Antracite

L'antracite , spesso indicato come carbone duro , è una varietà dura e compatta di carbone che ha una lucentezza submetallica. Ha il più alto contenuto di carbonio, il minor numero di impurità e la più alta densità energetica di tutti i tipi di carbone ed è il più alto grado di carbone.

L'antracite è il tipo di carbone più metamorfizzato (ma rappresenta ancora un metamorfismo di basso grado), in cui il contenuto di carbonio è compreso tra il 92% e il 98%. Il termine si applica a quelle varietà di carbone che non emettono catrame o altri vapori di idrocarburi se riscaldati al di sotto del punto di accensione. L'antracite si accende con difficoltà e brucia con una fiamma corta, blu e senza fumo.

L'antracite è classificato in qualità standard, utilizzata principalmente nella produzione di energia, e di alta qualità (HG) e ultra alta qualità (UHG), i cui usi principali sono nel settore della metallurgia. L'antracite rappresenta circa l'1% delle riserve globali di carbone ed è estratto in pochi paesi in tutto il mondo. La Cina rappresenta la maggior parte della produzione globale; altri produttori sono Russia, Ucraina, Corea del Nord, Sudafrica, Vietnam, Regno Unito, Australia, Canada e Stati Uniti. La produzione totale nel 2010 è stata di 670 milioni di tonnellate.

nomi

L'antracite deriva dal greco anthrakítēs (ἀνθρακίτης), letteralmente "simile al carbone". Altri termini che si riferiscono all'antracite sono carbone nero , carbone duro , carbone di pietra , carbone scuro , carbone di caffè , carbone alla cieca (in Scozia), carbone Kilkenny (in Irlanda), carbone di corvo o carbone per strisciare e diamante nero . "Blue Coal" è il termine per un marchio un tempo popolare e un marchio di antracite, estratto dalla Glen Alden Coal Company in Pennsylvania, e spruzzato con una tintura blu nella miniera prima di spedire nei suoi mercati nord-orientali degli Stati Uniti per distinguerlo dai suoi concorrenti .

Culm ha significati diversi in inglese britannico e americano. Nell'inglese britannico "culm" è l'antracite imperfetta del nord del Devon e della Cornovaglia, che veniva usata come pigmento. Il termine è anche usato per riferirsi ad alcuni strati di roccia carbonifera trovati sia in Gran Bretagna che nei paesi della collina renana (le misure Culm). Infine, potrebbe riferirsi al carbone esportato dalla Gran Bretagna durante il XIX secolo. Nell'inglese americano, "culm" si riferisce ai rifiuti o allentamenti derivanti dall'estrazione di antracite, principalmente polvere e piccoli pezzi non adatti per l'uso nelle fornaci domestiche.

Proprietà

L'antracite ha un aspetto simile al jet mineraloide e talvolta viene usata come imitazione del jet.

L'antracite differisce dal normale carbone bituminoso per la sua maggiore durezza (2,75–3 sulla scala di Mohs), la sua densità relativa maggiore di 1,3–1,4 e la lucentezza, che è spesso semi-metallica con un riflesso leggermente marrone. Contiene un'alta percentuale di carbonio fisso e una bassa percentuale di materia volatile. È inoltre privo di tacche morbide o fibrose incluse e non sporca le dita quando viene strofinato. L'antracitizzazione è la trasformazione del carbone bituminoso in antracite.

Il contenuto di umidità dell'antracite estratto di recente è generalmente inferiore al 15 percento. Il contenuto di calore dell'antracite varia da 26 a 33 MJ / kg (da 22 a 28 milioni di Btu / tonnellata corta) su una base umida e priva di sostanze minerali. Il contenuto di calore del carbone antracite consumato negli Stati Uniti è in media di 29 MJ / kg (25 milioni di Btu / ton), in base alla ricezione (ovvero contenente sia umidità intrinseca che materia minerale). Dagli anni '80, i rifiuti di antracite o i rifiuti di miniera sono stati utilizzati per la produzione di carbone in una forma di riciclaggio. La pratica nota come bonifica viene applicata a cumuli di cumuli che precedono le leggi che impongono ai proprietari delle miniere di ripristinare le terre alle loro condizioni originali approssimative.

