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석탄
석탄(石炭, coal)은 지질시대의 식물이 퇴적, 매몰된 후 열과 압력의 작용을 받아 변질 생성된 흑갈색의 가연성 퇴적암으로, 가연성이 우수하여 연료 또는 화학 공업 재료로 사용되고 있다.
목차
개요
석탄은 주로 고생대 석탄기 무렵의 식물들이 오랜 세월 동안 지압과 지열을 받아 차츰 분해하여 생긴 퇴적암이다. 전 세계의 대부분 석탄은 3억 4천만 년에서 3억 년 사이의 석탄기의 약 6,000만 년 동안 생성되었다.[1] 또한 석탄은 태고의 식물질이 지각 속에 매몰, 퇴적되고 분해하여 생긴 고탄소 함유 물질의 화석으로, 이탄이나 무연탄 등을 총칭한다. 이색 등방질 물질로 탄소, 산소, 수소를 주성분으로 하며, 그 외에 소량의 유황, 질소 및 상당량의 회분과 수분을 함유한다. 점토나 혈암 등의 호층간에 층으로서 존재하며 연료나 화학공업 등에 사용된다.[2]
역사
석탄을 캐낼 수 있는 산지는 세계 각지에 분포되어 있어, 석유처럼 편재되어 있지는 않다. 외국에서는 주로 고생대 석탄기부터 중생대에 이르는 각 지층 속에 포함되어 있다. 석탄은 2000년도 넘는 옛날 그리스, 이탈리아, 중국 등에서 쓰이고 있었는데, 오늘날처럼 탄갱에서 대대적으로 파내게 된 것은 19세기 이후의 일이다. 석탄의 매장량은 석유보다 매우 많으며, 분포 지역 또한 석유보다 비교적 고르다. 또한 유럽에서는 11~12세기부터 사용되었지만, 문헌에 따르면, 중국에서는 기원전 4000년대부터 사용되었다.[3] 우리나라에서 석탄을 사용한 시기는 궁내부 내장원의 기록에서 확인된 연대보다 훨씬 오래전으로 추정되나 늦어도 17세기경부터이며, 처음에는 불이 잘 타는 갈탄의 분포지역 주민들이 겨울철 연료로 사용하기 시작하였을 것이다. 우리나라 무연탄은 탄화 정도가 높고 회분을 많이 함유하고 있어, 연탄의 성형과 강도 유지에 적합하며 유황분을 소량 함유하고 있어 대기오염이 적다. 따라서 약 90％ 정도 민수용 연료로 사용되고 있으며, 그밖에는 발전용 연료 등에 사용되고 있다. 그러나 북한의 길주탄은 1932년 저온 건류용으로 쓰여서 그곳에서 생산된 제품은 피치를 비롯하여 파라핀, 메탄올, 포르말린, 도료·페크라이트, 약품 등 다양한 것이었으며, 아오지탄은 1937년부터 석탄 액화에 사용되어 인조석유를 제조하는 데 사용되기도 하였다.[4]
특징
화학적 성질
석탄의 화학성분은 탄소, 산소, 수소, 질소 등인데, 같은 탄화 정도에서 비교하여 볼 때 비트리나이트는 산소를, 엑시나이트는 수소를, 이너티나이트는 탄소를 지배한다. 또한 석탄의 점결성은 주로 비트리나이트가 지배하며, 형광성은 엑시나이트, 광학적 이방성은 비트리나이트와 이너티나이트에 의하여 각각 지배되며, 석탄의 성질은 탄화 정도에 따라서 달라진다. 석탄의 분류를 위해서는 탄화 정도와 구성물질이 기본 요소로 이용되고 있다. 탄화 정도에 의한 분류는 석탄의 휘발분, 고정탄소, 발열량 등이 사용된다. 이 분류에 의하면 국내 석탄은 무연탄 내지 변성 무연탄에 해당한다. 석탄 구성물질에 의한 분류는 식물의 목질부에서 유래한 부식탄과 식물의 화분, 포자 등으로 구성된 부이탄으로 구분된다. 대부분의 석탄은 부식탄에 해당하며, 국내 무연탄도 부식탄에 해당한다.[4] 더불어 석탄의 정의에 대해 탄소분의 함량기준과 성분이나 조직상으로 명확한 학설이 없었으나, 1957년 미국에서 개최된 국제석탄학회에서 그 학문상의 정의를 정립하게 되었다. 이때 석탄 성분 내에 중량으로 50% 이상의 탄소분이 함유되어 있어야 하고, 용적으로는 70% 이상의 탄소분이 함유되어 있어야 석탄으로 규정하도록 결정하였다. 이밖에 조성, 탄화도 및 품위에 있어서는 석탄에 따라 각기 특성을 가지는 것으로 정의를 내렸다. 석탄의 거래에 있어서 중요시되는 것은 탄질, 발열량, 점결성 등이며 발열량은 좋은 탄질인 경우 6,500∼7,000kcal/kg이고 저질탄은 보통 4,500kcal/kg 이하이다. 대한민국 석탄의 경우, 발전용탄은 탄질이 3,500kcal/kg 이상이고 가정용 연탄의 탄질은 4,500kcal/kg이다.[5]
