Haupt-, Neben- und Spurenelemente
Die Elemente in Kohle sind in der folgenden Tabelle aufgeführt. Hauptelemente sind Elemente, die mehr als 1 Gewichtsprozent der Kohle ausmachen: Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff und Schwefel. Der relative Prozentsatz des Kohlenstoffs nimmt mit dem Rang zu, während die Prozentsätze von Sauerstoff und Wasserstoff mit dem Rang abnehmen.
Nebenelemente ae-Elemente, die 1,0 bis 0,01 Gewichtsprozent einer Kohle ausmachen. Übliche Nebenelemente in Kohle sind Natrium, Magnesium, Aluminium, Silizium, Phosphor, Kalium, Kalzium, Titan, Mangan und Eisen. Die meisten der kleineren Elemente sind mit den Mineralien in Kohle verbunden, obwohl Phosphor auch mit der organischen Kohlenmatrix assoziiert ist. Kleinere Elemente sind in Kohle relativ häufig. Nicht alle dieser Nebenelemente kommen in allen Kohleflözen vor, und diejenigen, die auftreten, werden dies in unterschiedlichen Konzentrationen in verschiedenen Flözen tun. Tatsächlich können sich die Konzentrationen von Nebenelementen vertikal und lateral innerhalb eines einzelnen Kohlebetts ändern (siehe beispielsweise Finkelman, 1981, 1995; Schweinfurth und Finkelman, 2003; Swaine, 2013).
Der Rest der im Periodensystem beschriebenen Elemente kommt in Konzentrationen von 100 Teilen pro Million oder weniger vor. Diese werden Spurenelemente genannt. Nicht alle Kohlen enthalten diese Elemente, und ihre Konzentrationen variieren stark zwischen und innerhalb von Kohlebetten. Ähnlich wie mineralische Stoffe können Spurenelemente während der Torfbildung (syngenetisch) oder in jedem Stadium der Verkalkung (diagenetisch) eingebracht werden.
Ein wichtiger Aspekt von Spurenelementen ist die chemische Assoziation. Spurenelemente können organisch an die Kohlenmatrix gebunden oder mit mineralischen Stoffen assoziiert sein. Antimon, Beryllium, Bor, Gallium und Germanium sind normalerweise organisch gebunden; Dies bedeutet, dass sie eng mit der Kohlenmatrix verbunden sind. Arsen, Chrom, Nickel, Selen, Titan, Uran und Vanadium können unter anderem je nach Kohle entweder organisch gebunden sein oder in mineralischen Stoffen vorkommen (Gluskoter und andere, 1977; Miller und Given, 1986; Gegeben und Miller, 1987; Goodarzi, 1988; Finkelman, 1995; Swaine, 2013).
Das Verständnis der chemischen Assoziationen von Spurenelementen in einer Kohle kann helfen, (1) zu bestimmen, ob die Elemente vor der Verwertung aus der Kohle entfernt oder vermindert werden können oder müssen, (2) wo die Elemente während und nach der Kohleverwertung landen (Emissionen, feste Rückstände) und (3) die besten Mechanismen zur Minderung potenzieller technologischer oder ökologischer Probleme, die ein Element im Verwertungsprozess haben kann, basierend auf bewährten Verfahren und Vorschriften.
Von den Spurenelementen in Kohle sind 15 von der U.S. Environmental Protection Agency als gefährliche Luftschadstoffe aufgeführt. Quecksilber ist derzeit das einzige HAPs-Element, das von den Emissionen von Kohlekraftwerken in den Vereinigten Staaten reguliert und überwacht wird (U.S. Environmental Protection Agency, 1997, 1998, 2016b). Viele der anderen HAPs (Arsen, Cadmium, Kobalt, Quecksilber, Blei, etwas Selen und Antimon) werden üblicherweise mit Sulfidmineralien wie Pyrit in Verbindung gebracht, so dass das Entfernen (oder zumindest Reduzieren) von Sulfidmineralien aus der Kohle vor der Verbrennung in Aufbereitungsanlagen und das Entfernen oder Umwandeln von schwefelhaltigen Rauchgasen nach der Verbrennung zur Abschwächung beiträgt.
Kohle und Kohleaufbereitungsprodukte sind ebenfalls potenzielle Quellen für nützliche Spurenelemente. Kohle wurde kürzlich als potenzielle Quelle für Seltenerdmineralien untersucht. Seltenerdmineralien enthalten viele Elemente, von denen die meisten Menschen noch nichts gehört haben, einschließlich der Elemente der Lanthanidreihe (Cer bis Lutetium) und Ytterbium. Obwohl relativ unbekannt, sind Seltenerdmineralien in unserer modernen technologischen Welt sehr wichtig, da sie in einer Vielzahl von Produkten verwendet werden, die jeden Tag verwendet werden, einschließlich Fernsehgeräten und Mobiltelefonen. Wissenschaftler suchen nach neuen Quellen dieser Elemente, wenn die Nachfrage steigt.
