همین حالا در   کاریزما   ثبت نام   کنید

نگاهی جامع به صنعت زغال سنگ

تاریخ انتشار : 1400/10/11 13:27:59 تعداد بازدید : 355 زمان مطالعه دقیقه

نویسنده : سیده مریم حسینی

زغال سنگ چیست؟

زغال سنگ (coal)  سوخت رایجی است که در بسیاری از کارخانه ها و حتی در صنایع بزرگ استفاده می شود. زغال سنگ از نظر منشاء اساسا یک سنگ رسوبی قابل احتراق است که در برخی نقاط زمین به عنوان بستر یا رگه های زغال سنگ یافت می شود. رنگ این ماده معمولا سیاه یا قهوه ای مایل به سیاه است و شکل گیری آن معمولا میلیون ها سال به طول می انجامد.

زغال سنگ به طور عمده توسط فرآیند های زمین شناسی تشکیل می شود و نوعی سوخت فسیلی است که سالها پیش از بقایای گیاهان مرده ایجاد شده است. این ماده به عنوان یک منبع انرژی غیرقابل تجدید طبقه بندی شده است و از عناصری مانند کربن، گوگرد، هیدروژن، نیتروژن و اکسیژن تشکیل شده است بر این اساس فرمول زغال سنگ کاملا مشخص نیست.

 نگاهی جامع به صنعت زغال سنگ

کاربردهای زغال سنگ

تولید برق

زغال سنگ به طور کلی در تولید برق حرارتی استفاده می شود. بدین ترتیب که در دمای بالا می سوزد و آب را به بخار تبدیل می کند. از این بخار برای چرخاندن توربین ها با سرعت زیاد در یک میدان مغناطیسی قوی استفاده می شود و سرانجام برق تولید می شود.

تولید فولاد

در صنعت فولاد از زغال سنگ به طور غیرمستقیم برای ساخت فولاد استفاده می شود. آنچه در اینجا اتفاق می افتد این است که زغال سنگ در کوره ها پخته می شود تا کک زغال سنگ ایجاد شود. پس از شکل گیری، تولید کنندگان از کک زغال سنگ برای ذوب سنگ آهن و ساخت فولاد استفاده میکنند. در همین حال گاز آمونیاک معمولا از کوره های کک بازیابی می شود و از این ماده برای تولید اسید نیتریک، نمک های آمونیاک و کودها استفاده می شود.

صنایع

زغال سنگ برای تولید محصولات خاص استفاده میکنند. برخی از صنایع معروف که از زغال سنگ استفاده میکنند شامل صنایع سیمان، صنعت کاغذ و آلومینیوم، صنایع شیمیایی و دارویی است. زغال سنگ مواد اولیه بی شماری مانند بنوزل، قطران ذغال سنگ، سولفات آمونیاک، کریزوت و .. را در صنایع شیمیایی تامین میکند ولی بیشتر به عنوان منبع انرژی استفاده میشود.

تبدیل به گاز و مایع

زغال سنگ می تواند به یک گاز مصنوعی تبدیل شود که مخلوطی از مونوکسید کربن و هیدروژن است. این گازها یک محصول واسطه هستند که بیشتر به محصولات مختلف مانند اوره، متانول، هیدورژن خالص و غیره تبدیل شود. زغال سنگ همچنین می تواند به مایع تبدیل شود که به عنوان سوخت های مصنوعی شناخته می شود.

با این حال مواد شیمیایی تولید شده از زغال سنگ در درجه اول برای تولید محصولات دیگر استفاده میشود. علاوه بر این بیشتر محصولات موجود در بازار حاوی زغال سنگ یا حاوی محصولات فرعی زغال سنگ به عنوان یکی ازاجزاء خود هستند. برخی از آنها شامل آسپرین، حلال ها، صابون، رنگ، پلاستیک و الیاف شامل نایلون و ریون است.

محصولات تخصصی

زغال سنگ همچنین یک ماده اساسی در تولید محصولات ویژه مانند کربن فعال، فیبر کربن و فلزات سیلیکون است.

مصارف خانگی

در مناطق سردسیر و در کشور های در حال توسعه یا توسعه نیافته هنوز از زغال سنگ به عنوان سوخت برای پخت و پز و منبع گرما استفاده میشود.

