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MUESTREO DE CARBONES
Ciro Alberto Fuentes Mejía 1
CONSIDERACIONES GENERALES DE
MUESTREO DE CARBONES
CIRO ALBERTO FUENTES MEJÍAGeólogo
Universidad Nacional de Colombia
Coordinador de Exploración
Carbones del Cerrejón
MUESTREO DE CARBONES
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OBJETIVO
Obtener una muestra parcial representativa de una unidad de muestreo, de tal manera que la distribución y proporción de sus
variables físicas, químicas y petrográficas sean equivalentes a
esa unidad de muestreo.
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Antes de emprender un programa de muestreo, se deben tener en cuenta y haber definido los siguientes aspectos:
• El material a ser muestreado
• La cantidad a ser muestreada
• Los análisis requeridos
• La precisión requerida
• La logística necesaria durante la operación
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ALCANCES
• Caracterizar física, quimica, petrográfica y tecnológicamente los carbones
• Conocer la variabilidad de los diferentes parámetros de calidad analizados
• Planificar las etapas de desarrollo y producción de proyectos mineros
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ALCANCES
• Definir usos industriales y tecnológicos del carbón
• Realizar contratos de compraventa
• Identificar problemas de tipo ambiental durante la producción, manejo, procesos de beneficio y utilización del carbón
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COMPONENTES DE LA VARIANZA DE UN
RESULTADO ANALÍTICO
5%
80%
15% ANÁLISIS
MUESTREO
PREPARACIÓN DEMUESTRAS
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TIPOS DE MUESTREO EN UN PROYECTO MINERO
1. Muestreo durante la fase de exploración y desarrollo
2. Muestreo durante la operación minera del proyecto (Producción)
3. Muestreo para propósitos especiales
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TIPOS DE MUESTREO DURANTE LA FASE DE EXPLORACIÓN
Y DESARROLLO
• Muestreo de Afloramiento
• Muestreo de Columna
• Muestreo de Canal
• Muestreo de Perforación
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MUESTREO DE AFLORAMIENTO
Es aquel que se toma de un manto de carbón aflorante en la superficie.
Usualmente se toma mediante apiques, trincheras y túneles exploratorios.
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MUESTREO DE COLUMNA
Muestra sólida en forma de pilar de 0.30m x 0.30m apróx., por el espesor del manto de carbón muestreado, se indica la orientación y se mantienen todos los componentes del manto en su posición original.
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MUESTREO DE CANAL
Muestras de volumen de carbón triturado que incluyen el espesor total del manto tomado, donde cada uno de los estratos constituyentes están representados en igual proporción a su espesor.
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MUESTREO DE PERFORACIÓN
Las muestras de núcleo se obtienen mediante perforación con taladro (Broca de diamante), con un diámetro de la muestra entre 1 a 3 pulgadas, por el espesor del manto de carbón.
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MUESTREO PARA ANÀLISIS EN NÙCLEOS DE CARBÒN
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MUESTREO DURANTE LA OPERACIÓN MINERA
A. De un flujo móvil en una banda
B. De un flujo móvil discontinuo
(Ejemplo: Un cargador de canasta)
C. En un punto de descargue de un flujo en movimiento continuo
D. De una banda parada
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MUESTREO EN BANDAS TRANSPORTADORAS
Sistema de muestreo más confiable, ya sea en banda estacionaria o en movimiento, siendo el primero el más preciso, por lo cuál se utiliza como medio de referencia para verificación de otros métodos.
Los incrementos se pueden tomar a mano, con dispositivos especiales, (palas, canastas o separadores) o automáticamente.
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MUESTREO DE VOLQUETAS,CAMIONES O VAGONES
Se utiliza para propósitos de control de calidad y las muestras no pueden ser usadas para investigación científica. Se recomiendan 3 incrementos por unidad de trasporte
Antes del descargue: Remover una capa de mínimo 30cm, puntos de muestreo espaciados en zig-zag.
Durante el descargue: Abarcar el ancho del material en movimiento o tomada en tres lugares del ancho total.
Depues del descargue: Tomar incrementos a diferentes alturas del talud formado, retirando una capa delgada del ultimo carbon descargado.
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1 3Ancho
1 10Ancho
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MUESTREO DE PILAS Y BARCOS
Muestras voluminosas de carbón triturado, que se toman desde una pila de almacenamiento, de uno o varios mantos, carbón lavado o crudo. El método depende del método de construcción de la pila.
La calidad de la pila es importante cuando se requieren muestras frescas.
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MUESTREO PARA PROPÓSITOS ESPECIALES
• Muestras de uso industrial
• Muestras para uso científico
• Muestras para caracterización petrográfica
• Muestras para caracterización palinológica
• Muestras para caracterización química
• Muestras para caracterización física
• Muestras para propósitos educativos
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TOMA DE MUESTRAS DE PRODUCCIÓN
• Sistema de transporte continuo: Tomar por lo menos tres incrementos por cada unidad de transporte.
