Than đá là gì? Tính chất và ứng dụng của than đá. Là một loại nhiên liệu hóa thạch quan trọng, than đá đã đóng góp không nhỏ vào sự phát triển kinh tế và công nghiệp của nhiều quốc gia trên thế giới. Bài viết này sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về than đá, nguồn gốc, đặc điểm, tính chất cũng như các ứng dụng phong phú của nó trong đời sống và sản xuất.
Than đá là gì?
Than đá là một loại khoáng sản trầm tích có màu nâu đen hoặc đen, chủ yếu cấu tạo từ cacbon, đồng thời còn chứa các nguyên tố khác như nitơ, lưu huỳnh, oxi và hidro. Loại đá này thường được tìm thấy trong các tầng đá hoặc lớp khoáng chất sâu dưới lòng đất. Than đá chủ yếu được sử dụng trong việc đốt cháy để sản xuất nhiệt, là nguồn năng lượng quan trọng cho các nhà máy nhiệt điện.
Hiện nay, Trung Quốc là quốc gia đứng đầu thế giới về tiêu thụ và nhập khẩu than đá, chiếm gần một nửa sản lượng khai thác toàn cầu. Tiếp theo là Ấn Độ, với khoảng một phần mười sản lượng khai thác. Về xuất khẩu, Úc dẫn đầu, chiếm khoảng một phần ba thị trường toàn cầu, sau đó là Indonesia và Nga. Ở Việt Nam, than đá cũng là một khoáng sản quan trọng, với hoạt động khai thác và xuất khẩu đóng góp giá trị kinh tế lớn.
Tuy nhiên, ít ai biết rằng ngoài việc cung cấp năng lượng, than đá còn có rất nhiều ứng dụng khác trong các lĩnh vực khác nhau. Điều này làm cho than đá trở thành một nguyên liệu quan trọng không chỉ cho nền kinh tế mà còn cho cuộc sống hàng ngày của con người.
Tầm quan trọng của than đá trong kinh tế
Than đá là một trong những nguồn năng lượng chính trên thế giới. Nó đóng vai trò then chốt trong việc sản xuất điện năng và cung cấp năng lượng cho nhiều lĩnh vực công nghiệp. Sự phát triển của ngành công nghiệp than cũng đồng nghĩa với việc tạo ra hàng triệu việc làm và đóng góp vào ngân sách nhà nước thông qua thuế và các khoản phí khác.
Đặc biệt, trong bối cảnh hiện nay, khi nhu cầu năng lượng ngày càng tăng cao, than đá vẫn giữ vững vị trí quan trọng dù có sự cạnh tranh từ các nguồn năng lượng tái tạo như gió và mặt trời.
Xem thêm : Khí thiên nhiên là gì? Những thành phần chính và ứng dụng của khí thiên nhiên
Nguồn gốc của than đá
Than đá là một dạng nhiên liệu hóa thạch được hình thành từ thực vật bị chôn vùi dưới áp lực và nhiệt độ cao trong lớp vỏ Trái Đất. Qua hàng triệu năm, thực vật này trải qua nhiều giai đoạn biến đổi để tạo thành các mỏ than đá mà chúng ta thấy ngày nay. Ban đầu, chúng phân hủy thành than bùn dưới tác động của vi sinh vật trong môi trường kỵ khí. Sau đó, quá trình chuyển hóa tiếp theo diễn ra, hình thành than nâu (lignit), rồi đến than bán bitum, tiếp theo là than bitum hoàn chỉnh (bituminous coal). Cuối cùng, quá trình biến đổi này hoàn thiện thành than đá (anthracite). Đây là một chuỗi biến đổi phức tạp kết hợp giữa quá trình sinh học và địa chất.
Đặc điểm và tính chất của than đá
Than đá không chỉ đơn thuần là một nguồn nhiên liệu, mà còn là một hợp chất hóa học phức tạp với nhiều đặc điểm và tính chất độc đáo. Hiểu rõ về các đặc điểm này giúp chúng ta có cái nhìn tổng quát hơn về than đá và khả năng ứng dụng của nó.
Các đặc điểm và tính chất đặc trưng của than đá bao gồm:
- Trạng thái: Than đá là một chất rắn với độ cứng tương đối cao, tuy nhiên độ cứng có thể thay đổi tùy thuộc vào nguồn gốc mỏ than và hàm lượng tạp chất có trong than. Độ cứng của than sẽ cao hơn khi hàm lượng tạp chất thấp. Than đá thường có màu đen đặc trưng, nhưng cũng có thể xuất hiện màu nâu, vàng, hoặc ánh bạc tùy theo đặc điểm của từng loại than.
- Độ ẩm (%): Độ ẩm của than đá phản ánh lượng nước có trong than. Khi than đá có độ ẩm cao, giá trị sinh nhiệt của nó sẽ thấp hơn, làm giảm hiệu quả sử dụng năng lượng.
- Độ tro (xỉ than): Độ tro của than là tỷ lệ khoáng chất không cháy được trong than, tạo thành tro sau khi đốt. Tỷ lệ tro ảnh hưởng lớn đến khả năng cháy của than; càng nhiều tro thì nhiệt lượng tỏa ra sẽ càng thấp và có thể gây tắc nghẽn, làm giảm hiệu quả truyền nhiệt. Điều này dẫn đến chi phí vận hành cao hơn. Đối với than antraxit, độ tro thường dao động từ 15-30%, hoặc có thể cao hơn.
