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MUESTREO DE CARBONES

INTRODUCCIÓNEl presente documento pone a disposición de los consumidores y entidadesencargadas del control de calidad de carbón, algunos aspectos y criteriosrelacionados con el muestreo, preparación y análisis próximo, azufre y poder

calorífico del carbón, los cuales permitirán unificar metodologías y tratamientos quebeneficiarán al sector carbonífero, contribuyendo al establecimiento de un Sistema deCalidad.

Los parámetros de calidad considerados generalmente son: poder calorífico,contenido de cenizas, humedad, materia volátil, azufre, índice de molienda,temperatura de fusión de las cenizas y propiedades de escoriamiento yencostramiento de las cenizas, Índice de hinchamiento, plasticidad, dilatometría,lavabilidad, molibilidad y granulometría.

El muestreo adecuado de los carbones es importante para:

• Caracterizar física, química, petrográfica y tecnológicamente los carbones.

• Planear y controlar la exploración, explotación, desarrollo, preparación y mercadeo por parte de los productores, mediante la utilización de datos físicos y químicos exactos.

• Determinar los tipos de carbones que se adapten mejor a las necesidades de las plantaindustriales y consumidoras, esto es, definir los usos industriales y tecnológicos dcarbón.

• Determinar el precio básico del combustible y las bonificaciones y castigos en los contratosde compraventa, basados en los análisis de las muestras.

• Conocer las características fisicoquímicas del carbón y verificar que se ajustan a normaambientales, ante los requerimientos de las entidades gubernamentales en cuanto procesos de producción, manejo, beneficio y utilización.

• Tomar decisiones sobre factibilidad de proyectos mineros, diseño de plantas térmicas, dlavado, manejo, trituración, pulverización, consumo y otros basados en el análisis de lamuestras recolectadas.

• Conocer la variabilidad de los diferentes parámetros de calidad analizados por parte deproductores y consumidores.

MUESTREO DE MINERALES

En este documento hacemos referencia a la semejanza en los procedimientos de muestreode minerales y carbones propuestos por las normas técnicas

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PROCEDIMIENTO PARA LA TOMA DE MUESTRAS DE PRODUCCIÓN

A continuación se presentan algunas consideraciones prácticas que deben tenerse en cuendurante el muestreo de mineral o carbón de producción, tanto en reposo como emovimiento, esto es, mineral o carbón que ya ha sido arrancado o extraído del manto po

operaciones mineras. Para cualquier información adicional, deben consultarse las normaISO 1975-1988, ASTM D--2234; ICONTEC 2347.

El objetivo de un muestreo de carbones o minerales es obtener una muestra parcirepresentativa de una cantidad total, con el fin de determinar sus propiedades físicaquímicas y petrográficas. La proporción y distribución de estas variables deben ser lamismas en las muestras parcial y total. Para muchos propósitos, la muestra se reduce tanen masa como en tamaño de partícula en un proceso de preparación. La muestra final danálisis consiste generalmente en sólo 60 gramos, con un tamaño de partícula menor a 0mm (malla 60).

Antes de emprender un programa de muestreo, deben tenerse en cuenta y definirse losiguientes aspectos:

• Material que va a ser muestreado• Cantidad que va a ser muestreada• Análisis requeridos• Precisión requerida• Logística necesaria durante la operación

Se tratan a continuación aspectos relacionados con el muestreo en carbón de producción yespecíficamente el muestreo en pilas, banda transportadora, volquetas y camiones.

FACTORES QUE AFECTAN UN MUESTREO DE CARBONES

La operación de muestreo es una tarea difícil por cuanto el carbón presenta;• Variación en sus componentes combustibles o macérales.• Materia mineral cuya distribución causa problemas en la trituración y molienda.• Variación en el grado de carbonificación o rango.• Cambios verticales o laterales en los mantos del carbón.• Rompimiento del carbón en pedazos heterogéneos en tamaño y composición durante los

procedimientos de minería, preparación, manejo y transporte.• Segregación debida a las diferentes densidades de los materiales presentes.• Oxidación por prolongada exposición al aire.

