§32. Химические свойства углерода. Адсорбация. Древесный уголь
1. При каких процессах образуется древесный уголь? Каково его строение, свойства и применение?
Древесный уголь – твердый микропористый высокоуглеродный продукт, образующийся при пиролизе древесины без доступа воздуха. В образующемся древесном угле большое количество капилляров и пор, что способствует его большей адсорбционной способности. Его применяют в производстве кристаллического кремния, сероуглерода, черных и цветных металлов, активированного угля, в фильтрах для очистки воды, противогазах, а также как экологически чистое топливо.
В каменноугольный период на юге Бразилии существовал климат, который благоприятствовал росту таких лесов, давая буйную растительность. Среди благоприятных условий для накопления растительных останков можно упомянуть: плоский рельеф с озерами и болотами, способный давать осаждение мертвого растительного вещества. В такой депрессии почвы, как и в случае с озерами, необходимо было иметь уровень воды без значительных сезонных колебаний, всегда позволяя накапливать новые остатки и всегда покрывать мертвые остатки овощей.
Что касается происхождения углей Санта-Катарины, говорит Пуцер, то, что то же самое имело свое образование на суше, являясь лимнико-лакустским образованием, в бассейнах более или менее обширными и неглубокими. Поэтому наземная формация, преимущественно автохтонная, принимается для гондванических слоев на юге Бразилии. По диагенезу растительный слой болот превращался в древесный уголь. Большинство углей в Санта-Катарине имеют битуминозный состав с содержанием летучих материалов выше 25%, имеются некоторые месторождения с полубесучистым углем и даже антрацитом.
2. С помощью каких явления, которые вы наблюдаете в жизни, можно доказать, что хлеб, молоко, мясо содержат углерод?
Если перечисленные продукты долго подержать при высокой температуре (готовка продуктов), то они подгорают, чернеют, обугливаются. Одним из продуктов при горении реакции будет сажа, а это и есть модификация углерода.
Каменноугольная зона Санта-Катарина имеет приблизительно прямоугольную форму с площадью 500 км², включающей муниципалитеты: Орлеан, Лауро Мюллер, Уруссанга, Сидерополис, Тревизо и Крисиума. В условиях, ранее существовавших в настоящее время, растительность произвела малые типы тканей и не пригодна для производства ценных отложений угля. У белых преобладало выделение пяти слоев угля, так называемых.
Белая глина? 900 миллионов тонн3? Слои Тревизо и Понте Альта до сих пор не представляют большую экономическую ценность. Слой Барро Бранко является самым важным, составляющим основу промышленной эксплуатации угля Санта-Катарины. Имея резерв в 900 миллионов тонн, если мы разрешим производство 3 миллионов тонн в год, эти месторождения позволят эксплуатировать 300 лет.
3. Переведите таблицу 24 в текст.
4. Составьте уравнения реакций, протекающих при нагревании угля: 1) с оксидом железа (III); 2) с оксидом олова (IV). Покажите переход электронов и подчеркните одной чертой окислитель, а двумя – восстановитель.
5. Основываясь на свойствах углерода и пользуясь рисунком 32, поясните, для каких целей применяют углерод.
Углерод находит широкое и разнообразное применение в промышленности и быту. Его используют для получения алмазов и как топливо. В медицине и в металлургической промышленности. Он входит в состав крема для обуви и черной краски. Является хорошим адсорбентом.
Мы также стремимся увеличить использование нашей руды в качестве промышленного сырья, а также использовать обогатительные продукты для производства серной кислоты и железа. Древесный уголь получают при сжигании или карбонизации древесины, после чего этот процесс приводит к образованию черного вещества.
В повседневной жизни древесный уголь используется в качестве топлива для обогревателей, каминов, грилей и дровяных печей в дополнение к поставке некоторых промышленных секторов, таких как сталелитейные заводы. Уголь также используется в медицине, в этом случае называется активированным углем из определенных мягких и не смолистых лесов.
