Applicare la geoscienza alle sfide più importanti dell’Australia

Introduzione

Il carbone è classificato come roccia sedimentaria. È un comune combustibile non rinnovabile utilizzato principalmente nella produzione di elettricità. È un combustibile fossile perché si forma da materia vegetale morta. La qualità del carbone dipende da come si è formato; poiché la materia organica è sottoposta a maggiore calore e pressione, il contenuto di carbonio aumenta.

Proprietà

Il carbone è una roccia combustibile composta principalmente da carbonio insieme a quantità variabili di altri elementi, principalmente idrogeno, zolfo, ossigeno e azoto. Il carbone si presenta come strati, chiamati letti di carbone o giunture di carbone, che si trovano tra altre rocce sedimentarie. Il carbone è leggermente più denso dell’acqua, ma meno denso della maggior parte delle rocce della crosta terrestre. La densità varia a seconda di quanto sia poroso (pieno di buchi) il carbone. A volte i pori contengono un gas chiamato metano.

Le proprietà del carbone variano a seconda della quantità di carbonio presente nel carbone (rango del carbone). Il carbone nero è così chiamato a causa del suo colore; varia dall’avere una lucentezza brillante e brillante all’essere molto opaco e dall’essere relativamente duro a morbido. Il termine “carbone nero” è usato in Australia per riferirsi all’antracite, così come ai carboni bituminosi e sub-bituminosi. Il carbone marrone è anche chiamato lignite; contiene meno carbonio e quindi ha meno energia potenziale chimica del carbone nero e ha più umidità in esso.

il Tipo di carbone / materiale		Altri nomi	Proprietà	Approssimativa contenuto di carbonio (secco senza ceneri base)
Torba			Un sedimento organico. È considerato un precursore del carbone.	Meno del 60%
Lignite			Di solito di colore da giallo a marrone scuro e può avere un aspetto legnoso o strutture vegetali riconoscibili.	dal 60 al 70%
Carbone nero	Carbone sub-bituminoso	Lignite nera	Di colore da marrone scuro a nero. Non ha un aspetto legnoso e spesso ha bande alternate di materiale opaco e luminoso.	dal 70 al 76%
	Carbone bituminoso	Carbone dolce, carbone a vapore o carbone di roccia.	Una roccia densa, solitamente nera, ma a volte marrone scuro, spesso con bande ben definite di materiale brillante e opaco. Le bande opache possono contenere grani minerali sedimentari.	76-86%
	Antracite	Carbon fossile	Un carbone nero più duro e lucido. È il più alto grado di carbone che significa che il contenuto di carbonio è più alto.	Oltre l ‘ 86%

Utilizza

Carbone marrone e nero sono per lo più utilizzati come fonte di combustibile per le centrali elettriche. Bruciare il carbone produce calore che viene utilizzato per fare vapore, quindi il carbone è talvolta chiamato carbone termico o vapore. Il vapore gira turbine per generare elettricità. In Australia nel 2017 il carbone è stato utilizzato per produrre circa il 60% del fabbisogno elettrico della nazione. L’utilizzo di lignite per la produzione di energia è problematico a causa dell’elevato contenuto di acqua. Si sbriciola facilmente sull’esposizione all’aria che riduce il suo valore come combustibile e richiede lo stoccaggio specializzato. È stato anche conosciuto per bruciare spontaneamente. Dal 1970 la quantità di gas naturale utilizzato per generare elettricità è aumentata e c’è stato un graduale declino nell’uso del carbone per l’energia. La quantità di gas serra generati dalla combustione di gas per l’energia è molto inferiore al volume prodotto dalla combustione del carbone.

Alcuni tipi di carbone bituminoso sono utilizzati per fare una materia prima essenziale per la produzione di acciaio — coke. Questo tipo di carbone è anche chiamato carbone metallurgico (acciaio) e viene lavorato per produrre coke. Il coke è una sostanza porosa dura composta da circa il 90% di carbonio, è vitale per la produzione di acciaio che viene utilizzato in milioni di articoli come automobili, camion, autopompe antincendio, frigoriferi e ponti.

