Chemijos projektas apie akmens anglis

Chemijos projektas
Akmens anglys

Energijos ištekliai, kuriais šiandien naudojasi žmogus, kūrėsi milijonus metų. Anglys, nafta ir gamtinės dujos – visos iškastinio kuro rūšys – sukaupė Saulės energiją, pasiekusią Žemę galbūt prieš 500 milijonų metų. Jos susidarė iš augalinės kilmės medžiagos, kuri kito milijonus metų.
Anglys – pirmoji iškastinio kuro rūšis, kurios buvo daug kasama ir naudojama. Visa Vakarų visuomenės industrializacija buvo glaudžiai susijusi su anglių gavyba. XVIII a. pagal naują technologiją pradėta kasti anglis iš giliau. Anglys, savo ruožtu, skatino išrasti garo variklius, kitas darbą lengvinančias mašinas irr jomis naudotis.
Sužinoti, kiek iš tikrųjų po žeme esama anglių, beveik neįmanoma. Pasaulio anglių ištekliai vertinami trilijonais tonų. Tačiau šie skaičiai yra labiau teoriniai nei realūs. Apie daugelį galimų didelių telkinių buvimą tik numanoma. Apskaičiuota, kad žemėje glūdi veikiausiai 600 000 milijonų tonų tokių anglių, kurias galima iškasti šių laikų kasybos technika. Žinodami, kad XX a. 8-ojo dešimtmečio pradžioje pasaulinė anglių pramonė kasmet iškasdavo daugiau kaip 2000 mln. tonų antracito, o vien tik 1992 matais pasaulyje sudeginta 1065 tonų anglies. Galime svarstyti, kuriam laikui šio kiiekio pakaks. Apie 25 proc. šio kiekio buvo iškasama JAV; Europoje – mažiau. Šie skaičiai akivaizdžiai rodo, kad anglių pramonė gali ne tik gyvuoti, bet ir klestėti visą ateinantį šimtmetį. Moksliniais tyrimais apskaičiuota, jog išžvalgytus akmens anglies klodus, nepakitus vartojimo tempams, žmonija tu

