Карбонизация — процесс обогащения углеродом¶

Карбонизация — это процесс обогащения материала или вещества углеродом, сопровождающийся повышением его углеродного содержания относительно исходного состояния. Термин применяется в нескольких областях науки и техники: в геологии и палеонтологии для описания превращения органических остатков в уголь, в химии и материаловедении — для обозначения введения углерода в структуру вещества (например, карбонизация стали или полимеров), а в биологии и почвоведении — для процессов накопления углерода в органических субстратах.

¶Этимология

Слово происходит от латинского carbo — «уголь». В русский язык термин вошёл в XIX веке вместе с развитием химии и геологии. В англоязычной литературе используется термин carbonization (или carbonisation), в немецкой — Vergasung / Karbonisierung.

¶Геологическая карбонизация

В геологии карбонизация — это стадия литификации и метаморфизма органических отложений, в ходе которой растительные остатки и другие органические субстраты последовательно превращаются в торф, бурый уголь, каменный уголь и антрацит. Процесс сопровождается:

• удалением летучих компонентов (вода, метан, углекислый газ);
• концентрацией углерода — от ~55–60 % в буром угле до 90–98 % в антраците;
• упорядочением углеродной структуры с формированием ароматических конденсированных ядер.

Геологическая карбонизация является частью общего процесса диагенеза и метаморфизма углеродных пород. Ключевыми факторами выступают температура, давление и время. В России крупнейшие угленосные бассейны, где этот процесс изучен наиболее полно, — Кузнецкий, Печорский, Тунгусский и Ленский.

¶Карбонизация в химии и материаловедении

В химической технологии карбонизацией называют термическую обработку материалов в бескислородной или ограниченно-кислородной среде, приводящую к обогащению их углеродом. Примеры:

• Карбонизация стали — насыщение поверхности стали углеродом при нагреве в углеродсодержащей среде (цементация). Используется для повышения твёрдости и износостойкости деталей машин. Температура процесса обычно составляет 850–950 °C.
• Карбонизация полимеров и композитов — пиролитическое разложение полимерного матрикса с образованием углеродного каркаса. Лежит в основе производства углепластиков и углеволокна.
• Карбонизация кокса — стадия получения кокса из каменного угля, сопровождающаяся спеканием и спеканием остатка.

¶Карбонизация в биологии и почвоведении

В биологии и агрономии карбонизацией иногда обозначают процессы естественного накопления углерода в почве и органических субстратах — гумификацию и связанные с ней реакции. В контексте современных исследований изменения климата особое внимание уделяется «карбонизации» лесных и водно-болотных экосистем — способности этих экосистем аккумулировать атмосферный CO₂ в биомассе и почвенном органическом веществе.

¶Применение

• Металлургия: цементация стальных деталей.
• Топливная промышленность: производство кокса, активированных углей.
• Материаловедение: синтез углеродных волокон, графитов, композитов.
• Палеонтология: диагностика условий сохранности окаменелостей.
• Агрономия и климатология: оценка углеродного баланса почв.

¶См. также

• Пиролиз
• Цементация стали
• Диагенез
• Торфообразование

¶Источники

• Гордеев Л. С., Задонцев Н. С. «Геология угля и горючих сланцев».
• Фёдоров В. С. «Палеонтология».
• Бернштейн С. А. «Технология коксования».
• ГОСТ 25543-2013 «Бурые угли, каменные угли и сланцы. Классификация и нормы».
• Материалы Всероссийского института минерального сырья (ВИМС) по угленосным бассейнам России.