Than đá là gì? Ứng dụng than đá trong đời sống hiện nay

Chu Văn An

Than là nguồn nhiên liệu hóa thạch được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay, cung cấp tới 25% năng lượng cơ bản của thế giới. Năng lượng từ than phục vụ cho hoạt động sinh hoạt cũng như đóng vai trò quan trọng trong nhiều ngành sản xuất. Vậy than là gì? Chúng có nguồn gốc từ đâu? Vai trò của than trong cuộc sống là gì? Hãy cùng tìm hiểu qua bài viết dưới đây nhé!

I. Than là gì?

Than là một loại đá trầm tích có màu nâu sẫm hoặc đen. Thành phần chính của than là cacbon, ngoài ra còn có một số nguyên tố khác như nitơ, lưu huỳnh, oxy, hydro… Chúng thường tồn tại trong các tầng đá hoặc các lớp khoáng chất sâu dưới lòng đất. Than được đốt để tạo ra nhiệt, là nguồn năng lượng chính cho các nhà máy nhiệt điện.

Hiện nay, Trung Quốc là quốc gia nhập khẩu và tiêu thụ nhiều than đá nhất thế giới. Trung Quốc chiếm gần một nửa sản lượng khai thác than của thế giới, tiếp theo là Ấn Độ với khoảng 1/10. Úc chiếm khoảng 1/3 lượng xuất khẩu than thế giới, tiếp theo là Indonesia và Nga. Than cũng là loại khoáng sản được Việt Nam khai thác và xuất khẩu có giá trị kinh tế cao.

Than là gì?

II. Than đến từ đâu?

Than là nhiên liệu hóa thạch có nguồn gốc từ thực vật bị chôn vùi dưới áp suất và nhiệt độ cao trong lớp vỏ Trái đất. Họ đã trải qua nhiều giai đoạn thay đổi trong hàng triệu năm để hình thành nên những mỏ than như ngày nay. Đầu tiên chúng phân hủy thành than bùn dưới tác động của vi sinh vật trong môi trường kỵ khí. Tiếp theo, dần dần chuyển hóa thành than nâu hay còn gọi là than non, thành than bán bitum, sau đó thành than bitum hoàn chỉnh. Cuối cùng, nó được chuyển thành than (antraxit). Quá trình biến đổi này là một quá trình phức tạp của sự biến đổi cả về mặt sinh học và địa chất.

Quá trình hình thành than

III. Đặc điểm và tính chất của than

Đặc điểm đặc trưng của than bao gồm:

• Trạng thái: Than là chất rắn có độ cứng khá cao. Tùy theo từng mỏ than và lượng tạp chất có trong than mà độ cứng khác nhau. Càng ít tạp chất thì độ cứng càng cao. Than có màu đen đặc trưng, ​​ngoài ra còn có thể pha màu nâu, vàng, bạc…
• Độ ẩm (%): Độ ẩm của than là hàm lượng nước có trong nhiên liệu. Độ ẩm của than càng cao thì giá trị sinh nhiệt của than càng thấp.
• Tro hay còn gọi là xỉ than: Các thành phần khoáng có trong than khi đốt sẽ tạo ra tro. Tỷ lệ tro sẽ ảnh hưởng lớn đến khả năng cháy của than. Tro nhiều hơn sẽ làm giảm nhiệt lượng của than, gây bám cặn trên bề mặt ống hấp thụ nhiệt, dẫn đến hệ số truyền nhiệt giảm, hiệu suất giảm và tăng chi phí vận hành. Độ tro của than antraxit khoảng 15 – 30% hoặc cao hơn.
• Chất dễ bay hơi (Vk%): Là sản phẩm (khí) của quá trình phân hủy nhiệt của than trong điều kiện không có oxy. Chúng bao gồm: Hydro, carbon dioxide, hydro cacbua, carbon monoxide… Trong than, tỷ lệ chất bay hơi càng cao thì lượng than tiêu thụ càng nhiều. Các loại than trẻ hơn có tỷ lệ chất bay hơi cao hơn, ví dụ than bùn có Vk = 70%, than có Vk = 10-45%.
• Nhiệt trị Q (Cal/g, Kj/kg): Là lượng nhiệt tỏa ra khi đốt cháy hoàn toàn 1kg than. Nhiệt trị càng cao thì than cháy càng tốt và ngược lại, nhiệt trị càng thấp thì khả năng cháy của than cũng giảm dần.

