Than đá là nguồn nguyên 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 có nguồn gốc từ đâu? Vai trò của than đá trong đời sống như thế nào? Hãy cùng tìm hiểu qua bài viết dưới đây nhé!
I. Than đá là gì?
Than đá là một loại đá trầm tích có màu nâu đen hoặc đen. Thành phần chính của than là cacbon, ngoài ra còn một số nguyên tố khác như nitơ, lưu huỳnh, oxi, hidro… Chúng thường tồn tại ở trong các tầng đá hay các lớp khoáng chất nằm sâu trong lòng đất. Than đá được đốt cháy để tạo ra nhiệt lượng, đây là nguồn năng lượng chính cung cấp cho nhà máy nhiệt điện.
Hiện nay Trung Quốc là quốc gia nhập khẩu và tiêu thụ than đá nhiều nhất trên thế giới. Trung Quốc chiếm gần một nửa sản lượng khai thác than đá của thế giới, tiếp theo là Ấn Độ với khoảng một phần mười. Úc chiếm khoảng một phần ba xuất khẩu than thế giới, tiếp theo là Indonesia và Nga. Than đá cũng là một loại khoáng sản mà Việt Nam chúng ta khai thác và xuất khẩu đạt giá trị kinh tế cao.
Than đá là gì?
II. Than đá có nguồn gốc từ đâu?
Than đá là một dạng nhiên liệu hóa thạch có nguồn gốc từ thực vật bị chôn vùi dưới áp lực và nhiệt độ cao tử vỏ Trái Đất. Chúng trải qua nhiều giai đoạn biến đổi qua hàng triệu năm để hình thành nên các mỏ than đá như hiện nay. 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), và 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 của cả sự biến đổi về sinh học và của cả địa chất.
Quá trình hình thành than đá
III. Đặc điểm, tính chất của than đá
Các đặc điểm đặc trưng của than đá gồm có:
- Trạng thái: Than đá là chất rắn có độ cứng khá cao. Tùy thuộc vào từng mỏ than và hàm lượng tạp chất có trong than mà độ cứng khác nhau. Càng ít tạp chất thì độ cứng càng cao. Than đá có màu đen đặc trưng, ngoài ra có thể có pha lẫn màu nâu, vàng, ánh bạc…
- Độ ẩm (%): Độ ẩm của than đá chính là hàm lượng nước có trong nhiên liệu.Than đá mà có độ ẩm càng cao thì giá trị sinh nhiệt càng thấp.
- Độ tro hay còn gọi là xỉ than: Các thành phần khoáng chất trong than khi cháy sẽ cho sản phẩm là 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, gây 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… Trong than đá tỷ lệ chất bốc càng cao thì than càng tiêu hao nhiều. Các loại than đá có tuổi đời càng non có tỷ lệ chất bốc càng cao, ví dụ 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 chúng ta đốt cháy hoàn toàn 1kg than. Nhiệt trị càng cao than cháy càng tốt và ngược lại nhiệt trị càng thấp khả năng cháy của than cũng giảm dần.
IV. Than đá dùng để làm gì? Ứng dụng trong đời sống và sản xuất
Các ứng dụng nổi bật của than đá có thể kể đến như:
1. Than đá là nhiên liệu đốt cung cấp năng lượng
Đây được coi là ứng dụng quan trọng nhất của than đá. Than đá đã được sử dụng từ rất lâu đời để cung cấp nhiệt lượng giúp sưởi ấm, rèn các công cụ trong lao động sản xuất, vận hành các động cơ hơi nước trong tàu thủy, xe lửa ngày xưa… Ngày nay, than đá được sử dụng chủ yếu để làm nhiên liệu đốt cho quá trình sản xuất nhiệt điện. Than sẽ được nghiền nhỏ và đốt trong các lò hơi. Nhiệt lượng cung cấp sẽ đun nóng nước và chuyển thành thể hơi. Sau đó các hơi nước sẽ làm quay các tuabin trong các máy phát điện để sản xuất ra điện. Khoảng 40% lượng điện năng trên toàn thế giới đến từ nguồn nhiên liệu than đá.
