Geoscience toepassen op de belangrijkste uitdagingen van Australië

Inleiding

steenkool wordt geclassificeerd als sedimentair gesteente. Het is een veel voorkomende niet-hernieuwbare brandstof die voornamelijk wordt gebruikt voor de productie van elektriciteit. Het is een fossiele brandstof omdat het uit dode plantenstof ontstaat. De kwaliteit van steenkool hangt af van de manier waarop het gevormd is; naarmate het organische materiaal aan Grotere hitte en druk wordt blootgesteld, neemt het koolstofgehalte toe.

eigenschappen

steenkool is een brandbaar gesteente dat voornamelijk bestaat uit koolstof en variabele hoeveelheden andere elementen, voornamelijk waterstof, zwavel, zuurstof en stikstof. Steenkool komt voor als lagen, kolenbedden of kolenlagen genoemd, die tussen andere sedimentaire rotsen worden gevonden. Steenkool is iets dichter dan water, maar minder dicht dan de meeste stenen van de aardkorst. De dichtheid varieert afhankelijk van hoe poreus (vol gaten) de kool is. Soms bevatten de poriën een gas dat methaan heet.

Koleneigenschappen variëren afhankelijk van de hoeveelheid koolstof in de kolen (kolenrang). Zwarte kool wordt zo genoemd vanwege zijn kleur; het varieert van een heldere, glanzende glans tot zeer dof, en van relatief hard tot zacht. De term “zwarte kolen” wordt in Australië gebruikt om te verwijzen naar antraciet, evenals naar bitumineuze en subbitumineuze kolen. Bruinkool wordt ook bruinkool genoemd; het bevat minder koolstof en heeft dus minder chemische potentiële energie dan zwarte steenkool en bevat meer vocht.

het Type van kolen / materiaal		Andere namen	Eigenschappen	Geschatte koolstofgehalte (droge as-basis)
Veen			Een organisch sediment. Het wordt beschouwd als een voorloper van steenkool.	minder dan 60%
bruinkool	bruinkool	gewoonlijk geel tot donkerbruin van kleur en kan een Houtachtig uiterlijk of herkenbare plantstructuren hebben.	60-70%
zwarte kool	Subbitumineuze kool	zwarte bruinkool	donkerbruin tot zwart van kleur. Het heeft geen houtachtige uitstraling en heeft vaak afwisselende banden van saai en helder materiaal.	70 tot 76%
	bitumineuze kool	zachte steenkool, stoomkolen of steenkolen.	een dicht, meestal zwart, maar soms donkerbruin gesteente, vaak met duidelijk gedefinieerde banden van helder en dof materiaal. De doffe banden kunnen sedimentaire minerale korrels bevatten.	76 tot 86%
	antraciet	steenkool	een hardere, glanzende zwarte kool. Het is de hoogste rang van steenkool, wat betekent dat het koolstofgehalte het hoogst is.	meer dan 86%

gebruikt

bruine en zwarte kolen worden meestal gebruikt als brandstof voor elektriciteitscentrales. Het verbranden van de steenkool produceert warmte die wordt gebruikt om stoom te maken, zodat de steenkool soms thermische of stoomkool wordt genoemd. De stoom laat turbines draaien om elektriciteit op te wekken. In Australië werd in 2017 steenkool gebruikt om ongeveer 60% van de elektriciteitsbehoefte van het land te produceren. Het gebruik van bruinkool voor energieopwekking is problematisch vanwege het hoge watergehalte. Het brokkelt gemakkelijk op blootstelling aan de lucht die zijn waarde als brandstof vermindert en vereist gespecialiseerde opslag. Het is ook bekend dat het spontaan ontbrandt. Sinds de jaren zeventig is de hoeveelheid aardgas die wordt gebruikt voor de opwekking van elektriciteit toegenomen en is het gebruik van steenkool voor elektriciteit geleidelijk afgenomen. De hoeveelheid broeikasgassen die wordt gegenereerd door het verbranden van gas voor energie is veel lager dan het volume dat wordt geproduceerd door het verbranden van steenkool.

