무연탄

Anthracite
무연탄
흑탄, 경질탄, 석탄, 맹탄, 킬케니탄, 까마귀탄, 크로우탄, 블랙다이아몬드
변성암
Anthracite coal
무연탄
구성.
탄소[1] 86~97%

단단한 석탄과 검은 석탄으로도 알려진 무연탄은 아금속 광택을 가진 단단하고 컴팩트한 석탄 품종입니다. 모든 종류의 석탄 중 탄소 함량이 가장 높고 불순물이 가장 적으며 에너지 밀도가 가장 높으며 석탄의 순위가 가장 높습니다.

미국 펜실베이니아주 북동부 석탄 지역은 70억 톤의 매장량을 가진 것으로 추정되는 무연탄 매장량을 가지고 있습니다.[2] 중국은 전 세계 생산의 대부분을 차지하고 있으며, 그 외 생산국으로는 러시아, 우크라이나, 북한, 남아프리카, 베트남, 영국, 호주, 캐나다, 미국 등이 있습니다. 2020년 총 생산량은 6억 1,500만 톤이었습니다.[3]

무연탄은 석탄의 가장 변성된 유형이지만 여전히 탄소 함량이 86%에서 97%[1][5][6] 사이인 [a]낮은 등급의 변성을 나타냅니다. 이 용어는 발화 지점 이하로 가열될 때 타르나 기타 탄화수소 증기를 발산하지 않는 석탄 품종에 적용됩니다.[7] 무연탄은 점화가 어렵고, 짧고 파란색이며 연기가 없는 불꽃으로 타오릅니다.

무연탄은 여러 등급으로 분류됩니다. 표준 등급은 발전 분야에서 주로 사용되며, 고등급(HG)과 초고등급(UHG)은 야금 분야에서 주로 사용됩니다. 무연탄은 전 세계 석탄 매장량의 약 1%를 차지하고 있으며,[8] 전 세계 소수의 국가에서만 채굴되고 있습니다.

이름

펜실베이니아주 트레보턴의 무연탄 더미

무연탄은 그리스의 무연탄 ē(ἀνθρα κίτης)에서 유래되었으며, 문자 그대로 "석탄"과 같습니다. 무연탄을 지칭하는 다른 용어들은 검은 석탄, 단단한 석탄, 돌 석탄,[10][11] 어두운 석탄, 커피 석탄, 맹탄(스코틀랜드),[7] 킬케니 석탄([10]아일랜드), 까마귀 석탄 또는 크로우 석탄, 그리고 검은 다이아몬드입니다. "Blue Coal"은 한때 인기 있고 상표 등록된 무연탄 브랜드의 용어로, 펜실베니아의 글렌 알덴 석탄 회사에서 채굴하여 광산에서 파란색 염료를 뿌린 후 미국 북동부 시장으로 운송하여 경쟁업체들과 차별화하기 위한 것입니다.[citation needed]

Culm은 영국과 미국 영어에서 다른 의미를 가지고 있습니다. 영국 영어로 culm은 색소로 사용되었던 데본과 콘월의 북쪽에 주로 위치한 불완전 무연탄입니다. 이 용어는 또한 컬름 척도(Culm Measures)라고도 알려진 영국과 레니쉬 언덕 국가에서 발견되는 일부 석탄층 지층을 지칭하는 데에도 사용됩니다.[7] 영국에서는 19세기 동안 영국에서 수출된 석탄을 지칭할 수도 있습니다.[10] 미국 영어에서 "culm"은 무연탄 채굴로 인한 폐기물 또는 느슨함을 의미하며,[7] 대부분 먼지와 작은 조각들로 가정용 용광로에서 사용하기에 적합하지 않습니다.

특성.

독일 이벤뷔렌의 무연탄
미시간주 베이시티에서 온 무연탄

무연탄은 미네랄로이드 제트와 외관이 비슷하고 제트 모조품으로 사용되기도 합니다.