Chimicamente, l'antracite può essere considerata come uno stadio di transizione tra carbone bituminoso ordinario e grafite, prodotto dalla più o meno completa eliminazione dei componenti volatili del primo, e si trova più abbondantemente in aree che sono state sottoposte a notevoli sollecitazioni e pressioni , come i fianchi di grandi catene montuose. L'antracite è associata a rocce sedimentarie fortemente deformate che sono state sottoposte a pressioni e temperature più elevate (ma a corto di condizioni metamorfiche) proprio come il carbone bituminoso è generalmente associato a rocce sedimentarie meno deformate o piatte. Ad esempio, gli strati compressi di antracite che vengono estratti in profondità nella cresta ripiegata e nella provincia della valle delle montagne appalachiane della regione carboniera della Pennsylvania centro-orientale sono estensioni degli stessi strati di carbone bituminoso che vengono estratti sulla base generalmente piatta e rocce sedimentarie indeformate più a ovest sull'altopiano di Allegheny nel Kentucky e nella Virginia occidentale, nell'Ohio orientale e nella Pennsylvania occidentale. Allo stesso modo, la regione antracite del Galles meridionale è confinata nella parte contorta ad ovest di Swansea e Llanelli, le parti centrali e orientali che producono carbone da vapore, carbone da coke e carbone domestico.

Strutturalmente, l'antracite mostra qualche alterazione nello sviluppo di piani e fessure divisorie secondarie in modo che le linee di stratificazione originali non siano sempre facilmente visibili. Anche la conducibilità termica è maggiore; un grumo di antracite si sente sensibilmente più freddo quando tenuto nella mano calda di un grumo simile di carbone bituminoso alla stessa temperatura. La composizione chimica di alcuni antraciti tipici è riportata nell'articolo carbone.

L'antracite ha una storia di utilizzo negli altiforni per la fusione del ferro; tuttavia, mancava dello spazio dei pori del coke metallurgico, che alla fine sostituì l'antracite.

Storia dell'estrazione e dell'uso

Nel sud-ovest del Galles, l'antracite è stata bruciata come combustibile domestico almeno da epoca medievale, quando veniva estratta vicino a Saundersfoot. Più recentemente, l'estrazione su larga scala di antracite ha avuto luogo proprio attraverso la parte occidentale del Coalfield del Galles del Sud fino alla fine del XX secolo. Il mining continua ma ora su scala ridotta.

Negli Stati Uniti, la storia del carbone antracite iniziò nel 1790 a Pottsville, in Pennsylvania, con la scoperta del carbone fatta dal cacciatore Necho Allen in quella che oggi è conosciuta come la regione del carbone. La leggenda narra che Allen si addormentò alla base di Broad Mountain e si svegliò alla vista di un grande incendio perché il suo falò aveva innescato uno sperone di carbone antracite. Nel 1795, sul fiume Schuylkill era stata costruita una fornace di ferro antracite.

L'antracite fu inizialmente bruciato sperimentalmente come combustibile per riscaldamento residenziale negli Stati Uniti l'11 febbraio 1808, dal giudice Jesse Fell a Wilkes-Barre, in Pennsylvania, su una griglia aperta in un camino. L'antracite differisce dal legno in quanto ha bisogno di una brutta copia dal basso, e il giudice Fell ha dimostrato con il suo design a griglia che era un combustibile per riscaldamento praticabile.

Nella primavera del 1808, John e Abijah Smith spedirono il primo carico commerciale di antracite estratto dal fiume Susquehanna da Plymouth, in Pennsylvania, segnando la nascita dell'estrazione commerciale di antracite negli Stati Uniti. Da quella prima miniera, la produzione raggiunse il massimo storico di oltre 100 milioni di tonnellate nel 1917.

