Вугілля
Материал из Клуб Слідопитів
Що таке вугілля?
Корисна копалина, осадова порода(переважно чорного або бурого кольору), що використовується як паливо, сировина для хімічних реакцій і для інших технічних і технологічних потреб. Вугілля в основному складається з вуглецю зі змінною кількістю інших елементів, головним чином водню, сірки, кисню та азоту. Утворилося вугілля з частин стародавніх рослин, що опинилися під землею, під великим тиском і без доступу кисню.
Прочитайте історію про потоп у Буття 6-8 розділах і пов’яжіть події, описані в цій історії, з тим, як утворилося вугілля. Як розповідь про потоп у книзі Буття порівнюється з іншими теоріями про утворення вугілля та обговоріть у малій групі групі припущення, які кожна теорія повинна зробити, і вашу думку щодо теорій.
Вчені мають теорію, що залишки стародавніх рослин тривалий час накопичувалися в низинах (болотах і ярах), утворюючи торфовища, які з плином часу опинялися під товстим шаром ґрунту, без кисню і під великим тиском, унаслідок чого органіка переставала гнити. Перебуваючи довгий час під впливом цих чинників, рослини перетворилися на викопне вугілля.
У книзі Буття описано, як великі маси води затопили всю землю, з чого можна зробити висновок, що частина тамтешньої рясної рослинності могла опинитися під великим шаром ґрунту, де і зазнала реакції, описаної сучасними вченими.
Чому вугілля називають викопним паливом? Які є інші види викопного палива і чому важливо економити викопне паливо та досліджувати відновлювані джерела палива/енергії? Наскільки ваша місцева електрична компанія покладається на викопне паливо?
Вугілля - корисна копалина, тобто утворення земної кори органічного походження, яке ефективно використовується як паливо і на виробництві.
Викопним паливом крім вугілля є так само нафта і природний газ. Так само можна згадати горючі сланці (сланцева нафта/газ) і торф.
Вчені роблять припущення, що викопне паливо має досить обмежені обсяги, через що бездумне його розроблення незабаром призведе до дефіциту. Відновлювані джерела енергії (сонячні/вітряні/гідро електростанції, біопаливо, мирний атом) допоможуть уникнути кризи.
Дайте визначення таких одиниць теплоти:
Британська теплова одиниця (BTU) (імперська система одиниць тепла)
Британська теплова одиниця (BTU) - це кількість тепла, необхідна для підвищення температури 1 фунта води на 1 градус Фаренгейта.
Кілоджоуль (кДж) (метрична система одиниць тепла)
Кілоджоуль - кратна одиниця від джоуля (кДж - де «к» - кіло, 10^3). Джоуль дорівнює роботі, що здійснюється силою в один ньютон при переміщенні маси на відстань одного метра в напрямку дії сили.
Перелічіть три основні способи використання вугілля сьогодні та три основні види використання вугілля протягом історії людства.
Три способи використання вугілля сьогодні:
- Виробництво електроенергії. Вугілля спалюють на електростанціях, щоб нагрівати воду й обертати турбіни парою, що утворилася.
- Металургія. Вугілля використовується для виплавки чавуну і сталі. У доменних печах вугілля перетворюють на кокс, який служить відновником залізної руди.
- Хімічна промисловість. Вугілля переробляють у різні хімічні продукти, для виробництва таких продуктів, як пластмаси, добрива та інше.
Протягом людства:
- Опалення та приготування їжі. Вугілля стало другим паливом після дерева, яке використовувало людство.
- Парові машини і транспорт. Вугілля стало основним паливом для роботи парових машин на заводах і фабриках. Так само воно дозволило поліпшити транспортні можливості, ставши паливом для суден і локомотивів.
- Промислове виробництво. Вугілля стало чудовим мінералом для металургії, хімічної промисловості та виробництва енергії.
Перелічіть три переваги і три недоліки використання вугілля як палива.
Три переваги:
- Вугілля широко поширене і відносно легко видобувається.
- Низька вартість.
- Висока тепловіддача. Під час спалювання вугілля виділяється велика кількість енергії
Три недоліки:
- Забруднення навколишнього середовища. Викиди (гази, тверді частинки), вироблені під час використання вугілля, призводять до зміни клімату, погіршення якості повітря і кислотних дощів.
- Велика кількість відходів (зола, шлаки). Відходи, вироблені промисловістю, потребують безпечного зберігання та утилізації.
- Виснаження ресурсів. Джерела вугілля можуть виснажитися, а місця видобутку матимуть негативний вплив на екосистеми, розташовані поруч.
Перелічіть чотири основні екологічні наслідки використання вугілля. Якими методами це можна пом'якшити?
Чотири основні екологічні наслідки:
- Викиди газів у навколишнє середовище під час видобутку і спалювання вугілля.
