بررسی جامع صنعت زغال سنگ

زغال سنگ یکی از سوخت‌های فسیلی مهم بوده و در دسته سوخت‌های تجدیدناپذیر قرار می‌گیرد. این سنگ حاوی انرژی ذخیره شده توسط گیاهانی است که صدها میلیون سال پیش در جنگل‌های باتلاق زندگی می‌کرده‌اند است و تشکیل آن میلیون‌ها سال به طول می‌انجامد. زغال سنگ در بخش‌های مختلف نظیر تولید برق، تولید فولاد، کشاورزی و … کاربرد‌های فراوانی داشته و حدود ۴۰ درصد از برق در سراسر دنیا از طریق سوختن این ماده حاصل می‌شود. در این تحلیل به بررسی چرخه تولید زغال‌سنگ و آشنایی با صنعت زغال سنگ در ایران و جهان و متغییرهای تاثیرگذار بر این صنعت خواهیم پرداخت.

زغال سنگ چیست؟

زغال سنگ (coal) سوخت رایجی است که در بسیاری از کارخانه‌ها و صنایع بزرگ استفاده می‌شود. زغال سنگ از نظر منشاء یک سنگ رسوبی قابل احتراق است که در برخی نقاط زمین به عنوان بستر یا رگه‌های زغال سنگ یافت می‌شود. رنگ این ماده معمولا سیاه یا قهوه‌ای مایل به سیاه است و شکل‌گیری آن معمولا میلیون‌ها سال به طول می‌انجامد. زغال سنگ به طور عمده توسط فرآیند‌های زمین شناسی تشکیل می‌شود و نوعی سوخت فسیلی است که سال‌ها پیش از بقایای گیاهان مرده ایجاد شده است. این ماده به عنوان یک منبع انرژی غیرقابل تجدید طبقه‌بندی شده است و از عناصری مانند کربن، گوگرد، هیدروژن، نیتروژن و اکسیژن تشکیل شده است.   

کاربردهای زغال سنگ

پیدا کردن زغال سنگ برخلاف نفت، گاز طبیعی و … ساده‌تر و کم‌هزینه‌تر بوده و استخراج راحت‌تری نیز دارد و به عنوان ارزان‌ترین سوخت فسیلی شناخته می‌شود، به همین دلیل این محصول می‌تواند کاربردهای متعددی در صنایع مختلف داشته باشد. در ادامه با برخی از مهم‌ترین کاربردهای زغال سنگ آشنا خواهیم شد.

تولید برق: به طور کلی زغال سنگ عمدتا در تولید برق حرارتی استفاده می‌شود. بدین ترتیب که این ماده در دمای بالا می‌سوزد و آب را به بخار تبدیل می‌کند. از این بخار برای چرخاندن توربین‌ها با سرعت زیاد در یک میدان مغناطیسی قوی استفاده می‌شود و سرانجام برق تولید می‌شود.

تولید فولاد: در صنعت فولاد از زغال سنگ به طور غیرمستقیم برای ساخت فولاد استفاده می‌شود. آنچه در اینجا اتفاق می‌افتد این است که زغال سنگ در کوره‌ها پخته می‌شود تا کک زغال سنگ ایجاد شود. پس از شکل گیری، تولید کنندگان از کک زغال سنگ برای ذوب سنگ آهن و ساخت فولاد استفاده می‌کنند. در همین حال گاز آمونیاک معمولا از کوره‌های کک بازیابی می‌شود و از این ماده برای تولید اسید نیتریک، نمک‌های آمونیاک و کودها استفاده می‌شود.

کاربرد زغال سنگ در صنایع: زغال سنگ را برای تولید محصولات خاص نیز استفاده می‌کنند. برخی از صنایع معروف که از زغال سنگ استفاده می‌کنند شامل صنایع سیمان، صنعت کاغذ و آلومینیوم، صنایع شیمیایی و دارویی است. زغال سنگ مواد اولیه بی شماری مانند بنوزل، قطران زغال سنگ، سولفات آمونیاک، کریزوت و .. را در صنایع شیمیایی تامین می‌کند ولی بیشتر به عنوان منبع انرژی استفاده می‌شود.

