Than đá là một trong những nguồn nhiên liệu hóa thạch quan trọng, được hình thành từ xác thực vật bị chôn vùi và biến đổi qua hàng triệu năm. Với đặc tính giàu carbon, khả năng sinh nhiệt cao, than đá được ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp. Trong bài viết dưới đây, hãy cùng Kim Trường Phúc tìm hiểu rõ hơn về than đá, từ đặc điểm cho đến ứng dụng và tác động môi trường mà loại nhiên liệu này mang lại nhé.

1. Than đá là gì?

Than đá thuộc nhóm đá trầm tích có màu đen hoặc nâu đen đặc trưng, thường xuất hiện dưới dạng các tầng lớp hoặc mạch quặng ngầm. Đây là sản phẩm của quá trình biến đổi địa chất kéo dài hàng triệu năm từ thực vật cổ đại bị chôn vùi trong lòng đất.

Về bản chất, than đá được tạo thành từ tàn dư của các loài thực vật thời tiền sử, chủ yếu từ những khu rừng và đầm lầy xa xưa. Qua thời gian dài, dưới tác động của áp lực khổng lồ và nhiệt độ cao từ các lớp địa chất phủ lên, những vật chất hữu cơ này đã trải qua quá trình biến chất phức tạp để trở thành loại nhiên liệu có giá trị như ngày nay.


Than đá nằm trong nhóm đá trầm tích có màu đen hoặc nâu đen

Đặc biệt, than đá được đánh giá cao nhờ khả năng tạo ra lượng nhiệt lớn khi cháy. Giá trị caloric cao của nó khiến than đá trở thành lựa chọn phổ biến trong các nhà máy điện và các ngành công nghiệp nặng khác.

Tại Việt Nam, than đá chủ yếu thuộc loại anthracite chất lượng cao, được khai thác từ các mỏ than như Nông Sơn ở Quảng Nam. Loại than đá này nổi bật với hàm lượng cacbon vượt trội (trên 90%), tỷ lệ tro thấp (dưới 8%) và nhiệt lượng ấn tượng (trên 7.000 kcal/kg).

2. Quá trình hình thành than đá

Việc hình thành than đá là một quá trình địa chất phức tạp diễn ra trong hàng triệu năm, bắt đầu từ việc tích tụ các tàn dư thực vật cổ đại. Những thực vật này, sau khi chết, được chôn vùi dưới các lớp trầm tích và trải qua chuỗi biến đổi sinh hóa và địa chất đáng kể.


Than đá được hình thành từ quá trình tích tụ tàn dư
của các loài thực vật thời tiền sử

Giai đoạn 1: Than bùn (Peat): Các tàn dư thực vật bị phân hủy một phần trong điều kiện thiếu oxy, tạo thành than bùn. Đây là bước chuyển đổi sinh học quan trọng, nơi các hợp chất hữu cơ phức tạp được tái cấu trúc.

Giai đoạn 2: Than nâu (Lignite): Dưới tác động của áp suất và nhiệt độ tăng dần từ các lớp đất đá phủ lên, than bùn chuyển hóa thành than nâu. Quá trình này loại bỏ dần nước và tăng nồng độ carbon trong cấu trúc.

Giai đoạn 3: Than bitum (Bituminous): Than nâu tiếp tục biến đổi thành than bitum. Loại than này có hàm lượng carbon cao hơn và được sử dụng rộng rãi.

Giai đoạn 4: Than antraxit (Anthracite): Trong điều kiện áp suất và nhiệt độ cực cao, quá trình biến chất hoàn tất với sự hình thành than antraxit - dạng cao cấp nhất với hàm lượng carbon tối đa.

3. Đặc điểm của than đá

Than đá sở hữu nhiều đặc tính vượt trội khiến nó trở thành loại nhiên liệu được ưa chuộng trong các ứng dụng công nghiệp. Những đặc điểm này bao gồm các tính chất vật lý và hóa học độc đáo.

