UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE COAHUILA

ESC. SUPERIOR DE INGENIERÍA“LIC. ADOLFO LÓPEZ MATEOS”

INGENIERÍA EN RECURSOS MINERALES Y ENERGETICOS.

“TRABAJO FINAL”

JESÚS GUILLERMO MORALES GARCÍA.

Maestro: Ing. Hilario Cadena Cantú.

Materia: PREPARACIÓN DE CARBÓN 8° SEMES TRE

NUEVA ROSITA, COAHUILA

25/Noviembre/2015

INTRODUCCIÓN

Las Plantas de Preparación de Carbón están diseñadas para limpiar las impurezas del carbón tales como arenas y rocas, de manera de dejarlo apto para su transporte a las plantas de generación de energía y a las instalaciones de coque para ser utilizado posteriormente en el procesamiento del acero.

Los procesos críticos en lavado de carbón pueden ser mejorados con la aplicación de instrumentación precisa y confiable, lo cual resultará en un incremento del valor de mercado del carbón y reducirá los costos de embarque.

La preparación del carbón consiste en toda una serie de operaciones que son necesarias efectuar con el carbón desde que se extrae hasta ser usado en proceso tecnológico.

El carbón sacado de la mina recibe el nombre de carbón de bocamina. El carbón así obtenido tiene tamaños muy heterogéneos, dependiendo esto de muchos factores. Este carbón es necesario clasificarlo por calidades y tamaños. Habrá que definir muy bien los límites de las calidades y los tamaños requeridos para la aplicación a la que se va a destinar ese carbón. Es decir, se trata de hacer una clasificación lo más minuciosa posible del carbón para así darle los diferentes usos y aplicaciones que posee. Y para todo este es para lo que se hace la preparación del carbón.

GENESIS DEL CARBÓN

El carbón es una sustancia ligera, de color negro, que procede de la fosilización de restos orgánicos vegetales. El carbón se utiliza como combustible en la industria, en las centrales térmicas y en las calefacciones domésticas. Existen 4 tipos de carbón: antracita, hulla, lignito y turba.

El carbón tiene sus origen en restos vegetales depositados hace millones de años. Gracias a los movimientos tectónicos de la corteza terrestre y a las altas presiones y temperaturas sometidas, estos restos vegetales sufren transformaciones físicas y químicas, que con el transcurso del tiempo, forman al carbón como le conocemos.

Uno de los principales componentes que restan valor al carbón y que obligan a su posterior tratamiento, lo constituye el contenido de cenizas. La ceniza es el material inorgánico e inerte que acompaña al carbón, su presencia por tanto, rebaja el poder calorífico y afecta el funcionamiento de los hornos. Otros elementos del carbón son el oxígeno, nitrógeno, azufre y gases. Aunque cada elemento afecta en distintas formas las características del carbón, en la práctica el elemento más importante a controlar es el contenido de azufre. Cuando se quema carbón, las emisiones de azufre corroen los tubos de las calderas y eventualmente escapan al medio ambiente. Por este motivo, la normativa ambiental y en definitiva

los clientes, controlan constantemente los porcentajes de azufre contenidos en el carbón.

Las propiedades más importantes del carbón son su poder calorífico, es decir, la cantidad de calor que se libera en combustión completa por cada unidad de material quemado; la humedad libre e inherente, que afecta directamente los rendimientos de la combustión; y el hinchamiento, particularmente relevante en la coquización.

MANEJO DE CARBON

La alimentación de la planta por lo general es carbón proveniente de distintas minas, tales como mina V, mina VI, mina VII y de algunos tajos como San Carlos y El Coyote.

El traslado del mineral es vía terrestre en los llamados tracto camiones o vía férrea. Al llegar a la planta dichos camiones y vagones son pesados y al salir se hace de igual manera para calcular el tonelaje del carbón y no sobrepasar los límites de tonelajes que se pueden transportar. Por lo general un tracto camión carga de 35 a 40 toneladas.

Estos descargan en el patio de almacenamiento donde la carga es apilada conforme a su procedencia por los tractores y las palas. Esto se hace con el fin de que el carbón de los distintos proveedores no se llegue a mezclar.