تبدیل به گاز و مایع: زغال سنگ می تواند به یک گاز مصنوعی تبدیل شود که مخلوطی از مونوکسید کربن و هیدروژن است. این گازها یک محصول واسطه هستند که بیشتر به محصولات مختلف مانند اوره، متانول، هیدورژن خالص و غیره تبدیل شود. زغال سنگ همچنین می‌تواند به مایع تبدیل شود که به عنوان سوخت‌های مصنوعی شناخته می‌شود. با این حال مواد شیمیایی تولید شده از زغال سنگ در درجه اول برای تولید محصولات دیگر استفاده می‌شود. علاوه بر این بیشتر محصولات موجود در بازار حاوی زغال سنگ یا حاوی محصولات فرعی زغال سنگ به عنوان یکی ازاجزاء خود هستند. برخی از آنها شامل آسپرین، حلال ها، صابون، رنگ، پلاستیک و الیاف شامل نایلون و ریون است.

تولید محصولات تخصصی: زغال سنگ همچنین یک ماده اساسی در تولید محصولات ویژه مانند کربن فعال، فیبر کربن و فلزات سیلیکون است.

مصارف خانگی: در مناطق سردسیر و در کشور های در حال توسعه یا توسعه نیافته هنوز از زغال سنگ به عنوان سوخت برای پخت و پز و منبع گرما استفاده میشود.

مراحل مختلف تشکیل زغال سنگ

فشار و دما بر توده‌های گیاهی مدفون شده ، درجات مختلفی از دگرگونی را ایجاد می‌کند که در زیر به بررسی آنها خواهیم پرداخت:

تورب (پیت): تورب یا پیت اولین مرحله از دگرگونی بقایای گیاهی در جهت تبدیل شدن به زغال سنگ است. تورب به توده‌ی متراکمی از گیاهان گفته می‌شود که به طور ناقص تجزیه شده‎اند. در این مرحله، هنوز نمی‌توان توده‌ی گیاهی مرده را زغال نامید.

لیگنیت: لینگنیت یا زغال سنگ قهوه‌ای را می‌توان پایین‌ترین درجه‌ی زغال سنگ به شمار آورد (درجه از نظر میزان زغال شدگی). از لیگنیت فقط برای تولید انرژی برق در نیروگاه‌ها استفاده می‌شود. اما باید به این نکته توجه نمود که لیگنیت دارای بیشترین آسیب برای سلامتی و محیط زیست است.

زغال شبه – بیتومینه (زغال سنگ تحت قیر): زغال شبه-بیتومینه (نیمه بیتومینه)، به نوعی از زغال سنگ گفته می‌شود که درجۀ زغال شدگی آن بین لیگنیت و زغال بیتومینه است. از این نوع زغال سنگ نیز جهت تولید انرژی الکتریسیته استفاده می‌شود.

زغال سنگ بیتومینه (زغال سنگ قیر): زغال بیتومنیه یک سنگ رسوبی چگال، معمولاً رنگ آن سیاه یا قهوه‌ای تیره و اغلب همراه با نوارهای روشن و کدر است. مهم‌ترین کاربرد زغال بیتومینه، تولید انرژی برق می‌باشد . همچنین از طریق تقطیر آن کُک (coke) نیز تولید می‌شود. کُک دارای عیار کربن بسیار بالا (۸۰-۹۰ درصد) می‌باشد.

آنتراسیت: آنتراسیت یا زغال سنگ سخت و سیاه در بین زغال سنگ‌ها دارای بالاترین درجه است. آنتراسیت ظاهری سیاه و براق دارد و در بین زغال سنگ‌ها کمترین میزان آب و مواد فرّار و بیشترین محتوی کربن (بین ۹۲ تا ۹۸درصد) را دارد.

گرافیت: گرافیت (graphite) که همه‌ی ما آن را به عنوان مغز مداد سیاه می‌شناسیم، نوعی از زغال سنگ است که به سختی قابل اشتعال است؛ بنابراین معمولاً به عنوان سوخت استفاده نمی گردد. پودر گرافیت برای روانکاری دستگاه‌های مکانیکی نیز به کار گرفته می‌شود. زغال سنگ کانل: این ماده که گاهی اوقات ذغال شمع نیز نامیده می‌شود شامل انواع ذغال ریزدانه ، رده بالا با محتوای هیدروژن قابل توجه است که عمدتا از لیپتینیت تشکیل شده است. یکی دیگر از محصولات این ماده قطران زغال سنگ است. قطران به مایع متراکمی گفته می شود که از تقطیر مواد کربندار مانند زغال ‌سنگ بدست می‌ آید.