6. Обсудите с соседом по парте, где в повседневной жизни вы можете встретиться с веществами, в состав которых входят атомы элементов IVA-группы.
7. Сколько потребуется раствора, содержащего 0,05 массовой доли, или 5%, хлороводорода, для реакции с 11,2 г карбоната натрия?
Это вещество использовалось с древности, в египетской цивилизации широко использовалось при очистке масел и лекарственных средств. Во Второй войне он служил для удаления токсичных газов из своей высокой емкости для поглощения примесей без изменения его структуры из-за его пористой композиции.
В Бразилии есть сообщения об использовании растительного угля индийцами, которые выполняли смесь этого вещества с животными жирами для борьбы с такими заболеваниями, как опухоли и язвы. Уголь также выделяется при проведении кислорода и является эффективным распространителем токсинов. Столкнувшись с несколькими позитивными признаками древесного угля, можно выделить его использование при лечении болей в желудке, неприятного запаха, молочницы, кишечного газа, инфекционной диареи, печеночной дизентерии и интоксикаций.
ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ
1. Верны ли следующие суждения об углероде?
1) Верно только А. Адсорбация тем сильнее, чем больше поверхность твердого вещества, на которой она происходит.
2. В результате полного сгорания метана образуются
2) углекислый газ и вод
Для отопления домов издавна использовалась древесина, но чтобы постоянно поддерживать горение необходимо подкладывать поленья снова и снова. С развитием угледобывающей промышленности все больше людей стало использовать каменный уголь: он дает больше тепла, горит дольше. При правильной закладке печи порция угля, засыпанного в котел с вечера, будет поддерживать стабильную температуру всю ночь.
Бразилия по-прежнему использует растительный уголь в промышленном производстве, которая больше не развивается в центральных странах, страна занимает первое место в производстве этого вещества. Столкнувшись с этим, около 85% произведенного угля используется в промышленности, на долю домашних хозяйств приходится 9% потребления, а в коммерческом секторе - пиццерии, пекарни и стейкхаусы - 1, 5%.
Несмотря на преимущества использования древесного угля, необходимо проанализировать последствия его производства. Во-первых, важно проанализировать социальный фактор, когда взрослые и даже дети работают в отрасли с древесным углем в условиях, в большинстве случаев, ненадежной работы и очень низких зарплатах.
История образования каменного угля и его виды
Весь процесс образования угля можно разделить на два основных этапа: формирование торфа и собственно процесс углефикации – преобразования торфа в уголь.
Торф формировался на обширных покрытых водой пространствах из растительных остатков разной степени разложения. Часть растений перегнивала полностью до гелеобразного состояния, часть – сохраняла свое клеточное строение. Их остатки скапливались на дне водоемов, которые постепенно превращались в болота. Обязательное условие, необходимое для формирования торфа, – отсутствие кислорода. Под толщей воды кислорода было мало, при разложении остатков выделялся сероводород, метан и углекислота, которые способствовали затвердению остатков. Образовывался торф.
Другим фактором, не менее важным, чем первый, является экологический, поскольку для развития этой деятельности в несколько раз необходимо удалить растительный покров важных вегетативных составов, содержащихся на территории Бразилии, которые обычно не производятся из лесовосстановительных лесов или древесины, выращиваемой для этой цели, поскольку некоторые исследования показывают, что приблизительно 78% угля, произведенного в Бразилии, происходит от местной растительности, что вызывает огромный экологический ущерб.
Эдуардо де Фрейтас Выпускник географии. Известный своей черной окраской, уголь представляет собой руду, добытую из недр в процессе добычи. В основном это ископаемое топливо, состоящее из атомов магния и углерода. Узнайте больше об эксплуатации минерального угля в Бразилии.