IV. Than dùng để làm gì? Ứng dụng trong đời sống và sản xuất

Những ứng dụng nổi bật của than bao gồm:

1. Than là nhiên liệu đốt cung cấp năng lượng

Đây được coi là ứng dụng quan trọng nhất của than. Than từ lâu đã được sử dụng để cung cấp nhiệt để sưởi ấm, rèn công cụ trong sản xuất, vận hành động cơ hơi nước trên tàu thủy, tàu hỏa… Ngày nay, than được sử dụng chủ yếu làm nhiên liệu cho sản xuất nhiệt điện. Than sẽ được nghiền nhỏ và đốt trong nồi hơi. Nhiệt lượng được cung cấp sẽ làm nóng nước và biến nó thành hơi nước. Hơi nước sau đó sẽ làm quay tua-bin trong máy phát điện để sản xuất điện. Khoảng 40% điện năng của thế giới đến từ nhiên liệu than.

Hiện nay, khi lượng than ngày càng cạn kiệt thì việc sử dụng than để sản xuất nhiệt điện cũng cần được cải thiện. Thay vì đốt than trực tiếp để tạo nhiệt cho lò hơi, các nhà máy sẽ sử dụng chu trình khí hóa tích hợp (IGCG) để tăng hiệu suất và giảm chi phí. Sau đó than sẽ được khí hóa tạo thành khí hóa than và tự đốt than khí hóa trong tuabin khí để sản xuất điện.

Than được sử dụng làm nhiên liệu

2. Sản xuất khí tổng hợp

Than được dùng để tổng hợp hỗn hợp khí CO và H2. Những loại khí này chủ yếu được sử dụng trong tua bin khí để sản xuất điện. Ngoài ra, quá trình khí hóa than còn được ứng dụng để sản xuất các loại nhiên liệu như xăng, dầu diesel thông qua quy trình Fischer-Tropsch hay sản xuất nhiều hợp chất hóa học khác như metanol, axit axetic, formaldehyde, khí amoniac,…

Trong quá trình khí hóa, than được trộn với oxy và hơi nước, đun nóng và điều áp. Sản phẩm thu được sau phản ứng là cacbon monoxit (CO) và khí hydro (H2).

3C + O2 + H2O ⟶ H2 + 3 CO

CO + H2O ⟶ CO2 + H2.

3. Than tinh luyện

Than tinh luyện là loại than đã được loại bỏ độ ẩm và các thành phần độc hại gây ô nhiễm môi trường. Sử dụng than tinh luyện giúp tăng hiệu suất đốt cháy, đồng thời giảm lượng khí thải độc hại trong quá trình đốt than.

4. Dùng trong ngành luyện kim

Than khi dùng trong công nghệ luyện kim là than cốc. Đây là dạng than bitum có hàm lượng lưu huỳnh thấp, được sản xuất từ ​​than được nung nóng trong điều kiện không có oxy ở nhiệt độ cao tới 1000 độ C, để đẩy các thành phần dễ bay hơi và tan chảy cùng với carbon. Than luyện kim được sử dụng làm nhiên liệu và làm chất khử trong quặng sắt nấu chảy trong lò luyện để tạo ra các vật liệu như sắt, thép. Ngoài ra, trong quá trình nấu chảy kim loại trong khuôn, than được đốt cháy để giải phóng khí làm giảm áp suất, ngăn không cho kim loại đi vào các lỗ rỗng của cát. Ngoài luyện sắt, than cốc còn được dùng để nấu chảy nhiều kim loại khác như đồng, nhôm…

Sử dụng than trong ngành luyện kim

5. Các ứng dụng khác của than

• Than là nguyên liệu quan trọng trong sản xuất nhiều loại hóa chất khác. Phương pháp sản xuất chính của các sản phẩm này là khí hóa than để sản xuất khí tổng hợp. Các hóa chất chính được sản xuất từ ​​khí tổng hợp bao gồm: metanol, hydro và carbon monoxide, olefin, axit axetic, formaldehyd, amoniac, v.v..
• Than tham gia sản xuất xi măng, nhựa, sợi nhân tạo.
• Than dùng để sản xuất sản phẩm có khả năng hấp thụ chất độc; Được sử dụng rộng rãi trong máy lọc nước và mặt nạ phòng độc.
• Dùng trong lĩnh vực điêu khắc, hội họa…

Trên đây là những chia sẻ của chúng tôi nhằm giúp bạn đọc hiểu thêm về than là gì, tính chất và ứng dụng của nó trong cuộc sống. Mặc dù chúng là nguồn nhiên liệu quan trọng nhưng chúng đang dần cạn kiệt. Đồng thời, việc sử dụng than còn có nhiều tác động tiêu cực đến môi trường, làm tăng hiệu ứng nhà kính, ô nhiễm không khí, gây hại cho sức khỏe con người. Chính vì vậy người dân đang dần tìm kiếm và chuyển đổi sang sử dụng các nguồn nhiên liệu tái chế vừa tiết kiệm, vừa thân thiện với môi trường.