Il carbone e la torba sono ancora utilizzati per il riscaldamento residenziale e commerciale in alcune parti del mondo (ad esempio, Irlanda e Finlandia). Nella sua forma disidratata, la torba è un assorbente altamente efficace per le fuoriuscite di carburante e petrolio sulla terra e sull’acqua. Viene anche usato come condizionatore per il suolo per renderlo più in grado di trattenere e rilasciare lentamente l’acqua.

Il carbone è anche un’importante fonte di idrocarburi aromatici leggeri per l’industria della sintesi chimica. Se il carbone viene riscaldato, i gas e i residui prodotti possono essere utilizzati nella produzione di materie plastiche, esplosivi, coloranti, pece, ammoniaca, medicinali, aspirina, sapone, disinfettante, detergenti, calze di nylon, cosmetici, shampoo, dentifricio, gomma sintetica, fertilizzanti, cemento, mattoni e piastrelle. È un ingrediente importante utilizzato nei filtri per la purificazione dell’acqua e dell’aria e nelle macchine per la dialisi renale. Inoltre il carbone viene utilizzato per produrre la fibra di carbonio, un materiale molto resistente e leggero utilizzato nelle costruzioni, nelle mountain bike e nelle racchette da tennis.

Il getto, una forma compatta di lignite, è talvolta lucidato ed è stato usato come pietra ornamentale. Grafite che è spesso associato con il carbone, è quasi interamente in carbonio; è per lo più utilizzato in matite e quando in polvere, come lubrificante.

Storia

Il primo uso riconosciuto del carbone proviene dalla zona di Shenyang in Cina intorno al 4000 AC, dove la lignite nera è stata scolpita in ornamenti. Il carbone proveniente dalla miniera di Fushun, nel nord-est della Cina, era usato per annusare il rame già nel 1000 AC. Marco Polo, l “italiano che ha viaggiato in Cina nel 13 ° secolo, descritto carbone come” pietre nere … che bruciano come tronchi”, e ha detto che il carbone era così abbondante, la gente poteva prendere tre bagni caldi a settimana.

Il carbone è stato utilizzato in Gran Bretagna durante l’età del bronzo (3000-2000 AC) in pire funerarie (struttura in legno utilizzata per bruciare un corpo).I Romani stavano estraendo carbone in Inghilterra e Galles entro la fine del secondo secolo DC. Prove del commercio di carbone (datate a circa 200 d.C.) sono state trovate nell’insediamento romano vicino a Chester e nell’Anglia orientale. In Renania, i depositi di carbone bituminoso erano usati dai Romani per la fusione del minerale di ferro. Nel 1257-59, carbone da Newcastle upon Tyne è stato spedito a Londra per gli fabbri e calce-bruciatori che stavano costruendo Abbazia di Westminster.

Le fonti di carbone facilmente accessibili erano in gran parte esaurite (o non potevano soddisfare la crescente domanda) dal 13 ° secolo, quando fu sviluppata l’estrazione sotterranea mediante estrazione di alberi. Il nome alternativo era ‘pitcoal’, perché proveniva dalle miniere. Mentre i motori a vapore subentravano alle ruote idrauliche durante la rivoluzione industriale, l’estrazione su larga scala e l’uso del carbone crescevano. Nel 1700, cinque sesti del carbone mondiale furono estratti in Gran Bretagna.

