第231章、煤炭的增值利用
煤炭是一種由植物遺體經過長時間的地質作用形成的固體可燃礦產資源，主要由有機質和無機質兩大部分組成。以下是煤炭的主要組成成分及其特點：
1.有機成分
煤炭的有機成分主要來源於植物遺體，經過複雜的地質作用（如成煤作用、變質作用等）逐漸轉化而成。有機成分主要包括以下幾類：
（1）碳（C）
•含量：煤炭中碳的含量通常在70%90%之間，是煤炭的主要成分之一。
•作用：碳是煤炭的主要可燃元素，燃燒時釋放大量的熱能。碳含量越高，煤炭的熱值通常越高。
（2）氫（H）
•含量：氫的含量一般在3%6%之間。
•作用：氫也是可燃元素之一，燃燒時與氧結合生成水，同時釋放熱量。氫含量較高的煤炭燃燒時產生的水蒸氣較多，可能會影響燃燒效率。
（3）氧（O）
•含量：氧的含量一般在5%15%之間。
•作用：氧在煤炭中主要以有機化合物的形式存在，如羥基（-OH）、羧基（-COOH）等。雖然氧本身不可燃，但它是燃燒反應的必要元素。氧含量較高時，煤炭的熱值會降低，同時燃燒時產生的酸性氣體（如二氧化碳、水蒸氣）也會增多。
（4）硫（S）
•含量：硫的含量通常在0.5%5%之間，但某些高硫煤中硫含量可能更高。
•作用：硫是煤炭中的有害元素之一，燃燒時會生成二氧化硫（SO₂），導致酸雨等環境問題。因此，高硫煤在使用前通常需要進行脫硫處理。
（5）氮（N）
•含量：氮的含量一般在0.5%2%之間。
•作用：氮在煤炭中主要以有機化合物的形式存在，燃燒時會生成氮氧化物（NOₓ），也是大氣污染的重要來源之一。
2.無機成分
煤炭中的無機成分主要是礦物質，這些礦物質在煤炭中以不同的形式存在，影響煤炭的性質和利用效率。
（1）灰分（Ash）
•含量：灰分是指煤炭在完全燃燒後剩餘的礦物質殘渣，通常占煤炭總重量的10%30%，但某些低質煤中灰分含量可能更高。
•組成：灰分主要由二氧化矽（SiO₂）、氧化鋁（Al₂O₃）、氧化鐵（Fe₂O₃）、氧化鈣（CaO）、氧化鎂（MgO）等組成。
•作用：灰分是煤炭中的雜質，會降低煤炭的熱值，增加運輸和燃燒過程中的能耗。此外，灰分在燃燒過程中還會形成爐渣，需要妥善處理。
（2）水分（Moisture）
•含量：煤炭中的水分含量差異較大，一般在2%40%之間。褐煤和泥炭的水分含量較高，而煙煤和無煙煤的水分含量較低。
•作用：水分會降低煤炭的熱值，增加運輸成本。在燃燒過程中，水分蒸發會吸收熱量，降低燃燒效率。因此，煤炭在使用前通常需要進行乾燥處理。
3.煤炭的分類
根據煤炭的組成成分和性質，煤炭可以分為以下幾類：
•泥炭：有機質含量高，水分高，熱值低，未完全成煤。
•褐煤：水分和揮發分較高，熱值較低，燃燒時容易結渣。
•煙煤：揮發分較高，燃燒性好，熱值較高。
•無煙煤：揮發分低，碳含量高，熱值高，燃燒時幾乎不冒煙。
4.煤炭的工業利用
煤炭的主要利用方式包括：
•發電：通過燃燒煤炭產生高溫高壓蒸汽，驅動汽輪發電機發電。
•化工：煤炭可用於生產合成氣、甲醇、合成氨等化工產品。
•煉鐵：煤炭（焦炭）是高爐煉鐵的重要燃料和還原劑。
•建築材料：煤炭燃燒後的灰渣可用於生產水泥、磚等建築材料。
5.環境影響
煤炭的開採和利用對環境有較大影響，主要包括：
•溫室氣體排放：煤炭燃燒會產生大量的二氧化碳（CO₂），是溫室氣體的主要來源之一。
•大氣污染：燃燒過程中會釋放二氧化硫（SO₂）、氮氧化物（NOₓ）等有害氣體，導致酸雨和霧霾。
•固體廢棄物：煤炭開採和燃燒產生的煤矸石、灰渣等需要妥善處理，否則會占用大量土地並污染土壤和水體。