- Chất bốc (Vk%): Chất bốc là các chất khí được tạo ra từ quá trình phân hủy nhiệt của than đá trong điều kiện thiếu oxy, bao gồm các khí như hydro, cacbonic, cacbuahydro, và cacbon monoxit. Tỷ lệ chất bốc càng cao, than sẽ càng tiêu hao nhiều hơn. Những loại than đá có tuổi đời non như than bùn có tỷ lệ chất bốc rất cao, lên tới 70%, trong khi than đá có tỷ lệ chất bốc thấp hơn, dao động từ 10-45%.
- Nhiệt trị Q (Cal/g, KJ/kg): Nhiệt trị là lượng nhiệt năng được tỏa ra khi đốt cháy hoàn toàn 1 kg than. Nhiệt trị càng cao, than càng cháy hiệu quả và tỏa ra năng lượng nhiều hơn, trong khi nhiệt trị thấp có thể khiến khả năng cháy của than giảm.
Xem thêm : Than bùn là gì? Những ứng dụng của than bùn trong đời sống
Ứng dụng trong đời sống và sản xuất
Than đá không chỉ là nguồn năng lượng chính trong nhiều ngành công nghiệp mà còn có nhiều ứng dụng khác trong đời sống hàng ngày.
Than đá là nhiên liệu đốt cung cấp năng lượng
Một trong những ứng dụng quan trọng nhất của than đá là cung cấp nhiệt lượng. Từ lâu, than đá đã được sử dụng để sưởi ấm, rèn công cụ, vận hành động cơ hơi nước trong tàu thủy và xe lửa. Ngày nay, than đá chủ yếu được sử dụng trong sản xuất điện năng qua quá trình nhiệt điện. Trong đó, than đá sẽ được nghiền nhỏ và đốt trong các lò hơi, làm nóng nước và chuyển hóa thành hơi. Hơi nước này sau đó sẽ quay các tuabin trong máy phát điện để tạo ra điện năng. Khoảng 40% điện năng toàn cầu hiện nay được sản xuất từ nguồn nhiên liệu than đá.
Tuy nhiên, với sự cạn kiệt dần của nguồn tài nguyên than đá, việc sử dụng chúng trong sản xuất điện năng cần được tối ưu hóa. Các nhà máy hiện nay sử dụng công nghệ khí hóa tích hợp (IGCG) thay vì đốt trực tiếp than. Trong quá trình này, than đá được khí hóa để tạo ra khí than đá (coal gasification), sau đó đốt khí này trong tuabin khí để sản xuất điện năng.
Sử dụng trong công nghiệp luyện kim
Than đá, khi được sử dụng trong công nghệ luyện kim, là loại than cốc. Đây là một dạng than bitum có hàm lượng lưu huỳnh thấp, được sản xuất qua quá trình nung than đá trong môi trường không có oxy ở nhiệt độ cao (lên đến 1000°C), nhằm loại bỏ các thành phần dễ bay hơi và giữ lại cacbon. Than cốc chủ yếu được sử dụng làm nhiên liệu và chất khử trong quá trình nấu chảy quặng sắt để sản xuất gang và thép. Ngoài ra, than cốc còn được sử dụng trong việc luyện kim các kim loại khác như đồng và nhôm. Trong công đoạn nung kim loại, than cốc giúp giảm áp suất và ngăn ngừa kim loại xâm nhập vào các khoảng trống của cát.
Sản xuất khí tổng hợp
Than đá cũng được dùng để sản xuất khí tổng hợp, bao gồm carbon monoxide (CO) và hydro (H2). Những loại khí này được sử dụng trong các tuabin khí để tạo điện năng, và cũng có thể được sử dụng để chế biến các nhiên liệu khác như xăng, dầu diesel thông qua quá trình Fischer-Tropsch. Ngoài ra, khí tổng hợp từ than còn có thể dùng để sản xuất các hợp chất hóa học quan trọng như metanol, axit axetic, formaldehyde và amoniac.
Trong quá trình khí hóa, than đá được trộn với oxy và hơi nước, sau đó được đun nóng ở áp suất cao để sản xuất khí tổng hợp.
Than tinh chế
Than tinh chế là loại than đã được loại bỏ độ ẩm cùng các thành phần gây ô nhiễm môi trường. Việc sử dụng than đá đã qua tinh chế giúp nâng cao hiệu quả đốt cháy và giảm thiểu lượng khí thải độc hại trong quá trình đốt.
Ứng dụng khác
Than đá cũng là nguyên liệu quan trọng trong sản xuất các hóa chất khác thông qua quá trình khí hóa. Các sản phẩm chính từ khí tổng hợp bao gồm methanol, hydro, carbon monoxide, olefin, axit axetic, formaldehyde và amoniac.
Than đá còn tham gia vào sản xuất xi măng, chất dẻo, sợi nhân tạo và các vật liệu hấp thụ độc tố, được ứng dụng trong các máy lọc nước và mặt nạ phòng độc.
Ngoài ra, than đá còn được sử dụng trong các lĩnh vực như điêu khắc và hội họa.
Lời kết
Than đá là một nguồn tài nguyên quý giá với nhiều ứng dụng trong đời sống và sản xuất. Với đặc điểm và tính chất đa dạng, than đá không chỉ phục vụ nhu cầu năng lượng mà còn góp phần vào sự phát triển của nhiều ngành công nghiệp. Tuy nhiên, chúng ta cũng không thể lơ là trước những tác động tiêu cực mà nó gây ra cho môi trường.
Xem thêm : Mua hoá chất cơ bản giá tốt và chất lượng
