Угљен

Ово је главно значење појма Угљен. За угљен за цртање, в. Угљен (цртачки).

Угљен или угаљ, као врста фосилног горива, је црна или црно-смеђа, седиментна стијена, са садржајем угљика од 30% (лигнит) до 98% (антрацит), помијешаног с малим количинама сумпорних и душикових спојева. Настао је распадањем и компакцијом биљне твари у мочварама тијеком милијуна година. Угљен се вади у угљенокопима, а примарно се употребљава као гориво.

Угљен је органског подрјетла, углавном биљног, а у мањој мјери животињског.

Разликујемо двије фазе настанка угљена:

1. У првој фази накупљена органска твар таложи се у слатководним срединама и редукцијским увјетима. Тада долази до труљења органских остатака дјеловањем ограничене количине кисика и аеробних бактерија, те гњиљења и распадања дјеловањем анаеробних бактерија. Тако органски остатци поступно прелазе у хумусне твари и тресет.

2. Друга фаза или поугљењивање збива се након слијегања тла и прекривања тресета наносима пијеска и глине, под утјецајем физикалних и кемијских чинитеља (повишени тлак и температура, дјеловање минералних примјеса, кемијски учинак плинова). То је процес редукције и компакције у којем се и даље истискује вода, а тресет почиње претворбу у лигнит (или по неким класификацијама у мекани смеђи угљен). Наставком дехидратације ствара се (тврди) смеђи, затим камени угљен, а на крају евентуално антрацит. При повишеној температури и повишеном тлаку може настати графит.

Угљеноносни базени су депресије и улекнућа (углавном синклинале), у којима су таложине често синседиментацијске и могу досећи изнимно велике дебљине (цијела серија до неколико стотина метара). Грађа базена најчешће је карактеризирана мање или више поремећеним синклиналама, синклиноријима и тектонским грабама.

Обзиром на положај, угљена серија може бити откривена, полуоткривена и покривена.

Унутар цијеле серије може бити једно или више лежишта. Дијелови лежишта који су истражени, ограничени и одређени за откопавање означују се као поља. Ступањ угљеноносности поља исказује се масом угљена на 1 м³, а ступањ угљеноносности базена у тонама на 1 км³.

Угљен можемо подијелити на природни и умјетни.

• Природни угљен настаје милијунима година процесом који се зове карбонизација или поугљењивање.
• Посебним поступком може се произвести и умјетни угљен тако да се органска материја загријава без присуства зрака. Тај процес се зове суха дестилација. При сухој дестилацији уз умјетни угљен као чврсти производ настају још и плиновити и текући призводи који се користе као сировине за кемијску индустрију. Кокс је најпознатија врста умјетног угљена. Има велику примјену у индустрији јер је због високог садржаја угљика квалитетно гориво и добро редукцијско средство. Други чести примјер, који се раније пуно употребљавао у кућанствима, је дрвени угљен.

Разлике међу појединим врстама угљена потјечу од различите исходишне твари, али настају и тијеком низа биокемијских, геокемијских и геолошких претворби те твари.

С обзиром на састав исходишне твари угљен може бити хумусни, сапропелитни или липтобиолитни. На Земљи има највише хумусног угљена, док су сапропелитни и липтобиолитни рјеђи.

1. Хумусни угљен настаје од лигнинско-целулозног ткива виших биљака. То је огрјевни угљен, слојевит, тракасте текстуре и не садржи много битумена.
2. Сапропелитни угљен потјече од сапропела, остатака нижих организама, фитопланктона и зоопланктона. Исходишне су твари биле бјеланчевине и масти, а настали производ битумен. Разликују се прави сапропелити и сапроколити. У сапропелите спадају угљени кенел и богхед.
3. Липтобиолитни угљен настао је од отпорних остатака виших биљака. Он не садржи дијелове лингнинско-целулозних ткива. Обично је хомоген у цијелој својој маси. Постоје смолни и кутикулски липтобиоти. Главни су представници дисодил, пирописит и рабдописит.

С обзиром на ступањ карбонизације разликују се двије велике скупине: камени угљен (пламени, плински, ковачки, коксни, полумасни, мршави, антрацит) и смеђи угљен (лигнит, земљасти, обични, сјајни) те тресет који се не сматра правим угљеном. Угљен се може разликовати по геолошкој старости и по примјени (енергетски и технолошки). Најмлађи је тресет, па смеђи угљен. Камени угљен је старији, а антрацит је најстарија врста угљена.