Durante la operación de muestreo de minerales o carbones, no debe ahorrarse ningú

esfuerzo en cuanto al cuidado y precisión de esta actividad, ya que de ello depende en al

grado el éxito de las subsiguientes actividades de preparación y análisis de muestras.

Para el muestreo estacionario, el requerimiento principal es que todo el mineral o carbón seigualmente accesible al muestreo.

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La recolección manual de incrementos debe realizarla un operador de muestreo entrenadocon instrucciones tan completas y simples como sea posible, en particular sobre los puntode muestreo y los tiempos de toma de los incrementos, sin permitir que se hagan a juicio doperario.

EQUIPO DE MUESTREO

El equipo de muestreo depende de las condiciones bajo la cuales se recolectan las muestrade mineral o carbón. Se requiere equipo de muestreo para los siguientes propósitos:• Recolección de muestras de una corriente descendente• Recolección de muestras de una banda transportadora• Recolección de muestras de mineral carbón cargado en vagones u otros medios de

transporte, o de una pila.El equipo de muestreo usado debe ser tal que la muestra obtenida sea representativa y debcumplir con los siguientes requerimientos:

• La capacidad del recipiente recolector debe ser tal que durante la recolección de un

incremento, no se llene más de tres cuartos de su capacidad.• La longitud del recipiente recolector y del equipo transversal debe ser tal que asegure que

se atraviese el ancho total del flujo de mineral o carbón.• El ancho de la boca del equipo recolector de incrementos no debe ser menor que 2.5 vece

el tamaño máximo del mineral o carbón.• Durante la recolección de incrementos, no deben separarse los pedazos grandes o

contaminantes.• No debe permitirse la pérdida del carbón o mineral recolectado para la muestra, durante la

remoción de la misma.• El equipo del muestreo no debe obstruirse con carbón o mineral húmedo mientras se

recoge la muestra.

Bastidor para muestreo en banda

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A continuación se presentan las herramientas más utilizadas para el muestreo de mineralescarbón de producción.

SONDA MANUAL: Se utiliza para muestrear carbones con tamaños hasta de 25mm, de vagones, volquetas, camiones y pilas de almacenamiento. Consiste en

Dos hojas fijas curvas, montadas en una cruceta y conectadas a un eje tubular de aluminioo acero de 1 m de longitud. Las dos hojas que juntas forman una parte de un cono,confluyen y se entrelazan en el extremo sobresaliente, la sonda se inserta dentro de la pilacon movimiento de atornillamiento.

CUCHARON: Un modelo de cucharón para uso en flujos se muestra en la figura. La aberturdel cucharón debe ser al menos 2.5 veces el tamaño máximo del mineral o carbón amuestrear.

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PALAS DE MANO: Son apropiadas para uso en bandas o con mineral o carbón en reposoUn diseño apropiado se muestra en la Figura. La abertura del cucharón debe ser al meno2.5 veces el tamaño máximo del mineral o carbón a muestrear.

BASTIDOR PARA MUESTREO: El aparato es una ayuda para muestrear sobre la bandestacionaria. U bastidor se inserta dentro del mineral o carbón hasta que se haga contactcon todo el ancho de la banda y los incrementos se obtienen barriendo la totalidad dmineral o carbón que se encuentra dentro de él. La altura del aparato debe ser mayor que espesor del lecho sobre la banda. La distancia entre los lados del bastidor debe ser mínim2.5 veces el tamaño de la partícula más grande.

Los muestreadores automáticos se clasifican en tipos, de acuerdo con el sistema dmuestreo:

• Flujo descendente - División en dos canales. En este sistema se toman incrementos de uncorriente descendente de mineral o carbón por desviación de todo el flujo en uno u otlado de la división en dos canales.

