Pierwiastek, który najczęściej zanieczyszcza złoża węglowe
Kategorie:

Pierwiastek, który najczęściej zanieczyszcza złoża węglowe

Ostania aktualizacja 16 sierpnia 2021

Złoża węgla nie są materiałem jednorodnym, jeśli chodzi o skład chemiczny. Choć węgiel jest ich podstawowym składnikiem, stanowiącym od 75 do 97% ich składu, to złoża zawiera również inne pierwiastki chemiczne. Niektóre z nich uważane są za zanieczyszczenia, ze względu na ich niekorzystny wpływ na kaloryczność wydobywanego surowca oraz szkodliwość środowiskową. Jaki pierwiastek najczęściej zanieczyszcza złoża węglowe? Na czym polega jego niekorzystne działanie?

Jaki jest podstawowy skład chemiczny węgla kamiennego ?

Węgiel kamienny, wydobywany ze złóż, to gatunek węgla kopalnego o zawartości od 78 do 92% węgla pierwiastkowego oraz maksymalnie 10% wilgoci całkowitej w węglu surowym. Jedną z rzadko występujących odmian węgla kamiennego jest antracyt, w przypadku którego zawartość czystego węgla pierwiastkowego sięga aż 97%.

Złoża węgla zawierają ponadto od 2 do 6% wodoru (w większości związanego z tlenem w postaci cząsteczek wody) oraz od 1% do 18% tlenu,  w formie rozmaitych tlenków. Od pół do 2% składu złoża stanowi zwykle azot, ilość siarki waha się natomiast od 0,2 do 2%.

Jakie dodatkowe pierwiastki znajdują się w złożach węgla?

Złoża węgla kamiennego, poza wymienionymi wyżej pierwiastkami głównymi, zawierają również inne składniki, określane jako:

  • pierwiastki poboczne (glin, wapń, potas, żelazo, magnez, sód, fosfor i krzem);
  • pierwiastki rozproszone (arsen, kadm, chlor, kobalt, miedź, fluor, rtęć, mangan, nikiel, ołów, cynk, tytan ale również uran i tor)
  • pierwiastki śladowe i rzadkie (beryl, gal, german, lit oraz metale ziem rzadkich, takie jak lantan i cer).

Nie wszystkie z tych pierwiastków traktowane są jako zanieczyszczenie złoża. Niektóre, w szczególności metale rzadkie, takie jak lantan czy cer, należą do tzw. pierwiastków krytycznych. Ze względu  na ich wartość, pierwiastki te są poszukiwane w skałach skorupy ziemskiej i ich odkrycie w węglu jest pożądane.

Niektóre z pierwiastków zawartych w węglu kamiennym są natomiast uważane za toksyczne, ze względu na ich wpływ na organizmy żywe. Do szczególnie niebezpiecznych zalicza się rtęć, kadm, ołów i beryl. Pierwiastki te są toksyczne nawet w małych stężeniach. Prowadzą do niszczenia struktur białkowych oraz uszkadzają strukturę DNA.

Toksyczne działanie innych pierwiastków, takich jak np. siarka, fluor czy cynk, rośnie wraz ze wzrostem stężenia. Pierwiastki te nie stanowią zagrożenia w kontakcie z wydobytym ze złoża surowcem, ponieważ ich koncentracja w węglu kamiennym nie jest dość wysoka. Problem stanowią jednak  popioły oraz gazy wydobywające się do atmosfery podczas spalania węgla. Substancje lotne uważa się za szczególnie niebezpieczne dla środowiska naturalnego oraz organizmów żywych, ponieważ zakres ich działania jest bardzo duży. Dodatkowo, toksyczne pierwiastki w postaci tlenków łatwo łączą się z wodą, powodując kwaśne opady, skażenie gleb, zbiorników wodnych i habitatów naturalnych.

Jaki pierwiastek stanowi najpoważniejsze zanieczyszczenie złóż węgla?

Analizując skład chemiczny złóż węgla kamiennego pod kątem przetwórstwa energetycznego oraz wpływu surowca na środowisko, za najpoważniejsze zanieczyszczenie należy uznać siarkę. Siarka należy do pierwiastków głównych i jej zawartość w złożach może sięgać 2%.

Wysoka zawartość siarki w węglu kamiennym wpływa niekorzystnie na jego kaloryczność, czyli ilość energii możliwej do uzyskania w czasie spalania paliwa. Ważny jest jednak również fakt, że siarka jest pierwiastkiem ulegającym podczas spalania  przekształceniu w  dwutlenek siarki, o właściwościach kwasotwórczych. Dwutlenek siarki obecny w powietrzu działa drażniąco na błony śluzowe. Udowodniono, że wpływa na wzrost ilości zachorowań na choroby układu krążenia. Gaz ten dostając się do atmosfery przyczynia się do wielu niekorzystnych  zjawisk środowiskowych, wchodząc w skład smogu i kwaśnych deszczów.

Jak kontrolować ilość zanieczyszczeń w węglu?

Wdrożenie technologii węgla wolnego od zanieczyszczeń wymaga prowadzenia systematycznych badań jego jakości. Odsiarczanie wydobytego surowca lub usuwanie z niego innych niepożądanych pierwiastków jest zazwyczaj ekonomicznie nieopłacalne. W większości wypadków, najskuteczniejszą metodą ochrony środowiska przed spalaniem węgla o dużej zawartości zanieczyszczeń, jest wprowadzenie odpowiednich regulacji prawnych.

Obowiązujące przepisy określają maksymalną dopuszczalną zawartość substancji uważanych za niepożądane w węglu dopuszczonym do obrotu rynkowego (siarka, popiół surowy) oraz minimalną wymaganą kaloryczność paliwa. Ilości te uzależnione są od klasy węgla i wynoszą dla siarki odpowiednio:

  • węgiel typu kostka i orzech – do 1,7%,
  • węgiel typu groszek – do 1,7%,
  • węgiel typu ekogroszek i ekomiał – do 1,2%.

Wprowadzone w ministerialnym rozporządzeniu  standardy jakościowe dla stałych paliw kopalnych są jednak często odmienne od ustaleń tzw. uchwał antysmogowych, przyjmowanych w niektórych regionach kraju przez wojewódzkie sejmiki samorządowe.  Przepisy te przewidują zazwyczaj bardziej restrykcyjne normy jakościowe dla węgla  wykorzystywanego na własnym obszarze.

Podsumowując – nie ma złóż węgla zawierających jedynie czysty węgiel pierwiastkowy. Odmianą najczystszą jest rzadki i drogi antracyt. Wśród zanieczyszczeń węgla znajduje się wiele pierwiastków, z których część posiada właściwości toksyczne. Ze względów ekonomicznych i środowiskowych za najpoważniejsze zanieczyszczenie należy uznać siarkę. Ilość siarki w węglu należy ograniczać za pomocą regularnych kontroli składu surowca oraz odpowiednio restrykcyjnych przepisów.

angielski czeski francuski niemiecki włoski rosyjski hiszpański szwedzki ukraiński albański arabski ormiański baskijski Bengali bośniacki bułgarski kataloński chiński uproszczony chiński tradycyjny chorwacki duński holenderski esperanto estoński fiński Galician grecki hebrajski hindi węgierski islandzki indonezyjski irlandzki japoński koreański kurdyjski łotewski litewski macedoński Malay maltański mongolski nepalski norweski bokmål perski portugalski, Brazylia portugalski, Portugalia pendżabi keczua rumuński serbski słowacki słoweński somalijski tamilski tajski turecki urdu uzbecki wietnamski walijski jidysz zuluski