3.1. Tính chất vật lý của than đá

Than đá anthracite chất lượng sở hữu nhiều đặc tính vật lý nổi bật, tạo nên giá trị sử dụng và hiệu quả kinh tế cao như:

Về hình thái bên ngoài, than đá thường có dạng khối hoặc viên với màu đen bóng đặc trưng, độ cứng cao, ít có xu hướng vỡ vụn trong quá trình vận chuyển và sử dụng.
Mật độ của than đá dao động từ 1,4 đến 1,8 g/cm³, cao hơn đáng kể so với các loại than khác, góp phần vào khả năng lưu trữ năng lượng tốt hơn.
Than đá chất lượng cao có độ ẩm thấp chỉ từ 2-5% là một ưu điểm lớn, giúp than đá cháy hiệu quả hơn và giảm thiểu việc tạo ra khói bụi trong quá trình đốt.
Nhiệt trị cao là đặc điểm than đá nổi bật nhất, với mức từ 7.000-8.000 kcal/kg, cung cấp lượng nhiệt đáng kể cho các hoạt động công nghiệp.
Hàm lượng tro thấp (8-12%) là yếu tố quan trọng giúp giảm thiểu chất thải sau khi đốt cháy, tối ưu hóa hiệu suất sử dụng.
Chất bốc (Vk%) trong than đá dao động từ 10-45%, thấp hơn nhiều so với than bùn (70%), cho thấy mức độ tiến hóa cao và hiệu quả đốt cháy tốt hơn.


Than đá thường có dạng khối hoặc viên, độ cứng cao và ít bị vỡ vụn

3.2. Tính chất hóa học của than đá

Thành phần hóa học của than đá tạo nên những ưu điểm vượt trội trong việc đốt cháy và ứng dụng công nghiệp:

Cacbon: chiếm tỷ lệ áp đảo từ 86-92%, đây chính là thành phần quyết định khả năng sinh nhiệt cao và hiệu quả đốt cháy vượt trội của than đá.
Lưu huỳnh và nitơ: Hàm lượng lưu huỳnh và nitơ trong than đá khá thấp so với nhiều loại nhiên liệu khác, giúp giảm đáng kể lượng khí thải độc hại (SOx, NOx) được phát ra trong quá trình đốt.

4. Phân loại than đá

Việc phân loại than đá được thực hiện theo nhiều tiêu chí khác nhau, giúp xác định chính xác giá trị sử dụng và lĩnh vực ứng dụng phù hợp cho từng loại.

4.1. Phân loại theo cấp độ tiến hóa

Phương pháp phân loại này dựa trên hàm lượng cacbon và khả năng tạo nhiệt, được quyết định bởi mức độ áp suất và nhiệt độ tác động trong quá trình hình thành. Theo cấp độ, than đá được phân thành các loại sau:

Than bùn (Peat) đại diện cho giai đoạn đầu tiên, được tạo thành từ sự phân hủy không hoàn toàn của thực vật trong điều kiện yếm khí tại các khu vực đầm lầy, núi lửa hay đồng hoang. Loại này có khả năng chứa ẩm cao (42,1%) và mức độ phân giải trung bình (35,3%).
Than nâu (lignite) là giai đoạn tiếp theo với dạng nhỏ vụn, thành phần cacbon thấp (25-35%), độ ẩm cao (66%) và hàm lượng tro dao động 6-19%. Mặc dù nhiệt năng thấp nhất nhưng than nâu vẫn được ứng dụng trong các lò hơi và nhà máy nhiệt điện quy mô nhỏ.
Than á bitum (Sub-bituminous): được hình thành cách đây hơn 200 triệu năm, chứa 35-45% cacbon ở trạng thái khô không tro. Loại này có cấu trúc thớ gỗ, màu từ nâu sẫm đến đen, độ ẩm thấp hơn than nâu và hàm lượng lưu huỳnh dưới 1%.
Than bitum (Bituminous) chứa nhiều chất bốc, cháy với ngọn lửa dài và có khả năng tạo chất kết dính khi nung trong môi trường yếm khí. Độ ẩm khoảng 17%, hàm lượng cacbon cố định 85% và được chia thành hai loại: than nhiệt và than luyện kim.
Than antraxit (Anthracite) đại diện cho cấp độ cao nhất với hàm lượng cacbon 86-97%, ít tạp chất và có màu ánh bán kim loại. Đây là loại có giá trị nhiệt lượng cao nhất trong tất cả các loại than.

Than chì (Graphite)

Than chì không phải là một loại nhiên liệu hóa thạch, mà là một dạng thù hình của carbon. Nó được hình thành dưới áp suất và nhiệt độ cực cao, có cấu trúc tinh thể lớp, màu xám đen, và có tính dẫn điện tốt. Than chì được ứng dụng làm điện cực, chất bôi trơn và trong sản xuất bút chì, không phải để đốt lấy nhiệt.


