석탄의 탄화과정 및 종류

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O 석탄이란?

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1) 식물이 탄화되어 층상의 흑색 암석을 이룬 것, 즉 보통 탄소성분이 중량비로 50%이상이며 체적비로 70% 이상인 것을 석탄이라고 한다.

2) 석탄은 고생대의 석탄기와 폐름기의 식물의 매몰(식물이 무성하게 번식하는곳)되고 지각이 침각하여 압력을 받고 수소, 질소, 산소 등의 배출 및 탄소 성분이 집적되어 석탄이 만들어 진다.

 

① 우리나라에서 석탄이 가장 많이 퇴적된 시기 : 폐름기

② 석탄의 퇴적장소 : 침강해안, 침강 내륙분지, 평원, 삼각주, 해안평야 등

③ 육상식물은 셀룰로스(50%이상) + 리그린(30%이상) + 소량의 단백질 유지

 

3) 단계

 

석탄의 탄화 단계

 

 

4) 석탄의 종류는 탄화 정도에 따라 무연탄(anthracite), 유연탄인 역청탄(bituminous coal), 갈탄(lignite), 토탄(peat)로 나눠지며, 생성지에 따라 원지생성탄, 유이생성탄으로 나뉜다.

① 원지생성탄 : 식물이 생장한 살림부근에서 생성된 석탄, 세계적인 큰 탄전 들

② 유이생성탄 " 죽은 식물이 먼 곳으로 운반되어 쌓여서 생성된 석탄

 

 

종류	탄화도(%)	발열량(kcal/kg)	한국의 석탄	내용
토탄	50 이하	4,000~5,000	신생대	지층에 묻힌지 얼마 안됨, 나무줄기, 풀 그대로
갈탄	60 ~70	5,000~6,000	신생대	갈색을 띠고, 수목구조가 나타나며 6~30% 수분이 포함
역청탄	70~90	6,000~8,200	없음	흑색광택, 휘발분 10~40%, 착화가 쉽고 노란불꽃이 나타난다.
무연탄	90 이상	7,000~8,000	고생대,중생대	흑색광택, 휘발분 10%이하, 착화가 늦ㄷ고 불꽃없이 탄다.

 

 

 

 

 

 

O 석탄의 성분

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① 수분: 110℃로 1시간 가열 후 증발하는 수분의 양(%)

② 휘발분: 연소 시 기화되어 노란 불꽃 발생. 950℃로 7분간 가열한 후 감소량을 측정

③ 회분: 석탄을 태우고 난 잔류물의 양

④ 고정탄소: 석탄 내에 존재하는 고체탄소의 함량(휘발성분, 회분, 수분을 제외한 양)

⑤ 유황분: 석탄 속의 황산화물(SO2). 석탄 내 황철석이나 백철석의 형태로 포함.

⑥ 니트로겐 및 기타 불순물

* 발열량: 석탄 1g을 태우서 얻는 열량(cal): 보통 4,000~8,000cal/g

* 탄화도↑수록 수분↓ , 휘발분↓ , 회분↓ , 고정탄소↑

 

 

 

 

 

 

 

O 퇴적윤회(cyclothem)의 정의와 우리나라 함탄층의 cyclothem

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1) 지층이 일정한 순서로 반복하여 상당한 규모로 퇴적된 것을 말함.

2) 미, Weller(1932)가 펜실베니아기에 퇴적된 지층이 육성층과 해성층이 cyclic하게 퇴적되어 있는 것을 관찰하여 cyclothem이라 명명.

① cyclothem의 특징

- 이상적인 cyclothem의 하부는 육성층이고 상부는 해성층으로 구성

; 육성층의 퇴적 → 융기, 침식, 침강 → 해침 → 해성층의 퇴적 → … (반복)으로 해성층이 육성 층에 퇴적되어 규칙적인 층의 윤회상태를 나타냄.

- cyclothem은 해침과 해퇴가 반복되는 unstable shelf나 inland basin condition 하에서 형성

② cyclothem의 종류: piedmont type, deltaic type, netric type 등

* megacyclothem: cyclothem과 cyclothem이 서로 부정합으로 반복 퇴적되어 있는 것

③ 우리나라 함탄층의 cyclothem

; 우리나라의 석탄층은 상부 고생대인 평안계 지층과 중생대층인 대동계 지층에 배태되어 있음. 평안계의 함탄층 윤회의 경우,

* 홍점통: 평안계의 최하부층으로 만항통으로 불리기도 함. 석탄층이 협재 되지 않으며 윤회 현상도 나타나지 않음.

* 사동통: 암질에 따라 상부(장성층)와 하부(금천층)으로 구분됨(정창희) 상부에 속하는 남 한은 주로 흑색 사암과 흑색 셰일의 호층으로 무연탄층을 가장 많이 협재함.

* 고방산통: 담색의 규암과 석영질사암이 우세. 얇은 석탄층과 셰일층을 협재 하기도 함.

탄층의 발달이 불량하나 국부적으로 큰 pocket형의 석탄층이 발견되기도 함

* 녹암통: 녹색 또는 회색사암과 셰일의 호층으로 구성. 석탄층이 거의 협재 되지 않음.

 

 

석탄의 탄화 과정

 

 

 

 

※ 참고내용

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함탄층 : 우리나라의 석탄은 옥천지향사의 강릉-해남선을 따라 지나방향으로 수 개의 탄전 내에 부존, 대부분이 평안누층군의 무연탄이며 대동계 및 경상계하부(신동층군)에도 소량 협재함.

① 고생대-평안계: 홍점통 → 사동통(가장 多) → 고방산통 → 녹암통

② 중생대-대동계: 반송층군

탄광(무연탄)

① 고생대 평안계: 삼척, 문경, 강릉, 정선-평창, 영월, 단양, 보은 및 호남탄전

② 중생대 대동계: 문경,충남, 평양탄전

* 장성탄광: 남한 최대의 탄광(삼척탄전 內), 삼척탄전은 우리나라 최대의 탄전임.

* 무연탄의 추정매장량: 15만톤(?)

* 심부 채굴시 물 발생: 석회암 지역의 지하수

흑연(graphite)

① 토상흑연: 옥천계, 비결정질, 평안계 석탄층의 열변질

② 인상흑연: 연천계, 결정질