總之，煤炭是一種重要的能源資源，但其利用過程中需要充分考慮環境保護和資源綜合利用，以實現可持續發展。/
數據點：煤炭中含氧化鋁（Al₂O₃），氧化鋁（Al₂O₃）弱導電性、不易燃，需要電解氧化鋁。氧化鋁是生產金屬鋁的主要原料，通過電解氧化鋁製得金屬鋁。
通過化纖靜電刷：電解氧化鋁。//
氧化鋁（化學式：Al₂O₃）是一種重要的無機化合物，廣泛應用於工業和材料科學領域。以下是關於氧化鋁的詳細介紹，包括其性質、製備方法、應用以及與其他物質的反應關係。
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1.氧化鋁的性質
•化學性質：
•氧化鋁是一種兩性氧化物，既能與強酸反應，也能與強鹼反應。
•與酸反應（以鹽酸為例）：
\[
ext{Al}2ext{O}3+6ext{HCl}\rightarrow 2ext{AlCl}3+3ext{H}2ext{O}
\]
•與鹼反應（以氫氧化鈉為例）：
\[
ext{Al}2ext{O}3+2ext{NaOH}+3ext{H}2ext{O}\rightarrow 2ext{Na[Al(OH)]}4
\]
•物理性質：
•白色固體，熔點高（約2072°C），沸點約2977°C。
•硬度高，莫氏硬度約為9，僅次於金剛石。
•化學穩定性好，不溶於水，但可溶於強酸和強鹼溶液。
•具有多種晶型，最常見的是α-Al₂O₃（剛玉）和γ-Al₂O₃（活性氧化鋁）。
---
2.氧化鋁的製備
氧化鋁主要通過以下幾種方法製備：
•拜耳法（Bayer Process）：
•這是工業上最常用的製備方法，主要用於從鋁土礦中提取氧化鋁。
•工藝流程：
1.將鋁土礦粉碎後與高溫高壓的鹼液（氫氧化鈉溶液）混合，使鋁土礦中的氧化鋁溶解。
2.溶液經過澄清和過濾，去除雜質。
3.將溶液降溫並通入二氧化碳，使氧化鋁沉澱析出。
4.沉澱的氧化鋁經過洗滌、乾燥和煅燒，最終得到高純度的氧化鋁。
•燒結法（Sintering Process）：
•主要用於處理低品位鋁土礦或高矽鋁土礦。
•將鋁土礦與石灰石、蘇打等添加劑混合後燒結，使氧化鋁與雜質分離，再通過酸浸或鹼浸提取氧化鋁。
•其他方法：
•通過化學沉澱法、水熱合成法等製備高純度或特殊晶型的氧化鋁。
---
3.氧化鋁的應用
氧化鋁因其優異的物理和化學性質，被廣泛應用於多個領域：
•鋁工業：
•氧化鋁是生產金屬鋁的主要原料，通過電解氧化鋁製得金屬鋁。
•耐火材料：
•由於其高熔點和化學穩定性，氧化鋁被廣泛用於製造耐火磚、坩堝、高溫爐襯等。
•陶瓷材料：
•氧化鋁陶瓷具有高硬度、耐磨性和良好的電絕緣性，常用於製造陶瓷刀具、軸承、絕緣子等。
•磨料：
•氧化鋁磨料（如剛玉）用於製造砂紙、砂輪等磨具，廣泛應用於機械加工和表面處理。
•電子材料：
•氧化鋁可作為絕緣材料和基板材料，用於電子器件和集成電路的製造。
•催化劑載體：
•活性氧化鋁（γ-Al₂O₃）具有高比表面積，常用作催化劑載體，如在石油精煉和汽車尾氣處理中。
•其他應用：
•用於製造光學材料、牙科修復材料、人造寶石等。
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4.氧化鋁與其他物質的反應
氧化鋁可以與其他物質發生多種化學反應，生成不同的化合物，這些反應在工業和材料科學中具有重要應用：
•與氧化鈣（CaO）反應：
•高溫下生成鋁酸鈣（CaAl₂O₄）：
\[
ext{CaO}+ext{Al}2ext{O}3\rightarrowext{CaAl}2ext{O}4