L'uso antracite è stato inibito dalla difficoltà di accenderlo. Questa era una preoccupazione particolare nella fusione del ferro con un altoforno. Con l'invenzione dell'esplosione a caldo nel 1828, che utilizzava il calore residuo per preriscaldare l'aria di combustione, l'antracite divenne un combustibile preferito, rappresentando il 45% della produzione di ghisa degli Stati Uniti entro 15 anni. L'antracite per la fusione del ferro fu successivamente sostituita dalla coca cola.

Dalla fine del 19 ° secolo fino agli anni '50, l'antracite era il combustibile più popolare per il riscaldamento di case e altri edifici negli Stati Uniti settentrionali, fino a quando non fu soppiantato da sistemi a combustione di petrolio e più recentemente sistemi a gas naturale. Molti grandi edifici pubblici, come le scuole, sono stati riscaldati con forni a combustione antracite negli anni '80.

Durante la guerra civile americana, i corridori del blocco confederato hanno usato l'antracite come combustibile senza fumo per le loro caldaie per evitare di dare la loro posizione ai bloccanti.

L'invenzione del focolare Wootten ha permesso alle locomotive di bruciare direttamente l'antracite in modo efficiente, in particolare i rifiuti. All'inizio del XX secolo negli Stati Uniti, il Delaware, la Lackawanna e la Western Railroad iniziarono a utilizzare solo il carbone antracite più costoso nelle locomotive passeggeri, si autoproclamarono "The Road of Anthracite" e pubblicizzarono ampiamente che i viaggiatori sulla loro linea potevano effettuare viaggi in treno senza i loro vestiti macchiati di fuliggine. Gli annunci pubblicitari presentavano una donna vestita di bianco di nome Phoebe Snow e poesie contenenti righe come "Il mio abito rimane bianco / Dalla mattina alla sera / Sulla strada di Antracite". Allo stesso modo, la Great Western Railway nel Regno Unito è stata in grado di utilizzare il suo accesso all'antracite (ha dominato la regione antracite) per guadagnare una reputazione per efficienza e pulizia senza pari da altre società britanniche.

I motori a combustione interna azionati dai cosiddetti "misti", "poveri", "semi-acqua" o "gas Dowson" prodotti dalla gassificazione di antracite con aria (e una piccola percentuale di vapore) erano contemporaneamente i più economici metodo per ottenere energia, consumando 1 chilo di carburante all'ora o meno. Grandi quantità di antracite per scopi energetici erano precedentemente esportate dal Galles del sud in Francia, Svizzera e parti della Germania. Dall'aprile 2013, l'estrazione mineraria commerciale antracite diffusa in Galles è ora cessata, sebbene rimangano alcuni siti di grandi dimensioni a cielo aperto, insieme ad alcune operazioni di estrazione per drift relativamente piccole.

Antracite oggi

L'antracite generalmente costa da due a tre volte tanto quanto il carbone normale. Nel giugno 2008, il costo all'ingrosso dell'antracite era di US $ 150 / tonnellata corta.

L'uso principale di antracite oggi è per un combustibile domestico in stufe o fornelli automatici. Fornisce alta energia per il suo peso e brucia in modo pulito con poca fuliggine, rendendolo ideale per questo scopo. Il suo alto valore lo rende proibitivamente costoso per l'uso in centrale elettrica. Altri usi includono le particelle fini utilizzate come mezzo filtrante e come ingrediente nelle bricchette di carbone. L'antracite è un combustibile autorizzato ai sensi del Clean Air Act del Regno Unito del 1993, il che significa che può essere utilizzato all'interno di un'area designata per il controllo del fumo come i quartieri centrali di Londra.

Estrazione

Oggi la Cina estrae di gran lunga la quota maggiore della produzione globale di antracite, rappresentando oltre i tre quarti della produzione globale. La maggior parte della produzione cinese è di antracite di qualità standard, utilizzata nella produzione di energia. L'aumento della domanda in Cina ha trasformato quel paese in un importatore netto di carburante, principalmente dal Vietnam, un altro importante produttore di antracite per la produzione di energia, sebbene l'aumento del consumo interno in Vietnam significhi che le esportazioni potrebbero essere ridotte.