무연탄은 일반 유연탄과 달리 경도가 크고([12]모오스계 2.75–3), 상대 밀도가 1.3–1.4로 높으며, 광택은 종종 약간의 녹색 반사와 함께 반금속입니다. 고정 탄소의 비율이 높고 휘발성 물질의 비율이 낮습니다. 또한 포함된 부드러운 또는 섬유형 노치가 없으며 문질러도 손가락에 흙이 묻지 않습니다.[7] 무연탄은 유연탄이 무연탄으로 변하는 것입니다.

신선한 무연탄의 수분 함량은 일반적으로 15% 미만입니다. 무연탄의 열 함량은 26~33 MJ/kg(2,200만~2,800만 Btu/짧은 톤) 범위입니다. 미국에서 소비되는 무연탄의 열 함량은 수령 기준으로 평균 29 MJ/kg(2,500만 Btu/톤)으로 고유 수분과 광물질을 모두 포함하고 있습니다.

1980년대 이후, 무연탄 폐기물이나 광산 폐기물은 재활용의 형태로 석탄 발전에 사용되었습니다. 매립으로 알려진 관행은 광산 소유자가 토지를 대략적인 원래 상태로 복구하도록 요구하는 암말뚝 관리법에 적용되고 있습니다.

화학적으로 무연탄은 일반 유연탄과 흑연 사이의 전이 단계로 간주될 수 있으며, 이는 전자의 휘발성 성분을 다소 완전히 제거함으로써 생성되며, 상당한 스트레스와 압력을 받은 영역에서 가장 풍부하게 발견됩니다. 예를 들어 거대한 산맥의 측면과 같은.[7] 무연탄은 유연탄이 일반적으로 덜 변형되거나 평평한 퇴적암과 관련이 있는 것처럼 더 높은 압력과 온도(변성 조건에는 부족함)를 받은 강한 변형 퇴적암과 관련이 있습니다. 펜실베이니아 주 동부-중부 석탄 지역 애팔래치아 산맥의 접힌 능선과 계곡 지방에서 깊은 곳에서 채굴되는 무연탄의 압축층은 앨러게니 고원의 서쪽에 있는 일반적으로 평평하게 놓여 있고 형성되지 않은 퇴적암에서 채굴되는 동일한 층의 유연탄의 확장물입니다. 켄터키와 웨스트 버지니아, 오하이오 동부, 펜실베이니아 서부.

같은 방식으로 사우스 웨일즈의 무연탄 지역은 스완지와 라넬리 서쪽의 연선 지역에 국한되어 있으며, 중부와 동부는 증기 석탄, 코크스 석탄 및 가정용 석탄을 생산합니다.[13]

무연탄은 원래의 성층선이 항상 쉽게 보이지 않도록 2차 분할면과 균열의 발달에 의해 약간의 변화를 보입니다. 열전도율도 높아 같은 온도의 유연탄 덩어리보다 따뜻한 손에 쥐었을 때 무연탄 덩어리가 눈에 띄게 차갑게 느껴집니다.[7]

무연탄은 철 제련 용광로에 사용된 역사가 있지만 야금 코크스의 공극 공간이 부족하여 결국 무연탄을 대체하게 되었습니다.[14]

채광 및 사용 연혁

1935년 뉴멕시코의 무연탄 차단기와 발전소 건물들
"무연탄은 '전투용 연료'", 제2차 세계 대전 당시 군 생산에 광범위하게 사용되었던 무연탄 홍보 포스터

웨일즈 남서부에서는 손더스풋 근처에서 채굴된 [15]적어도 중세 시대부터 가정용 연료로 무연탄이 연소되었습니다. 보다 최근에, 대규모 무연탄 채굴이 20세기 후반까지 사우스 웨일즈 탄광의 서부 전역에서 이루어졌습니다. 이제 채굴은 더 작은 규모로 계속됩니다.

미국에서 무연탄 역사는 1790년 펜실베이니아주 포츠빌에서 사냥꾼 네초 알렌이 만든 석탄이 발견되면서 시작됐습니다. 전설에 따르면 앨런은 브로드마운틴 기지에서 잠이 들었다가 그의 캠프파이어가 무연탄 노두에 불을 붙였기 때문에 큰 불이 난 것을 보고 잠에서 깼다고 합니다. 1795년까지 슈일킬 강에 무연탄을 연소하는 철로가 건설되었습니다.