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• Flujo descendente - Vasija ranurada. En este sistema, se arrastra una cubeta con unabertura en forma de ranura rectangular a través de una corriente descendente d

material a muestrear, generalmente con la ranura en ángulo recto a la dirección de banda. La cubeta ranurada atraviesa el ancho total del flujo y se acumula continuamentuna porción del material

• Banda Móvil - Brazo de arrastre. El brazo de arrastre opera barriendo el incremento a tod

lo ancho de la banda como se representa en la Figura. Debido al movimiento de la bandpuede haber segregación de finos, por lo que es necesario que el muestreador se ajusa la curva de la banda, para tomar una muestra confiable.

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FACTORES CAUSANTES DE ERROR SISTEMÁTICO EN EL MUESTREO YPREVENCIONES

Selección de incrementos (muestras sencillas) de una muestra no representativa del minerao carbón muestreado, por ejemplo, de un solo lado del vagón, volqueta, bandatransportadora, etc.

Colección de incrementos en forma tal que no son representativos del mineral o carbón e

sus alrededores, por ejemplo usar una pala con poca capacidad para colectar pedazo

grandes.

Puede corregirse el error sistemático combinando la forma y localización del aparato demuestreo o cambiando el sistema de muestreo.

La precisión del muestreo puede afectarse alterando el número de incrementos pero no

alterará cualquier error sistemático inherente al sistema.

Segregación del tamaño de partícula, de muestras de mineral o carbón en reposo.

Susceptibilidad a la oxidación en la superficie, en pilas.

Mayor contenido de humedad hacia el interior de la masa, en pilas.

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NÚMERO Y PESO DE INCREMENTOS PARA MUESTREAR CARBONES

El número y peso de incrementos según normas ASTM D 2234 y NTC 2347 bajo procedimiento de muestreo para propósito general, y para cantidades de hasta 100toneladas métricas aproximadamente, se recomienda tomar una muestra bruta pa

representar el lote, ésta muestra bruta se toma de acuerdo con los requisitos establecidos ela siguiente tabla:

Número y peso de incrementos para muestreo con propósito general

Tamaño máximo 16 mm 50 mm 150 mm

Carbón mecánicamente limpioNúmero mínimo de incrementos

Peso mínimo de incrementos, Kg

15

1

15

3

15

7

En bruto carbón sin limpiar Número mínimo de incrementos

Peso mínimo de incrementos, Kg

35

1

35

3

35

7

Para cantidades superiores a 1000 toneladas, se usan cualquiera de las siguientealternativas:

a) Se toma una muestra del lote y se analiza para que represente la calidad del lote. Srecolecta el número de incrementos N calculados en la siguiente ecuación:

En donde

L = al número de toneladas métricasK = 15 para carbón beneficiado mecánicamente, o 35 para carbón en bruto

b) Se cuartea el lote en sublotes y se toma una muestra bruta separada de cada sublot

Se usa la ecuación anterior para determinar el número mínimo de incrementos parcada sublote. Realice el promedio ponderado de los análisis de las muestras dsublotes para representar la calidad del lote original.

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El número de incrementos para muestrear el carbón según ISO hasta 1000 toneladas sepresenta en la Tabla siguiente.

Número de incrementos para suministros hasta 1000 toneladas según normas ISO

ESTADO DEL CARBON LAVADO SIN LAVARBandas transportadoras o similares 16 32

Vagones, volquetas, camiones 24 48

Barcos y pilas 32 64

Para suministros mayores a 1000 toneladas y menores a 10.000. Existen dos alternativas. Lprimera consiste en dividir el suministro en lotes iguales hasta de 1000 toneladas o menos formar una muestra bruta separada con los incrementos especificados para cada lote.

La segunda consiste en formar una sola muestra bruta para el número inicial de incrementomultiplicados por el factor empírico siguiente:

Donde N1 es el número de incrementos especificados en la tabla y N2 el número deincrementos requeridos.