L'attuale produzione di antracite negli Stati Uniti è in media di circa 5 milioni di tonnellate all'anno. Di questo, circa 1,8 milioni di tonnellate sono state estratte nello stato della Pennsylvania. La miniera di carbone antracite continua ancora oggi nella Pennsylvania orientale e contribuisce fino all'1% al prodotto statale lordo. Più di 2.000 persone sono state impiegate nell'estrazione del carbone antracite nel 1995. La maggior parte dell'estrazione a partire da quella data ha riguardato il recupero del carbone dai cumuli di scorie (pile di rifiuti provenienti dall'estrazione del carbone passato) nelle vicine miniere chiuse. Parte del carbone antracite sotterraneo viene anch'esso estratto.

I paesi che producono antracite HG e UHG includono Russia e Sudafrica. L'antracite HG e UHG sono utilizzate come sostituti del coke o del carbone in varie applicazioni metallurgiche del carbone (sinterizzazione, PCI, carica diretta di BF, pellettizzazione). Svolge un ruolo importante nella riduzione dei costi nel processo di fabbricazione dell'acciaio ed è anche utilizzato nella produzione di ferroleghe, silicomanganese, carburo di calcio e carburo di silicio. Il Sudafrica esporta in Brasile antracite di qualità inferiore e ceneri più alte per essere utilizzato nella produzione di acciaio.

Dimensionamento e classificazione

L'antracite viene trasformato in diverse dimensioni da quello che viene comunemente definito un interruttore. Il grande carbone viene sollevato dalla miniera e fatto passare attraverso gli interruttori con rulli dentati per ridurre i grumi a pezzi più piccoli. I pezzi più piccoli sono separati in diverse dimensioni da un sistema di setacci graduati, disposti in ordine decrescente. Il dimensionamento è necessario per diversi tipi di stufe e forni.

L'antracite è classificata in tre gradi, a seconda del suo contenuto di carbonio. Il grado standard viene utilizzato come combustibile domestico e nella produzione di energia industriale. I gradi più rari di antracite sono più puri - cioè hanno un contenuto di carbonio più elevato - e sono utilizzati nella produzione di acciaio e in altri settori dell'industria metallurgica. Le caratteristiche tecniche dei vari gradi di antracite sono le seguenti:

L'antracite è divisa per dimensioni principalmente in applicazioni che richiedono grumi (in genere superiori a 10 mm) - vari processi industriali in cui sostituisce coke metallurgico e combustibile domestico - e quelli che richiedono multe (inferiori a 10 mm), come la sinterizzazione e la pellettizzazione.

La classificazione americana comune per dimensione è la seguente:

Carboni di grumo, battello a vapore, uova e fornelli, questi ultimi in due o tre dimensioni, tutti e tre con dimensioni superiori a 38 mm (1 1⁄2 in) su schermi a foro tondo.

Alta qualità

L'antracite di alta qualità (HG) e ultra alta (UHG) sono i gradi più alti di carbone antracite. Sono le forme più pure di carbone, con il più alto grado di coalificazione, il più alto numero di emissioni di carbonio e contenuto energetico e il minor numero di impurità (umidità, ceneri e sostanze volatili).

L'antracite di alta qualità e ultra alta è più dura dell'antracite di qualità standard e ha una densità relativa maggiore. Un esempio di una formula chimica per antracite di alta qualità sarebbe C240H90O4NS, che rappresenta il 94% di carbonio. L'antracite UHG ha in genere un contenuto minimo di carbonio del 95%.

Differiscono anche nell'uso dall'antracite di grado standard (utilizzato principalmente per la produzione di energia), essendo impiegato principalmente nella metallurgia come sostituto economico del coke in processi come la sinterizzazione e la pellettizzazione, nonché l'iniezione di carbone polverizzato (PCI) e l'iniezione diretta negli altiforni. Possono anche essere utilizzati nella depurazione delle acque e a livello nazionale come combustibile senza fumo.