urėtu išeikvoti per 400 metų, tuo tarpu kitų neatsinaujinančio kuro rūšių resursai turėtų baigtis kur kas greičiau, pavyzdžiui, naftos resursai turėtų baigtis po 40, o dujų po 60 metų.
Šiuo metu anglys sudaro 28 proc. visos pasaulyje gaminamos energijos.
Susidarymas:
Anglims susidaryti reikia gausios augalijos ir drėgno bei šilto klimato. Tokios sąlygos susidarė karbono periode, kai Žemėje plačiai tyvuliavo vandenys, o jų pakrantėmis driekėsi pelkės, apaugusios paparčių, asiūklių, kitų priešistorinių medžių miškais. Augalai puvo, grimzdo į vandenį ir kaupėsi vandens telkinių dugne. Stovintis pelkių vanduo stokojo deguonies, todėl slopino bakterijų veiklą ir neleido augalams visai suirti. Tokioje aplinkoje susidarė durpės. Durpes klojo kitos sąnašos ir jas slėgė. Netekusi vandens ir dujų, veikiama aukštos temperatūros bei didelio slėgio, sudurpėjusi masė virto į anglis. Jei sąnašų storis yra 1 km, tai išš 20 m durpių sluoksnio susidaro 4 m storio rusvųjų anglių klodas. Jeigu augalinė medžiaga patenka į 3 km Žemės plutos gylį, tai toks pat durpių sluoksnis virs 2 metrų storio bituminių anglių klodu. Didesniame gylyje (tarkim 6 km) ir aukštesnėje temperatūroje 20 m durpių sluoksnis tampa 1,5 m storio antracito klodu.
Akmens anglys, kaip ir nafta bei gamtinės dujos, yra organinė medžiaga. Nafta ir gamtinės dujos susidariusios daugiausia iš gyvūninės kilmės medžiagų (pavyzdžiui, planktono), o anglys susideda iš augalų liekanų, t.y. augalinės kilmės nuosėdinė uoliena; naudingoji iškasena. Susideda iš
š anglies (72–92%), vandenilio (2,5–5,7%), deguonies (1,5–15%), sieros (0,5–4%) ir azoto (~1,5%), taip pat truputį mineralinių priemaišų, kurios, anglims sudegus, sudaro pelenus. Anglyse esančias mineralinės medžiagas sudaro daugiausiai moliai, chloridai ir sulfidai. Pastarieji kelia itin didelį nerimą, nes, anglims degant, sudaro sieros dioksidą, kuris teršia atmosferą. Lakiosios medžiagos sudaro 2–45%. Drėgnis 4–14%. Peleningumas 2–45%. Tekstūra sluoksniuota, juostuota, tolygi. Spalva juoda, kartais su pilku plieninius arba tamsiai pilku atspalviu. Akmens anglys būna matinės arba stiklo, šilko blizgesio. Tankis 1280–1500 kg/m3. Degimo šiluma 30,5–36,8 MJ/kg. Pagrindinė akmens anglių technologinė savybė, apibūdinanti jų vertę, yra sukepamumas ir koksingumas. Jos vartojamos kaip buitinis ir pramoninis kuras, kaip žaliava metalurginiam koksui gauti.
Anglims susidaryti reikia gausios augalijos ir drėgno bei šilto klimato. Tokios sąlygos susidarė karbono periode, kai Žemėje plačiai tyvuliavo vandenys, o jų pakrantėmis driekėsi pelkės, apaugusios paparčių, asiūklių, kitų priešistorinių medžių miškais. Augalai puvo, grimzdo į vandenį ir kaupėsi vandens telkinių dugne. Stovintis pelkių vanduo stokojo deguonies, todėl slopino bakterijų veiklą ir neleido augalams visai suirti. Tokioje aplinkoje susidarė durpės. Durpes klojo kitos sąnašos ir jas slėgė. Netekusi vandens ir dujų, veikiama aukštos temperatūros bei didelio slėgio, sudurpėjusi masė virto į anglis. Jei sąnašų storis yra 1 km, tai iš 20 m durpių sluoksnio susidaro 4 m storio rusvųjų anglių klodas. Jeigu augalinė medžiaga patenka į 3 km Žemės plutos gylį, ta
ai toks pat durpių sluoksnis virs 2 metrų storio bituminių anglių klodu. Didesniame gylyje (tarkim 6 km) ir aukštesnėje temperatūroje 20 m durpių sluoksnis tampa 1,5 m storio antracito klodu.
Pasiskirstymas:
Anglys kasamos 60 pasaulio šalių ir yra pasiskirsčiusios tolygiau nei nafta bei gamtinės dujos. Ilgą laiką akmens anglių daugiausiai išgaudavo JAV, Didžioji Britanija, Prancūzija, Vokietija, Lenkija ir kai kurios buvusios SSSR respublikos. Pastaraisiais dešimtmečiais akmens anglių pramonė daugelyje šių šalių išgyvena krizę. Didelės gavybos išlaidos ir konkurencija pasaulio rinkoje mažina anglių gavybą tradicinėse gavybos srityse: Rūro baseine (Vokietija), vidurio Anglijoje, šiaurės Prancūzijoje, Apalačiuose (JAV). Anglių pramonės krizė pagilino ir gavybos sričių socialines problemas.
Šiuo metu padidėjo Kinijos, Indijos, PAR ir Australijos anglių paklausa. Šiose šalyse daug akmens anglių kasama karjeruose (atviruoju būdu). Karjerus lengviau eksploatuoti, kasamų anglių savikaina mažesnė, todėl lengviau konkuruoti pasaulio rinkoje. Pavyzdžiui, karjeruose po 4/5 visų anglių iškasa Kanada, Mozambikas ir Venesuela, 2/3 – Indija ir 1/3 – Australija.
Didžiausi akmens anglių baseinai: Huanghės (Kinija), Apalačų (JAV), Ruhro (Vokietija), Doneco (Ukraina), Aukštasis Silezijos (Lenkija), Minusinsko (Rusija), Pietų Velso (Didžioji Britanija). Lietuvoje, deja, akmens anglys nėra kasamos.
Vartojimas:
Anglių daugiausia naudoja jas kasančios šalys, o eksportuoja tos, kuriose anglių gavyba nereikalauja didelių išlaidų – Australija, JAV, PAR ir Kanada. Australijos ir PAR anglys Vakarų Europoje net tris kartus pigesnės nei vietinės. Daugiausia an
nglių importuoja Japonija, Pietų Korėja ir Vakarų Europos valstybės.
Dažnai didžiausius akmens anglių vartotojus (importuotojus) ir tiekėjus (eksportuotojus) skiria dideli atstumai, todėl per keletą dešimtmečių susiklostė akmens anglių transportavimo srautai. Svarbiausi iš jų yra:
• iš JAV – į Vakarų Europos ir Pietų Amerikos šalis;
• iš vakarinių Kanados provincijų ir Australijos – į Japoniją;
• iš Lenkijos ir Rusijos – į kitas Vakarų Europos šalis;
• iš PAR – į Europos ir Azijos šalis.
Skirstymas:
Pagal metamorfizacijos laipsnį anglys skirstomos į rusvąsias (65-70% anglies), akmens (daugiau kaip 75% anglies) ir antracitą (iki 95% anglies).
Pramoninė klasifikacija įvairiose šalyse yra skirtinga. JAV akmens anglys klasifikuojamos pagal degimo šilumą, grynosios anglies ir lakiųjų medžiagų santykinį kiekį, Japonijoje – pagal degimo šilumą ir kokso stiprumą (negalėjimą koksuotis), Rusijoje – pagal lakiųjų medžiagų kiekio vidurkį.