In Australia, il carbone nero fu scoperto per la prima volta a Newcastle nel 1791 e l’estrazione del carbone e le esportazioni iniziarono nel 1799. Queste prime attività di estrazione del carbone hanno dato un contributo significativo al progresso dell’insediamento europeo in Australia. La diffusione di coloni in altre località in Australia portano a ulteriori scoperte. L’estrazione del carbone nero avvenne nei pressi di Ipswich Queensland nel 1825, a Cape Paterson, Victoria nel 1826 e a Irwin River, nell’Australia occidentale nel 1846. La conoscenza dell’esistenza della lignite a Victoria risale al 1857 e la Yallourn North open-cut iniziò la produzione nel 1889. Nel 1878, lo zoo di Taronga doveva essere il sito di una miniera di carbone sotterranea fino a quando la compagnia mineraria non fu fermata dal Parlamento. Invece, il carbone è stato estratto a Balmain fino al 1931.

Formazione

Il carbone si forma in bacini sedimentari. I bacini sedimentari sono regioni in cui la Terra si è abbassata o affondata. Acqua e sedimenti poi fluiscono nel bacino e si riempiono di strati di sedimenti. Le risorse di carbone nero dell’Australia vanno dal Permiano al Giurassico in età (da 299 a 145 milioni di anni), anche se la maggior parte sono di età permiana. Durante questo periodo, il clima era caldo in Australia, e l’Australia orientale, incluso il bacino di Sydney, era coperta da grandi fiumi serpeggianti, paludi, paludi e paludi. I sedimenti depositati in questi ambienti alla fine formarono rocce come scisto, arenaria e carbone. Il carbone marrone in Australia si è formato più recentemente dei carboni neri. Questi sono per lo più di età Paleogene (66 a 23 milioni di anni).

Il carbone è una roccia sedimentaria formata quando abbondante materiale vegetale è coperto da sedimenti e il materiale si accumula più velocemente di quanto possa decadere. Il peso dei sedimenti sovrastanti compatta gli strati organici, aumentando la temperatura e la pressione, il che porta a cambiamenti fisici e chimici del materiale vegetale. Acqua, anidride carbonica e metano vengono prodotti e fuoriescono, quindi il materiale si arricchisce progressivamente di carbonio. Con l’aumentare del tempo e l’aumento del calore e della pressione, il materiale vegetale si forma prima in torba, poi viene convertito in lignite, quindi carbone sub-bituminoso, carbone bituminoso e infine antracite.

Risorse

L’Australia ha la quarta più grande quota di riserve di carbone nel mondo. Dalla fine del 1700 circa 9100 milioni di tonnellate di carbone nero e circa 2300 milioni di tonnellate di lignite sono state estratte in Australia e l’industria fornisce ancora occupazione significativa, investimenti di capitale e reddito nazionale e di esportazione per l’economia nazionale.

Le risorse di carbone nero si verificano nel Nuovo Galles del Sud, nel Queensland, nell’Australia meridionale, in Tasmania e nell’Australia occidentale, ma il New South Wales e il Queensland hanno la quota maggiore delle risorse totali identificate in Australia. Questi due stati sono anche i maggiori produttori di carbone. I principali bacini di produzione di carbone nero in Australia sono il bacino di Bowen (Queensland) e il bacino di Sydney (Nuovo Galles del Sud). A livello locale importanti operazioni di estrazione del carbone nero includono anche Collie in Australia occidentale, e Fingal e Kimbolton in Tasmania.

Lignite si verifica in Australia Meridionale, Australia occidentale, Tasmania, Queensland e Victoria. Il bacino di Gippsland a Victoria contiene un notevole deposito di livello mondiale in cui le cuciture possono essere spesse fino a 330 m. Il bacino di Otway (Victoria), il bacino di Murray (Victoria e Australia meridionale), il bacino di North St Vincents (Australia meridionale) e il bacino di Eucla (Australia occidentale) contengono anche significative risorse di lignite. Risorse minori si verificano nel Longford Basin della Tasmania. Attualmente, la lignite viene estratta solo a Victoria, dove le miniere a cielo aperto di Loy Yang e Yallourn forniscono carbone alle vicine centrali elettriche. A Maddingley si estrae anche la lignite per produrre condizionatori e fertilizzanti. Altri prodotti della lignite vittoriana sono le bricchette per uso industriale e domestico e i prodotti a basso contenuto di ceneri e a basso contenuto di solfuro.