 

مراحل مختلف تشکیل زغال سنگ

فشار و دما بر توده‌های گیاهی مدفون شده وارد می‌شود، تحت شرایط مساعد، درجات مختلفی از دگرگونی ایجاد می‌شود که در زیر به طور مختصر مرور می‌شوند:

تورب (پیت)

تورب یا پیت اولین مرحله از دگرگونی بقایای گیاهی در جهت تبدیل شدن به زغال سنگ است. تورب به توده‌ی متراکمی از گیاهان گفته می‌شود که طور ناقص تجزیه شده‎اند. در این مرحله، هنوز نمی‌توان توده‌ی گیاهی مرده را زغال نامید. پوده‌ها را می‌توان از پوده زارها جمع آوری کرد و به عنوان سوخت مورد استفاده قرار داد.

لیگنیت

لینگنیت یا زغالسنگ قهوه‌ای را می‌توان پایین ترین درجه‌ی «زغال سنگ» به شمار آورد (درجه از نظر میزان زغال شدگی). از لیگنیت فقط برای تولید انرژی برق در نیروگاه‌ها استفاده می‌شود. اما باید به این نکته توجه نمود که دارای بیشترین آسیب برای سلامتی و محیط زیست است.

زغال شبه-بیتومینه (زغال سنگ تحت قیر)

زغال شبه-بیتومینه (نیمه بیتومینه)، به نوعی از زغال سنگ گفته می‌شود که درجۀ زغال شدگی آن بین لیگنیت و زغال بیتومینه است. از این نوع زغال سنگ نیزجهت تولید انرژی الکتریسیته استفاده می‌شود.

زغال سنگ بیتومینه (زغال سنگ قیر)

زغال بیتومنیه یک سنگ رسوبی چگال، معمولاً رنگ آن سیاه یا قهوه‌ای تیره و اغلب همراه با نوارهای روشن و کدر است. مهمترین کاربرد زغال بیتومینه، تولید انرژی برق می باشد . همچنین از طریق تقطیر آن کُک (coke) نیز تولید می‌شود. کُک دارای عیار کربن بسیار بالا (۸۰-۹۰ درصد) می‌باشد.

آنتراسیت

آنتراسیت یا زغال سنگ سخت و سیاه در بین زغال سنگ‌ها دارای بالاترین درجه است. آنتراسیت ظاهری سیاه و براق دارد و در بین زغال سنگ‌ها کمترین میزان آب و مواد فرّار و بیشترین محتوی کربن (بین ۹۲ تا ۹۸درصد) را دارد.

گرافیت

گرافیت (graphite) که همه‌ی ما آن را به عنوان مغز مداد سیاه می‌شناسیم، نوعی از زغال سنگ است که به سختی قابل اشتعال است؛ بنابراین معمولاً به عنوان سوخت استفاده نمی گردد. پودر گرافیت برای روانکاری دستگاه‌های مکانیکی نیز به کار گرفته می‌شود. 

زغال سنگ کانل

 که گاهی اوقات ذغال شمع نیز نامیده می شود شامل انواع ذغال ریزدانه ، رده بالا با محتوای هیدروژن قابل توجه است که عمدتا از لیپتینیت تشکیل شده است.

یکی دیگر از محصولات این ماده قطران زغال سنگ است. قطران به مایع متراکمی گفته می شود که از تقطیر مواد کربندار مانند زغال ‌سنگ بدست می‌ آید.

 نگاهی جامع به صنعت زغال سنگ

 

در دنیا 55 درصد زغال سنگ نرم و قهوه ای،44 درصد زغال سنگ سخت و یک درصد هم آنتراسیت وجود دارد که به دلیل کربن بالا و سوخت بدون دود مصارف خانگی دارد.

  نگاهی جامع به صنعت زغال سنگ

  

فواید زغال سنگ

برخلاف نفت ، یا حتی گاز طبیعی ، یافتن زغال سنگ نسبتاً آسان و ارزان است و در بسیاری از مناطق زمین بسیار فراوان است. در نتیجه سهولت نسبی استخراج  ذغال سنگ با کمترین هزینه  می توان گفت ارزانترین سوخت فسیلی است که حدود یک سوم قیمت نفت یا گاز طبیعی برای هر واحد انرژی تولید شده هزینه دارد.

با این حال ، این قیمت ذغال سنگ در بازار همه هزینه های خارجی مربوط به استفاده از آن مانند تغییرات آب و هوایی را در نظر نمی گیرد و خرید زغال سنگ همچنان برای ادامه کار بسیاری از صنایع ضروری است.