무연탄은 1808년 2월 11일 미국 펜실베이니아주 윌크스바레의 제시 펠 판사에 의해 벽난로의 개방형 화격자 위에서 가정용 난방 연료로 처음 실험적으로 연소되었습니다. 무연탄은 바닥부터 드래프트가 필요하다는 점에서 나무와 차이가 있는데, 펠 판사는 화격자 디자인으로 실행 가능한 난방 연료임을 증명했습니다.[citation needed] 1808년 봄, John과 Abijah Smith는 Pennsylvania의 Plymouth에서 Susquehanna 강을 따라 상업적으로 채굴된 첫 번째 무연탄을 선적하여 미국에서 상업적 무연탄 채굴의 탄생을 알렸습니다. 그 첫 번째 광산에서 1917년 생산량은 1억 톤 이상으로 사상 최고치를 기록했습니다.[citation needed]

무연탄을 점화하기가 어려웠기 때문에 특히 철을 제련하기 위한 용광로에서 초기 사용이 억제되었습니다. 1828년 폐열을 이용해 연소 공기를 예열한 열폭로 무연탄이 개발되면서 15년 안에 미국 양철 생산량의 45%를 차지할 정도로 선호 연료가 됐습니다.[16] 무연탄 철 제련은 나중에 코크스로 대체되었습니다.

19세기 후반부터 1950년대까지, 무연탄은 미국 북부의 가정과 다른 건물들을 난방하는 데 가장 인기 있는 연료였고, 석유 연소 시스템과 더 최근에는 천연 가스 시스템으로 대체되었습니다. 학교와 같은 많은 대형 공공 건물들은 1980년대에 걸쳐 무연탄 연소로로 가열되었습니다.

미국 남북전쟁 당시, 남군의 봉쇄선들은 자신들의 위치가 봉쇄선들에게 노출되는 것을 피하기 위해 무연 연료로 무연탄을 보일러에 사용했습니다.[17]

Wootten fire box의 발명은 기관차가 무연탄, 특히 폐기물 덩어리를 효율적으로 직접 연소할 수 있게 했습니다. 20세기 초 미국 델라웨어 주, 라카완나 주, 웨스턴 철도는 "무연탄의 길"이라고 불리는 더 비싼 무연탄만을 여객 기관차에 사용하기 시작했고, 그들의 노선에 있는 여행자들은 옷이 그을리지 않고 철도 여행을 할 수 있다고 널리 광고했습니다. 광고에는 피비 스노우(Phobe Snow)라는 이름의 흰 옷을 입은 여성과 "내 가운은 흰색을 유지한다 / 아침부터 밤까지 / 무연탄의 길 위에서"와 같은 대사가 포함된 시들이 등장했습니다. 마찬가지로 영국의 Great Western Railway는 무연탄(무연탄 지역을 지배하는 철도)에 대한 접근을 이용하여 다른 영국 회사들과 비교할 수 없는 효율성과 청결함으로 명성을 얻을 수 있었습니다.

무연탄을 공기와 함께 가스화하여 생성된 소위 "혼합", "불량", "반수" 또는 "다우슨 가스"에 의해 구동되는 내연 모터는 한때 가장 경제적인 동력을 얻는 방법으로 마력당 1파운드(0.6kg/kWh) 이하만 필요했습니다. 전력용 무연탄은 이전에 사우스 웨일즈에서 프랑스, 스위스 및 독일 일부 지역으로 대량 수출되었습니다.[18] 2013년 4월 현재 웨일즈에서 광범위한 상업용 무연탄 채굴이 중단되었지만, 몇 개의 대규모 개방 주조 현장이 남아 있으며, 비교적 작은 표류 채굴 작업도 있습니다.[citation needed]

오늘 무연탄

무연탄으로 맞춤 제작한 미식축구 트로피

무연탄은 일반적으로 일반 석탄의 2배에서 6배의 비용이 듭니다. 2008년 6월, 무연탄의 도매 비용은 쇼트톤당 미화 150달러였으며,[19] 2021년에는 톤당 107달러로 하락하여 미국 석탄 생산량의 1%를 차지합니다.[20]