• در دنیا 55 درصد زغال سنگ نرم و قهوه ای، 44 درصد زغال سنگ سخت و یک درصد هم آنتراسیت وجود دارد که به دلیل کربن بالا و سوخت بدون دود، مصارف خانگی دارد.

فواید زغال سنگ

برخلاف نفت و یا گاز طبیعی ، یافتن زغال سنگ نسبتاً آسان و ارزان است و در بسیاری از مناطق زمین زغال سنگ به صورت فراوان وجود دارد. در نتیجه سهولت نسبی استخراج  زغال سنگ با کمترین هزینه می‌توان گفت ارزان‌ترین سوخت فسیلی است که حدود یک سوم قیمت نفت یا گاز طبیعی برای هر واحد انرژی تولید شده هزینه دارد.

با این حال ، این قیمت زغال سنگ در بازار همه هزینه‌های خارجی مربوط به استفاده از آن مانند تغییرات آب و هوایی را در نظر نمی گیرد و خرید زغال سنگ همچنان برای ادامه کار بسیاری از صنایع ضروری است.

ترکیباتی مانند زغال سنگ سوخت مناسبی برای صنایع تولیدی فراهم می‌کنند زیرا در صورت نیاز می توانند از انرژی حاصل از سوخت آن، برق تولید نمایند. برتری استفاده از زغال سنگ نسبت به سایر سوخت‌ها به انعطاف پذیری در کاربرد آن مربوط می‌شود. زیرا اکثر انرژی های تجدیدپذیر ، از جمله باد ، خورشید و موج دریا هیچ کنترلی در هنگام تولید برق ندارند و ممکن است در مواقع نیاز به برق، هوا آفتابی یا دریا آرام باشد و تولید برقی در کار نباشد.

انواع زغال سنگ

به طور کلی زغال سنگ ها به دو دسته زغالسنگ حرارتی (steam coal) و کک شو (یا زغال سنگ متالوژی (met)) تقسیم می‌شوند.

زغال سنگ متالوژی: شامل زغال سنگ کک (سخت، متوسط و نیمه نرم) و زغال سنگ پودر شده است که عنصر اصلی در صنعت آهن و فولاد می‌باشد. البته اگر زغال سنگ کک شو در حد نارس باشد باز هم می‌تواند در نیروگاه ها بکار گرفته شود. زغال سنگ‌های کک شو غالبا از درجه بیتومینی هستند که در تهیه کنسانتره زغالسنگ و در نهایت کک سازی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این نوع از زغال سنگ دارای محتوای کربنی بیشتر از لیگنیت و کمتر از آنتراسیت است. مشخصات ساختاری زغالسنگ کک شو عبارت است از: کربن ثابت 85 تا 90 درصد، خاکستر 5 تا 13 درصد، رطوبت تا 8 درصد، مواد فرار 1.6 تا 11 درصد و گوگرد 0.5 تا 1.2 درصد.

زغال سنگ حرارتی: گریدی از زغال سنگ می‌باشد که در نیروگاه‌های برق جهت تولید بخار مورد نیاز برای ایجاد برق مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین این نوع زغال سنگ در تولید سیمان نیز کاربرد دارد.