ترکیباتی مانند زغال سنگ سوخت بسیار خوبی برای صنایع تولیدی فراهم می کنند زیرا در صورت نیاز می توانند بسوزند و در صورت نیاز برق تولید می کنند. اینها برای تولیدات برق آبی انعطاف پذیری بیشتری دارند زیرا اکثر انرژی های تجدیدپذیر ، از جمله تولید باد ، خورشید و موج هیچ کنترلی در هنگام تولید برق ندارند.

   

انواع زغال سنگ

به طور کلی زغال سنگ ها به دو دسته زغالسنگ حرارتی (steam coal) و کک شو (یا زغال سنگ متالوژی (met) هم گفته میشود.) تقسیم میشوند.

زغال سنگ متالوژی: شامل زغال سنگ کک (سخت، متوسط و نیمه نرم) و زغال سنگ پودر شده است که عنصر اصلی در صنعت آهن و فولاد میباشد.
البته اگر زغال سنگ کک شو در حد نارس باشد باز هم میتواند در نیروگاه ها بکار گرفته شود. زغال سنگ های کک شو غالبا از درجه بیتومینی هستند که در تهیه کنسانتره زغالسنگ و در نهایت کک سازی مورد استفاده قرار میگیرد. این نوع از زغال سنگ دارای محتوای کربنی بیشتر از لیگنیت و کمتر از آنتراسیت است. مشخصات ساختاری زغالسنگ کک شو عبارت است از: کربن ثابت 85 تا 90 درصد، خاکستر 5 تا 13 درصد، رطوبت تا 8 درصد، مواد فرار 1.6 تا 11 درصد و گوگرد 0.5 تا 1.2 درصد.

زغال سنگ حرارتی: گریدی از زغال سنگ میباشد که در نیروگاه های برق جهت تولید بخار مورد نیاز برای ایجاد برق مورد استفاده قرار میگیرد. همچنین این نوع زغال سنگ در تولید سیمان نیز کاربرد دارد.

 

چرخه تولید

زغال سنگ کک شو پس از استخراج از معدن و فرآوری در کارخانه زغالشویی به کنسانتره و سپس تحت تاثیر حرارت به کک تبدیل میشود. در فرآیند کک سازی چند نوع زغالسنگ که مواد فرار موجود در آنها متفاومت است در کوره های مخصوص با یکدیگر مخلوط میشوند و از طریق عمل کربنیزاسیون کک را تولید میسازند. ترکیب شیمیایی کک عبارت است از 85 تا 94 درصد کربن و بقیه مواد فرار، خاکستر، گوگرد و رطوبت است.

نقش کک در فرآیند کوره های ذوب سنگ آهن، تولید گازهای احیا کننده است که در اثر سوختن در پایین کوره انجام میشود. در واقع وظیفه کک زغالسنگ در تولید چدن، آزاد کردن اکسیژن از سنگ آهن است. در فرآیند تولید فولاد به روش کوره بلند، کربن موجود در کک عاملی برای جذب مولکول های اکسیژن، اکسید آهن و تولید آهن خالص میباشد. به همین دلیل درصد کربن موجود در کک و عدم وجود ناخالصی هایی از قبیل خاکستر، رطوبت و گوگرد در کنسانتره از اهمیت فراوانی برخوردار است. وجود خاکستر زیاد باعث کاهش تولید فولاد و ایجاد حجم زیاد سرباره در کوره بلند میشود. از طرفی چنانچه گوگرد موجود در زغالسنگ از حد مشخصی بیشتر باشد، آهن تولید شده ترد و شکننده خواهد بود. نقش فرآیند زغالشویی و فرآوری در شماتیک زنجیره ارزش زغالسنگ کک شو در تصویر زیر قابل مشاهده است.