Угљен је сложена смјеса твари која се састоји од различитих угљикових и других спојева. Органски спојеви су гориви дио, а минералне примјесе и вода (влага) негориви дио угљена који му смањује топлинску вриједност. Угљик је главни саставни елемент и носилац топлинске вриједности угљена. Масени удио угљика се повећава са старошћу. Водик у угљену може бити везан с угљиком у угљиководицима (слободни водик) или везан с водом (везани водик). Слободни водик може горити уз ослобађање топлине док везани не може. Што је већи ступањ поугљењења, удио водика је мањи. Кокс је практички без водика па изгара без пламена, док угљени с већим удјелом водика имају већи пламен и више дима при изгарању. Кисик и душик у угљену смањују топлинску вриједност, али душик, за разлику од кисика, побољшава квалитету угљена намјењеног кемијској преради јер даје више амонијака. Сумпор у угљену може бити органски и аноргански. Органски потјече од биљне протоплазме која садржи бјеланчевине. Приликом изгарања угљена изгара и органски и аноргански дио. Аноргански дио се спаја с кисиком у плин сумпорни диоксид. Фосфор је у угљену заступљен врло мало и при изгарању остаје у пепелу.

У угљену се осим гориве твари налазе и влага, пепео и хлапљиви састојци. Укупни хлапљиви састојци се одређују из разлике маса угљена и добивеног кокса, а сухи хлапљиви састојци преостају након одбитка влаге. Стални угљик је разлика маса кокса и припадног пепела. Чиста горива твар састоји се од сталног угљика и сухих хлапљивих састојака. Влага се исказује као вањска и унутрашња те укупна влага. Сирови или ровни угљен садржи и унутрашњу и вањску влагу, угљен сушен на зраку само унутрашњу, која се може уклонити на 105°Ц, а апсолутно сухи угљен уопће нема влаге. У неким врстама угљена постоји и конституцијска влага у облику кристалне воде која је везана уз поједине минералне састојке. Удио влаге овиси о ступњу поугљењења, структури, уситњености угљена и хидрогеолошким увјетима на радилишту. Пепео остаје након потпуног изгарања угљена. Сингенетски пепео садржи примјесе које су ушле у угљен за њихова настајања. Епигенетски пепео дају минералне примјесе накнадно доспјеле у угљен инфилтрацијом или циркулацијом минералних вода уздуж пукотина и слојних плоха у угљену. У угљеном се пепелу често налазе везани алкалијски и земноалкалијски елементи, честице глине и кремена, те оксиди, сулфиди и сулфати. Пепео неких врста угљена садржи и веће удјеле тешких, чак и племенитих метала: злата, сребра, платине, олова, цинка, никала, кобалта и других. У посљедње су вријеме у угљеном пепелу нађени и спојеви ванадија и уранија; особито занимање влада за добивање уранија (код нас за уран из пепела рашког угљена). Хлапљиви састојци се издвајају приликом сухе дестилације (загријавање угљена на високој температури без присуства зрака). Прво се појављује водена пара, затим издвајање молекула воде, угљичног моноксида, угљичног диоксида и метана. При температури вишој од 500 °Ц издвајају се сложени угљиководици и кисикови спојеви те дијелом сумпороводик. Зброј маса хлапљивих састојака и кокса без минералних састојака чини укупну масу чисте гориве твари у угљену. Кокс је чврст остатак након сухе дестилације, а садржи углавном угљик, минералне твари и врло мало хлапљивих твари.

Елементарном анализом одређује се кемијски састав чисте гориве твари (угљика, водика, кисика, душика и сумпора) у угљеној твари без влаге и минералних састојака. Техничком анализом угљена добивамо податке у удјелу влаге, пепела, сталног угљика и хлапљивих састојака.

Топлинска вриједност угљена може се одредити на више начина: експериментално у калориметру или рачунски на темељу података елементарне и техничке анализе.

Разликујемо горњу и доњу топлинску вриједност. Горња се односи на укупну топлину која се ослобађа потпуним изгарањем масе од 1 кг угљена, с тим да вода настала изгарањем угљена остаје у капљевитом стању. Доња топлинска вриједност добива се из горње одузимањем топлине утрошене на испаравање воде.

Угљен није једноставна и хомогена маса, него сложена и хетерогена творевина. За оцјену квалитете угљена одређују се његова физикална својства, а под микроскопом и грађа те међусобни односи главних састојака. Главни састојци угљена су дурит, фузит, кларит, витрит.

