Than đá cũng như các vật chất khác, cũng được cấu tạo từ các nguyên tố hoá học cơ bản như carbon, hydro, oxy,… để tạo nên một loại vật liệu tốt dùng trong sản xuất và cuộc sống thường ngày. Cũng nhờ vào các thành phần hoá học này của than đá mà ta cũng có thể xác định được chất lượng của loại than đó.

Than đá có thành phần hoá học chứa nguyên tố Carbon 

Thành phần chính của than đá không thể không kể đến là cacbon, đây là nguồn nhiệt chính tạo ra (hay còn được gọi là nhiệt trị của than đá) khoảng 14500 đơn vị nhiệt Anh (Btu) mỗi pound. Hàm lượng carbon điển hình cho than khô dao động từ hơn 60% đối với than non đến hơn 80% đối với than antraxit. Hàm lượng oxy trong than càng cao, giá trị gia nhiệt của nó càng thấp. Mối quan hệ nghịch đảo này xảy ra do oxy trong than liên kết với carbon và carbon đã bị oxy hóa một phần, dẫn đến làm giảm khả năng sinh nhiệt. 

Carbon dioxide (CO2) hình thành trong quá trình đốt than khi một nguyên tử carbon (C) kết hợp với hai nguyên tử oxy (O) từ không khí. Do trọng lượng nguyên tử của carbon là 12 và oxy là 16, nên trọng lượng nguyên tử của carbon dioxide là 44. Dựa trên tỷ lệ đó và giả sử đốt cháy hoàn toàn, 1 pound carbon kết hợp với 2.667 pound oxy để tạo ra 3.667 pound carbon điôxít. Ví dụ, than có hàm lượng carbon là 78% và giá trị đốt nóng 14.000 Btu, mỗi pound phát ra khoảng 204.3 pound carbon dioxide mỗi triệu Btu (đơn vị nhiệt Anh) khi đốt cháy hoàn toàn.  Đốt cháy hoàn toàn 1 tấn (2000 pound) than này sẽ tạo ra khoảng 5720 pound (2.86 tấn ngắn) carbon dioxide.

Thành phần quan trọng của than đá phải kể đến chính là nguyên tố lưu huỳnh

Hàm lượng lưu huỳnh trong than đá có thể thay đổi tuỳ thuộc vào từng loại than nhưng phổ biến nhất là trong phạm vi 0.5% đến 5% tổng lưu huỳnh. Than có lưu huỳnh dưới 1% được phân loại là than có hàm lượng lưu huỳnh thấp. Than có lưu huỳnh 1% đến <3% là than có hàm lượng lưu huỳnh trung bình. Than có hàm lượng lưu huỳnh ≥ 3% là than có hàm lượng lưu huỳnh cao. Than siêu hữu cơ-lưu huỳnh (SHOS) là một loại than trong lưu huỳnh hữu cơ, thường trong khoảng từ 4% đến 11%.

Các dạng chính của lưu huỳnh trong than là lưu huỳnh pyritic, hữu cơ và sunfat. Lưu huỳnh pyritic và hữu cơ thường chiếm phần lớn lưu huỳnh trong than. Một lượng nhỏ sulfate xảy ra trong than phong hóa. Nguyên tố lưu huỳnh ở lượng nhỏ để theo dõi lượng cũng xảy ra trong than nhưng nó không phải lúc nào cũng được xác định trong các phân tích than thông thường.

Thành phần công nghệ của than đá bao gồm những yếu tố quan trọng gì ?

Độ ẩm và độ tro của than đá được các chuyên gia xác định như thế nào ?

Mỗi loại than đá đều có một độ ẩm riêng biệt, và độ ẩm được định nghĩa là mức độ chứa nước của loại than đó. Để xác định được độ ẩm của một loại than, cách được đại đa số mọi người sử dụng đó là sấy than trong tủ sấy chuyên dụng ở nhiệt độ cao ( trung bình khoảng 105oC) cho đến khi khối lượng của than đạt trạng thái ổn định. Phần khối lượng mất đi trong quá trình sấy so với ban đầu của than chính là độ ẩm của loại than đó. Tuy nhiên không phải loại than nào cũng sử dụng 105oC để sấy khô, có một số loại than đá cần nhiệt độ lên trong khoảng từ 500oC đến 800oC để lượng nước trong than được thoát ra hoàn toàn.

Một khái niệm cũng quan trọng trong thành phần của than đá đó là độ tro. Độ tro của than được tính toán khi đem mẫu than đá (nhiên liệu) đi đốt ở khoảng nhiệt độ từ 800oC đến 850oC với các nhiên liệu rắn và 500oC với nhiên liệu lỏng cho đến khi khối lượng của nhiên liệu (than đá) không thay đổi. Phần khối lượng không thay đổi của nhiên liệu đó được gọi là độ tro của nhiên liệu nói chung hoặc của các loại than đá nói riêng, chẳng hạn như gỗ có độ tro khoảng 0.5% đến 1% và than đá có độ tro ít nhất là 30%. Độ tro cũng góp phần làm ảnh hưởng đến thành phần cháy của than, nếu độ tro càng cao thì chúng càng có ảnh hưởng lớn làm giảm thành phần cháy của các loại than. Ngoài ra độ tro còn ảnh hưởng đến các yếu tố khác như nhiệt trị của than, giảm hệ số truyền nhiệt,…

Than đá có giá trị chất bốc, thành phần cốc và nhiệt trị như thế nào ?

Khi than đá hoặc các loại nhiên liệu khác được đốt cháy trong môi trường thiếu Oxy sẽ khiến cho các liên kết của phân tử bị phá huỷ, từ đó quá trình phân huỷ nhiệt cũng được xảy ra. Sản phẩm từ quá trình phân huỷ nhiệt này chính là chất bốc, bao gồm hydro, carbon dioxide, carbon oxide,… Một trong những yếu tố ảnh hưởng đến việc sản sinh ra chất bốc chính là tuổi thọ của loại than hay nhiên liệu đó, than càng non thì lượng chất bốc thu được càng thấp, ngược lại nếu than già hơn thì lượng chất bốc thu được càng cao. Ngoài ra, chất bốc còn phụ thuộc vào thời gian phân huỷ nhiệt của than ( nhiên liệu). Chất bốc là một trong những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cháy của nhiên liệu, chất bốc càng nhiều thì loại than đó đó sẽ càng xốp và dễ cháy và cháy càng dữ dội hơn. Đối với các loại than có chất bốc ít thì cần có kĩ thuật đốt cháy thích hợp để hỗ trợ.

Khi đốt cháy than đá, chất bốc cũng bốc cháy theo và phần còn lại chính là cốc. Cốc cũng ảnh hưởng đến quá trình đốt cháy của các loại than. Cốc có tính chất ảnh hưởng bởi các tính chất hữu cơ của thành phần cháy. Cốc có 2 dạng là cục ( than mỡ) và bột ( than đá).

Nhiệt trị của than đá là vấn đề được mọi người luôn quan tâm đến vì nó phản ánh nhiệt lượng đốt cháy của than trong bom nhiệt lượng kế. Phương pháp xác định nhiệt trị bằng tính toán dựa trên cơ sở tính nhiệt lượng toả ra khi cháy từng thành phần nguyên tố của nhiên liệu