Than đá: Một nguồn năng lượng vô cùng linh hoạt

Than đá là một loại đá trầm tích có màu sắc đen hoặc nâu đen, thường được tìm thấy ở các lớp đá chứa nhiều lớp hoặc mạch mỏ. Với khả năng đốt nó để lấy nhiệt, than đá là nguồn năng lượng lớn nhất để sản xuất điện. Cấu thành chính của than đá là cacbon, cùng với một số nguyên tố khác như hydro, oxy, nito và lưu huỳnh.

Đặc điểm của than đá

• Màu sắc chính là đen, tuy nhiên màu sắc có thể thay đổi tùy theo mỏ than, như nâu, ánh bạc, vàng, xỉn…
• Than đá có độ cứng và trọng lượng cao, với tỷ lệ cacbon lên đến 75 – 95% và chỉ có 5 – 6% độ ẩm. Nhiệt lượng cháy cao khoảng 5500 – 7500 kcal/kg.
• Hình dáng của than phụ thuộc vào tuổi than và cách chế biến, khai thác, và sử dụng máy móc trong quá trình khai thác.

Tính chất của than đá

• Độ cứng: Tùy thuộc vào nguồn gốc của mỏ than đá, độ cứng sẽ khác nhau. Thanh cách chất tạp càng ít, độ cứng càng cao.
• Độ ẩm: Độ ẩm của than đá là lượng nước còn lại trong nhiên liệu. Độ ẩm càng cao, giá trị sinh nhiệt càng thấp.
• Xỉ than: Tỉ lệ tro trong than ảnh hưởng lớn đến tính chất cháy của nó. Xỉ than có thể làm giảm nhiệt trị, gây bám bẩn cho các ống hấp thu nhiệt, giảm khả năng truyền nhiệt đi ra.
• Chất bốc: Các chất khí trong than bị phân hủy nhiệt như khí hydro, cacbuahydro, cacbonoxit, cacbonic… Tỷ lệ chất bốc càng cao, khi đốt than sẽ càng hao than.
• Nhiệt trị Q: Đây là nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy hoàn toàn 1kg than. Nhiệt trị càng cao, than càng cháy tốt và ngược lại.

Ngoài ra, than đá còn có khả năng hấp thụ các chất độc và giữ chúng trên bề mặt các chất khí, chất tan trong dung dịch hay chất hơi.

Được sử dụng trong nghiệp luyện kim

Than đá được hình thành như thế nào?

Than đá được hình thành thông qua quá trình biến đổi của thực vật chôn vùi dưới lòng đất. Thực vật này sẽ trải qua nhiều giai đoạn biến đổi từ than bùn sang than nâu (hay còn gọi là than non), sau đó từ than non chuyển thành than bán bitum, rồi thành than bitum hoàn chỉnh. Kết quả cuối cùng là than đá được hình thành.

Hiện nay, có nhiều loại than đá phổ biến như:
a. Theo mục đích sử dụng:

• Than luyện kim: Chủ yếu dùng trong ngành sản xuất thép.
• Than nhiệt: Sử dụng năng lượng khi đốt để phát điện hoặc trong ngành sản xuất xi măng.

b. Theo đặc điểm hình thái:

• Than cục: Bao gồm nhiều loại như than cục xô, hai, ba, bốn, năm, sáu, bảy, tám và nhiều loại khác.
• Than bùn: Chủ yếu là than bùn mà không có loại than nào khác.
• Than cám: Bao gồm nhiều loại như than cám 2a, 2b, 32, 3c, 4a, 4b và nhiều loại khác.

Người dùng có thể lựa chọn loại than phù hợp dựa trên nhu cầu sử dụng.