\]
•鋁酸鈣可用於耐火材料、水泥添加劑和鋁電解質。
•與氫氧化鈉（NaOH）反應：
•生成偏鋁酸鈉（Na[Al(OH)]₄）：
\[
ext{Al}2ext{O}3+2ext{NaOH}+3ext{H}2ext{O}\rightarrow 2ext{Na[Al(OH)]}4
\]
•該反應是拜耳法提取氧化鋁的關鍵步驟。
•與硫酸（H₂SO₄）反應：
•生成硫酸鋁（Al₂(SO₄)₃）：
\[
ext{Al}2ext{O}3+3ext{H}2ext{SO}4\rightarrowext{Al}2(ext{SO}4)3+3ext{H}2ext{O}
\]
•硫酸鋁可用於水處理、造紙和製備明礬。
---
5.氧化鋁的環境和健康影響
•環境影響：
•氧化鋁本身對環境影響較小，但在其生產過程中（如拜耳法）會產生大量赤泥（拜耳法的廢渣），若處理不當會污染土壤和水體。
•健康影響：
•氧化鋁粉塵吸入可能對呼吸道和肺部健康造成影響，長期暴露可能導致塵肺病。因此，生產過程中需要採取防護措施。
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總結
氧化鋁是一種重要的無機材料，具有高熔點、高硬度、良好的化學穩定性和兩性氧化物的特性。它在鋁工業、耐火材料、陶瓷、磨料、電子材料等領域有廣泛應用。同時，氧化鋁的製備和應用也涉及多種化學反應，這些反應在工業生產中具有重要意義。/
數據點：氧化鋁介紹。//
總結：提高了煤炭的燃燒率，就可以省錢，環保。煤炭中的氧化鋁是生產金屬鋁的主要原料，通過電解氧化鋁製得金屬鋁。鋁的利用又更增值。作用：環保。
1.有機成分
煤炭的有機成分主要來源於植物遺體，經過複雜的地質作用（如成煤作用、變質作用等）逐漸轉化而成。有機成分主要包括以下幾類：
（1）碳（C）
•含量：煤炭中碳的含量通常在70%90%之間，是煤炭的主要成分之一。
•作用：碳是煤炭的主要可燃元素，燃燒時釋放大量的熱能。碳含量越高，煤炭的熱值通常越高。
（2）氫（H）
•含量：氫的含量一般在3%6%之間。
•作用：氫也是可燃元素之一，燃燒時與氧結合生成水，同時釋放熱量。氫含量較高的煤炭燃燒時產生的水蒸氣較多，可能會影響燃燒效率。
（3）氧（O）
•含量：氧的含量一般在5%15%之間。
•作用：氧在煤炭中主要以有機化合物的形式存在，如羥基（-OH）、羧基（-COOH）等。雖然氧本身不可燃，但它是燃燒反應的必要元素。氧含量較高時，煤炭的熱值會降低，同時燃燒時產生的酸性氣體（如二氧化碳、水蒸氣）也會增多。
（4）硫（S）
•含量：硫的含量通常在0.5%5%之間，但某些高硫煤中硫含量可能更高。
•作用：硫是煤炭中的有害元素之一，燃燒時會生成二氧化硫（SO₂），導致酸雨等環境問題。因此，高硫煤在使用前通常需要進行脫硫處理。
（5）氮（N）
•含量：氮的含量一般在0.5%2%之間。
•作用：氮在煤炭中主要以有機化合物的形式存在，燃燒時會生成氮氧化物（NOₓ），也是大氣污染的重要來源之一。
2.無機成分
煤炭中的無機成分主要是礦物質，這些礦物質在煤炭中以不同的形式存在，影響煤炭的性質和利用效率。
（1）灰分（Ash）
•含量：灰分是指煤炭在完全燃燒後剩餘的礦物質殘渣，通常占煤炭總重量的10%30%，但某些低質煤中灰分含量可能更高。
•組成：灰分主要由二氧化矽（SiO₂）、氧化鋁（Al₂O₃）、氧化鐵（Fe₂O₃）、氧化鈣（CaO）、氧化鎂（MgO）等組成。
