EL CARBON

EL CARBÓN

El carbón es un tipo de roca formada por el elemento químico carbono mezclado con otras sustancias.

¿Qué es el carbón mineral?

Es una roca sedimentaria de color negro, muy rica en carbono y con cantidades variables de otros elementos como hidrógeno, azufre, oxígeno y nitrógeno. Arde fácilmente y es uno de los combustibles fósiles más utilizados. ¿Cómo se forma? Es una mezcla de la descomposición de componentes orgánicos acumulados en zonas pantanosas, lagunares o marinas, de poca profundidad, cubiertas o sepultadas por sedimentos que con el paso del tiempo, incrementan las condiciones de presión y temperatura produciendo un progresivo enriquecimiento en carbono, lo cual se conoce como carbonificación y da lugar a la formación de los diferentes tipos de carbón mineral. Principales tipos de carbón Carbón lignítico: de color pardo, con poco poder calórico. Carbón antracítico: contiene la mayor concentración de carbono; es el más duro y brillante.       Tipos de carbón     ¿Cómo se presenta? Es localizado en forma de cuerpos horizontales o inclinados, denominados mantos, ubicados en depresiones o cuencas antiguas. Los mantos son de gran extensión y llegan a alcanzar profundidades de hasta 1,200 metros.  Sus espesores son muy variables y pueden ir desde unos cuantos centímetros hasta 100 metros. En México llegan a tener un espesor máximo de 3 metros.     Subcuenca de Sabinas, Coah.     componentes del carbon a) Vitreno: Es la parte negra, brillante y quebradiza del carbón.  b) Clareno: Es negro y brillante, pero en menor cantidad que el vitreno.  c) Dureno: Es el componente mate, gris oscuro, duro y resistente.  d) Fuseno: Es la parte negra, blanda y polvorosa que tiende a romperse. No es coquizable, por lo cual perjudica el poder aglomerante del carbón.   Contenido de Cenizas El carbón recién extraído de la mina, se compone de una sustancia carbonosa unida a componentes inorgánicos y una cantidad variable de materias terrosas en estado libre. Es posible clasificar las impurezas en constituyentes y separables, las primeras son aquellas íntimamente mezcladas con el carbón, que pueden considerarse como formando parte de su composición, mientras que las segundas se pueden eliminar mecánicamente. La distribución de componentes inorgánicos que no son visibles a simple vista, se localizan por medio de rayos X, pues el carbón como materia orgánica, resulta transparente a estos rayos, mientras la materia inorgánica (ceniza) resulta opaca. Estos componentes se pueden encontrar en varias formas:   a) En venas de estéril, que separan el carbón en capas, por las que se rompe con facilidad.   b) En masas de pirita formando nódulos, o bien como escamas brillantes.   c) En tabiques blancos perpendiculares al plano estratificación y que se componen de carbonatos de cal y de magnesia. El contenido de ceniza es el material incombustible del carbón, en formas de materias minerales en el crecimiento de los vegetales iniciales, materia­les extraños que penetraron en la yeta durante su formación o rocas atrapadas durante el proceso de extracción. Entre las materias minerales están las que existían en la sustancia vegetal originaria, las que fueron transportadas por las aguas en la formación e intercaladas entre la sustancia vegetal en descomposición y aquellas materias extrañas. La ceniza es la materia inerte del carbón, cuyo exceso rebaja el poder calorífico y diminuye, por tanto, su valor. Los constituyentes de la ceniza y sus temperaturas de fusión son de máxima importancia para el diseño de las calderas. Las temperaturas de fusión de las cenizas controlan la rapidez de combustión en el hogar y la cantidad de enfriamiento necesaria antes de que los gases entren a la zona de convección. El análisis de la ceniza afecta las tendencias de formación de escorias, ensuciamiento y corrosión en el hogar y los conductos para gases y, por ello, tiene una gran influencia en el diseño del cargador y del hogar. El análisis de la ceniza es también un factor importante para determinar la re­sistividad de la ceniza volante y, por lo tanto, del tamaño del equipo para precipitación electrostática. El tamaño, forma y composición de las partículas de ceniza volante se reflejará en el grado de erosión en los conductos para gas y, por lo tanto, influirá en la velocidad máxima de gases que se especificará y tendrá un marcado efecto en las dimensiones y costos de las calderas. Se han ideado varios índices empíricos mediante la combinación de los constituyentes de la ceniza a fin de dar una guía del comportamiento de la ceniza volante en los conductos en el hogar y para los gases.   Otros Elementos Entre los múltiples componentes del carbón, los más incidentes en sus características y valor final son los siguientes: oxígeno, nitrógeno, azufre y gases.  Oxígeno La cantidad de oxígeno presente en el carbón afecta sus propiedades. El aumento del tanto por ciento reduce el poder calorífico, y si se trata de carbones grasos disminuye su poder coquizante y conserva un porcentaje más elevado de humedad.  