چرخه تولید زغال سنگ

زغال سنگ کک شو پس از استخراج از معدن و فرآوری در کارخانه زغال شویی به کنسانتره و سپس تحت تاثیر حرارت به کک تبدیل می‌شود. در فرآیند کک سازی چند نوع زغال سنگ که مواد فرار موجود در آنها متفاومت است، در کوره‌های مخصوص با یکدیگر مخلوط می‌شوند و از طریق عمل کربنیزاسیون کک را تولید می‌سازند. ترکیب شیمیایی کک عبارت است از 85 تا 94 درصد کربن و بقیه مواد فرار، خاکستر، گوگرد و رطوبت است. نقش کک در فرآیند کوره‌های ذوب سنگ آهن، تولید گازهای احیا کننده است که در اثر سوختن در پایین کوره انجام می‌شود. در واقع وظیفه کک زغالسنگ در تولید چدن، آزاد کردن اکسیژن از سنگ آهن است. در فرآیند تولید فولاد به روش کوره بلند، کربن موجود در کک عاملی برای جذب مولکول های اکسیژن، اکسید آهن و تولید آهن خالص می‌باشد. به همین دلیل درصد کربن موجود در کک و عدم وجود ناخالصی‌هایی از قبیل خاکستر، رطوبت و گوگرد در کنسانتره از اهمیت فراوانی برخوردار است. وجود خاکستر زیاد باعث کاهش تولید فولاد و ایجاد حجم زیاد سرباره در کوره بلند می‌شود. از طرفی چنانچه گوگرد موجود در زغالسنگ از حد مشخصی بیشتر باشد، آهن تولید شده ترد و شکننده خواهد بود. نقش فرآیند زغالشویی و فرآوری در شماتیک زنجیره ارزش زغالسنگ کک شو در تصویر زیر قابل مشاهده است.

صنعت زغال سنگ در جهان

تاریخچه استخراج زغال سنگ از معادن به هزاران سال قبل بر می‌گردد. استفاده از زغال سنگ همزمان با وقوع انقلاب صنعتی در قرون 19 و 20 و ظهور اولین موتور بخار اهمیت بسیار زیادی پیدا کرد. در حال حاضر نیز صنعت زغالسنگ یکی از بحث برانگیزترین صنایع در جهان است. قسمت اعظم زغال سنگ در دنیا برای تولید انرژی الکتریکی مورد استفاده قرار می‌گیرد. در حالیکه جهان و به ویژه کشورهای پیشرفته اقتصادی، به دلیل اثرات زیان بار آن برای محیط زیست، به دنبال جایگزینی برای سوخت های فسیلی و استفاده از انرژی های تجدید پذیر در تولید برق بوده اند، اما همچنان حدود 40% از برق جهان با استفاده از زغالسنگ تولید می شود. از میان سوخت های فسیلی، زغالسنگ رایج ترین نوع است و 64% از کل سوخت های فسیلی قابل بازیافت در جهان را تشکیل می دهد. بر مبنای گزارش آژانس بین المللی انرژی با عنوان چشم انداز انرژی جهان، میزان تولید برق از طریق زغالسنگ تا سال 2040 با رشد 10 درصدی از 9.41 تریلیون کیلووات ساعت در سال 2015 به 10.39 تریلیون کیلووات ساعت در سال 2040 افزایش خواهد یافت. بنابراین تا سه دهه آینده، زغال سنگ یکی از منابع اصلی تولید برق در جهان بوده و سرمایه گذاری برای استخراج این ماده معدنی همچنان ادامه خواهد داشت.

پس از تولید انرژی الکتریکی صنایع فولادسازی در رتبه دوم مصرف جهانی زغال سنگ قرار دارد. مطابق گزارس موسسه جهانی زغالسنگ 74 درصد فولاد جهان به روش کوره بلند و کنورتور با بهره گیری از زغالسنگ کک شو یا متالوژیکی تولید می‌شود. زغالسنگ علاوه بر تولید انرژی الکتریکی و صنایع فولادسازی در دنیا در موارد دیگری نظیر پالایش آلومینا، کاغذسازی، صنایع شیمیایی و دارویی، زغال قیری پالایش شده، بازیابی گاز آمونیاک برای تولید کود شیمیایی، رنگدانه ها، گرافیت برای الکترودها، تصفیه آب، مواد آرایشی و بهداشتی، سوخت مایع، منبع تامین انرژی برای تولید سیمان، محصولات پلاستیکی و فیبرها، تولید فلزات، آلیاژها، فروآلیاژها و … نیز کاربرد دارد.

عوامل تعیین کننده قیمت کنسانتره زغال سنگ

به طور کلی قیمت زغال سنگ تحت تاثیر قیمت سایر سوخت ها قرار می‌گیرد. هنگامی که سایر سوخت ها دارای قیمت جذابتری هستند، تقاضا برای زغال سنگ کاهش می‌یابد و زمانی که قیمت سایر سوخت‌ها افزایش می‌یابد، زغال سنگ جذابتر می شود.

