PETROGRAFÍA DEL CARBÓN
Laura Sofía Ramírez Wilches
¿Qué es el Carbón?
El carbón es una roca
sedimentaria de color negro,
muy rica en carbono y con
cantidades variables de otros
elementos, principalmente
hidrógeno, azufre, oxígeno y
nitrógeno, utilizada como
combustible fósil.
Petrografía del CarbónTipificación por Litotipos y Macerales:
LITOTIPOS:
• VITRENO: formación brillante, negro, fragil, muy
reactivo (15%)
• CLARENO: Semibrillante, negro, ligeramente
estratificado, , reactivo (50%)
• DURENO: Mate, negro o negro grisaceo, duro,
áspero, bastante inerte (30%)
• FUSENO: Sedoso, negro, fibroso, friable (2%)
Macerales
• VITRINITA: Producida a partir de madera, por lo tanto se
deriva de la celulosa y la lignita, por proceso aerobio cerca
de la superficie; da origen a la Turba. (80% de contenido en
los carbones). Ocasiona plasticidad en los carbones. Tiene
alto contenido de oxigeno. Color negro
• EXINITA O LIPNITITA: Producida a partir de vegetales
mas resistentes a la degradación, como resinas, espora,
polen, algas (alto contenido de hidrogeno y volátiles), por
proceso anaerobio. Color gris oscuro a negro. Produce
alquitrán durante la combustión
• INERTITA: De origen similar a la vitrinita, pero con
procesos de deshidrogenación previos, por procesos
aerobios. Se encuentra mezclado con la vitrinita por lo
general. Presenta alto contenido en carbono y bajo en
hidrogeno. De color gris claro a blanco brillante
Clasificación Macerales
Vitrinita
Vitrinita
Exinita (liptinita)
Exinita
Inertinita
Clasificación del CarbónClasificación por sus propiedades fisicoquímicas:
• Clasificación Francesa: Se basa el el % de
material volatil e indice de inflmación
• Clasificación Europea: Se bas el el % de Carbón y
evolución geologica
• Clasificación de Seyler: Se basa en los % de
Carbono. Hidrogeno y Oxigeno
• Clasificación Americana: Se basa en el % de
carbono y poder calorífico.
Clasificación de Seyler
Clasificación Americana
Características
• Carbón Antracita: Es el 1% de las reservas mundiales,
sirve para producción de coque, y se usa para la industria
termoeléctrica y calentamiento de hogares.
• Carbón Bituminoso: Tiene entre 50 u 80% de Carbono
y se usa para la industria de energía y siderúrgica.
• Carbón Sub-bituminoso: Tiene entre 15-30% de
humedad, no sirve para coque, se usa en la industria
energética.
• Carbón Lignito: tiene aprox. 45% de humedad, no sirve
para coque, y se usa para producir energía de baja
calidad.
Análisis del Carbón
• Captación de muestra:
Norma ASTM D2234 (barcos, pilas, etc)
Norma ASTM D 197 (pulverizado) (gross sample:10 kg de muestra por cada 10 t de carbón)
• Preparación para el análisis:
Normas ISO 1988; UNE 32102; ASTM D
2013 muestra para análisis: 50 g < 250 µm (60 mesh)
¿Qué análisis se le hacen al carbón para poderlo Clasificar?
• Análisis Petrográfico
• Análisis inmediato
• Análisis último o elemental
• Análisis de Cenizas
• Determinación de trazas
• Análisis mecánicos
Análisis Petrográfico
• De secciones o Láminas
DelgadasSe cortan secciones muy finas y se
observan a través de un microscopio
petrográfico.
• De superficies pulidasSe pule la superficie a analizar y se observa
con un microscopio metalográfico
Análisis inmediato
Análisis rutinario para el control químico del
carbón; su interpretación da una idea clara de la
distribución de los productos que se obtendrían
por la destilación destructiva (pirólisis) del
carbón
HumedadDeterminación gravimétrica por pérdida de peso
según Normas.
Se presenta en cuatro formas distintas: • Superficial, bruta o libre (Se elimina por secado al aire)
• Higroscópica o física adsorbida (determinada en el análisis
inmediato)
• Quimisorbida (agua combinada o de descomposición se
elimina entre 160 y 170°C)
• Mineral (agua de constitución eliminada por encima de
500°C )
Influencia de la humedad en el análisis y
compraventa de carbones.
Material volátil
Componentes del carbón que se liberan
cuando se calienta (900°C) al abrigo del aire,
descontando la humedad higroscópica.
Se produce debido a la descomposición
térmica que genera el calentamiento brusco.• Parámetro de clasificación del carbón en casi todos
los sistemas.
• Su contenido en la fracción orgánica es una medida
equivalente de la relación H/C.
• Útil para seleccionar sistema de combustión mas
adecuado para un carbón y/o determinar rendimiento
en los procesos de carbonización.
Cenizas
Residuo inorgánico no combustible que
permanece después de la combustión.
No se debe interpretar como una medida de la
fracción mineral del carbón.
Utilización de datos de cenizas: • Alto contenido de cenizas reduce el poder calorífico del
carbón.
• Temperatura de fusión de cenizas.
• Durante la coquización, las cenizas quedan incluidas en
el coque.