Nitrógeno El contenido de nitrógeno en los carbones varía entre 1 y 2,5%. Si se destila o carboniza el carbón, alrededor del 15% de nitrógeno se transforma en amoníaco, y más del 50% queda retenido en el coque. En otros tiempos, cuando el método de recuperación de amoníaco tuvo importancia económica, la proporción de nitrógeno del carbón era un dato estratégico, pero hoy, al obtener la mayor parte del amoníaco por síntesis, su contenido no es de gran importancia. El nitrógeno del carbón, junto con el nitrógeno del aire para combustión, es el causante de las emisiones de NOx. Los NOx térmicos formados por el nitrógeno del aire son una función de la temperatura de la llama. La formación de los NOx del combustible es más compleja, pero parece ser menos sensible a las condiciones de combustión. El nitrógeno del combustible es un importante contribuyente a la producción total de NOX. Las medidas requeridas para controlar los niveles de tales como combustión por etapas, pueden ser muy costosas para implementarlas.  Azufre Se encuentra en forma de pirita, como compuestos orgánicos y como sulfatos (CaSO4). En algunos casos conviene distinguir y determinar la proporción de azufre fijo y volátil. Sin embargo el azufre total rara vez excede de 5% y, a menudo, es inferior al 0,5%. Si el carbón se destina a usos metalúrgicos, el azufre juega un papel importante, ya que se une al metal que se beneficia, afectando sus propiedades. El azufre orgánico no se puede eliminar por procedimientos mecánicos, mientras que la pirita en láminas o escamas puede separarse, según sea el grado de trituración o del tamaño en que se encuentre el carbón. Si se trata de carbones con mucha pirita, se producen en los hogares escorias ferruginosas que se adhieren a las parrillas, perturban la buena combustión y desgastan los hogares. Cuando se destina el carbón para coque y se lleva al alto horno, se obtienen fundiciones sulfurosas, siendo el azufre difícil de eliminar en la fabricación de aceros. Planta Alto Horno Alimentada por Carbón El nivel de emisiones de SO2 y la precipitabilidad de la ceniza volante son influenciadas por el azufre del carbón y, asimismo, las necesidades y costos de poner en práctica las medidas necesarias para la limpieza. El contenido de azufre también tiene un papel muy importante en la corrosión del precalentador de aire cuyo control puede ser mediante la selección de materiales o la limitación de la temperatura de salida de los gases. El azufre influye en la tendencia a la formación de escoria en los hogares.   Gases El carbón absorbe cantidades considerables de gases, principalmente metano y otros hidrocarburos saturados. El porcentaje de gas contenido en el carbón y que se desprende bajo temperatura, constituye las materias volátiles, dato fundamental para caracterizar y clasificar un carbón Tipos de carbón  El carbón mineral no es un mineral uniforme y se distinguen por rangos según su grado de metamorfosis, en series que van desde lignitos a antracitas, las cuales poseen diferencias considerables en su contenido de volátiles, carbono fijo y poder calorífico.  - Antracita y carbón Bituminoso  Este carbón es aquel que ha completado una etapa avanzada o media de carbonización con un poder calorífico menor (PCI) de 5100 – 8500 kcal/kg. en una base libre de cenizas y humeda.  - Lignito  Este carbón está en una etapa menos avanzada de carbonización carbonización y contiene un PCI de 4125 Kcal/kg, en una base libre de cenizas y humedad.  - Turba  Es un precursor del carbón mineral y surge por la descomposición química y bacterial de material vegetal muerto. Debido a la acción del calor, presión y otros fenómenos, la turba se transforma en las diferentes clases de carbón mineral.  El índice de cambio sufrido por un carbón al madurar desde la turba hasta la antracita, conocido como carboni cación, tiene una gran importancia en las propiedades físicas y químicas, y se denomina “nivel” del carbón. Los carbones de rango bajo, como el lignito y los carbones subbituminosos son normalmente más blandos y desmenuzables, con una aspecto más mate y terroso. Se caracterizan por niveles de humedad altos y bajo contenido en carbono, por lo que su contenido energético también es bajo. Los carbones de niv el alto suelen ser más duros y resistentes, y a menudo tienen un color más negro y vítreo. Contienen más carbono, menos humedad y producen más energía. La antracita se encuentra en el rango superior de la escala de categorías y tiene un contenido superior de carbono y energía, y un nivel inferior de humedad (véase el diagrama de la página 4) Métodos para la explotación del carbón Los más utilizados son: Tajos: este tipo de minado se utiliza en México para recuperar el combustible hasta una profundidad máxima de 50 metros. Consiste en retirar el material estéril para recuperar el carbón. Minas subterráneas: son utilizadas para recuperar el carbón a profundidades de hasta 300 metros. En el proceso, se emplean rampas que van desde la superficie hasta llegar al manto. Una vez cortado el carbón es trasladado al exterior a través de bandas.  Los desarrollos mineros sobre el manto de carbón, llegan alcanzar varios kilómetros de longitud. Pozos: sistema rudimentario que consiste en un pozo vertical de aproximadamente dos metros de diámetro y profundidades de 30 hasta 70 metros. Facilita cortar el manto para desarrollar sobre él una serie de galerías de 50 metros de largo en forma de retícula de donde extraen el carbón; con el uso de carretillas y un pequeño malacate es llevado al exterior. Este tipo de minería es muy insegura y por lo mismo podría desaparecer.   Diferentes tipos de extracción de el carbón (tajo,mina subterránea y “pozo”)