Hiili on yksi vanhimmista ihmisen tuntemista polttoaineista. Ja vielä nykyäänkin sillä on johtava asema käytön suhteen. Syynä tähän on sen yleisyys, erottamisen, käsittelyn ja käytön helppous. Mutta mikä hän on? Mikä on hiilen kemiallinen kaava?
Itse asiassa tämä kysymys ei ole täysin oikea. Kivihiili ei ole aine, se on eri aineiden seos. Niitä on paljon, joten hiilen koostumusta on mahdotonta määrittää kokonaan. Siksi tässä artikkelissa hiilen kemiallisella kaavalla tarkoitamme pikemminkin sen alkuainekoostumusta ja joitain muita ominaisuuksia.
Mutta mitä voimme oppia tämän aineen tilasta? Hiiltä muodostuu kasvien jäännöksistä useiden vuosien aikana altistuessaan korkealle lämpötilalle ja paineelle. Ja koska kasvit ovat luonteeltaan orgaanisia, orgaaniset aineet ovat hallitsevia hiilen koostumuksessa.
Hiilen iästä ja muista alkuperäolosuhteista riippuen se jaetaan useisiin tyyppeihin. Jokainen laji erottuu sen alkuainekoostumuksesta, läsnäolostaepäpuhtaudet ja muut tärkeät ominaisuudet.
Ruskea hiili
On nuorin kivihiililaji. Siinä on jopa kasvillinen puumainen rakenne. Muodostunut suoraan turpeesta noin kilometrin syvyydessä.
Tämäntyyppinen kivihiili sisältää melko paljon kosteutta: 20-40 %. Altistuessaan ilmalle se haihtuu ja kivihiili murenee jauheeksi. Seuraavaksi puhumme tämän tietyn kuivan jäännöksen kemiallisesta koostumuksesta. Myös ruskohiilen epäorgaanisten epäpuhtauksien määrä on suuri ja on 20-45 %. Näitä epäpuhtauksia ovat piidioksidi, alumiinioksidit, kalsium ja rauta. Se voi sisältää myös alkalimetallioksideja.
Tässä hiilessä on paljon haihtuvia orgaanisia ja epäorgaanisia aineita. Ne voivat olla jopa puolet tämän tyyppisen hiilen massasta. Alkuainekoostumus miinus epäorgaaniset ja haihtuvat aineet on seuraava:
- Hiili 50-75%.
- Happi 26-37%.
- Vety 3-5%.
- Typpi 0-2%.
- Rikki 0,5-3%.
Hiili
Muodostumisajan mukaan tämän tyyppinen hiili tulee seuraavaksi ruskean jälkeen. Sen väri on musta tai harmaa-musta sekä hartsimainen, joskus metallinhohtoinen.
Hiilen kosteus on paljon pienempi kuin ruskean: vain 1-12 %. Kivihiilen haihtuvien aineiden pitoisuus vaihtelee suuresti louhintapaikasta riippuen. Se voi olla minimaalinen (alkaen 2 %), mutta voi saavuttaa myös ruskohiiltä muistuttavia arvoja (jopa 48 %). Peruskokoonpano on seuraava:
- Hiili 75-92%.
- Vesi 2, 5-5, 7 %.
- Happi 1, 5-15 %.
- Typpi jopa 2,7 %.
- Rikki 0-4%.
Tästä voimme päätellä, että kivihiilen kemiallinen kaava sisältää enemmän hiiltä kuin ruskohiiltä. Tämä tekee tämän tyyppisestä hiilestä laadukkaamman polttoaineen.
Antrasiitti
Antrasiitti on vanhin fossiilisen hiilen muoto. Se on väriltään tummanmusta ja sille on ominaista metallinen kiilto. Tämä on paras hiili sen palaessaan vapautuvan lämmön määrän suhteen.
Kosteuden ja haihtuvien aineiden määrä siinä on hyvin pieni. Noin 5-7 % kullekin indikaattorille. Ja alkuainekoostumukselle on ominaista erittäin korkea hiilipitoisuus:
- Hiiltä yli 90 %.
- Vety 1-3%.
- Happi 1-1, 5 %
- Typpi 1-1, 5 %
- Rikki jopa 0,8 %.
Enemmän hiiltä on vain grafiitissa, joka on antrasiitin kovettumisen lisävaihe.
hiili
Tämäntyyppinen kivihiili ei ole fossiili, joten sen koostumuksessa on joitain erityispiirteitä. Se valmistetaan kuumentamalla kuivaa puuta 450-500 oC lämpötilaan ilman ilmaa. Tätä prosessia kutsutaan pyrolyysiksi. Sen aikana puusta vapautuu useita aineita: metanolia, asetonia, etikkahappoa ja muita, minkä jälkeen se muuttuu kivihiileksi. Muuten, puun poltto on myös pyrolyysiä, mutta ilmassa olevan hapen vuoksi vapautuvat kaasut syttyvät. Tämä aiheuttaa olemassaolonliekkejä palaessaan.
Puu ei ole homogeeninen, siinä on paljon huokosia ja kapillaareja. Vastaava rakenne on osittain säilynyt siitä saadussa hiilessä. Tästä syystä sillä on hyvä adsorptiokyky ja sitä käytetään yhdessä aktiivihiilen kanssa.
Tämän tyyppisen hiilen kosteuspitoisuus on erittäin alhainen (noin 3 %), mutta pitkäaikaisessa varastoinnissa se imee kosteutta ilmasta ja veden osuus nousee 7-15 %:iin. Epäorgaanisten epäpuhtauksien ja haihtuvien aineiden pitoisuutta säätelevät GOST-standardit, eivätkä ne saa ylittää 3% ja 20%. Alkuainekoostumus riippuu tuotantotekniikasta ja näyttää suunnilleen tältä:
- Hiili 80-92%.
- Happi 5-15%.
- Vety 4-5%.
- Typpi ~0%.
- Rikki ~0%.
Hiilen kemiallinen kaava osoittaa, että se on hiilipitoisuudeltaan lähellä kiveä, mutta lisäksi siinä on vain pieni määrä palamisen kann alta tarpeettomia alkuaineita (rikkiä ja typpeä).
Aktiivihiili
Aktiivihiili on hiilen tyyppi, jolla on suuri ominaishuokospinta-ala, mikä tekee siitä jopa puuta imukykyisemmän. Sen valmistuksessa käytetään raaka-aineena hiiltä ja hiiltä sekä kookospähkinän kuoria. Lähtöaineelle suoritetaan aktivointiprosessi. Sen ydin on avata tukkeutuneita huokosia korkealla lämpötilalla, elektrolyyttiliuoksilla tai vesihöyryllä.
Aktivointiprosessin aikana vain aineen rakenne muuttuu, joten aktiivihiilen kemiallinen kaavaidenttinen niiden raaka-aineiden koostumuksen kanssa, joista se on valmistettu. Aktiivihiilen kosteuspitoisuus riippuu huokosten ominaispinta-alasta ja on yleensä alle 12%.
