de carbon. Numeroase procese,

directe şi indirecte, au fost dezvoltate şi perpetuate în acest sens.

Africa de Sud este singura ţară în care procesul de lichefiere a cărbunelui are loc şi în care există mai multe uzine

operaţionale. Lipsa de rezerve de petrol şi gaze naturale, dar abundenţa de rezerve de cărbune, a forţat această ţară sa

investeasca şi să dezvolte procedee operaţionale de lichefiere a cărbunelui, reuşind în cele din urmă să asigure prin

convertirea carbunelui, 60 % din necesarul de combustibil de transport.

Folosirea combustibilului de transport rezultat prin aceste procedee, este cu 50 % mai poluant, atunci cand este

folosit pentru transport.

Pentru reducerea poluării se folosesc metode care reţin substanţele poluante sau care reduc oxizii.

Pentru combaterea efectelor nocive, Comisia Europeana a început în 2007, să lucreze la dezvoltarea unor mecanisme

de prevenire şi / sau diminuarea a poluării aerului, prin amplasarea unor dispozitive de captare şi stocare a CO2.

Cărbunele poate contribui la securitatea aprovizionării cu energie şi la economia europeană şi mondială doar dacă se

utilizează tehnologii care să permită reducerea drastică a efectelor nocive ale acestuia asupra mediului.

3. Bibliografie

26

1. http://www.agir.ro/buletine/210.pdf - Victor Marian Bucaleţ, Traian Vasiu, Aportul combustibililor solizi utilizaţi în

termocentrala Mintia–Deva la impactul asupra mediului.

2. http://www.utgjiu.ro/conf/8th/S6/35.pdf - Ing. Luminiţa Crăciun, Posibilităţi de reducere a conţinutului de

noxe la C.T.E. Rovinari, UNIVERSITATEA CONSTANTIN BRÂNCUŞI DIN TÂRGU-JIU –

FACULTATEA DE ENERGETICĂ, 2002 .

3. http://ro.instalbiz.com/resources/94-resource-tipuri-de-combustibili_48.html.

4. http://www.stejarmasiv.ro/incalzirea-locuintei-puterea-calorica-a-lemnului/.

5. http://www.chemgeneration.com/ro/milestones/carburan%C5%A3ii-pentru-rachete.html.

6. https://www.scribd.com/ - Ion Cernica, Combustibili.Teoria Arderii, UNIVERSITATEA TEHNICĂ A

MOLDOVEI - FACULTATEA DE ENERGETICĂ - catedra de termotehnică şi management în energetică,

Chişinău U.T.M 2008.

7. https://www.scribd.com/ - Codreanu Petru, Exploatări miniere subterane, UNIVERSITATEA TEHNICĂ A

MOLDOVEI - FACULTATEA DE CADASTRU, GEODEZIE ŞI CONSTRUCŢII- catedra geodezie, cadastru şi

geotehnică în energetică, Chişinău U.T.M 2007.

8. https://www.scribd.com/ - Utilizarea cărbunilor în scopuri energetice, UNIVERSITATEA "DUNĂREA DE JOS"

DIN GALAŢI - FACULTATEA DE METALURGIE ŞI ŞTIINŢA MATERIALELOR  .

[1] - . https://www.scribd.com/ - Utilizarea cărbunilor în scopuri energetice, UNIVERSITATEA "DUNĂREA DE

JOS" DIN GALAŢI - FACULTATEA DE METALURGIE ŞI ŞTIINŢA MATERIALELOR

[2], [3], [4], [5] – . https://www.scribd.com/ - Codreanu Petru, Exploatări miniere subterane, UNIVERSITATEA

TEHNICĂ A MOLDOVEI - FACULTATEA DE CADASTRU, GEODEZIE ŞI CONSTRUCŢII- catedra

geodezie, cadastru şi geotehnică în energetică, Chişinău U.T.M 2007

[6] - https://www.scribd.com/ - Utilizarea cărbunilor în scopuri energetice, UNIVERSITATEA "DUNĂREA DE

JOS" DIN GALAŢI - FACULTATEA DE METALURGIE ŞI ŞTIINŢA MATERIALELOR 

27