geologia y control de calidad del carbon

INSTITUTO NACIONAL DE FORMACION TECNICA PROFESIONAL

GEOLOGIA Y CONTROL DE CALIDAD DEL CARBÓN

RODRIGO ANDRES MOLINA GOMEZ

FAUSTO LOLI

SAN JUAN DEL CESAR

2012

INTRODUCCION

El desarrollo de este trabajo estará enfocado en todo lo relacionado con el carbón

desde sus inicios y orígenes como en su parte final antes de ser comercializado,

este desarrollo tendrá una perspectiva no solo nacional si no también

internacional, se aclararán ciertos aspectos de normas y sitios geográficos en las

cuales se encuentra el carbón en países de cada uno de los continentes.

GEOLOGIA Y CONTROL DE CALIDAD DEL CARBÓN

Carbón, roca sedimentaria de color negro, muy rica en carbono, utilizada como

combustible fósil, es un combustible sólido de origen vegetal,además de carbono,

contiene hidrocarburos volátiles, azufre y nitrógeno, así como cenizas y otros

elementos en menor cantidad (potasio, calcio, sodio, magnesio, etc.).El carbón se

formó, principalmente, cuando los extensos bosques de helechos y equisetos

gigantes que poblaban la tierra hace unos 300 millones de años, en el periodo

Carbonífero de la era Paleozoica, morían y quedaban sepultados en los pantanos

en los que vivían. Al ser el terreno una mezcla de agua y barro muy pobre en

oxígeno, no se producía la putrefacción habitual y, poco a poco, se fueron

acumulando grandes cantidades de plantas muertas, con el tiempo nuevos

sedimentos cubrían la capa de plantas muertas, y por la acción combinada de la

presión y la temperatura, la materia orgánica se fue convirtiendo en carbón. Los

carbones se formaron hace millones de años por acumulación de restos vegetales

en zonas donde no se oxidan y no se alteran. Aunque realmente para que se

convierta en carbón tiene que existir una transformación lenta.

Existen diferentes tipos de carbones minerales en función del grado de

carbonificación que haya experimentado la materia vegetal que originó el carbón.

Estos van desde la turba, que es el menos evolucionado y en que la materia

vegetal muestra poca alteración, hasta la antracita que es el carbón mineral con

una mayor evolución. Esta evolución depende de la edad del carbón, así como de

la profundidad y condiciones de presión, temperatura, entorno, etc., en las que la

materia vegetal evolucionó hasta formar el carbón mineral. El rango de un carbón

mineral se determina en función de criterios tales como su contenido en materia

volátil, contenido en carbono fijo, humedad, poder calorífico, etc. Así, a mayor

rango, mayor es el contenido en carbono fijo y mayor el poder calorífico, mientras

que disminuyen su humedad natural y la cantidad de materia volátil. Existen varias

clasificaciones de los carbones según su rango. Una de las más utilizadas divide a

los carbones de mayor a menor rango en:

Antracita

Bituminoso bajo en volátiles

Bituminoso medio en volátiles

Bituminoso alto en volátiles

Sub-bituminoso

Lignito

Turba

CARBONES AUTOCTONOS CARBONES ALOCTONOS

Los mantos descansan sobre arcilla

refractaria/ paleosuelo. Ausencia de paleosuelo

Raíces de arboles fósiles Ausencia de arboles “de pie”

Fluctuaciones menores en el contenido de ceniza en los mantos y

entre mantos.

Contenido de ceniza relativamente alto.

Amplia distribución de mantos y

espesor relativamente uniforme por largos tramos de capas individuales. Típicamente son bandeados:

brillantes/ clivados, semiopacos, opacos/ duros.

Variabilidad pronunciada en la calidad y espesor de los mantos, que pasan lateralmente y verticalmente a lutitas

gris oscuras o negras.

Excelente preservación de órganos delicados de plantas (como hojas) en lutitas de techo.

Escasez de restos de plantas en los

techos de mantos y en las lutitas.

Presencia de los litotipos vitreno, clareno, dureno y fuseno, y excelente

preservación de los macerales.

Predominan los macerales más resistentes, como corpocolinitas con

abundante materia mineral.

El carbón es, entre las energías fósiles la más abundante en la naturaleza. Sus

reservas totalizan según el instituto alemán de ciencias naturales (BGR) de

Hanover, 736 billones de toneladas, suficientes para un consumo equivalente al

actual durante 140-150 años. Adicionalmente a la seguridad que supone la

cantidad de reservas disponibles, hay que considerar que estas reservas se

encuentran distribuidas a lo largo del planeta en múltiples regiones de diversos

regímenes políticos que permiten una razonable estabilidad de suministro. El

mapa siguiente muestra la distribución de las reservas de carbón en los distintos

continentes:

Producción mundial de carbón

10 países mayores productores de carbón bituminoso y antracita en 2007.

DIN es el acrónimo de Deutsches Institut für Normung (Instituto Alemán de

Normalización), esta entidad es la que se encarga de verificar la calidad y el

control en Alemania, en la siguiente tabla observamos la clasificación alemana de

los carbones:

La AFN contiene las normas de calidad en Francia. Informa, además, sobre las

actividades de la Asociación en materia de Normalización y Metrología.

