Ugljen je jedno od najstarijih goriva poznatih čovjeku. I danas zauzima vodeću poziciju u pogledu korištenja. Razlog tome je njegova rasprostranjenost, jednostavnost ekstrakcije, obrade i uporabe. Ali što je on? Koja je kemijska formula ugljena?
Zapravo, ovo pitanje nije sasvim točno. Ugljen nije tvar, on je mješavina raznih tvari. Ima ih puno, pa je nemoguće u potpunosti odrediti sastav ugljena. Stoga ćemo pod kemijskom formulom ugljena u ovom članku prije misliti na njegov elementarni sastav i neke druge značajke.
Ali što možemo naučiti o stanju ove tvari? Ugljen nastaje iz ostataka biljaka tijekom mnogo godina zbog izlaganja visokoj temperaturi i pritisku. A budući da su biljke organske prirode, u sastavu ugljena će prevladavati organske tvari.
Ovisno o starosti i drugim uvjetima nastanka ugljena, dijeli se na nekoliko vrsta. Svaka vrsta se razlikuje po elementarnom sastavu, prisutnostinečistoće i druge važne karakteristike.
Mrki ugljen
Najmlađa je vrsta ugljena. Čak ima i biljnu drvenastu strukturu. Nastaje izravno iz treseta na dubini od oko 1 kilometar.
Ova vrsta ugljena sadrži prilično veliku količinu vlage: od 20 do 40%. Kada je izložen zraku, isparava, a ugljen se mrvi u prah. Zatim ćemo govoriti o kemijskom sastavu ovog suhog ostatka. Količina anorganskih nečistoća u mrkom ugljenu također je visoka i iznosi 20-45%. Te nečistoće su silicijev dioksid, oksidi aluminija, kalcija i željeza. Također može sadržavati okside alkalnih metala.
U ovom ugljenu ima puno hlapljivih organskih i anorganskih tvari. Mogu biti i do polovine mase ove vrste ugljena. Elementarni sastav minus anorganske i hlapljive tvari je sljedeći:
- Ugljik 50-75%.
- Kisik 26-37%.
- Vodik 3-5%.
- Dušik 0-2%.
- Sumpor 0,5-3%.
ugljen
Prema vremenu nastanka, ova vrsta ugljena dolazi iza smeđeg. Ima crnu ili sivo-crnu boju, kao i smolasti, ponekad metalni sjaj.
Vlažnost ugljena je mnogo manja od smeđeg: samo 1-12%. Sadržaj hlapljivih tvari u ugljenu uvelike varira ovisno o mjestu vađenja. Može biti minimalan (od 2%), ali može doseći i vrijednosti slične mrkom ugljenu (do 48%). Elementarni sastav je sljedeći:
- Ugljik 75-92%.
- Vodik 2, 5-5, 7%.
- Kisik 1, 5-15%.
- Dušik do 2,7%.
- Sumpor 0-4%.
Odavde možemo zaključiti da se kemijska formula kamenog ugljena sastoji od više ugljika nego mrkog ugljena. To ovu vrstu ugljena čini kvalitetnijim gorivom.
antracit
Antracit je najstariji oblik fosilnog ugljena. Tamno crne je boje i karakterističnog metalnog sjaja. Ovo je najbolji ugljen u smislu količine topline koju oslobađa kada gori.
Količina vlage i hlapljivih tvari u njemu je vrlo mala. Oko 5-7% za svaki pokazatelj. A elementarni sastav karakterizira izuzetno visok sadržaj ugljika:
- Ugljik preko 90%.
- Vodik 1-3%.
- Kisik 1-1, 5%.
- Dušik 1-1, 5%.
- Sumpor do 0,8%.
Više ugljena sadrži samo grafit, koji je daljnja faza ugljenifikacije antracita.
drveni ugljen
Ova vrsta ugljena nije fosil, pa ima neke posebnosti u svom sastavu. Proizvodi se zagrijavanjem suhog drva na temperaturu od 450-500 oC bez zraka. Taj se proces naziva piroliza. Tijekom njega iz drva se oslobađaju brojne tvari: metanol, aceton, octena kiselina i druge, nakon čega se pretvara u ugljen. Inače, izgaranje drva je također piroliza, ali zbog prisutnosti kisika u zraku, oslobođeni plinovi se zapale. To je ono što uzrokuje postojanjeplamen kada gori.
Drvo nije homogeno, ima puno pora i kapilara. Slična struktura djelomično je sačuvana i u ugljenu dobivenom iz njega. Iz tog razloga ima dobar kapacitet adsorpcije i koristi se zajedno s aktivnim ugljenom.
Vlažnost ove vrste ugljena je vrlo niska (oko 3%), ali tijekom dugotrajnog skladištenja upija vlagu iz zraka i postotak vode raste na 7-15%. Sadržaj anorganskih nečistoća i hlapljivih tvari reguliran je GOST-ovima i ne smije prelaziti 3% odnosno 20%. Elementarni sastav ovisi o tehnologiji proizvodnje, a otprilike izgleda ovako:
- Ugljik 80-92%.
- Kisik 5-15%.
- Vodik 4-5%.
- Dušik ~0%.
- Sumpor ~0%.
Kemijska formula drvenog ugljena pokazuje da je po sadržaju ugljika blizak kamenu, ali osim toga ima samo malu količinu elemenata nepotrebnih za izgaranje (sumpor i dušik).
Aktivni ugljen
Aktivni ugljen je vrsta ugljika s visokom specifičnom površinom pora, što ga čini još upijajućim od drveta. Kao sirovine za njegovu proizvodnju koriste se drveni ugljen i ugljen, kao i kokosove ljuske. Početni materijal se podvrgava procesu aktivacije. Njegova je bit otvaranje začepljenih pora visokom temperaturom, otopinama elektrolita ili vodenom parom.
Tijekom procesa aktivacije mijenja se samo struktura tvari, pa je kemijska formula aktivnog ugljenaidentičan sastavu sirovina od kojih je napravljen. Sadržaj vlage u aktivnom ugljenu ovisi o specifičnoj površini pora i obično je manji od 12%.
