Coal Tree

KÖMÜR TÜRLERİ Genel olarak kömür türleri 3 ana gurup altında toplanmaktadır. Turba, linyit ve taşkömürleri Taşkömürleri grubunda kabul edilen antrasit ise oldukça farklı yapıda olması nedeniyle sınıflandırmaların çoğunda ayrı olarak ele alınır. Antrasit Turba

Turbalar Biokimyasal kömürleşmeye uğramış en genç kömür türüdür. Renkleri sarı, kahverengi ve siyah olabilen turbaların sertliği azdır. Turbalarda odunumsu yapıyı görmek mümkündür. Turbaların uçucu madde oranı (kkb) % 60'ın üzerindedir.  Sulandırılmış alkalide muamele edildiğinde, lif, dal parçaları kalır. Elle sıkıldığında su kaybeder. Karbon oranı (kkb) %60’ın altındadır. Serbest selüloz içerir. % 75’in üzerinde orijinal nem içerir. Havada kuruyan turba % 20-35 arasında higroskobik nem içerir. Turbalarda çıplak gözle ayrışmamış ve şekilleri bozulmamış bitkisel artıklar görülebilir. Turbalar havada kurutulduktan sonra yakıt olarak kullanılır.

Linyit Linyit kömürleri, turbalarla taşkömürleri arasında geniş bir bant oluştururlar. Az nem içeren linyit türleri biokimyasal kömürleşme yanında, etkin bir jeokimyasal kömürleşmeye de uğramışlardır. Orjinal nem oranı yükseldikçe, jeokimyasal kömürleşmenin etkisi azalmakta ve yumuşak linyitlerde minimum seviyeye inmektedir. Linyit kömürleri dış görünüşlerine göre, yumuşak ve sert linyitler diye ikiye ayrılır. Yumuşak linyitler, % 35-75 arasında orjinal neme sahip linyitlerdir. Bunlarda, kendi aralarında tabakalaşmış ve tabakalaşmamış (toprakımsı) olmak üzere ikiye ayrılırlar. Yumuşak linyitler çok az parça sağlamlığına sahiptir. Değişik türlerinin parça sağlamlığı 2,4 ile 9,4 kg/cm2 arasında ölçülmüştür . Ocaktan çıkarılarak depolandıkları takdirde, zamanla tamamiyle toz haline gelirler. Su ile temasa geçtiklerinde önemli ölçüde su alarak şişerler ve dağılırlar. Bu bakımdan yumuşak linyitlerin ocaktan çıkarıldıkları şekilde, ev yakıtı olarak kullanılmaları mümkün değildir.

Linyit-2 Sert linyitler, yumuşak linyitlerden sonra başlayarak taşkömürü sınırına kadar geniş bir alana yayılan kömür türleridir. Verilen isimden de anlaşıldığı gibi, bu tür kömürler yumuşak linyitlere göre daha fazla parça sağlamlığına sahiptir (75 kg/cm2’ ye kadar). Orjinal nemi az olan türleri, taşıma ve depolanma esnasında fazla tozlanmaz. Orjinal nem oranı arttıkça hem parça sağlamlığı azalır, hem de tozlanma özelliği artar. Sert linyitler de mat ve parlak sert linyitler olmak üzere ikiye ayrılırlar.

Taşkömürleri Sert linyit sınırından başlayarak antrasitlerin bir kısmını da içine alan kömür türleri taşkömürü adı altında toplanmaktadır. Bu kömürlerin orjinal nem oranları %10’dan azdır ve karbon oranları yüksektir. Gerek nem oranlarının az olması ve gerekse de daha sağlam yapıya sahip olmaları nedeni ile taşkömürleri taşıma ve depolamada parça büyüklüklerini büyük ölçüde korurlar. Taşkömürleri, kömürleşme derecelerine göre değişik özelliklere sahiptir. Az kömürleşmeye uğramış, genç taşkömürüyle (uçucu madde oranı % 36 nın üzerinde), ileri kömürleşmeye uğramış taşkömürleri (uçucu madde oranı % 18’in altında) koklaşma özelliğine sahip değildir. Genel olarak uçucu madde oranı % 18-36 (saf kömürde) arasında olan taşkömürleri belirli oranda koklaşma özelliğine sahiptir.