Por ejemplo, para muestrear 4.000 toneladas de carbón, sin lavar , en una bandaTransportadora, el número mínimo de incrementos será de 64.

Para el caso de pilas mayores a 10.000 toneladas, deberá dividirse la pila en sublotesmenores a 10.000 toneladas y utilizar el proceso descrito.

El peso mínimo de cada incremento se obtiene de las siguientes expresiones:

P = 0.06 D, cuando D < 150 mm

P = 10 Kg., cuando D > 150 mm

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Donde P es el peso mínimo de cada incremento en kilogramos; debe ser siempre mayor0,5kg. Y D es el tamaño tope del carbón en milímetros (95% del material debe tener utamaño igual o menor).

TIPOS DE MUESTREO

Los tipos de muestreo varían de acuerdo con las diferentes fases de un proyecto minercomo son: exploración, desarrollo y explotación.

Muestreo de afloramientos y frentes de explotación

Las muestras de afloramientos y a menudo las muestras de frentes de explotación estámeteorizadas y oxidadas. Para obtener muestras frescas hay que tener en cuenta siguiente procedimiento:

Muestra de canal Norma D 4596

Esta práctica describe los procedimientos para recolectar una muestra de carbón de un canaque se extiende desde el techo al piso de un manto de carbón en un frente de la mina.

Aparatos:-Cinta métrica-Pico de minería-Brocha-Tiza-Empaques o contenedores con cierres-Tela o carpa para recoger las muestras

-Fichas o rótulos y lápiz para identificar las muestras-Libreta y lápiz para llevar los registros

En esta muestra sencilla, que se obtiene mediante un corte uniforme y continuperpendicular a la estratificación hay que observar lo siguiente:

-En cada sitio de muestreo observe las condiciones del frente (Tener cuidado con fragmentosueltos)-Retirar con un pico de minero el carbón suelto y sobresaliente de área de muestreo por menos una pulgada de profundidad. Deje la superficie plana, perpendicular al manto y libr

de material extraño.-Limpiar bien la superficie a muestrear -Marcar con una tiza un canal de unos 30 cm de ancho y unos 5 a 10 cm de profundidadtambién marcar otras partes del manto que se deben descartar -Quitar una franja de carbón o mineral de 30 cm de ancho.-Limpiar y aplanar el piso adyacente al área de muestreo y extender una lona en el piso co

un borde hacia el manto de carbón para recolectar la muestra. Asegurarse que todo material que se desea muestrear caiga en la lona y el que se va a descartar no contaminla muestra.

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-Cavar en la mitad del canal de 30cm, otro canal de 18 cm de ancho y 5 a 10 cm dprofundidad. En carbones blandos el ancho es de 12 cm y la profundidad es de 9 cm.

-Para cada 30 cm de potencia se deben colectar de 2 a 3 Kg de carbón-En mantos muy potentes se toman muestras cada 20 a 30 cm del techo al piso.-Estériles o asociaciones tanto en el techo como en el piso deben incluirse en el muestreo

los planes de minería lo exigen.

-Debido a que un manto puede cambiar su composición, es necesario tomar muestras dvarios puntos, distribuidos uniformemente de acuerdo a la extensión del manto y se debmedir la potencia en cada punto del muestreo.

-Si el muestreo se realiza en una mina, la muestra debe extraerse del frente de explotaciónEn el caso de muestras en superficies de mantos expuestos a una ventilación continuaddurante mucho tiempo, es necesario quitar primero unos 30 cm de profundidad de carbón mineral oxidado.

MUESTREO DE NUCLEOSEl objetivo es transferir al laboratorio un bloque monolítico de mineral o carbón qurepresenta la potencia total del manto. Para realizar estudios de macro y micropetrograf

para análisis químicos especiales y se realizan los mismos trabajos que en el muestreo ecanal.