La ASTM está entre los mayores contribuyentes técnicos del ISO, y mantiene un

sólido liderazgo en la definición de los materiales y métodos de prueba en casi

todas las industrias, con un casi monopolio en las industrias petrolera y

petroquímica.

CLASIFICACION SIMPLIFICADA DE LOS CARBONES POR RANGO (ASTM D-388)

clase ASTM grupo ASTM CF (a)

MV (a)

PC BTU/L (b) ( c)

MJ/KG

LIGNITO lignito B <6300 <14.6

lignito A 6300 - 8300 14.6 - 19.3 SUB-

BITUMINOSO 3C 8300 - 9500 19.3 - 22.1

2B 9500 - 10500 22.1 - 24.4

1A 10500 - 11500 24.4 - 26.7 BITUMINOSO alto volátil C <69 >31 11500 - 13000 26.7 - 30.2

alto volátil B <69 >31 13000 - 14000 30.2 - 32.5

alto volátil A <69 >31 >14000 >30.2

medio volátil 69-78

22-31

>14000 >30.2

bajo volátil 78-

86

14-

22

>14000 >30.2

ANTRACITA semi-antracita

86-92

8 -14 >14000 >30.2

antracita 92-

98

2 - 8 >14000 >30.2

meta-antracita

>98 <2 >14000 >30.2

El carbón consta de unas propiedades importantes en todo aspecto y vida de éste,

desde su formación hasta su uso, entre las propiedades mecánicas están dureza,

abrasividad, resistencia mecánica cohesión, friabilidad, fragilidad, Triturabilidad;

entre las térmicas están conductibilidad Térmica, calor específico, dilatación; entre

las eléctricas están conductividad Eléctrica, constante dieléctrica; entre las físicas

están densidad peso específico y contenido en agua. El muestreo es el

procedimiento mediante el cual se obtiene una muestra bruta del material insitu o

ya explotado para ser analizado posteriormente en el laboratorio, el primer paso

en el procedimiento de muestreo es seleccionar una gran porción de carbón,

llamada muestra gruesa, la cual, aunque no es homogénea, representa la

composición promedio de toda la masa. El tamaño de la muestra necesaria

depende de factores como son el tamaño y la homogeneidad de las partículas, la

cantidad inicial de la muestra debe ser de 10 Kg y seguir el procedimiento como se

muestra en la siguiente ilustración:

Los análisis que estudiaremos son el análisis próximo que determina la humedad,

cenizas, azufre, poder calorífico, materia volátil y carbono fijo; para la temperatura

de fusión de las cenizas del carbón se tiene en cuenta la atmosfera reductora y la

atmosfera oxidante; el análisis de finos de carbón se encarga del estudio de

espumas de flotación, porcentaje de sólidos, análisis de la magnetita por ciento de

tamizado en húmedo a malla 400; el análisis ultimo determina el porcentaje de

carbono, hidrogeno, nitrógeno, cloro y oxigeno por diferencia; el análisis mineral

de cenizas determina la cantidad de pentoxido de fosforo, dióxido de sílice, oxido

férrico, oxido de aluminio, dióxido de titanio, oxido de calcio, trióxido de azufre,

oxido de potasio y oxido de sodio. Además de estos también se realizan análisis

como humedad de equilibrio, índice de hinchamiento libre, preparación del carbón

que es la densidad ensu lugar, la densidad aparente, capacidad de molienda

Hardgrove, los estudios de lavabilidad, el análisis de la pantalla, secado al aire la

pérdida de humedad y el muestreo.

Esencialmente existen dos fases del control de calidad, una se aplica diariamente

en operaciones mineras a cielo abierto y en subterráneo, para obtener uno o mas

productos de diferente destinación comercial; la otra se aplica en mayor escala a

despachos marítimos (naves, gabarras…) y terrestres (trenes…) bajo estrictos

parámetros cualitativos sometidos a formulas de premio y castigo (“bonus and

penalty”) fijadas en contratos entre proveedor/ vendedor/ procurador y comprador/

usuario, la primera se conduce en el campo de operaciones geo- mineras dirigidas

por un geólogo o técnico especializado, que a través de operaciones de muestreo

representativo y análisis pueden diferenciar intervalos de alta, media y baja calidad

y estériles,esta evaluación cualitativa primaria (ceniza, azufre, poder calorífico…)

es la base para programar el plan minero, producción, preparación de los

carbones y mezclas comerciales con diferente peso cualitativo.

CONCLUSIÓN

Hemos concluido que el conocimiento acerca de la geología y el control y calidad

del carbón ha sido afianzado de una manera mas practica y resumida, se habló de

temas que destacan desde los inicios y origen del carbón hasta el más mínimo

detalle que se le hace antes de su comercialización, además también citamos las

normas nacionales e internacionales que rigen la calidad del carbón, procesos que

se llevan a cabo durante el muestreo así como también incluimos las diferentes

formas de transporte del material, distribución geográfica, entre otros.