Antrasit Antrasit en ileri derecede kömürleşmiş kömür türüne verilen addır. Kuru külsüz bazda %87’nin üzerinde karbon içeriğe sahiptir. Semi antrasit, antrasi ve meta antrasit olmak üzere 3 alt gruba ayrılır.

Grafit (Graphite) Kömür sınıflandırmasında yer almaz, kömür olarak kabul edilmez. Kömürleşmede bazı ortamlarda gelişen koşullarla oluşan nihai yapısal değişimle meydana gelir. Bu koşullarda ısı ve diagenetik (oluşmuş sedimentlerin kimyasal ve fiziksel değişimi ile kayaca dönüşmesi) dönüşüm önemlidir.

Katı yakıtlar ve önemli bazı özellikleri (verilen değerler ortalama değerlerdir) Yakıt Cinsi Uçucu madde (kuru-külsüz kömürde) Ortalama elementer analiz değerleri (%) Nem Kül (%) Alt ısı (kcal/kg) Orijinalde1 C H2 O2 N2 S Odun - Yaş -Havada kuru >70 50 6 44 40-50 12-25 0,1-0,5 0,2-0,8 2000 3600 Turba –Ocak çıkışı >60 59 33 1,5 0,5 80-90 20-35 0,1-1,8 0,4-9,0 250 3500 Yumuşak Linyit Sert Linyit 55-62 45-55 67,5 74,0 5,5 25,0 18,5 1,0 40-60 20-30 2-6 3-12 4000 Taşkömürleri Uzun Alevli Gazlı Yağlı Az Yağlı Yağsız 32-40 26-36 18-26 15-20 8-15 84 86 88 90 91 5 4 3,5 9 7 3 1 1-3 8-10 6500 7000 7400 7600 7500 Antrasitler 4-8 92 Linyit biriketi Linyit semikoku Metalurjik kok Üretildiği kömüre bağlı 12-15 5-30 0-5 5-12 6-20 7-12 4700 5700 85-95 97 2,5-3,5 2-10 0,5-1 0,2-4

Kömür Özellikleri Kömür özellikleri, kömürün değerlendirme alanına göre analizlerle belirlenen çeşitli fiziksel, kimyasal ve termal özellikler vb. Den oluşmaktadır. Kömürün genel analizi(proximate): Nem, kül, uçucu madde, sabit karbon Kimyasal bileşim (ultimate) analizi: C, H, N, S, O, Cl, Hg ve gerekli görülen diğer iz elementler(As, Se, vd) Mineral madde analizi Kömür külü bileşim analizi Fiziksle ve elektriksel özellikleri Termal özellikler : Isı değeri, plastikleşme özelliği, kekleşme özelliği Mekanik özellikler: Sertlik, öğütülebilirlik, aşındırıcılık, tozlanma, vd.