L'antracite HG e UHG rappresenta una piccola percentuale del mercato totale antracite. I principali paesi produttori sono Russia, Ucraina, Vietnam, Sudafrica e Stati Uniti.

Le dimensioni principali utilizzate negli Stati Uniti per il riscaldamento domestico sono Castagne, Piselli, Grano saraceno e Riso, con Castagne e Riso che sono i più popolari. Castagne e piselli vengono utilizzati in forni a fuoco manuale, mentre i più piccoli riso e grano saraceno vengono utilizzati in forni automatici. Il riso è attualmente la dimensione più ricercata per la facilità d'uso e la popolarità di quel tipo di forno.

Nel Galles del Sud viene adottata una classificazione meno elaborata, ma si presta molta attenzione alla raccolta e alla pulizia manuale del carbone da particelle di piriti nelle qualità superiori conosciute come i migliori carboni maltanti, che vengono utilizzati per il malto di essiccazione in forno.

La polvere antracite può essere trasformata in bricchette e viene venduta nel Regno Unito con nomi commerciali come Phurnacite, Ancit e Taybrite.

Incendi sotterranei

Storicamente di tanto in tanto, le cuciture sotterranee di carbone hanno preso fuoco, spesso da attività minerarie disattente o sfortunate. La tasca del carbone acceso viene alimentata dall'ossigeno da percorsi di sfiato non ancora scoperti. Questi possono bruciare per anni. Comunemente, gli sfiati di scarico nelle aree popolate vengono presto rilevati e sigillati mentre gli sfiati nelle aree disabitate rimangono da scoprire. Occasionalmente, le prese d'aria vengono scoperte attraverso i fumi rilevati dai passanti, spesso nelle aree boschive. I tentativi di estinguere i rimanenti sono stati a volte inutili e oggi esistono diverse aree di combustione. L'esistenza di un sito di combustione sotterranea a volte può essere identificata in inverno dove la neve caduta viene vista sciogliersi dal calore condotto dal basso. Le proposte per sfruttare questo calore come energia geotermica non hanno avuto successo.

Una vena di antracite che ha preso fuoco a Centralia, in Pennsylvania, nel 1962, brucia da allora, trasformando il quartiere un tempo fiorente in una città fantasma.

Grandi riserve

Tra gli attuali produttori, Russia, Cina e Ucraina hanno le maggiori riserve recuperabili di antracite. Altri paesi con riserve sostanziali includono il Vietnam e la Corea del Nord.

Geologicamente, il più grande deposito di antracite più concentrato al mondo si trova nella miniera di carbone di Lackawanna nella Pennsylvania nord-orientale, negli Stati Uniti e nei dintorni di Scranton, in Pennsylvania. Chiamata localmente la regione del carbone, il deposito contiene 480 miglia quadrate (1.200 km2) di roccia carbonifera che originariamente conteneva 22,8 miliardi di tonnellate corte (20,68 miliardi di tonnellate) di antracite. La regione geografica è lunga circa 100 miglia (161 km) e larghezza 30 miglia (48 km). A causa dell'estrazione storica e dello sviluppo delle terre sovrastanti il ​​carbone, si stima che restino 7 miliardi di tonnellate corte (6,3 miliardi di tonnellate) di riserve estraibili. Gli Stati Uniti contengono anche numerosi depositi minori di antracite, come quelli storicamente estratti a Crested Butte, in Colorado.

Il deposito antracite della marmotta, situato nella Columbia Britannica, in Canada, è il più grande deposito antracite precedentemente non sviluppato al mondo. È di proprietà della società australiana quotata in borsa, Atrum Coal e ha 1,57 miliardi di tonnellate di antracite di alta qualità.

Antraciti di nuova età terziaria o cretacea si trovano nella parte di Crowsnest Pass delle Montagne Rocciose in Canada e in vari luoghi delle Ande in Perù.