Tin tức

Than đá là nguồn nhiên liệu hóa thạch đang được sử dụng nhiều nhất hiện nay, cung cấp đến 25% năng lượng cơ bản cho toàn thế giới. Nguồn năng lượng từ than đá phục vụ trong sinh hoạt hàng ngày cũng như đóng vai trò quan trọng trong nhiều ngành sản xuất. Vậy than đá là gì? Chúng được hình thành ra sao? Than đá được ứng dụng trong những lĩnh vực nào? Hãy cùng tìm hiểu qua bài viết dưới đây.

1. Than đá là gì?

Than đá là một loại đá trầm tích có màu nâu đen hoặc đen và thường xuất hiện ở các tầng đá gồm nhiều lớp hoặc mạch mỏ. Than được tìm thấy trên khắp thế giới, tạp trung chủ yếu tại những nơi có rừng và đầm lầy thời tiền sử trước khi bị chôn vùi qua hàng triệu năm.

2. Quá trình hình thành của than đá

Than đá được hình thành từ xác thực vật cổ đại bị chôn vùi dưới lòng đất, sau hàng triệu năm nó đã bị nhiệt và áp suất biến đổi tính chất hóa học. Các loài thực vật này sẽ trải qua nhiều giai đoạn biến đổi, đầu tiên chúng phân hủy thành than bùn dưới tác dụng của vi sinh vật trong môi trường kỵ khí. Tiếp theo dần chuyển hóa thành than nâu hay còn gọi là than non (lignit), rồi thành than bán bitum, sau đó thành than bitum hoàn chỉnh (bituminous coal). Cuối cùng là biến đổi thành than đá (anthracite). Quá trình biến đổi này là quá trình phức tạp về sự làm mới của cả sinh học và địa chất.

3. Đặc điểm và tính chất của than đá

- Đặc điểm của than đá:

• Thành phần chính của than đá là carbon và một số nguyên tố khác như: hydro, oxy, nito, lưu huỳnh
• Màu sắc chính của than đá là đen, tuy nhiên tùy vào từng mỏ than sẽ có sự pha thêm các sắc tố: nâu, ánh bạc, vàng, xỉn…
• Nhiệt lượng cháy cao vào khoảng 5500 - 7500 kcal/kg
• Hình dáng của than sẽ khác nhau vì phụ thuộc vào tuổi than hoặc cách khai thác và thiết bị sử dụng trong quá trình tinh chế
• Than đá có khả năng hấp thụ được các chất độc và giữ trên bề mặt của các chất khí, chất tan trong dung dịch hay chất hơi

- Tính chất của than đá:

• Độ cứng: than đá có độ cứng cao và nặng, tỷ lệ carbon lên đến 75 - 95%, tùy vào nguồn gốc xuất xứ mỏ than mà chúng sẽ có độ cứng khác nhau, than càng ít tạp chất thì độ cứng càng cao.
• Độ ẩm (%): độ ẩm của than đá là hàm lượng nước còn sót lại trong nhiên liệu, chỉ chiếm khoảng 5 - 6%, độ ẩm càng cao thì giá trị sinh nhiệt càng thấp.
• Xỉ than: các thành phần khoáng chất trong than khi cháy sẽ tạo ra tro. Tỉ lệ tro sẽ ảnh hưởng rất lớn đến khả năng cháy của than. Càng nhiều tro sẽ làm giảm nhiệt lượng của than, gây bám bẩn trên các bề mặt ống hấp thu nhiệt, dẫn đến giảm hệ số truyền nhiệt, giảm hiệu suất, tăng chi phí vận hành. Độ tro của than antraxit vào khoảng 15 - 30% hoặc cao hơn nữa.
• Chất bốc (Vk%): Là sản phẩm (các chất khí) của quá trình phân hủy nhiệt than đá trong điều kiện không có oxy. Chúng gồm có: Hidro, cacbonic, cacbuahydro, cacbon monoxit,… Các loại than đá có tuổi đời càng non thì tỷ lệ chất bốc càng cao, khi đốt sẽ càng hao tốn, điển hình như than bùn có Vk = 70%, than đá có Vk = 10-45%.
• Nhiệt trị Q (Cal/g, Kj/kg): là nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy hoàn toàn 1kg than, nhiệt trị càng cao than càng cháy tốt, ngược lại nhiệt trị càng thấp khả năng cháy của cũng giảm dần.

4. Phân loại than đá

- Phân loại than đá theo cấp độ tiến hóa: Cách phân hạng phụ thuộc vào hàm lượng carbon và lượng nhiệt năng mà than đá có thể tạo ra, được xác định bởi mức áp suất và nhiệt tác động theo thời gian hình thành.