Kömür Nemi Kömürler, kömürleşme derecelerine göre, ocak çıkışında belirli oranda nem içerirler. Ocak çıkışı (herhangi bir nemlendirme veya kurutma olmadığı takdirde), turbalar %75’in üzerinde, yumuşak linyitler %35-75 ve sert linyitler de %10-35 arasında nem içermektedir. Taşkömürü ve antrasitlerin orijinal nem oranları ise, çok azdır (%1-2). Bu durum göstermektedir ki, ocak çıkışı kömür nem oranı, kömürleşme derecesi ilerledikçe düşmektedir. Kömür nemi, suyun kömür bünyesinde bulunuş şekline göre, yüzey nemi ve iç nem olmak üzere, 2 guruba ayrılır. Diğer taraftan, havada kuruma durumuna göre de, kömür nemi kaba ve higroskopik nem olmak üzere ikiye ayrılmaktadır. Havada kurumaya bırakılan kömür, hava sıcaklığına ve havanın higroskopik nem oranına bağlı olarak belirli bir orana kadar nem kaybeder ve ondan sonra nem kaybı, yani kuruma durur. Hava sıcaklığı ve havanın higroskopik nem oranına bağlı olarak, herhangi bir termik işlem olmaksızın, oda sıcaklığında kömürün kaybettiği neme, kaba nem ve kömürde geride kalan neme ise, higroskopik nem adı verilmektedir. Higroskopik nem, kömürleşme derecesine bağlı olarak değişmektedir. Taşkömüründe % 1-2 olan higroskopik nem oranı, kömürleşme derecesi düştükçe, yükselmekte ve yumuşak linyitlere doğru % 15’i geçmektedir.

Kömür Külü Kömür içinde bulunan inorganik maddeler, yanma esnasında, oksitlenme, kalsinasyon ve kavrulma reaksiyonlarına uğrayarak, geride oksitlerden oluşan bir artık bırakmaktadır. Bu artığa "Kömürün Külü" ve külün oluşmasına neden olan anorganik maddelere de "Kömür Mineral Madde İçeriği" adı verilmektedir. Mineral maddeler Yanma sonucu oluşan oksitler (1) (2) (1)/(2) CaCO3 CaO +CO2 1,785 MgCO3 MgO +CO2 2,090 CaSO4.2H2O CaSO4 +2H2O 1,270 FeS2 Fe2O3 +SO2 1,500 Al2O3.2SiO2.2H2O(kaolinit) Al2O3.2SiO2 +2H2O 1,160 CaMg(CO3)2 CaO +MgO +2CO2 1,417 Fe2O3.1,5H2O Fe2O3 +1,5H2O 1,169 SiO2 1,000

Kömür külünü oluşturan mineral maddelerin kaynakları Bu mineral maddeler, iki kaynaktan gelebilir: Bitki yapısından gelen mineral maddeler (primer mineral maddeler) Kömürleşme esnasında (syngenetik) ve kömürleşmeden sonra (epigenetik) kömüre dışarıdan karışan mineral maddeler (sekonder mineral maddeler). Bitki yapısından gelen mineral maddeler, kömür mineral madde içeriğinin %2’sinden az bölümünü oluştururlar. Kömür mineral madde içeriği daha ziyade sekonder kaynaklıdır, yani kömürleşme esnasında ve sonrasında kömüre dışarıdan karışmıştır. Kömürleşme esnasında bitkilerle beraber çökelen (CaCO3 v.s) ve sedimantasyona uğrayan mineral maddeler, syngenetik mineral maddeleri oluştururlar. Kömür zenginleştirme (yıkanabilme) özelliğini de, syngenetik mineral maddelerin, kömür içindeki dağılım şekli tayin eder.  Epigenetik mineral maddeler ise, kömürleşme sonrası, damarda açılan çatlaklara dolan ve metamorfizma etkisi ile syngenetik mineral maddenin değişimi ve hatta belli noktalarda birikimiyle oluşan mineral maddeler olarak tarif edilmektedir. Bunların kömürden ayrılması, syngenetik mineral maddelere göre daha kolaydır.

Kükürt Kömürle kimyasal ilişkisine göre, kömür kükürdü 2 ana gruba ayrılmaktadır: - Organik kükürt (kömür kimyasal yapısına girmiş kükürt), - Inorganik kükürt (Mineral maddelerdeki kükürt). Kömür kimyasal yapısı içindeki kükürdün, kömürden ayrılmasıda, ancak kimyasal yollarla mümkündür. Kimyasal metodlarla, kömür kükürdününün ayrılması oldukça pahalı olduğundan, bugüne kadar bu yolla araştırma niteliğinde yapılan çalışmalar dışında fazla bir şey yapılamamıştır. Kömürden, fiziksel metodlarla ayrılması mümkün olan kükürt, inorganik olarak kömüre karışan kükürttür. Inorganik kükürt sülfür ve sülfat mineralleri olarak kömür içine girmektedir.