 شماتیک زنجیره ارزش زغالسنگ کک شو

 نگاهی جامع به صنعت زغال سنگ

  

صنعت زغال سنگ در جهان

تاریخچه استخراج زغالسنگ از معادن به هزاران سال قبل بر میگردد. استفاده از زغالسنگ همزمان با وقوع انقلاب صنعتی در قرون 19 و 20 و ظهور اولین موتور بخار اهمیت بسیار زیادی پیدا کرد. در حال حاضر نیز صنعت زغالسنگ یکی از بحث برانگیزترین صنایع در جهان است. قسمت اعظم زغالسنگ در دنیا برای تولید انرژی الکتریکی مورد استفاده قرار می گیرد. در حالیکه جهان و به ویژه کشورهای پیشرفته اقتصادی، به دلیل اثرات زیان بار آن برای محیط زیست، به دنبال جایگزینی برای سوخت های فسیلی و استفاده از انرژی های تجدید پذیر در تولید برق بوده اند، اما همچنان بیش از 38% از برق جهان با استفاده از زغالسنگ تولید می شود. از میان سوخت های فسیلی، زغالسنگ رایج ترین نوع است و 64% از کل سوخت های فسیلی قابل بازیافت در جهان را تشکیل می دهد. حتی در سال 2021، انتظار می رود که افزایش بیشتری در تجارت زغالسنگ دریایی وجود داشته باشد.

بر مبنای گزارش آژانس بین المللی انرژی با عنوان چشم انداز انرژی جهان، میزان تولید برق از طریق زغالسنگ تا سال 2040 با رشد 10 درصدی از 9.41 تریلیون کیلووات ساعت در سال 2015 به 10.39 تریلیون کیلووات ساعت در سال 2040 افزایش خواهد یافت. بنابراین تا سه دهه آینده، زغالسنگ یکی از منابع اصلی تولید برق در جهان بوده و سرمایه گذاری برای استخراج این ماده معدنی همچنان ادامه خواهد داشت.

پس از تولید انرژی الکتریکی صنایع فولادسازی در رتبه دوم مصرف جهانی زغالسنگ قرار دارد. مطابق گزارس موسسه جهانی زغالسنگ 74 درصد فولاد جهان به روش کوره بلند و کنورتور با بره گیری از زغالسنگ کک شو یا متالوژیکی تولید می شود. زغالسنگ علاوه بر تولید انرژی الکتریکی و صنایع فولادسازی در دنیا در موارد دیگری نظیر پالایش آلومینا، کاغذسازی، صنایع شیمیایی و دارویی، زغال قیری پالایش شده، بازیابی گاز آمونیاک برای تولید کود شیمیایی، رنگدانه ها، گرافیت برای الکترودها، تصفیه آب، مواد آرایشی و بهداشتی، سوخت مایع، منبع تامین انرژی برای تولید سیمان، محصولات پلاستیکی و فیبرها، تولید فلزات، آلیاژها، فروآلیاژها و ... نیز کاربرد دارد.

 

عوامل تعیین کننده قیمت کنسانتره زغالسنگ

به طور کلی قیمت زغال سنگ تحت تاثیر قیمت سایر سوخت ها قرار میگیرد. هنگامی که سایر سوخت ها دارای قیمت جذابتری هستند، تقاضا برای زغال سنگ کاهش مییابد و زمانی که قیمت سایر سوختها افزایش مییابد، زغال سنگ جذابتر می شود.

در آذرماه سال 97 پس از مدتها بحث و بررسی در مورد شیوه قیمت گذاری زغالسنگ و کنسانتره زغالسنگ که همواره مورد نارضایتی تولید کنندگان بود، فرمولی مورد توافق تولیدکنندگان (انجمن زغالسنگ) و مصرف کننده عمده زغالسنگ (ذوب آهن اصفهان) قرار گرفت.

برابر فرمول تعیین شده قیمت خرید زغالسنگ بر مبنای 26.5 درصد قیمت شمش فولاد خوزستان در بورس کالا بر مبنای مشخصات فنی مورد توافق بین ذوب آهن اصفهان و انجمن زغالسنگ ایران به تصویب رسید.

با توجه به اینکه در سالهای گذشته میزان تولید کنسانتره زغالسنگ در کشور پاسخگوی نیاز داخلی نبوده است، از صادرات این محصول به منظور تامین نیازهای داخلی صرف نظر شده است.

 

ذخایر ثابت زغال سنگ در جهان- میلیون تن

براساس گزارش bp statistical review of world energyدر سال 2020 بیش از یک تریلیکون تن ذخایر ثابت زغال سنگ در سراسر جهان وجود دارد و کشورهای ایالات متحده، روسیه، استرالیا، چین و هند بیشترین ذخایر را دارا هستند که در جدول زیر نمایش داده شده اند.

نگاهی جامع به صنعت زغال سنگ 

 

تولید زغال سنگ در جهان

بر اساس داده های این گزارش بیشترین تولید و استخراج زغال سنگ متعلق به کشور چین و پس از آن به کشورهای هند، اندونزی، ایالات متحده و استرالیا است.