Hiện nay, do lượng than đá ngày càng cạn kiệt nên việc sử dụng than đá để sản xuất nhiệt điện cũng cần được cải thiện. Thay vì đốt trực tiếp than đá để tạo ra nhiệt lượng cung cấp cho lò hơi thì các nhà máy sẽ sử dụng chu trình khí hóa tích hợp (IGCG) để tăng hiệu suất và giảm chi phí. Khi đó than đá sẽ được khí hóa để tạo ra khí than đá (coal gasification) và đốt chính coal gasification trong tuabin khí để sản xuất điện.
Than đá được sử dụng để dùng làm nhiên liệu đốt
2. Sản xuất khí tổng hợp
Than đá được sử dụng để tổng hợp hỗn hợp khí gồm CO và H2. Các loại khí đó được sử dụng chính trong các tuabin khí để sản xuất điện. Bên cạnh đó từ các khí hóa than còn dùng để sản xuất các loại nhiên liệu như xăng, dầu diesel thông qua quá trình Fischer-Tropsch hoặc sản xuất nhiều hợp chất hóa học khác như metanol, axit axetic, formaldehyde, khí amoniac,…
Trong quá trình khí hóa, than trộn lẫn với khí oxy và hơi nước, được đun nóng và điều chỉnh áp suất. Sản phẩm thu được sau phản ứng gồm khí carbon monoxide (CO) và khí hydro (H2).
3C + O2 + H2O ⟶ H2 + 3 CO
CO + H2O ⟶ CO2 + H2.
3. Than tinh chế
Than đá tinh chế là loại than đã được loại bỏ độ ẩm và các thành phần độc hại, gây ô nhiễm môi trường. Sử dụng than đá đã qua tinh chế giúp tăng hiệu suất đốt cháy, đồng thời giảm phát thải khí độc hại trong quá trình đốt than.
4. Sử dụng trong công nghiệp luyện kim
Than đá khi sử dụng trong công nghệ luyện kim là loại than cốc. Đây là dạng than bitum ít lưu huỳnh, chúng được sản xuất từ than đá được nung trong điều kiện không có oxy ở nhiệt độ cao tới 1000 độ C, để đẩy các thành phần dễ bay hơi và nung nóng chảy cùng với cacbon. Than luyện kim được sử dụng làm nhiên liệu và làm chất khử trong quặng sắt nấu chảy trong lò luyện kim để tạo ra các vật liệu như gang, thép. Ngoài ra trong quá trình nung nóng chảy kim loại trong khuôn, than đá được đốt cháy để giải phóng khí làm giảm áp suất, ngăn không cho kim loại xâm nhập vào những khoảng trống của cát. Ngoài luyện sắt thì than cốc còn được ứng dụng trong luyện kim nhiều kim loại khác như đồng, nhôm…
Sử dụng than đá trong công nghiệp luyện kim
5. Các ứng dụng khác của than đá
- Than đá là một nguyên liệu quan trọng trong sản xuất nhiều chất hóa học khác. Phương pháp sản xuất chính của các sản phẩm này là khí hóa than để sản xuất khí tổng hợp. Các hóa chất chính được sản xuất ra từ khí tổng hợp bao gồm: methanol, hydro và carbon monoxide, olefin, axit axetic, formaldehyde, amoniac….
- Than đá tham gia sản xuất xi măng, chất dẻo, sợi nhân tạo.
- Than đá dùng để sản xuất các sản phẩm có khả năng hấp thụ các chất độc; được dùng nhiều trong các máy lọc nước, mặt nạ phòng độc.
- Dùng trong lĩnh vực điêu khắc, hội họa…
Trên đây là những chia sẻ của chúng tôi giúp bạn đọc hiểu thêm về than đá là gì, tính chất cũng như ứng dụng của than đá trong cuộc sống. Tuy là nguồn nhiên liệu quan trọng nhưng chúng cũng đang dần cạn kiệt. Đồng thời việc sử dụng than đá gây nhiều ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường, làm tăng hiệu ứng nhà kính, ô nhiễm không khí, và gây hại cho sức khỏe con người. Chính vì vậy con người đang dần tìm kiếm và chuyển đổi sang dùng các nguồn nhiên liệu tái chế vừa đem lại hiệu quả kinh tế, vừa bảo vệ môi trường.