- Забруднення середовища вугільним пилом.
- Кислотні дощі.
- Накопичення токсичних відходів.
Якими методами можна пом'якшити:
- Нові технології дають змогу вловлювати і зберігати газ під землею
- Інші технології так само дають змогу трансформувати і спалювати вугілля, зменшуючи викиди шкідливих речовин.
- Встановлення спеціальних фільтрів, для газів і частинок.
- Перехід на альтернативні джерела енергії.
Опишіть принаймні три способи відкритого видобутку вугілля (на поверхні) та три методи закритого (підземного) видобутку вугілля. Дослідіть і визначте найближчий до вашого дому спосіб видобутку вугілля.
Відкритий видобуток:
- Видобуток на вершинах гір: Верхівка гори віддаляється, щоб дістатися до покладів вугілля або іншої корисної копалини.
- Контурна розробка: Видобуток ведеться вздовж контуру гори на рівні покладів.
- Видобуток уздовж відвалу або з використанням шнекового буріння: Метод передбачає буріння уздовж відвалу або використання шнека для видобутку покладів.
- Районний видобуток: Містить використання техніки, такої як драглайн, для зняття поверхневого шару землі та видобутку вугілля.
Закритий:
- Штольнева шахта: Видобуток ведеться через горизонтальний тунель, що прокладається в бік родовища.
- Похила шахта: Видобуток здійснюється через похилий тунель, що йде під землю до покладів.
- Вертикальна шахта: Видобуток ведеться через вертикальну шахту, яка веде до підземних покладів.
Обговоріть три основні небезпеки підземного видобутку вугілля та те, що робиться для їх зменшення.
- Підземні пожежі
- Падіння каменю зі стелі або зі стінок проїжджої частини
- Вибухи метану та вугільного пилу
Заходи щодо зменшення ймовірності виникнення подібних ситуацій:
1 Підземні пожежі:
- Встановлення систем пожежогасіння
- Постійний моніторинг температури та газів у шахті.
- Ізоляція ділянок, схильних до самозаймання вугілля.
- Використання негорючих матеріалів для кріплення та обладнання.
- Регулярне видалення та зрошення вугільного пилу.
2 Падіння каменю зі стелі або зі стінок проїжджої частини:
- Застосування кріплення (горизонтального і вертикального) для зміцнення стін і стель.
- Регулярні огляди стану кріплення і гірських порід.
- Використання анкерних болтів і сітки для додаткового утримання каменів.
- Контроль і моніторинг сейсмічної активності.
3 Вибухи метану та вугільного пилу:
- Ефективна вентиляція для видалення метану та вугільного пилу з шахти.
- Постійний моніторинг концентрації метану та вугільного пилу.
- Використання пиловловлювачів і системи пилопригнічення.
- Застосування вибухобезпечних електричних і механічних пристроїв.
- Регулярна дегазація вугільних пластів.
Зберіть фотографії або зразки та вмійте ідентифікувати чотири основні види вугілля:
Буре вугілля
Вугілля антрацит
Суббітумінозне вугілля *
Бітумінозне вугілля **
Знати характеристики кожного з чотирьох*** основних видів вугілля, зокрема: відсоток вуглецю; колірна гамма і особливості зовнішнього вигляду; де використовується; теплова здатність або питома телота згоряння; райони видобутку; та інші цікаві факти.
Отримайте хоча б один зразок вугілля.
Вивчіть і запишіть якомога більше спостережень щодо зразків, які у вас є, включаючи колір, твердість, лущення тощо.
Використовуючи отримані знання, визначте тип вугілля.
Спробуйте запалити шматок вугілля запальничкою або сірником. Наскільки легко можна запалити зразок(и) порівняно з іншими горючими матеріалами?
Подрібніть матеріал у порошок і повторіть дослід. Які були результати?
Виконайте одну з таких дій:
Відвідайте вугільну шахту та обговоріть те, що ви дізналися.
Відвідайте музей вугільної промисловості та проведіть обговорення в групі того, що ви дізналися.
Якщо поблизу немає вугільної шахти чи музею, подивіться відео про видобуток вугілля та обговоріть у групі те, що ви дізналися.
Вивчіть напам’ять Римлян 8:28. Обговоріть, як погані події у вашому житті або в житті когось із ваших знайомих стали паливом для кращих речей, приблизно так само, як повінь у книзі Буття створила вугілля.
Примітки перекладача:
* в Україні суббітумізоване вугілля, на відміну від США не виділяють в окремий клас, а віднсять до бурого вугілля
** аналогічна ситуація і з бітумізованним вугіллям - в нашій класифікації його відносять до кам'яного вугілля і приблизно відповідає українським маркам коксівного вугілля Ж, К, П
*** як зазначалося раніше, в нашій класифікації розрізняють три види вугілля: антрацит, кам'яне і буре