오늘날 무연탄의 주요 용도는 수발식 난로 또는 자동 스토커 용광로에서 가정용 연료로 사용됩니다. 무게당 높은 에너지를 전달하고 그을음이 거의 없이 깨끗하게 연소되기 때문에 이 목적에 이상적입니다. 높은 가치 때문에 발전소 사용에 엄청나게 비쌉니다. 다른 용도로는 필터 매체로 사용되는 미세 입자와 숯 연탄재의 성분이 있습니다. 무연탄은 1993년 영국의 청정 공기법에 따라 공인된[21] 연료로, 런던 중심 자치구와 같은 지정된 매연 통제 구역 내에서 사용될 수 있음을 의미합니다.

채굴

오늘날 중국은 전 세계 무연탄 생산량의 4분의 3 이상을 차지하는 단연코 가장 큰 비중을 차지하고 있습니다.[3] 대부분의 중국 생산은 발전에 사용되는 표준 등급의 무연탄입니다.[citation needed] 중국의 수요 증가로 인해 베트남은 연료의 순수 수입국이 되었고, 주로 베트남에서 생산되는 또 다른 주요 발전용 무연탄 생산국이 되었습니다. 하지만 베트남의 국내 소비가 증가하면 수출이 축소될 수도 있습니다.[22]

현재 미국의 무연탄 생산량은 연평균 약 500만 톤입니다. 그 중 약 180만 톤이 펜실베니아 주에서 채굴되었습니다.[23] 펜실베이니아주 동부에서는 현재까지도 무연탄 채굴이 계속되고 있으며, 주내 총생산의 1%까지 기여하고 있습니다. 1995년에는 2,000명 이상이 무연탄 채굴에 종사했습니다. 그 날 현재 대부분의 채굴에는 인근 폐쇄된 광산에서 슬래그 더미(과거 석탄 채굴에서 나온 폐기물 더미)로부터 석탄을 회수하는 것이 포함되었습니다. 일부 지하 무연탄도 채굴되고 있습니다.

HG와 UHG 무연탄을 생산하는 국가에는 러시아와 남아프리카가 있습니다. HG 및 UHG 무연탄은 다양한 야금 석탄 용도(소결, PCI, 직접 BF 전하, 펠릿화)에서 코크스 또는 석탄 대체물로 사용됩니다. 제강 공정에서 원가 절감에 중요한 역할을 하며, 합금철, 규코망간, 탄화칼슘 및 탄화규소의 생산에도 사용됩니다. 남아프리카 공화국은 철강 제조에 사용될 저품질, 고회분 무연탄을 브라질에 수출합니다.[citation needed]

크기 조정 및 등급 조정

1908년 루이스 하인이 펜실베이니아주 피트스턴에서 찍은 브레이커 소년들의 사진.

]

무연탄은 일반적으로 차단기라고 하는 것에 의해 다양한 크기로 처리됩니다. 큰 석탄은 광산에서 끌어올려 톱니가 있는 차단기를 통과하여 덩어리를 더 작은 조각으로 줄입니다. 더 작은 조각들은 눈금이 매겨진 체의 시스템에 의해 다른 크기로 분리되고 내림차순으로 배치됩니다.[18] 크기 조정은 다양한 유형의 스토브와 용광로에 필요합니다.

무연탄은 탄소 함량에 따라 세 가지 등급으로 분류됩니다. 표준 등급은 가정용 연료와 산업용 발전에 사용됩니다. 희귀한 고급 무연탄은 순수하며, 즉 탄소 함량이 더 높습니다. 이는 철강 제조 및 기타 야금 산업 분야에서 사용됩니다. 다양한 등급의 무연탄의 기술적 특성은 다음과 같습니다.[citation needed]

표준등급무연탄 고급무연탄 초고등급 무연탄 콜라.
수분(최대) 15% 15% 13% 5%
재(최대) 20% 15% 12% 14%
휘발성 물질(최대) 10% 10% 5% 2%
고정탄소(최소) 73% 80% 85% 84%
황(최대) 1% 1% 0.6% 0.8%

무연탄은 크기에 따라 주로 덩어리(일반적으로 10mm 이상)가 필요한 애플리케이션(야금 코크스를 대체하는 다양한 산업 공정 및 가정용 연료)과 소결 및 펠렛화와 같은 벌금(10mm 미만)이 필요한 애플리케이션으로 구분됩니다.[22]

크기에 따른 미국의 일반적인 분류는 다음과 같습니다.[citation needed]

덩어리, 증기선, 계란 및 스토브 석탄, 후자는 2개 또는 3개의 크기로, 모두 위에 있습니다. 둥근 구멍 스크린에서 (38mm) 크기의 1+1 ⁄2입니다.