Но не все торфяники преобразовывались в уголь. Для процесса углефикации необходимо: высокое давление, высокая температура и большой промежуток времени. В зависимости от наличия этих условий и происходило или нет образование каменного угля. Сначала торф заносился осадочными породами, что увеличивало давление и повышало температуру внутри торфяного слоя. В таких условиях образовывался бурый уголь – первая ступень углефикации. В некоторых областях происходило смещение пластов, в результате которых пласты бурого угля опускались (некоторые из обнаруженных месторождений находятся на глубине более 6000 метров). Местами эти процессы сопровождались подъемом магмы и извержениями вулканов. Высокое давление, отсутствие кислорода и высокие температуры способствовали тому, что влаги и природных газов в буром угле становилось все меньше, углерода все больше. По мере вытеснения воды и газов, бурый уголь превращался в битуминозный, затем, при наличии высокой температуры, в антрацит. Основное отличие бурого угля от каменного: в буром угле содержится больше влаги и природных газов и меньше углерода, что влияет на количество выделяемого при горении тепла.
Несмотря на то, что он является невозобновляемым минералом среди руд ископаемого топлива, он выделяется как самый большой запас природного топлива на планете. Россия - страна, которая больше всего добывает уголь в мире. Как и в других странах, минеральный уголь в Бразилии также эксплуатируется, но в меньших масштабах.
Как образуется уголь?
Образование этого ископаемого топлива произошло 300 миллионов лет назад из-за ветвей, стволов, листьев и корней больших деревьев, которые после смерти были захоронены отложениями. Но именно благодаря высоким давлениям и высоким температурам эти фрагменты овощей постепенно превращались в уголь.
Сегодня возраст угольных залежей определяется по растительным остаткам. Самые древние датируются каменноугольным периодом (345-280 миллионов лет назад). В это период сформировалось большая часть угольных бассейнов северной Америки (восток и центр США), центра и запада Европы, юга Африки, Китая, Индии. В Евразии большая часть угольных месторождений формировалась в Пермский период, некоторая часть небольших угольных бассейнов в Европе датируется Триасовым периодом. Увеличивается активность углеобразования к концу Юрского периода и в Меловом. Примерно в это время были сформированы залежи на востоке Европы, в Скалистых горах Америки, в Индокитае и центре Азии. Позже формировались в основном бурые угли и залежи торфа.
Процесс трансформации угля определяется поэтапно. Сначала торф, позднее лигнит, затем битуминозный уголь и, наконец, антрацит, который является чистейшей формой минерального угля, богат углеродом, компактным, твердым и не вызывает запаха во время его горения.
Историческое значение минерального угля
Пройдя физико-химический процесс, антрацит обладает отличными свойствами для использования в фильтрах. Так как он не удерживает воду и таким образом, она обеспечивает более высокую скорость фильтрации. Минеральный уголь в Бразилии и в мире стал решающим моментом в мировой истории. С момента своего открытия, вероятно, в эпоху измельченного камня, когда он использовался для нагрева первых жителей планеты в пещерах, минеральный уголь получил пространство и признание.
Виды угля
Уголь классифицируют в зависимости от содержания влаги, природных газов и углерода. С повышение количества углерода повышается его теплотворная способность. Чем меньше влаги и летучих веществ (газов), тем лучше он переносит хранение и транспортировку.
Лигнит — уголь первой стадии углефикации. Он отличается от бурого угля меньшим количеством воды (45%) в составе и большим выделением тепла. Структуру имеет волокнистую, цвет — от коричневого до черного (более высокого качества). Чаще всего используется в энергетике (на теплоэлектростанциях) для отопления частных домов используется редко, так как плохо хранится и имеет невысокую теплотворную способность в обычных печах.
Широкое использование угля произошло во время Первой промышленной революции. Минеральный уголь стал основой индустриализации на планете. Около 97% потребляемой энергии было получено углем. Спустя почти 100 лет после его освоения этот минерал потерял пространство и начал добывать только 12% такой энергии благодаря нефти. За прошедшие годы произошел крупный кризис, и произошло увеличение добычи нефти, поэтому минеральный уголь получил место.