• Than bùn: Than bùn là lớp hữu cơ trên bề mặt của đất, được hình thành do sự phân hủy không hoàn toàn tàn dư thực vật bị vùi lấp lâu ngày trong điều kiện yếm khí xảy ra liên tục như: đầm lầy, núi lửa, đồng hoang, rừng,…. Chủ yếu từ các thực vật họ dương xỉ, họ thông, họ liễu và họ lúa hay các loài sen, súng, lau, sậy, choai,… phổ biến ở vùng nhiệt đới. Than bùn có sức chứa ẩm cao 42,1%, mức độ phân giải trung bình là 35,3%, càng ở các mỏ sâu thì khả năng phân giải của than bùn càng cao.
• Than non (than nâu, than lignite): Than non thường ở dạng nhỏ vụn, là loại hóa thạch trẻ nhất nhưng nhiệt năng thấp nhất, thành phần carbon chỉ từ 25-35%, độ ẩm cao khoảng 66%, hàm lượng tro dao động từ 6-19%. Than nâu chứa 60-80% chất dễ cháy, khi đốt loại nhiên liệu này được thường ở dạng bột, sử dụng phổ biến trong các lò hơi và các nhà máy nhiệt điện nhỏ, nhà máy điện hơi nước. Đây cũng là loại than đầu tiên được khí hóa.
• Than gầy (than á bitum, than subbitum, than lignite đen): Xét về góc độ địa chất thì than gầy là loại than trẻ, được hình thành cách đây hơn 200 triệu năm. Ở trạng thái khô và không có tro, than gầy chứa 35% - 45% carbon. Loại than này thường có hình dạng thớ gỗ chứ không phải là kết cấu chắc bóng, có màu từ nâu sẫm đến đen. Than gầy có độ ẩm thấp hơn than non, nên có độ cứng nhỉnh hơn, dễ vận chuyển và lưu trữ. Nhiều nhà máy điện đã chuyển sang sử dụng than gầy vì hàm lượng hưu huỳnh thấp hơn 1%, hạn chế ô nhiễm môi trường.
• Than mỡ (than bitum): Than mỡ là loại than đá chứa nhiều chất bốc, cháy có ngọn lửa dài, có thể tự tạo ra chất kết dính khi được nung ở môi trường yếm khí. Than bitum chứa độ ẩm khoảng 17%, hàm lượng nitơ từ 0,5-2%, hàm lượng carbon cố định chiếm 85%, hàm lượng tro lên tới 12% trọng lượng. Có hai loại than mỡ là than nhiệt và than luyện kim.
• Than antraxit: Là loại than có giá trị nhiệt lượng tạo ra cao nhất trong tất cả các cấp than, chứa 86% - 97% carbon, ít tạp chất, có màu ánh bán kim loại. Than antraxit được dùng trong phát điện lĩnh vực luyện kim. Ngoài ra, nhờ độ cứng cao, kết cấu bền chặt, than antraxit có khả năng chịu được hóa chất tốt, ổn định ngay cả trong các môi trường axit và bazơ nên được ứng dụng rất nhiều trong các trạm xử lý nước sạch, các nhà máy lọc nước công nghiệp và dân dụng có công suất lớn để xử lý kim loại nặng, khử màu, các chất gây mùi khó chịu, chất hữu cơ hòa tan, chất ô nhiễm vi lượng.
• Than chì: Là một trong những dạng hình thù của carbon tồn tại trong tự nhiên, hầu như không có hình dạng nguyên vẹn mà thường chứa trong các quặng khoáng chất tự nhiên như: thạch anh, calcit, mica, thiên thạch chứa sắt và tuamalin. Ở điều kiện thường, than chì là chất rắn dạng tinh thể màu xám đen, có cấu trúc lớp. Trong mỗi lớp, mỗi nguyên tử carbon liên kết cộng hóa trị với ba nguyên tử carbon lân cận nằm ở đỉnh của một tam giác đều. Các lớp lân cận liên kết với nhau bằng tương tác yếu nên dễ tách ra và trượt lên nhau, vì vậy, than chì có kết cấu mềm, dùng làm ruột bút chì, khi viết trên giấy để lại vạch đen chính là gồm nhiều lớp tinh thể tạo nên. Ngoài ra, mặc dù than chì do nguyên tố phi kim cấu tạo nên nhưng lại có tính chất rất dẫn điện tốt nên được dùng làm điện cực.

- Phân loại than đá theo mục đích sử dụng

- Phân loại than đá theo đặc điểm hình thái

• Than bùn (nhuyễn và mịn): than bùn đã qua sàng và nghiền, đáp ứng tiêu chuẩn sản xuất phân bón hữu cơ vi sinh được chia làm 3 loại:

Loại 1 Loại 2 Loại 3 Màu sắc Đen Đen lẫn nâu Nâu đen Độ mịn qua sàng 3.5mm 3.5mm 5.5mm Độ ẩm 20-30% 20-30% 20-35% Hàm lượng hữu cơ 30-35% 17-25% <16%

• Than cám (kích cỡ hạt <15mm): than cám 2a, than cám 2b, than cám 32, than cám 3c, than cám 4a, than cám 4b,…
• Than cục xô (kích cỡ hạt từ 6-100mm): than cục hai, than cục ba, than cục bốn, than cục năm, than cục sáu, than cục bảy, than cục tám,…

5. Ứng dụng của than đá

- Sản xuất điện: ứng dụng quan trọng nhất của than đá là tạo ra điện. Than được đốt cháy để tạo ra hơi nước làm quay tua bin và máy phát điện sản sinh ra điện. Điện than chiếm 37% lượng điện trên thế giới.