bepaalde soorten bitumineuze steenkool worden gebruikt om een essentiële grondstof te maken voor de vervaardiging van staalcokes. Dit type steenkool wordt ook wel metallurgische (staal maken) steenkool en het wordt verwerkt om cokes te produceren. Cokes is een harde poreuze stof samengesteld uit ongeveer 90% koolstof, is het essentieel voor het maken van staal dat wordt gebruikt in miljoenen items zoals auto ‘s, vrachtwagens, brandweerauto’ s, koelkasten en bruggen.

kolen en turf worden in sommige delen van de wereld nog steeds gebruikt voor woon-en commerciële verwarming (bijvoorbeeld in Ierland en Finland). In zijn gedehydrateerde vorm is turf een zeer effectief absorberend middel voor brandstof-en olielozingen op land en water. Het wordt ook gebruikt als conditioner voor grond om het beter in staat te houden en langzaam water vrij te geven.

steenkool is ook een belangrijke bron van lichte aromatische koolwaterstoffen voor de chemische synthese-industrie. Als steenkool wordt verhit, kunnen de geproduceerde gassen en residuen worden gebruikt bij de productie van kunststoffen, explosieven, kleurstoffen, pek, ammoniak, medicijnen, aspirine, zeep, ontsmettingsmiddel, detergenten, nylons, cosmetica, shampoo, tandpasta, synthetisch rubber, meststoffen, cement, bakstenen en tegels. Het is een belangrijk ingrediënt dat wordt gebruikt in filters voor water-en luchtzuivering en in nierdialysemachines. Daarnaast wordt steenkool gebruikt om koolstofvezel te maken, een zeer sterk, licht materiaal dat wordt gebruikt in de bouw, mountainbikes en tennisrackets.

Jet, een compacte vorm van bruinkool, wordt soms gepolijst en wordt gebruikt als siersteen. Grafiet dat vaak geassocieerd wordt met kolen, is bijna volledig gemaakt van koolstof; het wordt meestal gebruikt in potloden en in poedervorm, als smeermiddel.

geschiedenis

het vroegst bekende gebruik van steenkool komt uit het Shenyang-gebied in China rond 4000 v.Chr., waar zwarte bruinkool in ornamenten werd gesneden. Steenkool uit de Fushun-Mijn in Noordoost-China werd al in 1000 v.Chr. gebruikt om koper te roken. Marco Polo, de Italiaan die in de 13e eeuw naar China reisde, beschreef steenkool als ” zwarte stenen … die branden als houtblokken”, en zei kolen was zo overvloedig, mensen konden drie warme baden per week.

kolen werden in Groot-Brittannië gebruikt tijdens de Bronstijd (3000-2000 v. Chr.) in brandstapels (houten structuur gebruikt om een lichaam te verbranden).Aan het einde van de tweede eeuw n.Chr. werden in Engeland en Wales steenkool gewonnen. Bewijs van de handel in kolen (gedateerd rond 200 na Christus) is gevonden in de Romeinse nederzetting bij Chester en in East Anglia. In Rijnland werden bitumineuze kolen door de Romeinen gebruikt voor het smelten van ijzererts. In 1257-1259 werd steenkool uit Newcastle upon Tyne naar Londen verscheept voor de smiths en lime-burners die de Westminster Abbey aan het bouwen waren.

gemakkelijk toegankelijke bronnen van steenkool waren in de 13e eeuw, toen de ondergrondse winning door de mijnbouw in de schacht werd ontwikkeld, grotendeels uitgeput (of konden niet aan de groeiende vraag voldoen). De alternatieve naam was ‘pitcoal’, omdat het uit mijnen kwam. Als stoommachines nam het over van water wielen tijdens de Industriële Revolutie grootschalige mijnbouw en het gebruik van steenkool groeide. In 1700 werd vijfzesde van ‘ s werelds steenkool gewonnen in Groot-Brittannië. in Australië werd zwarte steenkool voor het eerst ontdekt in Newcastle in 1791 en de kolenwinning en export begonnen in 1799. Deze vroege mijnbouwactiviteiten leverden een belangrijke bijdrage aan de vooruitgang van de Europese vestiging in Australië. De verspreiding van kolonisten naar andere locaties in Australië leidt tot verdere ontdekkingen. De winning van zwarte kolen vond plaats bij Ipswich Queensland in 1825, bij Cape Paterson in 1826 en bij Irwin River in West-Australië in 1846. De kennis over het bestaan van bruinkool in Victoria dateert uit 1857 en de Yallourn North open-cut begon de productie in 1889. In 1878 zou de Taronga Zoo de plaats zijn van een ondergrondse kolenmijn totdat het mijnbedrijf werd tegengehouden door het Parlement. In plaats daarvan werd steenkool gewonnen in Balmain tot 1931.