PROCEDIMIENTO-Tome con cuidado la sección del núcleo. Prevenga rompimiento adicional-Colóquelo en una caja diseñada para tal fin-Mida las longitudes del núcleo, determinando las litologías y registrando valores-Describa y registre observaciones del manto (tipo de carbón, bandas, naturalezlitología, localización de la perforación y profundidad.-Con un martillo separe todo el material que no debe incluirse en la muestra

-Coloque el resto del núcleo en una bolsa plástica, séllela y rotúlela-Como es muy difícil colectar una columna intacta, los trozos se deben numerar del techo piso marcando con flechas la dirección de este último.

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TIPOS DE MUESTRAS

MUESTREO DE VOLQUETAS, CAMIONES O VAGONES

Este muestreo puede hacerse antes, durante o después del descargue. El muestreo antesdel descargue se hace sobre el platón o carrocería de la siguiente manera:

• Remover una capa de por lo menos 30 cm.

• Elegir los lugares de muestreo por un sistema de líneas paralelas en zig-zag a intervalos

regulares, de acuerdo con el tamaño del platón de la volqueta

• Tomar el incremento con una pala en cada sitio elegido.

• Evitar tomar las muestras de un solo lado de la volqueta o muy superficiales.

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• Cuando se encuentren pedazos grandes en el punto de muestreo, deben tornarse

pequeñas porciones de cada trozo.

Localización de puntos de muestreo en volquetas

Cuando se muestrea durante el descargue, la muestra debe abarcar todo el ancho dematerial en movimiento o debe ser tomada en por lo menos tres lugares de ancho total; debefectuarse el muestreo durante todo el descargue.

Cuando se muestrea después del descargue deben tomarse incrementos a diferentes alturadel talud formado, retirando previamente una capa delgada del último carbón descargado.

MUESTREO DE PILAS

Para el muestreo de pilas debe tenerse en cuenta lo siguiente:

• En todos los casos, cada incremento tomado representa sólo una pequeña zonacorrespondiente al área y profundidad donde se toma.

• Si se apilan carbones en áreas separadas, deberá tomarse una muestra bruta de cadaárea.

• Colectar los incrementos en puntos uniformemente espaciados sobre la superficie decarbón expuesto.

• Si la pila es muy grande, se recomienda diseñar un plan de muestreo sobre un plano.

• El dispositivo de muestreo debe ser adecuado para alcanzar la base de la pila en cualquiesitio.

• Generalmente, la capa superficial presenta calidad diferente debido a la exposición al aire,segregación, menor contenido de humedad.

• Para llegar al fondo de las pilas, es necesario abrir con palas, de tal manera que laparedes formadas tengan un ángulo menor que el ángulo natural de reposo; en estocasos se deben tomar incrementos desde el fondo del hueco hasta el tope.

MUESTREO EN BANDAS TRANSPORTADORAS

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Es el sistema de muestreo más confiable ya sea en banda estacionaria (detenida por la tomade muestras) o en movimiento. Deben tenerse en cuenta las siguientes consideraciones:

• El muestreo puede efectuarse a mano con los equipos apropiados (Bastidores, palas,cucharones, separadores, etc.)

• Evitar tomar la muestra al comienzo o al final del flujo

• Tomar incrementos a todo lo ancho y alto del flujo de mineral o carbón

• Para evitar errores sistemáticos, el lapso entre la toma de incrementos sucesivos, no debecoincidir con ninguna periodicidad natural en la cantidad o calidad del mineral o carbón amuestrear.

• Si los incrementos se toman a intervalos iguales de tiempo, sus pesos deben ser proporcionales a su velocidad de flujo; si ocurre lo contrario, los incrementos deben tenigual peso.

CUARTEO MANUAL

Se realiza el cuarteo formando una pila en la misma área de muestreo, hasta obtener unmuestra bruta de aproximadamente 10 Kg para facilitar su empaque y trasporte hasta laboratorio de preparación y análisis.

C.

Tomar 1 y 3

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Rechazar 2 y4

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