Uhlie je jedným z najstarších palív, ktoré ľudstvo pozná. A aj dnes zaujíma popredné miesto z hľadiska využitia. Dôvodom je jeho rozšírenosť, jednoduchosť extrakcie, spracovania a použitia. Ale čo je on? Aký je chemický vzorec uhlia?
V skutočnosti táto otázka nie je úplne správna. Uhlie nie je látka, je to zmes rôznych látok. Je ich veľa, preto nie je možné úplne určiť zloženie uhlia. Preto pod chemickým vzorcom uhlia v tomto článku budeme myslieť skôr jeho elementárne zloženie a niektoré ďalšie vlastnosti.
Čo sa však môžeme dozvedieť o stave tejto látky? Uhlie sa tvorí zo zvyškov rastlín počas mnohých rokov v dôsledku vystavenia vysokej teplote a tlaku. A keďže rastliny sú organického pôvodu, organické látky budú v zložení uhlia prevládať.
V závislosti od veku a ďalších podmienok pôvodu uhlia sa delí na niekoľko druhov. Každý druh sa vyznačuje svojim elementárnym zložením, prítomnosťounečistoty a iné dôležité vlastnosti.
Hnedé uhlie
Je najmladším druhom uhlia. Má dokonca rastlinnú drevitú štruktúru. Vznikol priamo z rašeliny v hĺbke asi 1 kilometer.
Tento typ uhlia obsahuje pomerne veľké množstvo vlhkosti: od 20 do 40 %. Keď je vystavený vzduchu, vyparí sa a uhlie sa rozpadne na prášok. Ďalej budeme hovoriť o chemickom zložení tohto konkrétneho suchého zvyšku. Množstvo anorganických nečistôt v hnedom uhlí je tiež vysoké a dosahuje 20-45%. Týmito nečistotami sú oxid kremičitý, oxidy hliníka, vápnika a železa. Môže obsahovať aj oxidy alkalických kovov.
V tomto uhlí je veľa prchavých organických a anorganických látok. Môžu mať až polovicu hmotnosti tohto druhu uhlia. Elementárne zloženie mínus anorganické a prchavé látky je nasledovné:
- Uhlík 50 – 75 %.
- Kyslík 26 – 37 %.
- Vodík 3-5%.
- Dusík 0-2 %.
- Síra 0,5 – 3 %.
Uhlie
Podľa času vzniku nasleduje tento druh uhlia po hnedom. Má čiernu alebo sivočiernu farbu, ako aj živicový, niekedy kovový lesk.
Vlhkosť uhlia je oveľa nižšia ako hnedého: iba 1-12%. Obsah prchavých látok v uhlí veľmi kolíše v závislosti od miesta ťažby. Môže byť minimálny (od 2%), ale môže dosahovať aj hodnoty podobné hnedému uhliu (až 48%). Základné zloženie je nasledovné:
- Uhlík 75 – 92 %.
- Vodík 2, 5-5, 7 %.
- Kyslík 1, 5-15 %.
- Dusík až do 2,7 %.
- Síra 0-4 %.
Odtiaľto môžeme konštatovať, že chemický vzorec čierneho uhlia obsahuje viac uhlíka ako hnedé uhlie. Vďaka tomu je tento typ uhlia kvalitnejším palivom.
Antracit
Antracit je najstaršia forma fosílneho uhlia. Je tmavo čiernej farby a má charakteristický kovový lesk. Toto je najlepšie uhlie z hľadiska množstva tepla, ktoré uvoľňuje pri spaľovaní.
Množstvo vlhkosti a prchavých látok v ňom je veľmi malé. Asi 5-7% pre každý ukazovateľ. A elementárne zloženie sa vyznačuje extrémne vysokým obsahom uhlíka:
- Uhlík nad 90 %.
- Vodík 1-3 %.
- Kyslík 1-1, 5%.
- Dusík 1-1, 5%.
- Síra do 0,8 %.
Viac uhlia obsahuje iba grafit, čo je ďalší stupeň preuhoľovania antracitu.
Charcoal
Tento typ uhlia nie je fosília, takže má určité zvláštnosti vo svojom zložení. Vyrába sa ohrevom suchého dreva na teplotu 450-500 oC bez vzduchu. Tento proces sa nazýva pyrolýza. Pri nej sa z dreva uvoľňuje množstvo látok: metanol, acetón, kyselina octová a ďalšie, po ktorých sa mení na uhlie. Mimochodom, spaľovanie dreva je tiež pyrolýza, ale kvôli prítomnosti kyslíka vo vzduchu sa uvoľnené plyny vznietia. To je to, čo spôsobuje existenciuplamene pri horení.
Drevo nie je homogénne, má veľa pórov a kapilár. Podobná štruktúra je čiastočne zachovaná aj v uhlí z nej získanom. Z tohto dôvodu má dobrú adsorpčnú kapacitu a používa sa spolu s aktívnym uhlím.
Vlhkosť tohto druhu uhlia je veľmi nízka (asi 3%), ale pri dlhodobom skladovaní absorbuje vlhkosť zo vzduchu a percento vody stúpne na 7-15%. Obsah anorganických nečistôt a prchavých látok je regulovaný GOST a nemal by prekročiť 3% a 20%. Elementárne zloženie závisí od technológie výroby a vyzerá približne takto:
- Uhlík 80 – 92 %.
- Kyslík 5-15 %.
- Vodík 4-5%.
- Dusík ~0%.
- Síra ~0 %.
Chemický vzorec dreveného uhlia ukazuje, že z hľadiska obsahu uhlíka je blízke kameňu, no okrem toho má len malé množstvo prvkov nepotrebných na spaľovanie (síra a dusík).
Aktívne uhlie
Aktívne uhlie je typ uhlíka s vysokým špecifickým povrchom pórov, vďaka čomu je ešte nasiakavejší ako drevo. Ako suroviny na jeho výrobu sa používa drevené uhlie a uhlie, ako aj kokosové škrupiny. Východiskový materiál sa podrobí procesu aktivácie. Jeho podstatou je otváranie upchatých pórov vysokou teplotou, roztokmi elektrolytov alebo vodnou parou.
Počas procesu aktivácie sa mení iba štruktúra látky, takže chemický vzorec aktívneho uhliaidentický so zložením surovín, z ktorých bol vyrobený. Obsah vlhkosti aktívneho uhlia závisí od špecifického povrchu pórov a je zvyčajne nižší ako 12%.