vorming

steenkool wordt gevormd in sedimentaire bekkens. Sedimentaire bekkens zijn gebieden waar de aarde is gedaald of gezonken. Water en sedimenten stromen dan in het bassin en ze vullen zich met lagen sedimenten. Australië ‘ s zwarte kolen bronnen variëren van Perm tot Jura in leeftijd (299 tot 145 miljoen jaar oud), hoewel de meeste zijn Perm in leeftijd. Gedurende deze tijd was het klimaat warm in Australië, en Oost-Australië, met inbegrip van het Sydney Basin werd bedekt door grote, kronkelende rivieren, moerassen, veengebieden en moerassen. De sedimenten die in deze omgevingen werden afgezet vormden uiteindelijk rotsen zoals schalie, zandsteen en steenkool. Bruinkool in Australië ontstond recenter dan de zwarte kolen. Deze zijn meestal van Paleogene leeftijd (66 tot 23 miljoen jaar oud).

steenkool is een sedimentair gesteente dat wordt gevormd wanneer overvloedig plantaardig materiaal door sedimenten wordt bedekt en het materiaal zich sneller ophoopt dan het kan bederven. Het gewicht van de bovenliggende sedimenten verdicht de organische lagen, waardoor de temperatuur en druk toenemen, wat leidt tot fysische en chemische veranderingen in het plantaardige materiaal. Water, kooldioxide en methaan worden geproduceerd en ontsnappen, zodat het materiaal wordt geleidelijk verrijkt met koolstof. Met toenemende tijd, en hogere warmte en druk, vormt het plantaardige materiaal eerst turf, dan wordt het omgezet in bruinkool, dan subbitumineuze kool, bitumineuze kool en ten slotte antraciet.

hulpbronnen

Australië heeft het op drie na grootste aandeel van de steenkoolreserves ter wereld. Sinds het einde van de jaren 1700 is in Australië ongeveer 9100 miljoen ton zwarte steenkool en ongeveer 2300 miljoen ton bruinkool gewonnen en de industrie biedt nog steeds aanzienlijke werkgelegenheid, kapitaalinvesteringen en binnenlandse en exportinkomsten naar de nationale economie.

zwarte steenkoolbronnen komen voor in Nieuw-Zuid-Wales, Queensland, Zuid-Australië, Tasmanië en West-Australië, maar Nieuw-Zuid-Wales en Queensland hebben het grootste aandeel in de totale geïdentificeerde rijkdommen van Australië. Deze twee staten zijn ook de grootste kolenproducenten. Australië ‘ s belangrijkste zwarte kolen producerende bekkens zijn de Bowen Basin (Queensland) en Sydney Basin (New South Wales). Lokaal belangrijke zwarte kolenmijnactiviteiten omvatten ook Collie in West-Australië, en Fingal en Kimbolton in Tasmanië. bruinkool komt voor in Zuid-Australië, West-Australië, Tasmanië, Queensland en Victoria. Het Gippsland Basin in Victoria bevat een aanzienlijke afzetting van wereldklasse waar naden tot 330 m dik kunnen zijn. Het Otway Basin (Victoria), het Murray Basin (Victoria en Zuid-Australië), het North St Vincents Basin (Zuid-Australië) en het Eucla Basin (West-Australië) bevatten ook belangrijke bruinkoolbronnen. Kleine bronnen komen voor in Tasmanië ‘ s Longford Basin. Momenteel wordt alleen bruinkool gewonnen in Victoria, waar de opengesneden mijnen van Loy Yang en Yallourn kolen leveren aan nabijgelegen elektriciteitscentrales. In Maddingley wordt ook bruinkool gewonnen voor de productie van bodemverbeteraars en meststoffen. Andere producten van Victoriaanse bruinkool zijn briketten voor industrieel en huishoudelijk gebruik en asarme en sulfidearme char-producten.