در آذرماه سال 97 پس از مدتها بحث و بررسی در مورد شیوه قیمت گذاری زغالسنگ و کنسانتره زغالسنگ که همواره مورد نارضایتی تولید کنندگان بود، فرمولی مورد توافق تولیدکنندگان (انجمن زغالسنگ) و مصرف کننده عمده زغالسنگ (ذوب آهن اصفهان) قرار گرفت. برابر فرمول تعیین شده قیمت خرید زغال سنگ بر مبنای 26.5 درصد قیمت شمش فولاد خوزستان در بورس کالا بر مبنای مشخصات فنی مورد توافق بین ذوب آهن اصفهان و انجمن زغال سنگ ایران به تصویب رسید.

با توجه به اینکه در سال‌های گذشته میزان تولید کنسانتره زغال سنگ در کشور پاسخگوی نیاز داخلی نبوده است، از صادرات این محصول به منظور تامین نیازهای داخلی صرف نظر شده است.

ذخایر ثابت زغال سنگ در جهان

براساس گزارش bp statistical review of world energy در سال 2020 بیش از یک تریلیون تن ذخایر ثابت زغال سنگ در سراسر جهان وجود دارد و کشورهای ایالات متحده، روسیه، استرالیا، چین و هند بیشترین ذخایر را دارا هستند که در جدول زیر نمایش داده شده اند.

تولید زغال سنگ در جهان

بر اساس داده های این گزارش بیشترین تولید و استخراج زغال سنگ متعلق به کشور چین و پس از آن به کشورهای هند، ایالات متحده، اندونزی و استرالیا است.

تقاضای جهانی زغال سنگ در سال 2020 ،حدود 4 درصد کاهش یافت که بزرگترین کاهش از زمان جنگ جهانی دوم است. محرک اصلی کاهش تقاضا، کاهش تقاضای برق به دلیل محدودیت‌های کرونا و رکود اقتصادی ناشی از آن بود. همچنین همه گیری کرونا در جهان بر تولیدات صنعتی به ویژه فولاد و سیمان اثر گذاشت و تقاضای زغال سنگ را بیشتر کاهش داد. بیشترین مصرف زغالسنگ در جهان در شکل زیر نمایش داده شده است.

در جداول زیر بیشترین واردات و صادرات زغالسنگ گزارش شده است. زغال سنگ در ایران

کل تولید زغال سنگ خام کشور در سال 1399 به طور تقریبی 3.5 میلیون تن و کنسانتره 1.7 میلیون تن بوده است. شرکت های تولیدکننده کنسانتره زغال سنگ در ایران و مناطق جغرافیایی آن ها به شرح جدول ذیل می باشد:

اغلب شرکت‌های فعال در صنعت زغال‌سنگ در ایران محصولات خود را به صورت خام می‌فروشند، اما از میان 4 شرکت بورسی تنها شرکت زغال‌سنگ نگین طبس، محصول خام می فروشد و شرکت‌های زغال‌سنگ پروده طبس و فراوری زغال‌سنگ پروده طبس و صنعتی، معدنی شمال شرق شاهرود، محصول خود را به صورت کنسانتره زغال‌سنگ تولید می‌کنند. با توجه به دسترسی کشور به منابع نفت و گاز، سهم زغال‌سنگ در تامین انرژی کشور بسیار اندک بوده است. بر اساس گزارش بریتیش پترولیوم سهم زغال‌سنگ از کل انرژی مصرفی ایران در سال 2020 برابر 1 درصد بوده و این در حالی است که سهم نفت 27 درصد و سهم گاز طبیعی 70 درصد بوده است. همچنین در سال 2020 فقط حدود 0.7 تراوات ساعت برق از طریق زغال‌سنگ تولید شده است و 220.4 تراوات ساعت از طریق گاز طبیعی و 82.1 تراوات ساعت از طریق نفت تولید شده است.