고학년

고등급(HG)과 초고등급(UHG) 무연탄은 무연탄의 최고 등급입니다. 이들은 석탄의 가장 순수한 형태이며, 가장 높은 수준의 석탄화, 가장 높은 탄소 수 및 에너지 함량, 가장 적은 불순물(수분, 회분 및 휘발성 물질)을 가지고 있습니다.

고등급 및 초고등급 무연탄은 표준 등급 무연탄보다 단단하고 상대 밀도가 높습니다. 고급 무연탄의 화학식 예로는 탄소 94%를 나타내는 [24]CHONS가240904 있습니다.[25] UHG 무연탄은 일반적으로 최소 탄소 함량이 95%입니다.

또한 표준 등급의 무연탄(주로 발전에 사용됨)과는 용도가 다르며, 소결 및 펠릿화와 같은 공정에서 코크스의 비용 효율적인 대체재로 야금학에서 주로 사용되며, 미분탄 주입(PCI) 및 고로에 직접 주입됩니다. 또한 정수 및 가정에서 무연 연료로 사용할 수 있습니다.

HG와 UHG 무연탄은 전체 무연탄 시장에서 차지하는 비중이 작습니다. 주요 생산국은 러시아, 우크라이나, 베트남, 남아프리카공화국, 미국입니다.

크기별 표준구분
이름. 임페리얼 (인치) 미터법(mm)
밤나무 7 ⁄ 8 – 1+1 ⁄ 2 in 22~38mm
완두콩 9⁄16–7⁄8 14–22
메밀 3⁄8–9⁄16 9.5–14.3
밥 3⁄16–3⁄8 4.8–9.5
보리 3⁄32–3⁄16 2.4–4.8

미국에서 가정용 난방에 사용되는 주요 크기는 밤, 완두콩, 메밀, 쌀이며 밤과 쌀이 가장 인기 있습니다. 밤과 완두콩은 손으로 굽는 화로에 사용되고, 쌀과 메밀은 자동 화로에 사용됩니다. 쌀은 그 유형의 용광로의 사용 편의성과 인기로 인해 현재 가장 수요가 많은 크기입니다.

사우스 웨일즈에서는 덜 정교한 분류가 채택되었지만 가마 건조 맥아에 사용되는 최고의 맥아로 알려진 고급 품질의 황철석 입자로부터 석탄을 손으로 고르고 청소하는 데 큰 주의를 기울입니다.[18]

무연탄 먼지는 연탄으로 만들 수 있으며 영국에서는 푸르나사이트, 앤싯, 타이브라이트 등의 상호로 판매되고 있습니다.

반무연탄

반무연탄은 고급 무연탄과 반대쪽 끝에서 무연탄과 유연탄의 중간에 해당하는 석탄, 특히 비휘발성 특성으로 무연탄에 접근하는 석탄으로 정의됩니다.[26]

지하 화재

참고 항목: 석탄 심 화재
1908년 펜실베이니아주 스크랜턴 인근에서 불타고 있는 무연탄 엽서

역사적으로, 때때로, 부주의하거나 불행한 채굴 활동으로 인해 지하 석탄 더미에 불이 붙기도 했습니다. 점화된 석탄 주머니는 아직 발견되지 않은 통풍로를 통해 산소를 공급받습니다. 이것들은 몇 년 동안 그을릴 수 있습니다. 일반적으로 사람이 사는 지역의 배기구는 곧 감지되고 밀폐되는 반면 사람이 살지 않는 지역의 배기구는 발견되지 않습니다. 때때로 숲이 우거진 지역에서 행인들이 감지한 연기를 통해 통풍구가 발견되기도 합니다. 남아있는 것들을 진화하려는 시도는 때때로 실패했고, 오늘날 그러한 연소 구역이 몇 곳 존재합니다. 지하 연소장의 존재는 때때로 아래에서 전도된 온기에 의해 눈이 녹아내리는 것으로 보이는 겨울에 확인될 수 있습니다. 이 열을 지열 에너지로 활용하자는 제안은 성공적이지 못했습니다.