- Luyện kim: than cốc là thành phần chính của thép. Than chế biến thành than cốc được sử dụng để sản xuất 70% lượng thép trên thế giới. Than cũng được sử dụng rộng rãi trong sản xuất các kim loại khác như nhôm và đồng.

- Vật liệu xây dựng: than là nguồn năng lượng chính để sản xuất xi măng. Các phụ phẩm từ quá trình đốt cháy than như tro xỉ cũng đóng một vai trò quan trọng công nghiệp sản xuất xi măng và bê tông.

- Công nghiệp năng lượng: Trước đây, than đá chủ yếu được dùng làm nhiên liệu cho máy hơi nước, đầu máy xe lửa. Hiện nay, phần lớn sản lượng than đá khai thác được sử dụng để làm nhiên liệu rắn cho quá trình sản xuất điện và đốt cháy. Than đá sau khi khai thác từ mỏ than sẽ được nghiền thành bột và đốt trong lò hơi. Nhiệt lượng tỏa ra sẽ chuyển đổi nước trong lò hơi thành hơi nước ứng dụng vào quá trình sản xuất.

- Công nghệ hóa khí: khí hóa than đá được dùng để sản xuất khí tổng hợp, bao gồm khí cacbon mono oxit và khí hydro. Nguồn khí này chủ yếu được sử dụng để đốt tuabin sản xuất điện và một phần nhỏ được chuyển đổi thành nhiên liệu xăng, dầu diesel hoặc sản xuất một số loại phân bón, sản phẩm hóa học khác như metanol, hydro, olefin, axit axetic, formaldehyde, amoniac,…

- Hóa học: than đá được ứng dụng để tạo ra các dược phẩm, chất dẻo hoặc sợi nhân tạo.

- Các ngành khác: Than được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp giấy, dệt và thủy tinh, sản xuất đồ gia dụng và các sản phẩm chăm sóc cá nhân. Ngoài ra, than đá có khả năng hấp thụ các chất độc nên nó được dùng nhiều trong các máy lọc nước, mặt nạ phòng độc.

6. Lợi ích và hạn chế khi sử dụng than đá

- Lợi ích khi sử dụng than đá

• An toàn: So với các nhiên liệu hóa thạch, than an toàn hơn trong việc vận chuyển và lưu trữ. Than dễ bảo quản, bốc dỡ, vận chuyển than không đòi hỏi phải có đường ống áp lực cao, nhiều chi phí đảm bảo an toàn hoặc quá trình sơ chế tốn kém.
• Linh hoạt: Than là nguồn năng lượng linh hoạt, ngoài việc tạo ra điện, than là một trong những thành phần cơ bản để nấu chảy sắt thép. Than có mặt trong các quy trình công nghiệp và công nghệ khác nhau, bao gồm điện phân nhôm, sản xuất giấy và các sản phẩm hóa chất.
• Tiện lợi: ưu điểm của than so với các nguồn năng lượng khác là nó sẵn sàng để sử dụng sau khi được khai thác. Các loại nhiên liệu hóa thạch khác đòi hỏi quá trình xử lý lâu dài và tốn kém, việc sử dụng năng lượng của dòng chảy, gió hoặc mặt trời phụ thuộc vào điều kiện thời tiết.
• Giá thành thấp: trữ lượng than lớn, khả năng sử dụng ngay sau khi khai thác và chi phí vận chuyển thấp nên than được xem là dạng năng lượng tương đối rẻ.

- Hạn chế của than đá

• Năng lượng hoá thạch đang dần cạn kiệt: trái đất mất hàng triệu năm để tạo ra các nhiên liệu hóa thạch trong khi tốc độ tiêu thụ của con người lại rất nhanh khiến nguồn nhiên liệu này ngày càng trở nên cạn kiệt.
• Ô nhiễm môi trường: sử dụng nguồn năng lượng hóa thạch trong thời gian dài kéo theo nhiều hệ lụy cho môi trường. Việc đốt nhiên liệu hóa thạch tạo ra khoảng 21,3 tỉ tấn CO2 mỗi năm và làm tăng 10,65 tỉ tấn CO2 trong khí quyển. CO2 là một loại khí nhà kính làm tăng lực phóng xạ và góp phần vào sự nóng lên toàn cầu. Ngoài CO2, đốt nhiên liệu hóa thạch cũng tạo ra các chất ô nhiễm không khí khác như các chất NO2, SO2, hợp chất hữu cơ dễ bay hơi và các kim loại nặng. Trong các nhiên liệu hóa thạch, than đá được coi là nhiên liệu ô nhiễm nhất, thải ra lượng CO2 gấp đôi so với khí tự nhiên và nhiều hơn 30% so với xăng.
• Tác động tiêu cực đến đời sống: Khai thác than đá tạo ra lượng lớn bụi than, nước thải chứa tro than, kim loại nặng gây ô nhiễm đất, nước, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng cuộc sống. Đốt than đá đã tạo ra các loại khí độc như SO2, CO, NO2,… và bụi mịn gây hại cho phổi, tim và hệ thần kinh của con người.