Contenuto e proprietà chimiche
Il carbone è diviso in una serie di ranghi per aiutare gli acquirenti come le utility elettriche a valutare il potere calorifico e il contenuto di materia volatile di ciascuna unità di carbone che acquistano. I sistemi di classificazione più comunemente utilizzati sono quelli basati su analisi che possono essere eseguite relativamente facilmente in laboratorio-ad esempio, determinando la percentuale di materia volatile persa durante il riscaldamento a circa 950 °C (circa 1.750 °F) o la quantità di calore rilasciato durante la combustione del carbone in condizioni standard (vedi anche utilizzo del carbone). ASTM International (precedentemente American Society for Testing and Materials) assegna i ranghi ai carboni sulla base del contenuto di carbonio fisso, del contenuto di materia volatile e del potere calorifico. Oltre ai ranghi principali (lignite, subbituminosa, bituminosa e antracite), ogni rango può essere diviso in gruppi di carbone come il carbone bituminoso ad alta volatilità. Queste categorie differiscono leggermente tra i paesi; tuttavia, i ranghi sono spesso comparabili per quanto riguarda l’umidità, il contenuto di materia volatile e il valore di riscaldamento. Altre denominazioni, come il carbone da coke e il carbone a vapore, sono state applicate ai carboni e tendono anche a differire da paese a paese.
Encyclopædia Britannica, Inc.
Praticamente tutti i sistemi di classificazione utilizzano la percentuale di materia volatile presente per distinguere i ranghi del carbone. Nella classificazione ASTM, i bituminosi ad alta volatilità (e i ranghi più alti) sono classificati in base al loro contenuto di materia volatile. I carboni di rango inferiore sono classificati principalmente sulla base dei loro valori di calore, a causa delle loro ampie gamme di contenuto di materia volatile (compresa l’umidità). Il carattere agglomerante di un carbone si riferisce alla sua capacità di ammorbidirsi e gonfiarsi quando riscaldato e di formare masse simili a coke che vengono utilizzate nella produzione di acciaio. I carboni più adatti per scopi di agglomerazione sono nel rango bituminoso.
Le analisi del carbone possono essere presentate sotto forma di analisi “prossime” e “ultime”, le cui condizioni analitiche sono prescritte da organizzazioni come ASTM. Una tipica analisi prossimale include l’umidità, la cenere, la materia volatile e il contenuto di carbonio fisso. (Il carbonio fisso è il materiale, diverso dalla cenere, che non vaporizza quando riscaldato in assenza di aria. Di solito è determinato sottraendo la somma dei primi tre valori—umidità, cenere e materia volatile—in percentuale di peso da 100 per cento.) È importante per ragioni economiche conoscere il contenuto di umidità e ceneri di un carbone perché non contribuiscono al valore di riscaldamento di un carbone. Nella maggior parte dei casi la cenere diventa un residuo indesiderabile e una fonte di inquinamento, ma per alcuni scopi (ad esempio, l’uso come fonte chimica o per la liquefazione del carbone) la presenza di materia minerale può essere desiderabile. La maggior parte del valore di calore di un carbone proviene dalla sua materia volatile, esclusa l’umidità e il contenuto di carbonio fisso. Per la maggior parte dei carboni è necessario misurare la quantità effettiva di calore rilasciato alla combustione (espressa in megajoule per chilogrammo o unità termiche britanniche per libbra).
Le analisi ultimate vengono utilizzate per determinare il contenuto di carbonio, idrogeno, zolfo, azoto, cenere, ossigeno e umidità di un carbone. Per applicazioni specifiche possono essere impiegate altre analisi chimiche. Questi possono comportare, ad esempio, l’identificazione delle forme di zolfo presenti. Lo zolfo può manifestarsi sotto forma di minerali solforati (pirite e marcasite), minerali solfati (gesso) o zolfo legato organicamente. In altri casi le analisi possono comportare la determinazione degli oligoelementi presenti (ad es., mercurio, cloro), che possono influenzare l’idoneità di un carbone per uno scopo particolare o contribuire a stabilire metodi per ridurre l’inquinamento ambientale e così via.