Основные месторождения угля в Бразилии
В настоящее время наибольшая концентрация добычи угля в Бразилии находится в южном регионе. Производство этого минерала в стране в большой степени покрывает суббитуминозный и битуминозный уголь, найденный в Сан-Паулу. В других угольных месторождениях страны преобладают лигнит и суббитуминозный уголь.
Суббитоминозный уголь – цвет черный, менее выраженная волокнистая структура, более высокая по сравнению с лигнитом теплотворность, меньшее содержание влаги (30%). При перевозке крошится, а на открытом воздухе выветривается. При сгорании выделяет 5-6кВт/кг. Используется как в энергетике, так и в ЖКХ для отопления.
Использование минерального угля и импорта
Несмотря на добычу угля в Бразилии, стране по-прежнему необходимо импортировать около 50% потребляемого угля. Поскольку уголь, произведенный в стране, имеет низкое качество, поскольку он имеет более низкую концентрацию углерода. Добыча угля в Бразилии поставляет экономику, особенно термоэлектрические электростанции, потребляющие около 85% продукции. Цементная промышленность страны поставляется с примерно 6% этого угля. Остальные 4% для производства целлюлозы и только 5% в пищевой, керамической и зерновой промышленности.
Битуминозный уголь отличается самой высокой теплотворной способностью, не теряет своих качеств при транспортировке и хранении. Выделяет при горении 7-9 кВт/кг тепла. Некоторые его виды используют для коксования.
Антрацит — уголь смоляно-черного цвета. Отличается самым высоким содержанием углеводорода. Его тяжело разжечь, но горит долго и без копоти, выделяет большое количество тепла (более 9 кВт/кг). Именно антрацит чаще других используется для отопления.
Мировой уголь также используется в производстве косметики, угольного газа, и среди многих продуктов являются побочные продукты угля, которые составляют синтетические материалы. С одной стороны, уголь является уважаемым минералом, который стимулирует средства производства. Но взамен тот же самый минерал может вызвать.
Добыча может загрязнять ресурсы подземных вод, почву, реки, вызывая рыбную смертность и предотвращение дикой природы. Этот вид разведки также создает загрязнение воздуха и вызывает деформации рельефа. Сознательное управление этим минералом имеет важное значение.
Какой уголь используют для отопления
В России и странах СНГ действует система, принятая еще в 1988 году. Классифицируют уголь согласно ГОСТ 25543-88, который подразделяется на 7 категорий. Для отопления используют только некоторые:
Длиннопламенный уголь (Д). Свое название получил благодаря длительному процессу горения с выделением большого количества тепла (5600-5800 ккал/кг). Для его розжига и горения не требуется специального обдува, потому длиннопламенные угли часто используются в бытовых котлах на твердом топливе. В зависимости от размеров бывает:
Ожидается, что этот важный материал будет продолжать поставлять человечество еще на 100 лет. Однако для предотвращения экологического ущерба и благодаря технологическим инновациям этот минерал должен использоваться более устойчивым образом, без избытка.
Уголь - осадочная порода органического происхождения, черного или темно-коричневого цвета. Он в основном используется в качестве ископаемого топлива из-за его высокой калорийности в связи с тем, что он имеет большинство содержания углерода. Уголь можно классифицировать по проценту, содержащему углерод, который связан с содержанием влаги и примесями. В соответствии с этим критерием мы можем различать торф, лигнит, битуминозный уголь и антрацит.
- ДПК – плитный крупный – размеры кусков 50-200мм;
- ДПКО – плитный кулак-орех – размеры кусков 25-100мм;
- ПО – орех – 26-50мм;
- ДМ — мелкий – размеры 13-25мм;
- ДС – семечко – 6-13мм;
- ДР – рядовой – нет стандартных размеров.
