המשקל הסגולי של פחם אבן ומאפייניו
מרבצי פחם נוצרים במעמקי כדור הארץ מהצטברות שרידי צמחים שעוברים פירוק ולחץ של שכבות סלע. הסביבה המתאימה ביותר להיווצרות המרבץ היא אזור ביצתי וכבולי שנוצר בעקבות תנועת לוחות טקטוניים. במבנהו של פחם האבן מתרחשים שינויים כימיים ניכרים: הוא מתעשר בפחמן ומאבד לחות, חמצן וחומרים נדיפים. הזיהומים המינרליים בפחם כוללים חומרים שנלכדו במהלך היווצרותו ומינרלים חדשים. הם מופיעים כפיזור דק, כגבישים, כשכבות דקות, כעדשות וכתרכיזים. התהליכים המורכבים יוצרים סלע דליק, קשה ושחור.
לפחם אבן כמה מאפיינים פיזיים:
- קשה;
- צפוף;
- חזק מבחינה מכנית;
- רכיביו הג׳ליים והשומניים יכולים להפוך בחימום למסה פלסטית וליצור חומר קוק נקבובי.
| סוג הפחם | משקל סגולי (גרם/סמ״ק) |
| הומי | 1.4–1.5 |
| ליגניט הומו־ליפטובי | 1.6–1.8 |
| אנתרציט | 1.3–1.5 |
הערכים שלעיל מתארים את צפיפות חומר הפחם או את החומר הגושי. באחסון, בהובלה ובחישוב נפח ארגז המטען חשוב יותר לדעת את צפיפות התפזורת: בגלל החללים שבין הגושים, 1 מ״ק פחם אבן שוקל בדרך כלל פחות ממטר מעוקב מלא ללא חללים. פחם אבן מתאים לשימוש תעשייתי כאשר תכולת האפר אינה עולה על 30%.
| חומר | משקל 1 מ״ק, ק״ג |
| פחם אבן גולמי או גושי | 700–900 |
| אנתרציט גושי | 800–950 |
| פחם דק או אבק פחם | 550–750 |
| פחם לח או מהודק | 900–1200 |
הנתון החשוב ביותר של מחצב זה הוא ערך ההיסק. פחם אבן מפיק חום רב, אך הנתון תלוי בדרגה, בלחות ובתכולת האפר. לחומר יבש נטול אפר מציינים בדרך כלל כ־30.5–36.8 מגה־ג׳ול/ק״ג; במצב עבודה, עם לחות ואפר, ערך ההיסק בפועל עשוי להיות נמוך במידה ניכרת. הרכב פחם האבן תלוי במקום היווצרות המרבץ וכולל כמה רכיבים מורכבים:
| חומר | פחמן | מימן | חמצן | גופרית | חנקן | חומרים נדיפים | מים | אפר |
| חלק יחסי במסה, % | 75–92 | 2.5–5.7 | 1.5–15 | 0.5–4 | 0.5–2 | 2–48 | 1–12 | 2–45 |
תכולת הרכיבים שלעיל משתנה לפי דרגת פחם האבן. זיהומים מינרליים מסוכנים בתהליך הבעירה, ולחלק מן התרכובות יש תכונות מסרטנות מזיקות.
תחומי השימוש בפחם אבן
פחם אבן נמצא בשימוש רחב בתחומי ייצור רבים:
- ייצור חשמל;
- תעשיית המתכות הכבדה (קוק);
- התעשייה הכימית;
- ייצור חומרי מבנה;
- הידרוגנציה (מוצרים ארומטיים);
- אנרגיית דלק (דלק סינתטי, גזי ונוזלי);
- ייצור דשנים מועשרים בחנקן;
- ייצור שעווה ופלסטיק.
חישוב נפח ומסה של פחם אבן
בשל השימוש הנרחב במחצב יש צורך ממשי לדעת את המשקל הנפחי של פחם אבן. מבחינים בין שני סוגים של משקל סגולי של פחם אבן:
- משקל סגולי עם תכולת האפר הטבעית;
- משקל סגולי של מסה נטולת אפר.
ביישומים תעשייתיים חלוקה זו חשובה מאוד לחישוב צריכת רכיב הדלק.
את המשקל הסגולי של פחם אבן מחשבים לפי הנוסחה:
משקל סגולי = משקל החלקיקים המוצקים ⁄ נפח החלקיקים המוצקים
המשקל הסגולי משתנה לפי סוג סלע הפחם, תכולת האפר והלחות בחומר.
שאלות נפוצות
כמה שוקל 1 מ״ק פחם אבן?
לצורכי אחסון והובלה, משקל התפזורת של 1 מ״ק פחם אבן גולמי או גושי הוא בדרך כלל כ־700–900 ק״ג. פחם לח או מהודק עשוי לשקול עד 900–1200 ק״ג/מ״ק.
מדוע המשקל הסגולי של פחם גבוה ממשקל התפזורת?
המשקל הסגולי מתאר את צפיפות חומר הפחם או הגושים עצמם, ואילו משקל התפזורת כולל את החללים שבין הגושים. לכן מטר מעוקב של פחם בארגז מטען קל בדרך כלל ממטר מעוקב מלא ללא חללים.
מה משפיע על משקלו ועל איכותו של פחם אבן?
הגורמים העיקריים הם דרגת הפחם, גודל הגושים, הלחות, תכולת האפר, תכולת החומרים הנדיפים ומידת ההידוק באחסון או בהובלה.