 نگاهی جامع به صنعت زغال سنگ

 

در جداول زیر بیشترین واردات و صادرات زغالسنگ آورده شده است.

 نگاهی جامع به صنعت زغال سنگ

 

تقاضای زغال سنگ

تقاضای جهانی زغال سنگ در سال 2020 ،4 درصد کاهش یافت که بزرگترین کاهش از زمان جنگ جهانی دوم است. محرک اصلی کاهش تقاضا، کاهش تقاضا برق به دلیل محدودیتهای کرونا و رکود اقتصادی ناشی از آن بود. همچنین همه گیری کرونا در جهان بر تولیدات صنعتی به ویژه فولاد و سیمان اثر گذاشت و تقاضای زغال سنگ را بیشتر کاهش داد. انتظار میرود تا پایان سال 2021 برنامه کاهش تولید فولاد چین در پی کمبود برق ناشی از رشد شدید تولید صنایع انرژی در ماههای آتی بر تقاضای زغال سنگ اثر گذاشته و قیمتها وارد روند نزولی شوند.

بیشترین مصرف زغالسنگ در جهان در شکل زیر نمایش داده شده است. 

نگاهی جامع به صنعت زغال سنگ

 

تغییر مصرف زغالسنگ در سالهای مختلف نیز در شکل زیر نمایش داده شده است. 

نگاهی جامع به صنعت زغال سنگ

 

زغال سنگ در ایران

کل تولید زغال سنگ خام کشور در سال 1399 به طور تقریبی 3.5 میلیون تن و کنسانتره 1.7 میلیون تن بوده است. شرکت های تولیدکننده کنسانتره زغال سنگ در ایران و مناطق جغرافیایی آن ها به شرح جدول ذیل می باشد:

نگاهی جامع به صنعت زغال سنگ  

 

مقاله پیشنهادی: مقایسه شرکتهای صنعت زغالسنگ

معرفی کطبس

شرکت زغال‌سنگ نگین طبس یکی از بزرگ‌ترین تولیدکنندگان زغال‌سنگ خام کک‌شو در ایران است. محصولات شرکت پس از شستشو در شرکتهای پایین دست تبدیل به کک شده و به عنوان ماده اولیه در صنعت فولاد مورد استفاده قرار می گیرد. ظرفیت اسمی تولید شرکت 175 هزار تن است اما ظرفیت برآوردی آن 263 هزار تن میباشد. سهم بازار این شرکت از کل تولید بازار داخلی در 6 ماه ابتدای سال 3درصد بوده است. مقدار فروش 6 ماه شرکت 122هزار تن بوده است که تقریبا 50درصد کل تولید سال گذشته شرکت است.

معرفی کشرق 

شرکت صنعتی و معدنی شمال‌شرق شاهرود از نظر رتبه‌بندی بر اساس ظرفیت و میزان تولید، در رده پنجم قرار دارد. محصولات این شرکت در سه دسته کلی زغال‌سنگ کک‌شو کیفی، دانه‌بندی شده و کک‌شو کیفی درجه یک؛ دسته‌بندی می‌شوند که در مجموع شرکت در شش ماه ابتدای سال 33هزارتن فروش داشته است که 42درصد کل محقق سال گذشته بوده است.

معرفی کپرور

شرکت فرآوری زغال‌سنگ پروده طبس با شست‌وشو و فرآوری زغال‌سنگ خام، محصول کنسانتره زغال‌سنگ را تولید می‌کند. کپرور، محصول خود را به شرکت‌های ذوب آهن اصفهان، تولید مواد معدنی ایران و فولاد زرند ارائه می‌کند. محصول این شرکت امکان استفاده به عنوان ورودی مستقیم کک‌سازی ذوب آهن اصفهان را داشته است.

معرفی کزغال

بهره‌برداری فاز یک طرح تجهیز معدن زغال‌سنگ طبس با هدف استخراج 5/ 1میلیون تن زغال‌سنگ خام (750هزارتن کنسانتره) از سال 1387 به عنوان تنها معدن مکانیزه کشور آغاز شد. محصول اصلی این شرکت کنستانتره زغال‌سنگ است که طی 6ماه ابتدای سال‌جاری معادل 226هزارتن فروش محقق کرده است که تنها 36درصد کل فروش سال گذشته شرکت بوده است.

 

refresh icon

اشتراک با دوستان