Ứng dụng của than đá

• Dùng trong công nghệ hóa khí: Khí hóa than đá được sử dụng để sản xuất khí tổng hợp, bao gồm khí cacbon monoxit và khí hydro. Khí này chủ yếu được sử dụng để đốt tuabin sản xuất điện và một phần nhỏ chuyển đổi thành nhiên liệu xăng, dầu diesel hoặc sản xuất các sản phẩm hóa chất như metanol, hydro, olefin, axit axetic, formaldehyde, amoniac, …

• Dùng trong luyện kim: Khi kim loại nóng chảy trong khuôn, than đá được đốt cháy từ từ để giải phóng khí, nhằm làm giảm áp suất và tránh cho kim loại xâm nhập vào những khoảng trống trong cát. Than đá cũng được chế biến thành than cốc, với 70% thép trên thế giới được sản xuất từ than cốc. Ngoài ra, còn có một số loại kim loại khác như đồng, nhôm cũng được làm từ than cốc.

• Dùng làm nhiên liệu đốt, năng lượng: Phần lớn sản lượng than đá khai thác được sử dụng làm nhiên liệu rắn cho quá trình sản xuất điện và đốt cháy. Than đá sau khi khai thác từ mỏ sẽ được nghiền thành bột và đốt trong lò hơi. Nhiệt lượng từ lò nung sẽ chuyển đổi nước trong lò hơi thành hơi nước để quay các tuabin và tạo ra điện.

Ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học và công nghệ, phương pháp khí hóa than tổng hợp đã được sử dụng để sản xuất điện năng. Than đá sẽ được khí hóa tạo thành khí tổng hợp, sau đó đốt trong tuabin khí để tạo ra điện. Với phương pháp này, hiệu suất tạo ra điện năng cao hơn.

• Than tinh chế: Đây là loại than đá đã được loại bỏ độ ẩm và các chất gây ô nhiễm môi trường khi cháy, sau khi trải qua một số quá trình thích hợp. Loại than này có khả năng cháy hiệu quả hơn và lượng phát thải khi cháy cũng giảm đi đáng kể.

• Các ứng dụng khác:

• Than đá tạo ra nguồn năng lượng chính để sản xuất xi măng. Các sản phẩm phụ từ quá trình đốt cháy than đá như tro bay cũng đóng vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp xi măng, bê tông và ngành xây dựng nói chung.
• Than đá có khả năng hấp thụ các chất độc nên được sử dụng trong các máy lọc nước, mặt nạ phòng độc…
• Ứng dụng trong ngành hóa học để tạo ra các sản phẩm như dược phẩm, chất dẻo, sợi nhân tạo.
• Than đá được dùng trong điêu khắc, vẽ tranh mỹ nghệ.

Lợi ích khi sử dụng than đá

• Linh hoạt: Than đá là nguồn năng lượng linh hoạt nhất. Nó không chỉ dùng để tạo ra điện mà còn là thành phần cơ bản trong việc nấu chảy sắt thép, điện phân nhôm, sản xuất giấy và các sản phẩm hóa chất.
• An toàn, dễ vận chuyển và lưu trữ: So với các nhiên liệu hóa thạch dễ cháy khác như dầu mỏ, than đá an toàn, dễ vận chuyển và lưu trữ hơn. Không cần hệ thống đường ống áp lực cao, vận chuyển than đá chỉ cần sử dụng xe tải, tàu hỏa, tàu biển…
• Dễ sử dụng: Sau khi khai thác, chúng ta có thể sử dụng than đá ngay mà không cần xử lý, trong khi nhiều loại nhiên liệu hóa thạch khác đòi hỏi quá trình xử lý lâu dài và tốn kém hoặc bị phụ thuộc vào yếu tố thời tiết.
• Giá rẻ: Lượng trữ lượng than đá lớn, dễ sử dụng, dễ vận chuyển và bảo quản, từ đó giá thành của nó rất rẻ.

Than đá đóng vai trò quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp và ứng dụng khác nhau. Với lợi ích linh hoạt và giá thành rẻ, nó là một nguồn năng lượng quan trọng đáng để khám phá và sử dụng.