El carbón que llega a la planta, ya sea de minas o de tajos es descargado por los camiones en el patio de recepción de la planta, pero sin mezclarlos.

Después el carbón que proviene de las minas es transportado hasta una parrilla la cual es subterránea también, este es llamado cono de recepción, de este cono el carbón se alimenta a la planta mediante la banda transportadora 30.

Mientras el carbón que proviene de los tajos, es transportado por los camiones a otra parrilla, de esta parrilla el carbón pasa a una banda que lleva la carga directamente hasta una quebradora, ya que el carbón del tajo no recibe una trituración primaria en el lugar de extracción. Luego de terminar este proceso en la quebradora la carga pasa a otra banda, la cual lleva el carbón a la banda 30 para alimentar de este modo a la Planta Lavadora.

En esta área de manejo de carbón, laboran las personas que manejan los camiones, operadores de cuartos de controles en los cuales se regula la velocidad de las bandas, obreros que se encargan de recibir el carbón de minas y tajos, encargados de parrillas y un jefe de manejo de carbón.

PLANTA LAVADORA DE CARBÓN

El lavado del carbón es parte de un amplio grupo de tecnologías encaminadas a reducir los impactos ambientales adversos de la generación de energía a partir del carbón. La técnica consiste en el lavado del carbón para eliminar sus impurezas antes de ser quemado para la combustión de energía.

El primer paso para preparar el carbón es reducirlo a pedazos más pequeños para que pueda ser más fácil su procesamiento. El carbón se lava en agua o en líquidos con densidades que hacen al carbón flotar para que las impurezas no deseadas puedan hundirse hasta el fondo, o lavado por diferencia de gravedad específica. El lavado de carbón reduce el contenido de cenizas en más del 50%, lo que resulta en menos desperdicio. Además, alrededor del 25% del contenido de azufre se reduce, disminuyendo la cantidad de emisiones de dióxido de azufre liberado durante la combustión, el lavado también mejora el poder calorífico del carbón, conocido como la eficiencia térmica, que también reduce las emisiones de dióxido de carbono.

Aspectos a considerar para una adecuada depuración del carbón:

Conocimiento del mineral. Naturaleza, composición y estructura del mineral bruto. Propiedades físicas del mineral bruto y de sus componentes. Estudios de laboratorio: Curvas de lavabilidad. Cantidad de mineral a tratar. Nivel de preparación deseado.

Clasificación para depuración y comercialización:

El tamaño de partículas determina el método de depuración:

Se trata de reducir las cenizas que nos va a dar el producto en el proceso de

combustión. Se abarata así el coste del proceso industrial de eliminación de

cenizas posterior a la combustión. Se deben tener en cuenta características como

tamaño, forma, elasticidad, conductividad, humedad, densidad.

La densidad es la característica más importante en cuanto a la clasificación por

tamaños.

Los procesos de lavado pueden ser en seco y en húmedo.

Seco: Se basan en las diferencias de densidad y fricción en seco. También en las diferencias de elasticidad

Húmedo: Se basan en las diferencias de tamaño y forma. También en la densidad y fricción en húmedo, así como en la humectabilidad y densidad.

Como se ha mencionado anteriormente la principal función de la planta lavadora es reducir la ceniza por medio de distintos métodos.

La planta lavadora está compuesta por 4 circuitos que están encargados de lavar el carbón todo uno proveniente de minas y tajos.

Los circuitos son:

Circuito de gruesos Circuito de espirales Circuito de Finos Flotación

CIRCUITO DE GRUESOS

El llamado circuito de gruesos, es el primero en el proceso de lavado del carbón en la planta, como su nombre lo dice es por lo tanto el circuito que deja el carbón a un tamaño de grano más grueso que los otros 3 circuitos.

La separación en este circuito se realiza por medio denso se basa en la separación de materiales de diferente densidad por inmersión de los mismos en un fluido que actúa como medio pesado y que presentará una densidad intermedia.

El circuito de gruesos deja el carbón a un tamaño de grano de +1/4. El carbón se recibe en el circuito de gruesos en la criba 200 llamada también “criba banana”, en esta criba, el carbón que logra escaparse hacia abajo es carbón de -1/4, y se va a otros circuitos.

