Χαρακτηριστικά και εφαρμογές ασφαλτούχου άνθρακα

Ο ασφαλτούχος και υποαφθαλμικός άνθρακας αντιπροσωπεύει περισσότερο από το 90 τοις εκατό του συνόλου του άνθρακα που καταναλώνεται στις Ηνωμένες Πολιτείες. Όταν καίγεται, ο άνθρακας παράγει μια υψηλή, λευκή φλόγα. Ο ασφαλτούχος άνθρακας είναι ο λεγόμενος επειδή περιέχει μια πίσσα-όπως ουσία που ονομάζεται πίσσα. Υπάρχουν δύο τύποι ασφαλτούχου άνθρακα: θερμική και μεταλλουργική.

Τύποι ασφαλτούχου άνθρακα

• Θερμικός άνθρακας,που συχνά ονομάζεται ατμός άνθρακα, χρησιμοποιείται σε σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής που παράγουν ατμό για ηλεκτρική και βιομηχανική χρήση. Τα τρένα που τρέχουν σε ατμό μερικές φορές τροφοδοτούνται με "λίθιο άνθρακα", ένα ψευδώνυμο για ασφαλτούχο άνθρακα.
• Μεταλλουργικός άνθρακας, που μερικές φορές αναφέρεται ως άνθρακας οπτανθρακοποίησης, χρησιμοποιείται στη διαδικασία δημιουργίας οπτάνθρακα που απαιτείται για την παραγωγή σιδήρου και χάλυβα. Ο οπτάνθρακας είναι ένας βράχος συγκεντρωμένου άνθρακα που δημιουργείται από τη θέρμανση του ασφαλτούχου άνθρακα σε εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες χωρίς αέρα. Αυτή η διαδικασία τήξης του άνθρακα απουσία οξυγόνου για την απομάκρυνση ακαθαρσιών ονομάζεται πυρόλυση.

Χαρακτηριστικά του ασφαλτούχου άνθρακα

Ο ασφαλτούχος άνθρακας περιέχει υγρασία έως περίπου 17%. Περίπου το 0,5 έως 2 τοις εκατό του βάρους του ασφαλτούχου άνθρακα είναι άζωτο. Η σταθερή περιεκτικότητά του σε άνθρακα κυμαίνεται έως 85% περίπου, με περιεκτικότητα σε τέφρα μέχρι 12% κατά βάρος.

Ο ασφαλτούχος άνθρακας μπορεί να κατηγοριοποιηθεί περαιτέρω από το επίπεδο των πτητικών υλικών που περιέχει τα υψηλά πτητικά Α, Β και C, μέση πτητικότητα και χαμηλή πτητικότητα. Η πτητική ύλη περιλαμβάνει οποιοδήποτε υλικό που απελευθερώνεται από τον άνθρακα σε υψηλή θερμοκρασία. Στην περίπτωση του άνθρακα, οι πτητικές ύλες μπορεί να περιλαμβάνουν θείο και υδρογονάνθρακες.

• Τιμή θέρμανσης: Ο ασφαλτούχος άνθρακας παρέχει περίπου 10.500 έως 15.000 BTU ανά λίβρα, όπως εξορύσσεται.
• Διαθεσιμότητα: Ο ασφαλτούχος άνθρακας είναι άφθονος. Περισσότεροι από τους μισούς διαθέσιμους πόρους άνθρακα είναι ασφαλτούχοι.
• Τοποθεσίες εξόρυξης: Στις ΗΠΑ, ο ασφαλτούχος άνθρακας βρίσκεται στο Ιλλινόις, το Κεντάκι, τη Δυτική Βιρτζίνια, τον Αρκάνσας (περιοχές Johnson, Sebastian, Logan, Franklin, Pope και Scott) και τοποθεσίες ανατολικά του ποταμού Μισισιπή.

Περιβαλλοντικές ανησυχίες

Ο ασφαλτούχος άνθρακας φωτίζει εύκολα φωτιά και μπορεί να προκαλέσει υπερβολικό καπνό και αιθάλη - σωματιδιακή ύλη - εάν καεί ακατάλληλα. Η υψηλή περιεκτικότητά του σε θείο συμβάλλει στην όξινη βροχή.