steenkool is een van Australië ‘ s grootste grondstoffenexport met jaarlijkse export. In 2016 exporteerde Australië vooral kolen naar Japan, India, De Europese Unie, de Republiek Korea en Taiwan; ze waren ongeveer $40 miljard waard.

verdere informatie over steenkoolbronnen en productie en de in Australië geïdentificeerde minerale hulpbronnen. in Australië wordt bijna 80% van de kolen geproduceerd uit open mijnen, in tegenstelling tot de rest van de wereld, waar de open mijnen slechts 40% van de kolenproductie voor hun rekening nemen. Opengesneden mijnbouw is mogelijk omdat kolenlagen zich dicht bij het oppervlak bevinden. Dergelijke mijnbouw is goedkoper dan ondergrondse mijnbouw en maakt het mogelijk tot 90% van de hulpbron te recupereren. Veel bruinkoolbedden liggen dicht bij het oppervlak en kunnen honderden meters dik zijn, zodat ze gemakkelijk en goedkoop kunnen worden gewonnen. Eerst wordt de bovengrond verwijderd en opgeslagen voor later gebruik bij het herstel van het verstoorde land. Het oppervlaktegesteente (de zogenaamde overbelasting) dat de kolen bedekt, wordt vervolgens met explosieven gestraald en verwijderd door graafmachines. De ongedekte kolen worden vervolgens gestraald om de lagen te breken en geladen in grote vrachtwagens die tot 300 ton materiaal kunnen bevatten. De kolen worden vervoerd naar de verwerkingsinstallatie waar onzuiverheden worden verwijderd.

kolen die dieper dan enkele honderden meters onder het oppervlak liggen, moeten met te ondergrondse winningsmethoden worden gewonnen. Sommige kolen worden gewonnen volgens de Bord and Pillar-methode. Hier snijdt een machine voortdurend in de kolen. Het tunnels door de kolenlagen verlaten pijlers ondersteund door dakbouten te houden van het dak. Een alternatief is de langbouw, waarbij een groot snijmes wordt gebruikt om de kolenlaag te snijden om de kolenlaag te verwijderen. De kolen worden vervolgens op een transportband naar de oppervlakte getransporteerd. Nadat de kolen zijn gewonnen, wordt de machine gedemonteerd en verplaatst naar een ander deel van de mijn waardoor het dak kan instorten. de vooruitgang in de techniek heeft geleid tot de invoering van geautomatiseerde mijnbouwsystemen voor langeafdelingen. Daarnaast gebruiken sommige mijnbouwbedrijven zelfrijdende vrachtwagens, treinen en drones om de veiligheid te verbeteren en informatie te verzamelen.

verwerking

zwarte kool kan zonder enige bewerking worden gebruikt, maar wordt gewoonlijk geplet, gescreend en gesorteerd volgens de behoeften van de klant. Soms wordt het ook gewassen om stukjes afval mineralen die niet branden te verwijderen. Dit verbetert de kwaliteit en vermindert de productie van AS wanneer de steenkool wordt verbrand. Om de kolen te wassen wordt het in tanks geplaatst met vloeistoffen en chemicaliën die helpen bij het terugwinnen van meer van de kolen als het naar de oppervlakte drijft. De kolen worden dan uitdrogen. Het wordt opgeslagen volgens grootte en kan worden gemengd, opnieuw volgens klantspecificaties. Van daaruit wordt het opgeslagen of opgeslagen in bakken die klaar zijn voor vervoer over de weg of per spoor.

Steenkool van lagere kwaliteit, zoals subbitumineuze of bruinkool, kan worden geraffineerd om vocht en andere onzuiverheden te verwijderen. Dit verhoogt de efficiëntie van de steenkool als brandstof en vermindert de uitstoot van broeikasgassen en andere verontreinigende stoffen, wanneer de steenkool wordt verbrand. In Victoria wordt de bruinkool opgewaardeerd door het koude proces. Een mechanische afschuiving wordt gebruikt om de kool te verpletteren tot kleine deeltjes, waardoor water vrijkomt dat in de poriën (gaten) in de kool werd gehouden. Het proces produceert een dichtere steenkool in pelletvorm.