Kömür organik yapısındaki kükürt Kömür kimyasal yapısı C, H, O ve N oluşsa da, bu yapı içerisine kükürt atomları da kömür yapısı içerine girebilmektedir. Bu iki şekilde olmaktadır. Birincisi karbon atomlarına bağlı olmayan, demirle bağlı piritik kükürt(yeşil), ikincisi ise karbon atomları ile doğrudan bağlı organik kükürt(sarı).

Uçucu Madde (Volatile Matter) Kömür, oksijensiz ortamda ısıtıldığında, önce üzerinde bulunan adsorpsiyon gazları (N2, CO2) ayrışır ve içerdiği nem kurur. Bundan sonra kömür, sıcaklığa bağlı olarak parçalanmaya başlar. Belirli kimyasal grupların parçalanabilmeleri için, belirli aktivasyon enerjisi (kcal/mol) gerektiğinden, sıcaklık arttıkça, kömür molekülündeki değişik gruplar parçalanmaktadır. Yüksek uçucu madde içeren bir taşkömüründe sıcaklığa bağlı olarak çıkan gazlar ve oranları Gaz alma sıcaklık aralıkları oC N2 (%) H2 CO C02 CH4 C2H6 C2H4 C3H8 70- 96 97.3 - 2,7 300- 348 29,3 21,7 44,2 1,3 0,5 425- 432 18,6 5,6 8,8 33,2 13,7 5,0 500- 504 29,0 6,9 4,8 51,0 6,2 0,9 1,1 625- 630 0,3 49,1 10,6 6,7 32,1 0,2 750- 752 67,1 8,5 23,8 1000-1008 10,3 67,8 19,5 0,4 2,0

Kömür Isı Değeri Kömür ısı değeri (yanma ısısı), birim yakıtın yanması ve yanma ürünlerinin standart olan 298 kelvin dereceye (24.85 OC) soğutulması sonucu açığa çıkan ısıdır. Genelde üst ısı (Gross cal. Value) veya alt ısı (lower cal. Value) olarak ifade edilir. Üst ısı değerinde yama esnasında oluşan tüm suyun tekrar kondanse olduğu kabul edilir. Kömür ısı değeri kül, nem ve kömürün sınıfına göre değişmektedir.

Kömürün Oksitlenmesi Kömür, serbest oksijen bulunan veya oksijen veren bir ortama girdiğinde, yavaş bir oksitlenmeye uğramaktadır. Oksitlenme süreci, kömür yüzeyine oksijenin dönüşümsüz olarak adsorpsiyonu ile başlamaktadır. Ancak bu adsorbsiyondan sonra, oksijen kömürle kimyasal bağ kurmakta ve oksidasyonun gelişmesi sonucu, CO2, CO ve H2O ayrışarak oksitlenme tamamlanmaktadır. Oksitlenme hızı, kömürün adsorbe ettiği ve katı madde diffuzyonu ile ilaveten alabildiği oksijen miktarına bağlıdır. Diğer taraftan, kömürün fiziksel ve kimyasal yapısı da, oksitlenme hızını etkileyen faktörlerin başında gelmektedir. Genç kömürler, ileri kömürleşmeye uğramış kömürlere göre daha fazla oksitlenmekte ve altere olmaktadır. Bunun için iki sebep ileri sürülmektedir: - Genç kömürler daha büyük özgül yüzeye sahiptir, yani daha fazla oksijenle temas sağlanmakta ve daha fazla oksijen adsorplamaktadır. - Kimyasal yapı açısından da, genç kömürler ileri kömürleşmeye uğramış kömürlere göre oksijene karşı daha aktiftir. Kömürleşme ilerledikçe, kömür yapısında aromatiklik artmakta ve fonksiyonel gruplar azalmaktadır. Diğer taraftan ileri kömürleşmeye uğrayan kömürlerdeki çok az sayıdaki fonksiyonel gruplarda da, ancak yüksek enerji tatbikinde oksitlenme reaksiyonu gerçekleşebilmektedir. Buna karşın genç kömürler daha küçük moleküllerden oluşmakta ve daha düşük enerji tatbikatında oksitlenmektedir