مقاله پیشنهادی: مقایسه شرکت‌های صنعت زغالسنگ

معرفی کطبس

شرکت زغال‌سنگ نگین طبس یکی از بزرگ‌ترین تولیدکنندگان زغال‌سنگ خام کک‌شو در ایران است. محصولات شرکت پس از شستشو در شرکت‌های پایین دست تبدیل به کک شده و به عنوان ماده اولیه در صنعت فولاد مورد استفاده قرار می‌گیرد. ظرفیت اسمی تولید شرکت 175 هزار تن است اما ظرفیت برآوردی آن 263 هزار تن می‌باشد. مقدار فروش سال 1401 این شرکت 272 هزار تن بوده است که نسبت به سال گذشته با رشد 7 درصدی همراه بوده است.

معرفی کشرق 

شرکت صنعتی و معدنی شمال‌شرق شاهرود از نظر رتبه‌بندی بر اساس ظرفیت و میزان تولید، در رده پنجم قرار دارد. محصولات این شرکت در سه دسته کلی زغال‌سنگ کک‌شو کیفی، دانه‌بندی شده و کک‌شو کیفی درجه یک؛ دسته‌بندی می‌شوند که در مجموع شرکت در 11 ماه سال 1401 حدود  126 هزارتن فروش داشته است نسبت به مدت زمان مشابه سال قبل با رشد 8 درصدی همراه بوده است

معرفی کپرور

شرکت فرآوری زغال‌سنگ پروده طبس با شست‌وشو و فرآوری زغال‌سنگ خام، محصول کنسانتره زغال‌سنگ را تولید می‌کند. کپرور، محصول خود را به شرکت‌های ذوب آهن اصفهان، تولید مواد معدنی ایران و فولاد زرند ارائه می‌کند. محصول این شرکت امکان استفاده به عنوان ورودی مستقیم کک‌سازی ذوب آهن اصفهان را داشته است. کپرور در 11 ماهه سال 1401 حدود 248 هزار تن فروش داشته که نسبت به مدت زمان مشابه سال قبل با رشد 2.5 درصدی همراه بوده است.

معرفی کزغال

بهره‌برداری فاز یک طرح تجهیز معدن زغال‌سنگ طبس با هدف استخراج 5/1 میلیون تن زغال‌سنگ خام (750 هزارتن کنسانتره) از سال 1387 به عنوان تنها معدن مکانیزه کشور آغاز شد. محصول اصلی این شرکت کنستانتره زغال‌سنگ است و در 11 ماهه سال 1401 حدود 603 هزار تن فروش داشته که نسبت به مدت زمان مشابه سال قبل با رشد 64 درصدی همراه بوده است.

سخن پایانی

ایران دارای ذخایر عظیم زغالسنگ‌های کک شو و حرارتی، به خصوص در دو حوزه طبس و البرز است؛ ناحیه پروده طبس دارای بزرگ‌ترین ذخیره زغالسنگ کک‌شوی کشور با ذخیره قطعی ۸۳۵ میلیون تن است. توسعه معادن زغال سنگ کشور همزمان با راه اندازی شرکت ذوب آهن اصفهان در دهه ۴۰ شمسی آغاز شد، چراکه روش تولید فولاد در کوره بلند ذوب آهن اصفهان با استفاده از کک صورت می‌گیرد. درصد بالای گوگرد، خاکستر و اکسیدهای قلیایی سه مشکل اصلی ذخایر زغال سنگ پروده برای ورود به بازارهای خارجی است و موجب عدم توسعه این صنعت در کشور و عدم ارتباط نرخ داخلی با نرخ های جهانی و صادرات بسیار محدود گردیده است.

در حال حاضر، شرکت ذوب آهن اصفهان مصرف کننده عمده زغال سنگ‌های کک شو در کشور است. این شرکت با هدف دستیابی به کیفیت مناسب در خوراك واحد کک سازی از اواسط دهه ۷۰ میلادی اقدام به اختلاط زغال سنگ معادن داخلی با ۳۰-۲۰ درصد زغال سنگ باکیفیت خارجی کرده است. در بازار سرمایه کشور ۴ شرکت استخراج زغال سنگ فعال هستند. این شرکت ها با نمادهای “کشرق” “کطبس” کپرور” “کزغال”در بازار سرمایه ایران پذیرفته و معامله می‌شوند. در این تحلیل سعی شد به بررسی کلی صنعت زغال سنگ در ایران و جهان پرداخته و از چرخه تولید این محصول تا شرکت‌های فعال در این زمینه مورد بررسی قرار گرفتند.