El carbón de +1/4, es decir el carbón que logra pasar por arriba de la criba banana va directo a la Caja Daniel’s, en esta caja el carbón se hace flotar por medio denso, cabe destacar que en la planta lavadora para darle más densidad al agua se le agrega magnetita. De este modo el carbón que logra flotar va cayendo a la criba de enjuague 202, esta criba tiene la función de separar la magnetita, esta agua con magnetita va a los recuperadores de magnetita 204 y es nuevamente usada en la planta. Mientras tanto el carbón que cayó a la criba de enjuague 202 es transportado por la banda 203 al Drew boy.

En el Drew boy también se maneja un nuevo medio denso, y es por ello que dependiendo de las densidades del carbón una parte del mismo que llega al Drew boy logrará flotar mientras que otra cantidad se hundirá.

El carbón que logra que logra flotar lo va sacando un molino con sus aletas, este carbón cae a la criba de enjuague 14 y mediante una banda es transportado hacia afuera, siendo este carbón lavado de +1/4.

Mientras tanto el carbón que se hunde en el Drew boy es tomado por los brazos o aletas y lo va sacando a una criba de enjuague 16 para luego ser transportado por la banda 205 hasta la tolva de mixtos.

Ahora bien, en la caja Daniel’s lo que pasa con la carga que no logro flotar, desde luego no logro flotar debido a su densidad, es por eso que esto es roca o bien mejor conocida como piedra o desperdicio.

Mediante una cadena toda esta piedra es sacada a un transportador y luego a una tolva de desperdicios.

Es así el proceso de lavado en el circuito de gruesos, que es tal vez el más sencillo de todos.

En este procesos el carbón pasa por dos cribas principales donde se separa según el tamaño de partícula para ser enviado por dos transportadores principales donde es depositado a dos contenedores para su contacto con la suspensión de magnetita, ahí por las propiedades del carbón se queda en superficie y es recuperado pasando a otro sistema de enjuagado y secado donde se libera de la magnetita y otros residuos, para ser enviado a los patios en su caso el carbón lavado y el estéril a su contenedor.

En este circuito los problemas más comunes son:

La variabilidad de las densidades El nivel de los tanques contenedores de magnetita Apelmazamiento del material mayor a 2 pulgadas en las cribas Material lavado muy húmedo por alta velocidad en el cribado o poca

residencia en la criba CIRCUITO DE ESPIRALES

El carbón que pasa por debajo de la criba deslamadora, que además proviene de la banana, pasa a un tanque acondicionador 41, luego a un banco de 5 ciclones que son el 301, el 302, el 303, el 304 y el 305.

El carbón del over de estos ciclones se va al circuito de flotación; mientras que el carbón del under de estos ciclones va directamente a los espirales.

En los espirales el carbón se separa por la velocidad a la que se transporta el carbón en este sistema, es decir, se separa en 3 fracciones dentro del espiral.

Estas 3 fracciones se separan al final del espiral con unas cuchillas, las cuales hacen que el carbón vaya a diferentes destinos.

CONCENTRADO ESPIRAL

Este se separa por la orilla exterior del espiral por ser el más fino y liviano, desciende por el espiral y por un ducto cae al tanque 301, es bombeado al ciclón 306, aquí se trata de recuperar material más fino.

Del ciclón 306 el carbón pasa a las secadoras centrifugas 300 y es ya carbón lavado de -1/4 y +1.5 mm que es transportado por una banda a la tolva y está listo para ser embarcado.

MIXTO ESPIRAL

Este tipo de carbón se separa por el centro del espiral. Este carbón cae directamente a una criba de tela curva con aberturas de .25mm, esta sirve para separar el agua. Después es llevado a otra tela curva, directamente pasa al transportador que lo lleva y lo descarga a la tolva de mixtos.

DESPERDICIO ESPIRAL

El desperdicio espiral fluye por la orilla interna del espiral, este es transportado hasta el tanque decantador.