Than đá anthracite chứa hàm lượng cacbon cao từ 86-97% và ít tạp chất

4.2. Phân loại theo mục đích sử dụng

Theo mục đích sử dụng, than đá được chia làm các loại như:

Than luyện kim: chuyên biệt hóa cho ngành sản xuất thép, đóng vai trò quan trọng trong quy trình luyện kim. Khi luyện trong lò cốc, than luyện kim cho ra than cốc, nguyên liệu thiết yếu để sản xuất gang thép.
Than nhiệt: được tối ưu để khai thác năng lượng từ quá trình đốt cháy, chủ yếu phục vụ phát điện, sản xuất xi măng, gạch, vôi và các ngành công nghiệp nhiệt khác.
Than hoạt tính: sản phẩm chế biến từ than (hoặc nguyên liệu carbon khác), có cấu trúc xốp và diện tích bề mặt lớn, được sử dụng làm vật liệu lọc trong xử lý nước thải, sản xuất nước cấp, nước tinh khiết và trong một số ứng dụng y tế, hóa chất.

Ngoài ra, than bùn (peat) tuy có thể sử dụng làm phân bón hữu cơ và cải tạo đất, nhưng không được xếp vào nhóm than đá. Đây là dạng tiền than (precursor), chưa trải qua quá trình biến chất đầy đủ để trở thành than đá.

4.3. Phân loại than đá theo đặc điểm hình thái

Căn cứ vào kích thước và hình dạng hạt sau khi chế biến, than đá được phân thành các loại chính:

Than cám: có kích cỡ hạt nhỏ hơn 15 mm, được chia thành nhiều cấp (cám 1, cám 2a, 2b, 3a, 3b, 4a, 4b…) tùy theo chất lượng (nhiệt lượng, độ tro, hàm lượng lưu huỳnh). Than cám thường dùng cho nhà máy nhiệt điện, sản xuất xi măng, gạch ngói.
Than cục: có kích cỡ hạt từ 6 – 100 mm, được phân loại từ cục 1 đến cục 8 tùy kích thước và chất lượng. Than cục chủ yếu dùng trong công nghiệp luyện kim, lò hơi, hoặc sinh hoạt.

Than cám thường có kích cỡ hạt nhỏ hơn 15mm

5. Ưu điểm, nhược điểm và tác động môi trường của than đá

Than đá mang lại nhiều lợi ích kinh tế và kỹ thuật, nhưng cũng đặt ra những thách thức nghiêm trọng về môi trường và sức khỏe cộng đồng. Sau đây là những ưu, nhược điểm mà than đá mang lại:

5.1. Ưu điểm

Than đá được coi là một trong những nguồn năng lượng phong phú nhất hành tinh với trữ lượng ước tính lên đến hàng nghìn tỷ tấn, đảm bảo nguồn cung dài hạn cho nhu cầu năng lượng toàn cầu.

Hiệu quả kinh tế cao: Than đá có giá thành thấp hơn đáng kể so với khí đốt tự nhiên và các nguồn năng lượng tái tạo, giúp tiết kiệm chi phí sản xuất điện và các ứng dụng công nghiệp.
Nhiệt trị ổn định: Than đá có nhiệt trị tương đối cao và ổn định, cho phép tạo ra năng lượng hiệu quả trên một đơn vị khối lượng, phù hợp cho phát điện và các ngành công nghiệp nặng.
Ứng dụng đa dạng: Than đá được sử dụng rộng rãi từ sản xuất điện, xi măng, luyện kim cho đến hóa chất và nhiều ngành công nghiệp khác.
An toàn trong vận chuyển và lưu trữ: Đây là một ưu điểm quan trọng so với các nhiên liệu hóa thạch khác. Than đá dễ bảo quản, không đòi hỏi hệ thống đường ống áp lực cao hay quy trình sơ chế phức tạp.
Tính linh hoạt cao: Than đá không chỉ tạo ra điện mà còn là thành phần cơ bản trong nấu chảy sắt thép, điện phân nhôm, sản xuất giấy và các sản phẩm hóa chất.
Tiện lợi: Thể hiện ở khả năng sử dụng ngay sau khi khai thác, khác với các nhiên liệu hóa thạch khác cần quy trình xử lý dài và tốn kém.