Kömür Petrografisi Kömür türleri oluştuğu bitkilerin değişim geçirmiş (kömürleşmiş) organik yapılarına göre sınıflandırılırken, bu organik kökenli yapı taşları maseraller olarak adlandırılır. Maseraller ancak mikroskop altında tanımlanabilmektedir. Maseraller 3 ana grupta tanımlanmaktadır. Vitrinit: En fazla bulunan maseral grubudur. Slüloz ve lignin gibi hücre duvar yapılarının dekompozisyonu sonucu oluşmuştur. Eksinit: Bitki sporları (üreme cisimciği), reçine ve bitkilerin mumusu yapılı dış yüzeylerinden oluşmuştur. İnertinit: Kömür oluşumunun ilk aşamalarında turba bataklıklarında oluşan yangınların oluşturduğu odun kömürü benzeri yapılardan oluşmuştur.

Vitrinit-Grubu; Koklaşma özelliği ve metalurjik kok üretimi açılarından çok önemli bir maseral grubudur. Uçucu madde oranı % 19-33 (kuru, külsüz kömürde) arasında olan vitrinit, 350-500 OC’lar arasında plastikleşerek kömüre koklaşma özelliği kazandırmaktadır. Bu değerlerden daha yüksek ve daha az uçucu madde içeren vitrinitler ise plastikleşme, yani koklaşma özelliğini kaybetmektedir. Kömür maseral bileşiminin yarıdan fazlasını, bu gruba ait maseraller oluşturduğundan, fiziksel ve kimyasal kömür özelliği, büyük oranda bu maseral grubu tarafından tayin edilir. Eksinit Grubu; hidrojence zengin ve diğer maseral gruplarına göre daha yüksek uçucu madde içeren maserallerden oluşmaktadır. Kömürlerde, genellikle %5-10 arasında bulunurlar. Isıtıldıklarında (350-500 OC’lar arası) vitrinitlere göre daha akışkan bir kütle oluştururlar. Yüksek uçucu madde içerikleri dolayısıyla, kok verimleri vitrinitlerden azdır. İnertinit Grubu’ndaki maseraller, ısıtıldıklarında herhangibir yumuşama ve plastikleşme göstermezler. Sadece termik parçalanmaya uğrayarak gaz ve sıvı ürünler verirler. Geride kalan kok ise, toz halindedir. Bir kömürün sağlam parçalar halinde kok verebilmesi için, inertinit grubu maserallerinde, vitrinit ve eksinit grubu maseraller tarafında bağlanmaları, yani birbirlerine yapıştırılmaları gerekmektedir.

Fusinit Vitrinit

KÖMÜRLERİN SINIFLANDIRILMASI Günümüzde kömürler, çeşitli sınıflandırmalara tabi tutulmuş durumdadır. Bunlardan birçoğu ulusal kömür sınıflandırmalarıdır. Ulusal sınıflandırmaların yanında, bir de internasyonal kömür sınıflandırılması vardır. Internasyonal kömür sınıflandırılmasında, taşkömürü ve linyitler ayrı olarak sınıflandırmaya tabi tutulmuşlardır.

İnternasyonal Taşkömürü Sınıflandırması Sınıflandırmada, kömürleşme derecesi ile değişen üç kömür özelliği esas alınmaktadır: - Kömür uçucu madde oranı (saf kömür bazında), - Kömür kekleşme kapasitesi, - Kömür koklaşma kapasitesi. Bu üç özellik, belirli sayılarla ifade edilmekte ve taşkömürleri uluslararası düzeyde, üç sayılı kod numaraları ile sınıflandırılmaktadır.

