Maggiore, minore, e oligoelementi
Gli elementi del carbone sono riportati nella tabella seguente. Gli elementi principali sono elementi che costituiscono più dell ‘ 1% del carbone in peso: carbonio, idrogeno, ossigeno, azoto e zolfo. La percentuale relativa di carbonio aumenta con il grado, mentre le percentuali di ossigeno e idrogeno diminuiscono con il grado.
Elementi minori ae elementi che costituiscono dall ‘ 1,0 allo 0,01 per cento di un carbone in peso. Elementi minori comuni nel carbone sono sodio, magnesio, alluminio, silicio, fosforo, potassio, calcio, titanio, manganese e ferro. La maggior parte degli elementi minori sono associati ai minerali nel carbone, sebbene il fosforo sia associato anche alla matrice di carbone organico. Gli elementi minori sono relativamente comuni nel carbone. Non tutti questi elementi minori si verificano in tutte le giunture di carbone, e quelli che si verificano lo faranno in diverse concentrazioni in diverse giunture. In effetti, le concentrazioni di elementi minori possono cambiare verticalmente e lateralmente all’interno di un singolo letto di carbone (vedi, ad esempio, Finkelman, 1981, 1995; Schweinfurth e Finkelman, 2003; Swaine, 2013).
Il resto degli elementi delineati nella tavola periodica si verifica in concentrazioni di 100 parti per milione o meno. Questi sono chiamati oligoelementi. Non tutti i carboni contengono questi elementi e le loro concentrazioni variano notevolmente tra e all’interno dei letti di carbone. Analogamente alla materia minerale, gli oligoelementi possono essere introdotti durante la peatificazione (singenetica) o in qualsiasi fase della coalificazione (diagenetica).
Un aspetto importante degli oligoelementi è l’associazione chimica. Gli oligoelementi possono essere legati organicamente alla matrice di carbone o associati alla materia minerale. Antimonio, berillio, boro, gallio e germanio sono solitamente legati organicamente; questo significa che sono intimamente attaccati alla matrice di carbone. Arsenico, cromo, nichel, selenio, titanio, uranio e vanadio, tra gli altri elementi, possono essere legati organicamente o verificarsi in materia minerale, a seconda del carbone (Gluskoter e altri, 1977; Miller e Given, 1986; Dato e Miller, 1987; Goodarzi, 1988; Finkelman, 1995; Swaine, 2013).
Capire la chimica associazioni di elementi in traccia in un carbone può aiutare a determinare (1) se gli elementi possono essere o avere bisogno di essere rimosso o diminuita dal carbone prima dell’utilizzazione, (2) dove gli elementi finirà (emissioni, residui solidi) durante e dopo l’utilizzo del carbone, e (3) i migliori meccanismi per mitigare il potenziale tecnologico o di problemi ambientali, un elemento può avere nel processo di utilizzo sulla base delle migliori pratiche e dei regolamenti.
Degli oligoelementi nel carbone, 15 sono elencati come inquinanti atmosferici pericolosi dalla U. S. Environmental Protection Agency. Il mercurio è attualmente l’unico elemento HAPs regolamentato e monitorato dalle emissioni delle centrali elettriche a carbone negli Stati Uniti (U. S. Environmental Protection Agency, 1997, 1998, 2016b). Molti degli altri HAP (arsenico, cadmio, cobalto, mercurio, piombo, alcuni selenio e antimonio) sono comunemente associati a minerali di solfuro come la pirite, quindi rimuovere (o almeno ridurre) i minerali di solfuro dal carbone prima della combustione negli impianti di preparazione e rimuovere o trasformare i gas di scarico solforosi dopo la combustione, aiuta a mitigare.
I prodotti di arricchimento del carbone e del carbone sono anche potenziali fonti di oligoelementi utili. Il carbone è stato recentemente studiato come potenziale fonte di minerali delle terre rare. I minerali delle terre rare includono molti elementi di cui la maggior parte delle persone non ha sentito parlare, inclusi gli elementi della serie di lantanidi (cerio attraverso lutezio) e itterbio. Anche se relativamente inaudito, minerali delle terre rare sono molto importanti nel nostro mondo tecnologico moderno, perché sono utilizzati in una varietà di prodotti utilizzati ogni giorno, tra cui televisori e telefoni cellulari. Gli scienziati sono alla ricerca di nuove fonti di questi elementi con l’aumento della domanda.