CIRCUITO DE FINOS

El carbón que llega al circuito de finos es el que proviene del carbón de -1/4 que logro atravesar la criba banana, este carbón paso a una criba deslamadora, entonces ahí se vuelve a separar el carbón. El que pasa por debajo de la criba deslamadora, es decir, el carbón de -1.5 mm se va a otros circuitos que explicare más adelante. El carbón que pasa por arriba de la criba deslamadora, es decir, el carbón de -1/4 pero +1.5 mm va al tanque acondicionador 52, luego es transportado a una serie de 4 ciclones, en estos ciclones el carbón es inyectado de forma tangencial, de esta manera se hace girar el carbón en el interior del ciclón, entonces el carbón más fino girará siempre rozando la pared del ciclón, mientras que el carbón más grueso se mantendrá girando más al centro del ciclón.

El carbón que sale por el under de los ciclones es el carbón más grueso, este pasa a la criba de enjuague 56-E.

De la criba de enjuague 56-E el carbón pasa a un tanque acondicionador, luego a un nuevo ciclón 300, en este ciclón el over es el desperdicio y pasa a una criba de enjuague de desperdicio 304, luego a un recuperador de magnetita y el agua vuelve a entrar al circuito.

Mientras que el over del ciclón 300 va a una criba de enjuague 305 de carbón mixto, el carbón se va a la tolva de mixtos y el agua se vuelve a recuperar.

Volviendo a la serie de 4 ciclones, el carbón que sale por el over cae a las cribas de enjuague 56-A, 56-B, 56-C y 56-D, el agua se recupera en los recuperadores de magnetita 62 A y 62 B y el carbón pasa a las secadoras centrifugas 147, este ya es carbón lavado de -1/4 y +1.5 mm, por lo tanto va directo a una tolva.

CIRCUITO DE FLOTACIÓN

Celdas de flotación es un sistema ya muy conocido que trabaja a base de espumantes y colectores para la formación de la cama de espuma, de acuerdo a como se ve en la burbuja en las celdas se agrega aire atmosférico o comprimido para hacer que desborden las celdas ayudadas para unas es crepas o despumado que ayudan a liberar la espuma de las celdas. Las dosificaciones se hacen de acuerdo de cómo se requiera la ceniza del concentrado.

El último de los circuitos, es el circuito de flotación, dicho circuito es el que deja el carbón a un tamaño de grano más fino y con menos porcentaje de cenizas.

El tamaño de grano al que sale el carbón en este circuito es de -150 mallas, prácticamente polvo de carbón.

El carbón que llega al circuito de flotación es el que proviene del over del banco de ciclones 301-305, este carbón cae a un tanque, el cual bombea el carbón a las celdas 500 y a la columna de flotación que explicare a continuación.

Pero antes mencionaré que para llevarse a cabo el proceso de flotación en las celdas y en la columna es indispensable el uso de reactivos como el diesel, el alcohol metil carbinol, agua y aire.

El alcohol es el espumante en el circuito, hace burbujas; el diesel hace que las partículas finas de carbón se agrupen en la burbuja y el aire hace que esta burbuja suba y flote en la superficie.

Para que todo esto sea posible el proceso debe contener las cantidades adecuadas de cada reactivo.

El costo del lavado o limpieza del carbón depende de sus características, del proceso utilizado, de la capacidad de la planta y del uso del producto final. Mientras más complejo sea el proceso de preparación del carbón, mayores serán los pasos requeridos y por lo tanto, mayores los costos. Otros aspectos a considerar son la disponibilidad de agua, los requerimientos de electricidad y la forma de disponer de los desechos o ultra finos de carbón que se generan. En líneas generales, en una planta de lavado de carbón se genera entre un 30 y 35% de desechos que es necesario tratar o disponer de ellos.

Celdas 500

El carbón cae a unas celdas rectangulares estas celdas contienen agua y cuentan con unos agitadores en el centro para agitar el agua y remover todas las partículas de carbón, a esta se le agrega metil para asentar el desperdicio y también se le agrega diesel para formar una burbuja que atrapa el carbón más fino.

Estas celdas cuentan con unos des espumadores estos arrastran la burbuja a una canaleta y baja mediante gravedad a un tanque y se lleva a una caja, dicha caja sirve para almacenar la burbuja. El carbón se bombea a los filtros donde el carbón se adhiere a estos. Los filtros son discos que están formados por sectores a los cuales se les inyecta aire a presión para poder inflar un sector y desprender el carbón estos discos.