Kömür uçucu madde Oranı Kod numarasının birinci sayısı, kömürün uçucu madde oranına göre tesbit edilmektedir ve kömür sınıfını göstermektedir. 1.Kod sayısı (Kömür sınıfı) Kömür uçucu madde Oranı (saf kömürde) (%) Kömür ısı değeri (kcal/kg) 0-3 1 3-10 2 10-14 3 14-20 4 20-28 5 28-33 6 33 ten büyük 7750’den çok 7 “ 7200-7750 8 6100-7200 9 6100’den az

İkinci kod numarası ise, kömür kekleşme kapasitesine göre tayin edilmektedir ve kömür gruplarını göstermektedir. 2.Kod Sayısı (Kömür grupları) Şişme İndeksi 0 - 0,5 1 1 - 2 2 2,5 - 4 3 4,5 - 9

Serbest Şişme İndeksi? ASTM D-720

Üçüncü kod sayısı, kömür koklaşma kapasitesini göstermektedir ve kömür alt grupları olarak tanımlanmaktadır. 3.Kod Sayısı (Alt Grup) Kömür Dilatasyon Değeri (%) 0 (koklaşmaz) Erime yok 1 (koklaşmaz) Sadece kontraksiyon 2 ( az koklaşır) 3 (orta koklaşır) 0-50 4 (İyi koklaşır) 50-140 5 (çok iyi koklaşır) 140’dan büyük

Dilatasyon

Bu sınıflandırmaya göre, birinci kod sayısı 4 ve 5'le başlayan, ikinci kod sayısı 3 olan ve üçüncü kod sayısı da 3, 4 veya 5 olan kömürler, koklaşma özelliğine sahip kömürlerdir. Bir örnek olarak, 434 kod nolu kömürün özelliklerini inceleyelim: İnternasyonal kömür sınıflandırmasında 4 3 4 kod nolu kömürün uçucu madde oranı % 20-28, şişme indeksi 4 1/2 - 9 ve dilatasyon değeri de % 50-140 arasındadır.

İnternasyonal linyit kömürü sınıflandırılmasında, linyitler, nem oranına göre, 11, 12, 13, 14 ve 15 olmak üzere beş sınıfa ayrılmaktadır. Katran verimlerine göre de, 00, 10, 20, 30 ve 40 olmak üzere beş ayrı gruba ayrılan linyitler, çifter sayılı iki kod numaraları ile ifade edilmektedir.

İnternasyonal linyit kömürü sınıflandırılması Grup No Katran Verimi (saf kömürde) (%) Kod Numaraları 40 + 25 1040 1140 1240 1340 1440 1540 30 20-25 1030 1130 1230 1330 1430 1530 20 15-20 1020 1120 1220 1320 1420 1520 10 10-15 1010 1110 1210 1310 1410 1510 00 -10 1000 1100 1200 1300 1400 1500 Sınıf No 11 12 13 14 15 Kömür nemi (%) 20-30 30-40 40-50 50-60 60-70

Bazı standartlara ve ülkelere göre kömürlerin sınıflandırılması ve özellikleri

Serbestleşme Kömür yıkama açısından, kömür- yan kayaç serbestleşmesi çok önemlidir. Serbestleşmede kömür ve yan kayacın fiziksel özelliklerindeki (sertlik, kırılganlık, vb) farklılık serbestleşme derecesini belirler. Kömürleşme derecesi serbestleşme koşullarını belirleyen diğer önemli faktördür.

Boyut Analizi Kömürde boyut analizi, diğer cevherlerde olduğu gibi eleklerle yapılır. İki amaçla yapılmaktadır. Kömür yıkama tesisi dizaynı Kömürün kullanılacağı yere uygunluğunu belirlemek.