• Дурит (лат. дурус = тврд) је хетерогени тамни састојак. Твори тамне пруге с непрозирном основном масом. На углачаној површини је мутан, тврд и не распада се. Настао је од лупина спора, епидерме лишћа, пелуда, тврдих капљица смоле и аморфног везива. Појављује се у самосталним слојевима или у прослојцима у свијетлом угљену. Зрнате је грађе и састоји се од темељне масе без структуре и уклопака од биљних остатака.
• Фузит (лат. фусус = истегнут) је хомоген и тврд попут чађе, прља прсте при опипу и при горењу јако чађи. Мекан је и лако се распада. То је типичан влакнасти угљени врло је сличан дрвеном угљену па га често зову фосилни дрвени угљен. Под микроскопом у пролазној свјетлости обично показује једноличну структуру комора, с непрозирним црним стијенкама и слободним прозрачним отворима.
• Кларит (лат. цларус = свијетао) је полусјајни сложени састојак угљена. Појављује се у прослојцима или у дебелим слојевима, а назива се и свијетли угљен. За кларит је карактеристична велика количина аморфног везива. Под микроскопом показује кутикуле и споре у темељној маси.
• Витрит (лат. витреус = стакласт) је сасвим свијетао, сјајан, прозиран, крхак и сложен састојак. Појављује се у облику дугих или кратких лећа дебљине од 1 до 3 цм које су увјек правилне калавости. У витриту превладава аморфно везиво. Витрит неправилне структуре зове се колинит или еувитрит, а ако у њему има дрвене твари, ради се о телиниту.

Уз споменуте главне састојке чести су и пријелазни облици: дурокларит, клародурит, витрофузит, фузосилит.

На физикална својства појединих врста угљена утјече њихов петрографски састав, ступањ поугљењења, удио и врсте анорганских примјеса те ступањ оксидације. Нека од својстава служе за разликовање појединих врста угљена: сјај, боја, црт, пријелом, структура.

Права густоћа угљена односи се на густоћу чисте гориве твари при 0 °Ц, дакле без минералних примјеса и влаге. Практична густоћа показује густоћу угљена какав долази изравно из рудника. Најмању праву густоћу имају тресети, а затим се повећава од лигнита и смеђег угљена до каменог угљена и антрацита. Практична густоћа је редовито већа од праве јер су анорганске примјесе веће густоће од органских угљених твари. Електрична отпорност угљена испитује се приликом геофизичких истраживања угљених лежишта. Она је најмања у антрациту, а највећа у мршавом и масном каменом угљену.

На основи ступња поугљењења и разлика у геолошкој старости угљен се сврстава на тресет, смеђи угљен и камени угљен.

Тресет се не сматра правим угљеном. То је геолошки најмлађе фосилно гориво. Његова су лежишта мјеста на којима се накупило и гдје без присутности зрака хумифицира угинуло биље из најближе плиоценске и квартарне прошлости. Тресет је лака, шупљикава, компресибилна и еластична маса биљних остатака. Мекан је док је влажан, тврђи и лако дробљив кад је сух, смеђе, жућкасте и црне боје. Унутар дебљих наслага тресета разликују се слојеви према старости и врстама биља. Обично је најмлађи тресет влакнаст, лиснат или маховинаст, а старији је густ, аморфан, смолинаст или јетренаст. У свјежем је тресету масени удио воде 90 %, а удио угљика расте с дубином слоја. С обзиром на малу огрјевну моћ тресет није рентабилно превозити, па се искориштава изравно у термоелектранама изграђеним уз велика налазишта. Тресет служи и за производњу фенола, воска, амонијака, алкохола, неких киселина и друго. Највише тресета имају земље источне Еуропе и Сјеверне Америке, затим Финска, Шведска, Норвешка, Низоземска, Њемачка, Чешка и Словачка. У Хрватској га има уз ријеку Зрмању те у шумама Славоније.