Длиннопламенный уголь – оптимальный для отопления: пламя длинное (похожее «выдают» дрова), выделяется много тепла, разжигается и горит легко – для нормального горения достаточно естественной тяги. Относительно невысокая его стоимость в сочетании с отличными характеристиками и обусловили популярность этой марки угля. Его закупают не только для отопления частных домов, но и для котельных образовательный и медицинских учреждений. Причем используется топливо любой фракции: от крупных «К» до мелких «М».
Этот элемент появляется на углероде со скоростью более 50% по массе и 70 об.%. Содержащая воду переменная и подается из захваченного во время образования угля. Другими компонентами являются минеральное вещество угля и минерального карбоната. Пирит - общий минерал в углеродных атомах углерода. Есть небольшое количество металлов, таких как железо, уран, кадмий и очень редкие количества, золото.
Метан - это газ, найденный на угольных шахтах и являющийся источником опасных взрывов в подземных шахтах. Считается, что основная часть древесного угля была сформирована во время каменноугольной эры. Также в пермских, триасовых и юрских раковинах. В меловом лигните образовался. В настоящее время формируются торфяные болота.
Длиннопламенный газовый (ДГ). Отличается от марки Д большей теплотворной способностью. Используют для отопления частных домов все фракции: от «крупный» до «рядовой». Более требователен чем длиннопламенный к условиям хранения, т.к. более интенсивно выветривается.
Уголь Европа, Азия и Северная Америка были сформированы главным образом в тропической растительности с карбоновой базой. Угольное южное полушарие сформировало холодный климат. старые установки с помощью геологических изменений были уплотнены, упрочнены, химически изменены и подвергнуты процессу метаморфоза при высоком и высоком давлении.
Уголь из северного полушария образуется в водно-болотных экосистемах, называемых карбоновыми. В растениях они погибают и накапливаются в водных средах с небольшим количеством кислорода, которые страдают от бактериальной деградации. Для образования угля эти условия должны иметь достаточный отрезок времени и отсутствие эрозии в осадочных условиях.
Антрацит (А). Выделяет много тела, имеет малую зольность (зольный остаток 10%), горит долго и ровно, дым при горении – белый (все остальные марки «дают» черный дым). Несмотря на высокие показатели однозначно рекомендовать его для отопления частных домов нельзя: антрацит имеет высокую стоимость и его тяжело разжигать.
В некоторых случаях покупают тощие угли «Т», жирные «Ж» или слабоспекающиеся «СС». Остальные классы имеют преимущественно промышленное использование. Их используют в энергетике и металлургии, некоторые марки для коксования и обогащения. При выборе угля нужно обращать внимание не только на его характеристики, но и на стоимость доставки. Если в вашем регионе не продают длиннопламенный или антрацит, то скорее всего вам придется обходится тем, что представлен на рынке. Обращать внимание нужно и на рекомендации производителей вашего котла: в документах обычно указываются марки, под которые проектировалось оборудование. Их и нужно использовать.
Для повышения комфортности и в целях экономии многие предпочитают иметь несколько фракций: растапливать удобнее фракцией «орех» или «крупный», а на длительное горение засыпать «семечко». На самые холодные периоды запасают некоторое количество антрацита, который хоть и тяжело разжигается, но в разогретом котле горит долго и жарко.
Коксующий и обогащенный угли проходят специальную обработку для увеличения теплотворной способности. Используются эти виды в металлургии и энергетике. Для бытовых котлов такое топливо не подходит: из-за чрезмерно высокой температуры горения печь может разорвать.
Если послушать людей с опытом, то говорят, лучший эффект дает следующая последовательность засыпки топлива в котел: растопить длиннопламенным, затем засыпать антрацита фракции «орешек» — он долго горит вы дает много тепла, а на ночь печь добавить «семечки», которая будет гореть до утра.