등급 측정
석탄의 등급은 탄소, 수소, 산소, 휘발성 물질과 수분 함량, 발열량, 그리고 비트리나이트 반사도 등으로 측정된다. 이 중 비트리나이트 반사도는 0% 에서 5 %까지의 범위를 가지는데, 석탄의 등급에 따라 증가하며 탄층이 아닌 퇴적물 속에 포함된 비트리나이트 형태의 식물 조각에도 적용이 가능하기 때문에 유용하다. 비트리나이트 반사도는 퇴적물이 도달한 매몰 온도를 나타내기 때문에, 해당 퇴적물의 매몰 과정을 제시하는 지표와 석유를 비롯한 탄화수소의 매장 가능성 평가와 근원암 평가에 사용된다.[6]
종류
석탄은 식물성 유기물이 땅에 묻혀서 탄화된 퇴적암이기 때문에 탄화 정도에 따라 토탄, 갈탄, 역청탄, 무연탄으로 구분할 수 있다.[7]
토탄
토탄은 식물이 퇴적되어 만들어진 석탄으로 부패한 식물이 포함되어 있다.[7] 또한 산림 지역의 늪에 식물 파편들이 고밀도로 모인 것으로, 기존 식물 조직의 치환 정도가 적으며 주로 미생물의 작용으로 석탄화 과정이 일어난다. 갈탄은 포함된 대부분의 식물 조각들의 기존 식물 조직을 식별이 가능하며, 갈탄의 형성을 위해서는 매몰과 무산소 조건이 필요하다. 갈탄은 지질학적으로 젊은 제3기층과 중생대층에서 주로 산출되며, 독일, 북아메리카와 중동의 제3기층과 백악기층에서 대량으로 산출된다.[6]
갈탄
갈탄은 갈색 석탄의 뜻으로 탄소의 함량이 약 25~35%이다. 비록 석탄의 종류 중에서 탄소의 함량이 낮은 편이지만 전력을 생산하는 데 갈탄을 사용하여 그리스 전력의 50% 이상, 독일 전력의 11% 이상을 갈탄 발전으로 생산하고 있다.[7] 또한 겔화 작용으로 역청탄으로 변화하며, 이 과정으로 식물 세포벽이 균질화와 압밀작용을 받아 역청탄의 주 구성성분 중 하나인 비트리나이트를 형성한다.[6]
역청탄
역청탄은 천연의 아스팔트나 그 밖의 탄화수소를 가진 물질을 가열을 하거나 가공했을 때 생기는 흑갈색 또는 갈색의 타르 같은 물질을 말한다. 탄소의 함량이 60~80%이며, 휘발 성분은 약 14%를 가지고 있다.[7] 또한 갈탄보다 휘발성 물질과 수분을 적게 함유하며, 무르고 표면이 거친 갈탄에 비해 단단하며 검은색의 밝은 광택을 보인다. 역청탄은 클리트로 불리는 두드러진 절리면을 따라 전형적으로 직사각형 덩어리 형태로 부서지며, 내부에 층리와 평행한 밝은 층과 어두운 층이 호상으로 발달한다.[6]
무연탄
무연탄은 석탄 중에서 가장 변성도가 높으며, 탄소의 함량은 92~98%이다. 쉽게 불이 붙지 않고 불이 붙으면 연기 없이 파란 불꽃을 내며 탄다.[7] 패각상의 깨짐과 밝은 광택을 보이고 역청탄에서 무연탄으로 변화하는 과정에서 많은 양의 메탄과 기타 탄화수소가 유리되는데, 이러한 기체상 탄화수소가 주변에 적절한 저류암이 있다면 축적될 수 있다. 등급이 낮은 석탄의 채굴 시 축적된 폭발성 가스가 석탄광 내에서 폭발을 일으킬 도 있다. 역청탄과 무연탄은 주로 상대적으로 오래된 지층에서 산출되며 서유럽, 북아메리카, 러시아의 석탄기 지층과 남아프리카와 호주의 페름기~트라이아스기 지층에 널리 분포한다.[6]
부니성 석탄
부니성 석탄은 조류, 식물의 포자와 잘게 쪼개진 식물 파편으로부터 생성되며, 촉탄과 보그헤드 탄이 가장 일반적인 유형이다. 촉탄은 내부에 엽리가 없는 괴상의 세립질 석탄으로 패각상의 쪼개짐을 보이며, 치환된 식물 조각, 포자, 그리고 일부 조류로 구성된다. 보그헤드 탄은 촉탄과 유사하지만 주로 내부에 기름을 포함하는 조류로부터 기원한다는 점이 다르다. 많은 부니성 석탄은 늪지대의 연못과 얕은 호수에서 생성되는데, 이 때 같은 장소의 식생에서 부식성 석탄이 기원한다.[6]
각주
참고자료
- 〈석탄〉, 《나무위키》
- 〈석탄〉, 《네이버 지식백과》
- 〈석탄〉, 《위키백과》
- 〈석탄〉, 《네이버 지식백과》
- 〈석탄〉, 《네이버 지식백과》
- 〈석탄〉, 《네이버 지식백과》
- 〈석탄〉, 《네이버 지식백과》
같이 보기