• Suministro >1000 Ton y <10.000 Ton:
N2 = N1√Suministro (Ton) / 1.000
N1: # incrementos específicos
N2: # incrementos requeridos
ESTADO DEL CARBÓN
CARBÓN LAVADO
CARBÓN SIN LAVAR
Bandas transportadoras y similares
16 32
Vagones, volquetas y barcazas
24 48
Barcos y pilas
32 64
Número de Incremento para Suministros de hasta 1000 Ton según Normas ISO.
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TOMA DE MUESTRAS DE PRODUCCION
EJEMPLO:
N2= 32 √4000 (Ton) / 1.000
= 32*√4N2= 32* 2 = 64 INCREMENTOS
Pilas mayores de 10000 ton., se subdividen en sublotes menores de
10000 ton., y se utiliza el mismo proceso
4000 toneladas de carbòn sin lavar en bandas
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Peso mìnimo de cada incremento
P= 0.6Kg *D Cuando D es menor 150 mm
P= 10 Kg *D Cuando D es mayor 150 mm
P siempre es mayor de 0.5 Kg
El 95% de las muestras de carbòn tienen espesores menores de 150 mm; para muestras mayores a 150
mm se recomienda tomar como peso de cada incremento mayores a 10 Kg.
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ANÁLISIS FÍSICO QUÍMICOS DURANTE LA FASE DE
EXPLORACIÓN Y DESARROLLO
Análisis Básicos:
Se aplican a cada una de las muestras de carbón, y algunos techos, pisos e intercalaciones correspondientes.
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ANÁLISIS BÁSICOS• Humedad Total, Residual, Equilibrio• Materia Volátil• Cenizas• Carbono Fijo (Por diferencia)• Poder Calorífico• Azufre Total• Gravedad Específica Verdadera• Índice de Molienda – HGI• Índice de Hinchamiento FSI• Carbono, Hidrógeno, Oxigeno y Nitrógeno• Cloro• Formas de Azufre
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TIPOS DE HUMEDAD EN CARBÓN
TIPO DE ANÁLISIS
USO
HUMEDAD
SUPERFICIAL
Secado, manejo y pulverización del carbón.
HUMEDAD TOTAL
Cálculo de valores a la ”base como se recibió”.
Evaluación y control del proceso comercial.
Determinación de la cantidad de secado necesario para lograr una humedad específica.
HUMEDAD DE EQUILIBRIO
Cálculo de materia mineral apartir de otros valores analíticos.
HUMEDAD RESIDUAL
Cálculo de valores en otras bases.
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MATERIA VOLÁTILDEFINICIÓN USO
Compuesta por gases (óxidos de carbono, metano, amoniaco, cloro y vapores alquitranosos) y líquidos.
Son producto de la descomposición térmica y se forman durante el calentamiento del carbón bajo condicione rígidas específicas.
•Determinación de la facilidad de ignición.•Selección de carbones y determinación de proporciones de mezcla para producir coque.•Estimación de rendimiento del coque y sus subproductos obtenidos en el proceso de carbonización.
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COMPOSICION TIPICA DE UN CARBON BITUMINOSO ALTO EN VOLATILES
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CENIZAS
DEFINICIÓN USO
Resultado de los cambios químicos que tienen lugar en la materia mineral durante el proceso de combustión o carbonización.
Residuo no combustible que permanece cuando el carbón es quemado.
Materia Mineral: Arcilla, carbonatos, sulfuros, óxidos, silicatos, fosfatos adicionados a la materia orgánica durante el proceso de formación del carbón.
•Determinación del método de limpieza del material y evaluación de la eficacia del proceso.•Selección del equipo para la pulverización del carbón.•Determinación de la producción de coque.•En combustión, entre más cenizas menor calor obtenido.
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CARBONO FIJO - SLMMDEFINICIÓN USO
Proporción no volátil del carbón que permanece después de la determinación de la materia volátil.
% Carbono Fijo =
100 - (%H2O+%Cenizas+%M.Volátil)
•Como parámetro de clasificación de los carbones por rangos según la ASTM.
•Valores usados para calcular la eficiencia de los equipos de quemado.
•Indicador del rendimiento del coque: Carbono fijo + ceniza representa el rendimiento del coque producido.
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PODER CALORÍFICODEFINICIÓN USO
Medida de la energía que es capáz de producir un carbón.
Calor producido por combustión de una cantidad unitaria a volumen constante, bajo condiciones específicas.
•Indicador de la ventaja comercial del carbón.
•Estimación de recursos y reservas.
•Clasificación de carbones.
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FORMAS DE AZUFREDEFINICIÓN USO
Se encuentra combinado con la materia orgánica, como Pirita y como sulfatos.