Il carbone è una delle più grandi esportazioni di materie prime in Australia con esportazioni annuali. Nel 2016 le esportazioni di carbone dall’Australia sono andate principalmente in Giappone, India, Unione Europea, Repubblica di Corea e Taiwan; valevano circa billion 40 miliardi.

Ulteriori informazioni sulle risorse di carbone e sulla produzione e sulle risorse minerarie identificate in Australia.

Mining

In Australia, quasi l ‘ 80% del carbone è prodotto da miniere a cielo aperto, a differenza del resto del mondo dove l’estrazione a cielo aperto rappresenta solo il 40% della produzione di carbone. L’estrazione a taglio aperto è possibile perché le giunture di carbone sono vicine alla superficie. Tale estrazione è più economica dell’estrazione sotterranea e consente un recupero fino al 90% della risorsa. Molti letti di lignite si trovano vicino alla superficie e possono essere spesse centinaia di metri, quindi possono essere estratti facilmente ed economicamente. In primo luogo il terriccio viene rimosso e conservato per l’uso in seguito nel ripristino della terra disturbata. La roccia superficiale (chiamata sovraccarico) che copre il carbone viene quindi fatta saltare con esplosivi e rimossa dagli escavatori. Il carbone scoperto viene a sua volta fatto saltare per rompere gli strati e caricato in grandi camion che possono contenere fino a 300 tonnellate di materiale. Il carbone viene trasportato all’impianto di trasformazione dove vengono rimosse le impurità.

Il carbone che è più profondo di poche centinaia di metri sotto la superficie deve essere estratto utilizzando metodi di estrazione troppo sotterranei. Un po ‘ di carbone viene estratto con il metodo Bord e Pillar. Questo è dove una macchina taglia continuamente nel carbone. Tunnel attraverso le giunture di carbone lasciando pilastri sostenuti da bulloni del tetto per sostenere il tetto. Un’alternativa è longwall mining, che utilizza una grande lama di taglio per tagliare attraverso lo strato di carbone per rimuovere la cucitura di carbone. Il carbone viene quindi trasportato in superficie su un nastro trasportatore. Dopo che il carbone è stato estratto, la macchina viene smontata e trasferita in un’altra sezione della miniera, consentendo al tetto di crollare dietro.

I progressi tecnologici hanno portato all’introduzione di sistemi automatici di estrazione a lunga parete. Inoltre, alcune compagnie minerarie utilizzano camion, treni e droni senza conducente per migliorare la sicurezza e raccogliere informazioni.

Elaborazione

Il carbone nero può essere utilizzato senza alcuna elaborazione, ma di solito viene schiacciato, vagliato e ordinato in base alle esigenze del cliente. A volte viene anche lavato per rimuovere eventuali pezzi di minerali di scarto che non bruciano. Ciò migliora la qualità e riduce la produzione di cenere quando il carbone viene bruciato. Per lavare il carbone viene posto in serbatoi con liquidi e prodotti chimici che aiutano a recuperare più carbone mentre galleggia in superficie. Il carbone viene quindi lasciato asciugare. È immagazzinato secondo la dimensione e può essere mescolato, ancora secondo le specifiche del cliente. Da lì è immagazzinato o immagazzinato in bidoni pronti per il trasporto su strada o su rotaia.

Carbone di qualità inferiore come il carbone sub-bituminoso o marrone può essere raffinato per rimuovere l’umidità e altre impurità. Ciò aumenta l’efficienza del carbone come combustibile e riduce le emissioni di gas serra e altri inquinanti, quando il carbone viene bruciato. A Victoria la lignite viene potenziata con il processo Coldry. Un taglio meccanico è usato per schiacciare il carbone in piccole particelle, rilasciando acqua che è stata tenuta nei pori (fori) nel carbone. Il processo produce un carbone più denso in forma di pellet.