•作用：灰分是煤炭中的雜質，會降低煤炭的熱值，增加運輸和燃燒過程中的能耗。此外，灰分在燃燒過程中還會形成爐渣，需要妥善處理。
（2）水分（Moisture）
•含量：煤炭中的水分含量差異較大，一般在2%40%之間。褐煤和泥炭的水分含量較高，而煙煤和無煙煤的水分含量較低。
•作用：水分會降低煤炭的熱值，增加運輸成本。在燃燒過程中，水分蒸發會吸收熱量，降低燃燒效率。因此，煤炭在使用前通常需要進行乾燥處理。
3.煤炭的分類
根據煤炭的組成成分和性質，煤炭可以分為以下幾類：
•泥炭：有機質含量高，水分高，熱值低，未完全成煤。
•褐煤：水分和揮發分較高，熱值較低，燃燒時容易結渣。
•煙煤：揮發分較高，燃燒性好，熱值較高。
•無煙煤：揮發分低，碳含量高，熱值高，燃燒時幾乎不冒煙。
4.煤炭的工業利用
煤炭的主要利用方式包括：
•發電：通過燃燒煤炭產生高溫高壓蒸汽，驅動汽輪發電機發電。
•化工：煤炭可用於生產合成氣、甲醇、合成氨等化工產品。
•煉鐵：煤炭（焦炭）是高爐煉鐵的重要燃料和還原劑。
•建築材料：煤炭燃燒後的灰渣可用於生產水泥、磚等建築材料。
5.環境影響
煤炭的開採和利用對環境有較大影響，主要包括：
•溫室氣體排放：煤炭燃燒會產生大量的二氧化碳（CO₂），是溫室氣體的主要來源之一。
•大氣污染：燃燒過程中會釋放二氧化硫（SO₂）、氮氧化物（NOₓ）等有害氣體，導致酸雨和霧霾。
•固體廢棄物：煤炭開採和燃燒產生的煤矸石、灰渣等需要妥善處理，否則會占用大量土地並污染土壤和水體。
總之，煤炭是一種重要的能源資源，但其利用過程中需要充分考慮環境保護和資源綜合利用，以實現可持續發展。/
數據點：煤炭中含氧化鋁（Al₂O₃），氧化鋁（Al₂O₃）弱導電性、不易燃，需要電解氧化鋁。氧化鋁是生產金屬鋁的主要原料，通過電解氧化鋁製得金屬鋁。
通過化纖靜電刷：電解氧化鋁。//
氧化鋁（化學式：Al₂O₃）是一種重要的無機化合物，廣泛應用於工業和材料科學領域。以下是關於氧化鋁的詳細介紹，包括其性質、製備方法、應用以及與其他物質的反應關係。
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1.氧化鋁的性質
•化學性質：
•氧化鋁是一種兩性氧化物，既能與強酸反應，也能與強鹼反應。
•與酸反應（以鹽酸為例）：
\[
ext{Al}2ext{O}3+6ext{HCl}\rightarrow 2ext{AlCl}3+3ext{H}2ext{O}
\]
•與鹼反應（以氫氧化鈉為例）：
\[
ext{Al}2ext{O}3+2ext{NaOH}+3ext{H}2ext{O}\rightarrow 2ext{Na[Al(OH)]}4
\]
•物理性質：
•白色固體，熔點高（約2072°C），沸點約2977°C。
•硬度高，莫氏硬度約為9，僅次於金剛石。
•化學穩定性好，不溶於水，但可溶於強酸和強鹼溶液。
•具有多種晶型，最常見的是α-Al₂O₃（剛玉）和γ-Al₂O₃（活性氧化鋁）。
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2.氧化鋁的製備
氧化鋁主要通過以下幾種方法製備：
•拜耳法（Bayer Process）：
•這是工業上最常用的製備方法，主要用於從鋁土礦中提取氧化鋁。
•工藝流程：
1.將鋁土礦粉碎後與高溫高壓的鹼液（氫氧化鈉溶液）混合，使鋁土礦中的氧化鋁溶解。
2.溶液經過澄清和過濾，去除雜質。
3.將溶液降溫並通入二氧化碳，使氧化鋁沉澱析出。