Порядок растопки кирпичных печей рекомендуют другой: растапливают печь дровами, когда хорошо разгорится, засыпают «семечкой» или (поддувало и заслонку открыть для лучшего поступления кислорода). Если в семечке много пыли, ее можно смочить водой – так она разгорается легче. Когда жара в печи достаточно, можно использовать «кулак».
Что такое древесный уголь и для чего он используется
Древесный уголь используется людьми уже много тысяч лет назад: его находили при раскопках в поселениях пещерных людей. Вряд ли они изготавливали его сами, скорее собирали на пожарах или сохраняли остатки костров, но, видимо, знали о его свойствах и умели пользоваться.
Древесный уголь — высококалорийное топливо
Сегодня в нашей стране этот вид топлива используется большей частью для приготовления пищи: его используют в мангалах и барбекюшницах, подкладывают в костры. Иногда используют для каминов: горит он долго, выделяет много тепла (7800 ККл/кг), а дыма и копоти почти не образуется. Оставшаяся зола является отличным удобрением и используется для удобрения лесных угодий или сельскохозяйственных полей. Зола древесного угля применяется также для производства удобрений.
В промышленности древесный уголь используют для выплавки чугуна. Для производства тонны сплава требуется всего 0,5 тонны этого топлива. При этом чугун получает повышенную стойкость к коррозии и прочность. Как флюс используют каменный уголь при выплавке латуни, бронзы, меди, марганца, цинка и никеля. Из него изготавливают твердую смазку для машиностроения, используют для шлифовки в приборостроении и полиграфии и т.д. Из древесного угля изготавливают фильтры разного назначения.
Сегодня древесный уголь начинают рассматривать как альтернативу традиционному топливу: в отличие от каменного угля, нефти и газа он относится к возобновляемым материалам. Причем современные технологии позволяют получать древесный уголь даже из отходов промышленности: из опилок, трухи, кустарников и т.п. Из такого измельченного сырья формируют брикеты, которые дают в 1,5 раза больше тепла, чем обычный древесный уголь. При этом тепло выделяется более продолжительный промежуток времени и жар получается равномерный.
Как делают древесный уголь
До 20 века древесный уголь получали, сжигая древесину или кучах специальной формы. В них укладывали древесину, засыпали ее землей, поджигали через проделанные специальные отверстия. Такая технология общедоступна и по сегодняшний день используется в некоторых странах. Но имеет она малую эффективность: на 1 кг угля уходит до 12 кг древесины, к тому же невозможно контролировать качество получаемого древесного угля. Следующим этапом развития углежжения стало использование в земляных печах трубы. Такое усовершенствование подняло эффективность процесса: на килограмм уходило 8 кг леса.
Простейший способ получения древесного угля — в ямах или кучах
В современных углевыжигательных аппаратах на килограмм продукта затрачивается 3-4кг сырья. При этом обращается большое внимание на экологичность процесса: при производстве древесного угля в атмосферу выделяется много дыма, сажи и вредных газов. Современные установки выделяемые газы улавливают, направляют в специальные камеры, где он используется для нагревания печи до температуры коксования.
Преобразование древесины в древесный уголь происходит в бескислородной атмосфере при высокой температуре (реакция пиролиза). Весь процесс поделен на три этапа:
- при 150 о С происходит удаление из древесины влаги;
- при 150-350 о С выделение газов и образование органических продуктов;
- при 350-550 о С отделяют смолы и неконденсируемые газы.
Согласно ГОСТу древесный уголь делят на несколько марок в зависимости от типа использованной древесины:
Марки Б и В — чаще всего это древесноугольные брикеты, на изготовление которых идут отходы деревоперерабатывающих предприятий. Это отличный вид биотоплива, который давно используется в Европе для отопления и даже на электростанциях: при их сгорании не образуются серные соединения (серы в древесном угле нет), а углеводород содержится в минимальных количествах. Используя технологии предков можно нажечь уголь для собственных нужд самостоятельно. .