Cuando el carbón se adhiere a los filtros estos están girando y a cierto punto el carbón ya va seco conforme sigue girando llega a otro punto donde se agrega aire a presión el sector se infla y cae por un ducto al transportador 21a este lo desaloja en el transportador, el cual lo lleva y descarga en el patio.

Columna

El carbón que cae a la columna, que es un tanque en forme de cilindro a esta se le inyecte aire a presión con la finalidad de lograr remolinos dentro del cilindro, y con la ayuda del metil para asentar lo más pesado y con el diesel se logra juntar el carbón que flota en lo más alto de la columna. Por medio de una canaleta, el carbón que flota es llevado a la misma caja donde se deposita el carbón de las celdas 500 y está lo deposita a los filtros. Las colas de la columna se bombean a las celdas 300 para recuperar aún más carbón.

Los filtros hacen la función ya mencionada antes, después el carbón cae a un transportador, este lo descarga al patio.

El agua que en teoría ya no tiene más carbón va directo al decantador.

En este decantador se desea recuperar el agua a este se le agrega un químico llamado nalco, este asienta el desperdicio. Con una bomba de diafragma 10 se succiona y se manda a una cuba de diafragma y con otra bomba se transporta a los lameros.

Celdas 300

En estas celdas caen las colas de las celdas 500 y de la columna de flotación, estas celdas ayudan a recuperar aún más carbón y funcionan de la misma manera que las celdas 500

PRODUCTO FINAL

FINO LAVADO: El carbón del transportador, se descarga en el patio este carbón se considera fino lavado. El carbón se acumula y con las palas se carga en los camiones Torton para llevarlo al patio de almacenamiento. Por lo general este carbón trae un 13.50 a 14.50 % de ceniza.

DESPERDICIO: Este se almacena en le tolva 18. Mediante una compuerta mecánica se descarga el desperdicio en los camiones Torton para trasladarlo a los lameros.

DESPERDICIO DE MIXTO FINO: Este se almacena en la Tolva de mixtos, se carga en los camones Torton y es llevado a los lameros.

MIXTO FINO: Este se almacena en la Tolva de finos, se descarga en los camiones Torton para llevar al patio de almacenarlo. Lo utilizan principalmente para hacer mezclas, para dar la calidad que pide el cliente.

MIXTO GRUESO: Este se descarga en el patio por el transportador, este carbón se carga en los tractos camiones para llevarlo directo al cliente. Se vende principalmente a CFE.

MEZCLADO DE CARBÓN

El mezclado de carbón es un proceso auxiliar dentro de la preparación. Los

procesos auxiliares pueden ayudar a completar la preparación global del carbón.

Estos procesos auxiliares son:

Floculación

Desaguado

Mezclado

La floculación consiste en recuperar del agua los productos del lavado del carbón

(polvo fino del carbón, ≤ 5 μm) y otros productos mediante la actuación de ciertos

elementos que los van a hacer precipitar. La función más importante de esto es

eliminar estos productos de las aguas de lavado y poder usar así el carbón en

procesos posteriores (aglomerados y briquetas). Para ello se les añade una

especie de coagulante: almidón, alginatos, peptatos, alumbre (sulfato de alúmina).

De esta manera se forman los flóculos. Este proceso se ayuda a veces de

ciclones.

El desaguado consiste en sacar parte del agua que tienen los carbones, debido a

los procesos descritos anteriormente. Para ello se pasan por tamices con reja

metálica. El tamaño debe estar entre 12-13 mm. Para tamaños menores se usan

tolvas y centrifugados. Para tamaños más pequeños aún se usan filtros de vacío y

filtros a presión. La dificultad aumenta al disminuir el tamaño.

El mezclado, finalmente, consiste en mezclar varias clases de carbones con

diferentes propiedades para que la mezcla resultante cumpla ciertos requisitos que

pudieran ser demandados por el usuario final. 

CONCLUSIONES

BIBLIOGRAFIAS

http://www.textoscientificos.com/energia/combustibles/preparacion-carbon

http://es.slideshare.net/alejandrorequena/preparacin-del-carbn

http://www.catamutun.com/produc/carbon/clasi.html

http://newton.cnice.mec.es/newton2/Newton_pre/escenas/trabajo_energia/carbon