Than đá đem lại hiệu quả kinh tế cao nhờ giá thành rẻ

5.2. Nhược điểm

Bên cạnh những ưu điểm nổi bật, việc khai thác và sử dụng cũng đem lại nhiều tác động than đá đến môi trường như:

Ô nhiễm môi trường: Quá trình khai thác, vận chuyển và đốt than đá thải ra một lượng lớn CO₂, SO₂, NOx, bụi mịn và kim loại nặng, làm suy giảm chất lượng không khí, ô nhiễm đất và nguồn nước. Than đá được xem là loại nhiên liệu hóa thạch gây ô nhiễm nhất, phát thải CO₂ cao hơn khoảng gấp đôi so với khí tự nhiên.
Biến đổi khí hậu: Đốt than là nguồn phát thải CO₂ lớn nhất trong các loại nhiên liệu hóa thạch, chiếm hơn 40% lượng CO₂ toàn cầu từ năng lượng, góp phần trực tiếp vào hiệu ứng nhà kính, nóng lên toàn cầu và biến đổi khí hậu.
Ảnh hưởng đến sức khỏe: Người lao động trong ngành khai thác và các cộng đồng sống gần khu vực sản xuất, sử dụng than đá có nguy cơ cao mắc bệnh về hô hấp, tim mạch, thậm chí tổn thương hệ thần kinh do tiếp xúc lâu dài với bụi than, khí độc và kim loại nặng.
Tài nguyên không tái tạo: Than đá mất hàng triệu năm để hình thành nhưng tốc độ khai thác và tiêu thụ hiện nay quá nhanh, dẫn đến nguy cơ cạn kiệt trong tương lai gần.
Tác động tiêu cực đến đời sống: Khai thác than tạo ra bụi than, tro xỉ và nước thải chứa kim loại nặng, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng đất, nguồn nước và đời sống người dân. Việc sử dụng lâu dài than đá còn kéo theo nhiều hệ lụy môi trường, làm chi phí khắc phục ngày càng gia tăng.

Tác động than đá đến môi trường thông qua khai thác và sử dụng là cực kỳ nghiêm trọng

6. Ứng dụng của than đá

Than đá với khả năng sinh nhiệt cao được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp quan trọng, từ sản xuất năng lượng đến chế tạo vật liệu, điển hình như:

Sản xuất điện: Nhiệt điện than chiếm khoảng 36–37% tổng lượng điện toàn cầu, giữ vai trò quan trọng trong việc cung cấp nguồn điện ổn định.
Ngành luyện kim: Than cốc từ than đá là nguyên liệu không thể thiếu trong lò cao, chiếm hơn 70% lượng thép sản xuất toàn cầu. Ngoài ra, than đá còn đóng vai trò trong luyện nhôm, đồng và các kim loại khác.
Sản xuất xi măng: Than là nguồn năng lượng chính cho lò nung clinker. Tro bay và xỉ than từ quá trình đốt còn được tận dụng làm phụ gia cho xi măng và bê tông.
Công nghiệp hóa chất: Hóa khí than tạo khí tổng hợp (CO + H₂), từ đó sản xuất amoniac, methanol, nhiên liệu tổng hợp và nhiều sản phẩm hóa chất khác.
Xử lý nước & khử mùi: Các sản phẩm than hoạt tính chế biến từ than đá được sử dụng để lọc nước, hấp phụ kim loại nặng, khử độc, khử mùi trong công nghiệp và sinh hoạt.
Ứng dụng khử mùi: Sử dụng than đá để loại bỏ mùi hôi trong các nhà máy, khu công nghiệp và hộ gia đình, tận dụng tính chất hấp thụ mạnh mẽ của vật liệu này.
Nông nghiệp: Tro bay từ quá trình đốt than có thể được tận dụng làm phụ gia cho phân bón hoặc cải tạo đất, nhưng than đá không trực tiếp cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng.
Các ngành công nghiệp khác: Than được dùng làm nhiên liệu trong sản xuất giấy, dệt, thủy tinh, gốm sứ… Ngoài ra, sản phẩm từ than còn được ứng dụng trong công nghiệp hóa chất, nhựa, dược phẩm và thiết bị bảo hộ (qua than hoạt tính).

Có thể khẳng định, than đá là nguồn tài nguyên năng lượng quan trọng, sở hữu nhiều ưu thế về kinh tế và kỹ thuật. Với khả năng sinh nhiệt cao, chi phí hợp lý và phạm vi ứng dụng rộng rãi, than đá đã và đang góp phần to lớn vào sự phát triển của nhiều ngành công nghiệp toàn cầu. Việc hiểu rõ bản chất, đặc điểm than đá, ứng dụng cũng như tác động sẽ giúp chúng ta đưa ra lựa chọn sử dụng hiệu quả hơn. Nếu bạn còn điều gì thắc mắc hoặc có nhu cầu tìm hiểu thêm về hệ thống lò hơi công nghiệp sử dụng than đá, hãy liên hệ ngay Kim Trường Phúc để được tư vấn chi tiết và nhanh chóng.