Смеђи угљен припада хумусном угљену, а само су неки липобиолити и сапропелити. При загријавању у калијевој лужини даје јој изразито тамну боју, а у разријеђеној душичној киселини свјетлоцрвену боју. Врло богатим лежиштима разоврсног смеђег угљена располажу САД, Канада, Њемачка, Мексико, Чешка и Словачка. Смеђи угљен дјели се на угљен с уклопцима дрвеног састава или мекани смеђи угљен, односно лигнит, и на угљен без укопака дрвеног састава или тврди смеђи угљен. Лигнит се дијели на земљасти и шкриљасти лигнит, а тврди смеђи угљен на обични, сјајни и земљасти смеђи угљен. Земљасти лигнит земљасте је структуре, неравна и тупа пријелома. Стајањем на отвореном губи жуту или смеђу боју, а губитком влаге мрви се и распада. При откопавању даје доста ситнежи и прашине, а може се оплеменити брикетирањем. Овакви лигнити се налазе у лигниту из Коњшчине у Хрватском загорју. Шкриљасти лигнит има шкриљасти пријелом, не губи боју и врло се ријетко распада у прашину. То је тресетасти угљен у који се сврставају наши најмлађи плиоценски лигнити из горњопонтских и палудинских наслага у Подравини. Поједини слојеви садрже и више од 50% тресета. Обични (тамни) смеђи угљен је компактан, смеђ или црн, с тамним сјајем на попречном вертикалном пријелому, док су плохе на хоризонталном пријелому још тамније. Не распада се у прах и не губи боју. Пријелом му је четвртаст, рјеђе шкриљаст или шкољкаст. Сјајни (свијетли) смеђи угљен најтврђи је и најкомпактнији међу смеђим угљенима. Црн је и вањским изгледом наликује каменом угљену. Има свјетао коцкаст, четвртаст или шкољкаст пријелом. У нас је такав угљен у Крапини, Голубовцу и Зајезди из олигоцена Хрватског загорја те у Сиверићу, Велушићу и Дубравицама из горњег еоцена и доњег олигоцена из Далмације. Земљасти смеђи угљен врста је смеђег угљена подударна с дисодилом и пирописитом и богата битуменом. Аморфан је и прашинаст, лако се дроби, жуте је до смеђе боје. Често садржи фосилне смоле па је прикладан за прераду швелањем. Осим наведених постоје и посебне врсте смеђег угљена: дисодил, пирописит, рабдописит, марахунит, смолинасти угљен, гагат.

Камени угљен се од смеђег угљена разликује по вањском изгледу, чврстој структури, обично црној или сивоцрној и смеђосивој боји, а посебно по црту који је црн. Камени угљен може бити сјајан, мутан или влакнаст и често коцкаста или ситнопризматична пријелома. Припада претежито хумусним угљенима, а у мањој мјери сапропелитима и мјешовитим типовима. Дестилат камених угљена реагира алкално, а смеђих угљена кисело. Масени удио влаге у каменом угљену ријетко је већи од 7 %, у смеђем 15 %, а у лигниту и већи од 40 %. Највише каменог угљена има на територију бившег СССР-а, у САД-у, Кини, Канади, Њемачкој, Великој Британији и Пољској. Хрватска је позната по Истарским угљенокпима. Поједине врсте каменог угљена: масни угљен, плински угљен, пламени угљен, мршави угљен, канел, богхед те антрацит.

Два су главна подручја упорабе угљена. Може се изравно након оплемењивања (а каткад и брикетирања) употребљавати као гориво или се може прерађивати у многе корисне кемијске спојеве и индустријске производе.

Механичка прерадба угљена обухваћа његово оплемењивање (одвајање корисних од не корисних састојака), промјену гранулације и класирање те брикетирање, окрупњивање ситнозрнатог или прашинастог угљена примјеном тлака.

Кемијска прерадба угљена обухваћа расплињивање, хидрогенацију, екстракцију и исплињивање. Расплињивање је кемијски процес у којем се ужарени угљен доводи у додир са зраком, воденом паром, смјесом зрака и водене паре или смјесом кисика и водене паре, а као главни производ реакције настају различити технички плинови. Хидрогенацијом угљена водиком при вишој температури и при тлаку и до 100 МПа уз катализатор добивају се текући угљиководици, углавном бензин и средње уље. Екстракција угљена је блага не изравна хидрогенација помоћу отапала која отпуштају водик, а добивају се еколошки вриједна текућа погонска горива без сумпора и минералних твари које остављају пепео. Исплињавање је суха дестилација, загријавање без присуства зрака. Притом угљен не може изгорити него отпушта хлапљиве састојке од којих се добију гориви плин и текући дестилацијски производи (катран), а као чврсти производ остаје кокс или полукокс. Према температури исплињавања разликују се швелање и коксарење. Швелање је нискотемпературно исплињавање угљена (при 500-600°Ц). Главни производи швелања су полукокс и швелни катран. За швелање се узима смеђи угљен, а швелање каменог угљена много је мање важно. Угљен за швелање мора бити брикетиран, а у швелним пећима се различито загријава. Коксарење је високотемпературно исплињавање угљена (900-1200°Ц). Као сировина се користи масни камени угљен. Главни производ је кокс, а споредни су катран, коксни плин и дестилацијска вода.

• Угљеница

• Начини прочишћавања, производња, потрошња и залихе угљена Архивирано 2007-06-04 на Wаyбацк Мацхине-у

Остали пројекти

	У Wикимедијиној остави има још материјала везаних за: Угљен
	Потражите израз угљен у W(ј)ечнику, слободном рјечнику.