Perdirbimas:
Metalurgijoje akmens anglys naudojamos dėl savo redukcinių savybių. Redukcijos procese dalyvauja ne tik anglis C, bet ir reaguojant susidarančios CO dujos. ZnO redukuojamas 1100 °C temperatūroje, t.y. aukštesnėje, nei cinko virimo temperatūroje. Todėl sisidaro cinko garai, kuriuos kondensuojant gaunamas skystas cinkas.
ZnO(k) + C(k) Zn(d) + CO(d)
ZnO(k) + CO(d) Zn(d) + CO2(d)

C(k) + CO2(d) 2 CO(d)
Akmens anglies koksavimas – vienas pagrindinių angliavandenilių gavimo būdų. Kaitinant akmens anglis, sudėtingos organinės medžiagos pamažu suyra, sudarydamos koksą bei lakius produktus.
Koksavimas vyksta kaitinant akmens anglį be oro apie 1000 °C. Koksavimui laibiausiai tinka koksinė anglis. Lėtai kaitinant akmens anglį iki 250 °C išgaruoja H2O, išsiskiria CO ir CO2. Kaitinant iki 350 °C – į dujų pavidalą pereina deguto garai, o anglis tampa plastiška. Iki 550 °C vyksta plastiškosios anglies masės skilimas- skiriasi dujų produktai. Toliau kaitinant gauname koksą. Lakiosios medžiagos taip pat toliau skyla – vyksta polimerizacija ir kiti procesai. Jei perdirbame 1 toną akmens anglies, turėtume apytiksliai gauti 0,8 tonos kokso, iki 40 kg deguto, 10 kg benzeno, 3-4 kg NH4 ir 300 m3 koksavimo dujų. Koksas- kietos matinės juodos spalvos medžiaga. Jo organines dujas sudaro 96% C ir šiek tiek S: 1,2-1,7% kokso kokybė priklauso nuo jo mechaninio stiprumo, kaloringumo, degimo greičio ir S pelenų kiekio.
Iš akmens anglių deguto frakcinės distiliacijos būdu gaunami benzino homologai, fenolis ir kitos medžiagos. Taip pat iš anglių gali būti gaminamas ir sintetinis benzinas bei kitų rūšių skystasis kuras.
Be oro kaitinant akmens anglį išskiriamos lakiosios medžiagos, o kieta daug anglies turinti liekana vadinama koksu. Kaitinant be oro (sausai distiliuojant) medieną susidarantis produktas vadinamas medžio anglimi.
Oro pertekliuje deginant anglį ir jos junginius, susidaro tik anglies dioksidas. Pavyzdžiui, į automobilio variklį patekęs “liesas mišinys” (benzino ir oro mišinys, kuriame yra didelis oro perteklius) dega:

C8H18(s) + 25/2 O2(d) 8 CO2(d) + 9 H2O(s)

Kita vertus, trūkstant deguonies (susidarius “riebiam mišiniui”), benzinas sudega nevisiškai, susidaro anglies monoksidas. Viena iš galimų reakcijų yra:

C8H18(s) + 12 O2(d) 7 CO2(d) + CO(d) + 9 H2O(s)
Akmens anglys perdirbamos terminiu ir cheminiu būdu. Terminis perdirbimas: sausąja distiliacija akmens anglys verčiamos lakiaisiais produktais ir koksu. Koksuojamos ne visos, o tik koksinės, riebiosios, suliesintos sukepančios ir dujinės akmens anglys. Cheminis perdirbimas:
Akmens anglys verčiamos dujiniu kuru arba hidrinamos, t.y. perdirbamos į skystąjį kurą. Perdirbtų akmens anglių produktai: deginimu gaunama šiluminė energija, gazifikavimu – generatorinės dujos, pusiau koksavimu – pirminis degutas, degutinis vanduo, šviečiamosios dujos, hidrinimu – benzinas, tepalai, parafinas.
Anglys buvo pirmasis dideliais kiekiais naudotas iškastinis kuras. Jos lėmė pramoninę revoliuciją, kuri savo ruožtu turėjo įtakos anglių pramonės plėtotei – aprūpino ją tobulesne technologija, leido prasiskverbti iki gilesnių anglių klodų. Daugiau kaip 40 metų anglių naudojama vis mažiau. 1960 metais anglys teikė apie pusę pasaulio energijos; 1970 metais jų dalis jau buvo sumažėjusi 1/3 ir užleido vietą naftai ir gamtinėms dujoms, t.y. kitoms dviem svarbiausioms gaunamo kuro rūšims, vis daugiau tenkinančioms didėjančius energijos poreikius. Vis dėlto ateityje ši padėtis, matyt, keisis į priešingą pusę, kai naftos ir dujų ištekliai išseks.

Naudota literatūra:
1. Lietuva. Lietuvių enciklopedija. Penkioliktas tomas. Vilnius: Lietuvos enciklopedijų redakcija. 1990.
2. Lietuviškoji tarybinė enciklopedija. I tomas. Vilnius: Mokslas. 1976.
3. Šalna R. ir kiti. Pasaulio visuomeninė geografija. Vilnius: „Briedis“. 1999.
4. Visuotinė lietuvių enciklopedija. I tomas. Vilnius: Mokslo ir enciklopedijų leidybos institutas. 2001.
5 .Žemės ir jos gėrybės. Vilnius: Valstybinė enciklopedijų leidykla. 1992.
6. http://ausis.gf.vu.lt/mg/nr/98/9/9zgelm.html
7. http://news.mireba.lt/ml/182/tyr_saules.htm
8. G. Rudzytis, F. Feldmanas. Organinė chemija 11 klasei. Kaunas „Šviesa“ 1992

Leave a Comment