4.沉澱的氧化鋁經過洗滌、乾燥和煅燒，最終得到高純度的氧化鋁。
•燒結法（Sintering Process）：
•主要用於處理低品位鋁土礦或高矽鋁土礦。
•將鋁土礦與石灰石、蘇打等添加劑混合後燒結，使氧化鋁與雜質分離，再通過酸浸或鹼浸提取氧化鋁。
•其他方法：
•通過化學沉澱法、水熱合成法等製備高純度或特殊晶型的氧化鋁。
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3.氧化鋁的應用
氧化鋁因其優異的物理和化學性質，被廣泛應用於多個領域：
•鋁工業：
•氧化鋁是生產金屬鋁的主要原料，通過電解氧化鋁製得金屬鋁。
•耐火材料：
•由於其高熔點和化學穩定性，氧化鋁被廣泛用於製造耐火磚、坩堝、高溫爐襯等。
•陶瓷材料：
•氧化鋁陶瓷具有高硬度、耐磨性和良好的電絕緣性，常用於製造陶瓷刀具、軸承、絕緣子等。
•磨料：
•氧化鋁磨料（如剛玉）用於製造砂紙、砂輪等磨具，廣泛應用於機械加工和表面處理。
•電子材料：
•氧化鋁可作為絕緣材料和基板材料，用於電子器件和集成電路的製造。
•催化劑載體：
•活性氧化鋁（γ-Al₂O₃）具有高比表面積，常用作催化劑載體，如在石油精煉和汽車尾氣處理中。
•其他應用：
•用於製造光學材料、牙科修復材料、人造寶石等。
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4.氧化鋁與其他物質的反應
氧化鋁可以與其他物質發生多種化學反應，生成不同的化合物，這些反應在工業和材料科學中具有重要應用：
•與氧化鈣（CaO）反應：
•高溫下生成鋁酸鈣（CaAl₂O₄）：
\[
ext{CaO}+ext{Al}2ext{O}3\rightarrowext{CaAl}2ext{O}4
\]
•鋁酸鈣可用於耐火材料、水泥添加劑和鋁電解質。
•與氫氧化鈉（NaOH）反應：
•生成偏鋁酸鈉（Na[Al(OH)]₄）：
\[
ext{Al}2ext{O}3+2ext{NaOH}+3ext{H}2ext{O}\rightarrow 2ext{Na[Al(OH)]}4
\]
•該反應是拜耳法提取氧化鋁的關鍵步驟。
•與硫酸（H₂SO₄）反應：
•生成硫酸鋁（Al₂(SO₄)₃）：
\[
ext{Al}2ext{O}3+3ext{H}2ext{SO}4\rightarrowext{Al}2(ext{SO}4)3+3ext{H}2ext{O}
\]
•硫酸鋁可用於水處理、造紙和製備明礬。
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5.氧化鋁的環境和健康影響
•環境影響：
•氧化鋁本身對環境影響較小，但在其生產過程中（如拜耳法）會產生大量赤泥（拜耳法的廢渣），若處理不當會污染土壤和水體。
•健康影響：
•氧化鋁粉塵吸入可能對呼吸道和肺部健康造成影響，長期暴露可能導致塵肺病。因此，生產過程中需要採取防護措施。
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總結
氧化鋁是一種重要的無機材料，具有高熔點、高硬度、良好的化學穩定性和兩性氧化物的特性。它在鋁工業、耐火材料、陶瓷、磨料、電子材料等領域有廣泛應用。同時，氧化鋁的製備和應用也涉及多種化學反應，這些反應在工業生產中具有重要意義。/
數據點：氧化鋁介紹。//
總結：提高了煤炭的燃燒率，就可以省錢，環保。煤炭中的氧化鋁是生產金屬鋁的主要原料，通過電解氧化鋁製得金屬鋁。鋁的利用又更增值。作用：環保。