Ο ασφαλτούχος άνθρακας περιέχει το ανόργανο πυρίτη, το οποίο χρησιμεύει ως ξενιστής για ακαθαρσίες όπως το αρσενικό και ο υδράργυρος. Η καύση του άνθρακα απελευθερώνει ίχνη ορυκτών ακαθαρσιών στον αέρα ως ρύπανση. Κατά την καύση, περίπου το 95% της περιεκτικότητας σε θείο του ασφαλτούχου άνθρακα οξειδώνεται και απελευθερώνεται ως αέρια οξείδια του θείου.

Οι επικίνδυνες εκπομπές από την καύση ασφαλτούχου άνθρακα περιλαμβάνουν τα σωματίδια (PM), τα οξείδια του θείου (SOx), τα οξείδια του αζώτου (NOx), τα ιχνοστοιχεία όπως ο μόλυβδος (Pb) και ο υδράργυρος (Hg), οι ατμοί υδρογονανθράκων όπως το μεθάνιο, τα αλκάνια, και βενζόλια και πολυχλωριωμένες διβενζο-ρ-διοξίνες και πολυχλωριωμένα διβενζοφουράνια, κοινώς γνωστά ως διοξίνες και φουράνια. Όταν καίγεται, ο ασφαλτούχος άνθρακας απελευθερώνει επίσης επικίνδυνα αέρια όπως το υδροχλώριο (HCl), το υδροφθόριο (HF) και τους πολυκυκλικούς αρωματικούς υδρογονάνθρακες (PAHs).

Η ατελής καύση οδηγεί σε υψηλότερα επίπεδα PAH, τα οποία είναι καρκινογόνα. Η καύση ασφαλτούχου άνθρακα σε υψηλότερες θερμοκρασίες μειώνει τις εκπομπές μονοξειδίου του άνθρακα. Επομένως, οι μεγάλες μονάδες καύσης και οι καλά διατηρημένες μονάδες έχουν γενικά χαμηλότερη παραγωγή ρύπανσης. Ο ασφαλτούχος άνθρακας έχει χαρακτηριστικά σκωρίας και συσσωμάτωσης.

Η καύση ασφαλτούχου άνθρακα απελευθερώνει περισσότερη ρύπανση στον αέρα από ό, τι η καύση υποβουμενικού άνθρακα, αλλά λόγω της μεγαλύτερης θερμικής περιεκτικότητάς του απαιτείται λιγότερη ποσότητα καυσίμου για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Ως εκ τούτου, οι ασφαλτούχοι και υπο-ασφαλτούχοι άνθρακες παράγουν περίπου την ίδια ποσότητα ρύπανσης ανά κιλοβατώρα παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας.

επιπρόσθετες σημειώσεις

Στις αρχές του 20ού αιώνα, η εξόρυξη του ασφαλτούχου άνθρακα ήταν μια εξαιρετικά επικίνδυνη δουλειά, λαμβάνοντας κατά μέσο όρο 1.700 ανθρακωρύχους που ζουν ετησίως. Κατά τη διάρκεια της ίδιας χρονικής περιόδου, περίπου 2.500 εργαζόμενοι ετησίως παρέμειναν μόνιμα άτομα με ειδικές ανάγκες λόγω ατυχημάτων εξόρυξης άνθρακα.

Τα μικροσκοπικά σωματίδια αποβλήτων από ασφαλτούχο άνθρακα που παραμένουν μετά την προετοιμασία εμπορικού βαθμού άνθρακα ονομάζονται "πρόστιμα άνθρακα". Τα πρόστιμα είναι ελαφριά, σκονισμένα και δύσκολα χειραγωγικά και παραδοσιακά φυλάσσονταν με νερό μέσα σε ρευστοκονίες για να τους αποτρέψουν να φυσούν μακριά.

Έχουν αναπτυχθεί νέες τεχνολογίες για την ανάκτηση των προστίμων. Μια προσέγγιση χρησιμοποιεί έναν φυγοκεντρητή για να διαχωρίσει τα σωματίδια άνθρακα από το νερό της ιλύος. Άλλες προσεγγίσεις συνδέουν τα λεπτά σε μπρικέτες που έχουν χαμηλή περιεκτικότητα σε υγρασία, καθιστώντας τα κατάλληλα για χρήση καυσίμου.

Σειρά κατάταξης: Ο ασφαλτούχος άνθρακας κατέχει τη δεύτερη θέση σε θερμότητα και περιεκτικότητα σε άνθρακα σε σύγκριση με άλλους τύπους άνθρακα, σύμφωνα με την ASTM D388-05 Standard Classification of Coals by Rank.