1962년 펜실베이니아 주 센트럴리아에서 불이 난 무연탄의 정맥은 그 이후로 계속 타오르고 있어 한때 번성했던 이 자치구를 유령도시로 바꾸어 놓았습니다.[27]

주요적립금

지질학적으로, 세계에서 가장 큰 무연탄 매장량은 미국 펜실베니아주 북동부의 Lackawanna 탄광과 펜실베이니아주 스크랜턴 주변에서 발견됩니다. 지역적으로 석탄 지역이라고 불리는 이 퇴적물에는 480 평방 마일(1,2002 km)의 석탄을 함유하고 있으며,[28] 원래 228억 톤(206억 8천만 톤)의 무연탄을 보유하고 있었습니다. 이 지역의 길이는 약 100마일(161km)이고 폭은 30마일(48km)입니다. 석탄 위에 있는 땅들의 역사적인 채굴과 개발 때문에, 채굴 가능한 매장량이 70억 톤(63억 톤)이 남아 있는 것으로 추정됩니다. 미국은 또한 콜로라도(Colorado)의 크레스트 뷰트(Crested Butte)에서 역사적으로 채굴된 것과 같은 몇 개의 더 작은 무연탄 매장량을 포함하고 있습니다.

현재 생산국 중 러시아, 중국, 폴란드, 우크라이나가 회수 가능한 것으로 추정되는 무연탄 매장량이 가장 많습니다. 매장량이 많은 다른 국가에는 베트남과 북한이 있습니다.[29]

캐나다 브리티시 콜롬비아에 있는 그라운드호그 무연탄 퇴적물은 이전에 개발되지 않은 무연탄 퇴적물 중 세계에서 가장 큰 규모입니다. 호주의 상장기업 아트럼 석탄(Atrum Coal)이 소유하고 있으며 15억 7천만 톤의 고급 무연탄을 보유하고 있습니다.[30]

새로운 제3기 또는 백악기 시대의 무연탄은 캐나다의 록키 산맥의 크라우네스트 고개 부분과 페루의 안데스 산맥의 여러 곳에서 발견됩니다.[18]

참고 항목

해설주

  1. ^ 예를 들어 로드 아일랜드의 Naragansett Basin의 무연탄은 녹색 편암 변성면(모스코바이트-염산염 하부면)입니다.[4]

참고문헌

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더보기

  • Chandler, Alfred D. (1972). "Anthracite coal and the beginnings of the industrial revolution in the United States". Business History Review. 46 (2): 141–181. doi:10.2307/3113503. JSTOR 3113503. S2CID 154542035.
  • Hudson Coal Company (1932). The Story of Anthracite. New York. p. 425.Hudson Coal Company (1932). The Story of Anthracite. New York. p. 425.{{cite book}}CS1 maint: 위치 누락 게시자(링크) – 20세기 산업의 유용한 개요, 운영자 관점의 공정한 사고

주출처

  • 미국 석탄 위원회의 보고서.. (5권, 1925년 3월 3일) 미국 정부의 공식 조사. 온라인 vol 1-2
    • Tryon, Frederick Gale, Joseph Henry Willits, Eds. 석탄 위원회가 발견한 것: 직원에 의한 권위 있는 요약(1925).
  • 무연탄 사업자 총괄 정책 위원회. 1922년 무연탄 파업: 그 원인과 근본 목적에 대한 성명서(1923); 운영자들의 공식 성명서. 온라인상의

외부 링크

위키미디어 커먼즈에는 무연탄 관련 미디어가 있습니다.
위키소스에는 1879년 미국 사이클롭 æ디아 기사 안트라사이트의 텍스트가 있습니다.