• Influyen en los procesos de hidrogenación y gasificación
Carbono fijo
Se obtiene por diferencia hasta 100 de las
suma de los contenidos de humedad,
cenizas y volátiles.
Se usa para estimar la cantidad de coque o
‘char’ (productos de combustión
intermedios) que se pueden producir, y el
contenido de no quemados en la material
volante.
Análisis último o elemental
Determinación de los porcentajes en peso de
carbono, hidrógeno, azufre, nitrógeno y oxígeno
(por diferencia). No da información de la
estructura del carbón.
Determinación en equipos LECO muy arraigada.
Método de combustión a elevada temperatura
(1050°C)
Relación entre C/H y estructura del carbón.
En términos generales A mayor relación C/H ⇒ mayor aromaticidad y grado de
condensación en el carbón
Carbono e Hidrogeno
Método Liebig: Combustión con oxígeno seco a temperatura
controlada (850-900°C). Se convierte el C en CO 2 y el H en H
2O, que se determinan gravimétricamente sobre asbesto sodado
(ascarita) y perclorato de magnesio respectivamente.
Fórmulas de cálculo:
Siendo:
A: incremento en peso del tubo de absorción de CO 2
B: incremento en peso del tubo de absorción de H 2O
m. gramos de muestra
Nitrogeno
Método Kjeldahl-Gunning: Convierte el N en
sulfato amónico por digestión destructiva con
H2SO4 concentrado y en caliente. Por tratamiento
posterior con NaOH se desprende el NH3 que se
recoge sobre ácido bórico y se titula por retroceso.
Analizadores LECO: Modelo CNH-600. CO2 y
H2O de combustión a 1100°C se detectan por IR.
Reducción de los NOx a N y detección por
conductividad térmica del gas.
AzufrePresente en tres forma: • Sulfuros ó Azufre pirítico SP » Extracción con HNO3
evaporación y disoluciones sucesivas en HCl
• Sulfatos ó Azufre inorgánico SI » Extracción con HCl
• Heteroátomos o Azufre orgánico SO » Por diferencia entre
el azufre total y el pirítico e inorgánico
STOTAL = S P + S I + S O
Método de combustión a elevada temperatura; todo
el S se convierte en SO2 y SO3 y se determina
como H2SO4
Norma ASTM D3177 ó ISO 351 ASTM 4239 ó
UNE32010
Análisis de CenizasFusión de cenizas
Calentamiento desde temperatura ambiente hasta
1600°C a 5°C/min.
• Atmósfera oxidante (aire; O 2) y/o reductora (60% CO + 40%
CO 2) Temperatura inicial de deformación: Viscosidad 10 7 - 10
9 Nsm-2
• Temperatura reblandecimiento: Altura igual al ancho de la base.
Viscosidad 10 5 - 10 7 Nsm-2. Adherencia de las cenizas.
• Temperatura hemisferio: Altura igual a 1/2 de la base.
Viscosidad 10 3 - 10 5 Nsm-2
• Temperatura de fluidez: Líquido desparramado. Viscosidad < 10
3 Nsm-2
Interpretación de resultados
Según la temperatura de reblandecimiento se distinguen: • Carbones que forman escorias: Cenizas con Ts < 1200°C y se
descargan como líquidos fundidos.
• Carbones que no forman escorias: Cenizas con Ts > 1425°C y
se descargan como sólidos. Z
Clasificación de las cenizas según temperatura
de fluidez
Determinación de trazas
Se realiza por condicionantes medioambientales,
para el control de material particulado al ambiento
por la combustión del carbón.
Se realizan de forma similar a la determinación de
nitrógeno y azufre, por digestión de las muestras y
posteriormente con reacción química con
sustancias que por gravimetría nos permitan
determinar la cantidad de un metal. O por análisis
espectrometricos en equipos complejos.
Poder CaloríficoMedia del calor liberado por
combustión de la materia
orgánica del carbón.
• Poder calorífico superior
(PCS)» Productos de combustión a 25°C ⇒Agua líquida.
• Poder calorífico inferior (PCI)» Agua como vapor a 25°C, por lo que
constituye una mejor medida del calor
realmente aprovechable.
Norma ASTM D2015
PCI ~ PCS - 0,212 %H
Variación del Poder Calorífico con el Rango del carbón.
Propiedades físicas y mecánicas
MANEJABILIDAD: Asociados a la facilidad de
transporte. Almacenamiento y tratamiento:
• Densidad aparente
• Distribuciónde tamaño
• Friabilidad
MOLTURABILIDAD: (Indice de Hardgrove)
Sirve para medir la (trituración) del carbón
INDICE DE ABRASIVIDAD: Sirve par medir la
capacidad de desgastar molinos que tiene los
carbones
Propiedades físicas y mecánicas
INDICE DE HINCHAMIENTO Y
AGLOMERACIÓN: Es un indicador del
comportamiento del carbón cuando se
calienta.
A mayor índice de hinchamiento, mayor
producción de residuos porosos de poco peso
en la combustión.
• El índice de hinchamiento libre nos
determina las propiedades coquizantes del
carbón.
• El Índice de Roga Determina propiedades
aglutinantes de los carbones.