Условие задачи
Что представляют собой древесный уголь; сажа; каменный уголь; кокс?
Решение
Ниже приведён подробный ответ с химико-технологической точки зрения («химия» и «технология топлива»).
1. Древесный уголь
Древесный уголь получают путём пиролиза древесины – то есть, при нагревании древесины в условиях недостатка кислорода или при его отсутствии происходит разложение органических веществ. В процессе разложения выделяются летучие соединения (например, вода, углеводороды, кислоты), а остаётся вещество, богатое почти чистым углеродом (С) в аморфном или частично кристаллическом состоянии. Такой материал характеризуется высокой пористостью и способностью адсорбировать различные вещества. Применяется как топливо, фильтрующий материал и компонент в химических реакциях.
2. Сажа
Сажу получают при неполном сгорании органических материалов (деревянных, нефтяных, природных остатков) или при их пиролизе. При сгорании при недостатке кислорода органические соединения не успевают полностью окислиться до углекислого газа (CO₂) и воды (Н₂O), а образуют мелкодисперсный углеродный порошок. Сажа состоит примерно на 90–95 процентов из углерода, содержит незначительные количества летучих веществ и примесей (например, органические кислоты, оксиды металлов), имеет высокую адсорбционную способность и используется, например, в производстве красок, смол и резин, а также как пигмент.
3. Каменный уголь
Каменный уголь – это ископаемое топливо, которое образовалось в результате геологических преобразований остатков древних растений. Под действием повышенного давления и температуры в течение миллионов лет растительные остатки превращались в углеродсодержащую осадочную породу. Его состав: углерод (С) – основной компонент, а также водород (Н), кислород (О), азот (N) и сера (S) в различных пропорциях, а также минеральные примеси (зола). Каменный уголь применяется как топливо для производства электроэнергии, а также в химической промышленности для синтеза различных соединений.
4. Кокс
Кокс получают путём коксования каменного угля. Процесс коксования – это термическое разложение (при температуре до 1000–1100 °C) каменного угля в специальных печах при ограниченном доступе воздуха. В результате происходит удаление летучих компонентов (например, водорода, серы, азота и других органических соединений), а остаётся почти чистый углерод с улучшенными физико-химическими свойствами – повышенной структурной прочностью и теплопроводностью. Кокс широко используется в металлургии (например, в доменных печах для выплавки чугуна и стали), поскольку обладает высоким тепловым значением и способен создавать в печах характерную пористую структуру, способствующую равномерному распределению температуры.
Таким образом, с точки зрения химии и технологии производства топлив можно резюмировать так:
• Древесный уголь – продукт пиролиза древесины с высоким содержанием углерода и пористой структурой.
• Сажа – мелкодисперсный углеродный порошок, образующийся при неполном сгорании органических материалов, используемый в качестве пигмента и адсорбента.
• Каменный уголь – ископаемое топливо, осадочная горная порода, состоящая преимущественно из углерода и примесей, образовавшаяся из древних растительных остатков.
• Кокс – материал, получаемый в результате коксования каменного угля, с высоким содержанием углерода и оптимальными топливными характеристиками для металлургических процессов.