• S orgánico: Residuo de la materia orgánica tanto vegetal como animal presente en los pantános donde se forma el carbón.
• S Piritico: Resultado de la suspención de sulfatos y compuestos de Fe en contacto con materia orgánica en descomposición.
• S Sulfato: Como sulfato de calcio y en carbones con alto contenido de Pirita como Sulfato Fe.
• Parámetro específico en la comercialización de carbón.
Cálculos de materia mineral.• Como elemento indeseable y perjudicial desde el punto de vista económico y por sus efectos contaminantes. • Cálculo del efecto de corrosión sobre los equipos.• En procesos de coquización para uso férrico, puede alterar sus características estructurales.
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GRAVEDAD ESPECÍFICA
DEFINICIÓN USO
Relación entre masa de la unidad de volumen del carbón y la masa de igual volumen de agua a 4ºC.
Definición del rango y tipo del carbón: En general a mayor rango, mayor densidad.
Calculo de reservas de depósitos de carbón.
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INDICE DE MOLIENDA - HGIDEFINICIÓN USO
Prueba estandard para determinar la facilidad con que un carbón puede ser molido o pulverizado.
Estimación de la capacidad de un equipo de pulverización.
Establecimiento de controles en la planta.
Comparativo del pulverizador con diferentes carbones.
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INDICE DE HINCHAMIENTO - FSI
DEFINICIÓN USO
Número que define la propiedad que tiene el carbón de expandirse bajo condiciones standares de temperatura.
Permite hacer una separación preliminar entre carbones térmicos y coquizantes.
Determinacion del grado de oxidación o zonas meteorizadas en mantos de carbón.
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CONTENIDO DE CARBONO, HIDROGENO Y OXIGENO
DEFINICIÓN USO
Estos elementos no se encuentran como tales en el carbon sino formando componentes organicos complejos.
Su contenido varía según el rango del carbón.
Parámetros dentro de sistemas de clasificación.
Calculo de balances de calor en pruebas de eficiencia de calderas.
Para la producción de buen coque metalúrgico y definición de gacificación y licuefacción del carbón, según el contenido de oxigeno.
Lignito <75 5 – 5.7 18.5 – 28.5
Carbón
Subbituminoso 75 – 84 5.0 – 5.7 16.5 – 22.5
Carbón
Bituminoso 84 – 91.2 4.4 – 5.7 3.5 – 13.5
Semiantracita 91.2 – 93.3 3.8 – 5.0 1.5 – 3.0
Antracita >93.3 3.0 – 3.8 1.5 – 2.5
MATERIAL %C %H %O
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NITROGENO
DEFINICIÓN USO
Se presenta totalmente en la parte orgánica, como parte de las proteinas animales y vegetales de la materia original y en partes en alcaloides y clorofila.
• Establecer rangos de carbones.• Determinación de la cantidad de amoniaco producido en el proceso de carbonización.• Control de la contaminación atmosferica.
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CLORO
DEFINICIÓN USO
TEORIA 1:
En el carbon se puede encontrar en forma de cloruros inorganicos.TEORIA 2:
Se supone que el cloro se encuentra unido al menos parcialmente con la materia organica del carbòn.
El valor del contenido de cloro en el carbòn se utiliza como indicador pràctico de la tendencia del carbòn a causar escoriamientos en las superficies de calentamientos externas y de corrosiòn en los tubos de las calderas.
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RANGO DEL CARBÓN
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DESCRIPCIÓN MACROSCÓPICA DE CARBONES
•Litotipos:
Término empleado para designar las diferentes bandas de los mantos de carbón identificables
macroscópicamente.
Presentan características diferentes según la naturaleza, las condiciones de depositación y la extensión de la alteración bioquímica durante la carbonificación de los diferentes de las plantas
originales.
Permiten identificar y correlacionar un manto.
Están relacionados con los ambientes de sedimentación.
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TIPOS Y LITOTIPOS DE LOS CARBONES BITUMINOSOS
TIPOS DE CARBÓN
LITOTIPO CARACTERÍSTICAS RECONOCIBLES MACROSCÓPICAMENTE
CARBÓN HÚMICO
VITRENO
CLARENO
DURENO
FUSENO
Brillante, negro, quebrado, frecuentemente fisurado, rompe en forma de pequeños cubos, fractura concoidea.
Semibrillante, negro y muy finamente estratificado.
Mate, negro o gris, duro, superficie rugosa, apariencia grasosa.
Mate (lustre sedoso), negro, fibroso, blanco, quebradizo y friable.
SAPROPÉLICO CARBÓN CANNEL
CARBÓN BOGHEAD (TORBANITAS)
(Ampelita) lustre mate (o ligero graso), negro, homogéneo sin estratificación, muy duro, de fractura concoidea, trazo negro.
Como el cannel, pero de apariencia algo parda, trazo café.
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