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Carbón mineral

El carbón es un roca sedimentaria no clástica. Son restos fosilizados de plantas y se encuentran en tonos negros inflamables y negro pardusco. Su elemento principal es el carbono, pero también puede contener diferentes elementos como hidrógeno, azufre y oxigeno A diferencia del carbón minerales, no tiene una composición química fija y una estructura cristalina. Según el tipo de material vegetal, los distintos grados de carbonización y la presencia de impurezas, se forman diferentes tipos de carbón. Hay 4 variedades reconocidas. El lignito es el grado más bajo y es el más suave y menos carbonizado. El carbón subbituminoso es de color marrón oscuro a negro. El carbón bituminoso es el más abundante y, a menudo, se quema para generar calor. La antracita es la forma de carbón de grado más alto y más metamorfoseada. Contiene el porcentaje más alto de carbono de bajas emisiones y sería un combustible ideal si no fuera por comparativamente menos.

El carbón se utiliza principalmente como combustible. El carbón se ha utilizado durante miles de años, pero su uso real comenzó con la invención de las máquinas de vapor después de la revolución industrial. El carbón proporciona dos quintas partes de la producción de electricidad en todo el mundo y el carbón se utiliza como combustible principal en de hierro e instalaciones de producción de acero.

Nombre Completo natural: La palabra originalmente tomó la forma del inglés antiguo col del protogermánico *kula(n), que se supone deriva de la raíz protoindoeuropea *g(e)u-lo- “carbón vivo”.

Color: Negro y negro pardusco

Dureza: Ccolgable

Tamaño de grano: grano fino

Grupo procesos: No clástico Roca sedimentaria

Clasificación del carbón

A medida que los procesos geológicos ejercen presión sobre el material biótico muerto a lo largo del tiempo en condiciones favorables, el grado u orden de metamórfico aumenta sucesivamente de la siguiente manera:

Lignito, el nivel más bajo de carbón, el más dañino para la salud, se utiliza casi exclusivamente como combustible para la generación de energía eléctrica

Jet, una forma compacta de lignito, a veces pulido; El carbón bituminoso inferior del Paleolítico Superior, cuyas propiedades van desde las del lignito hasta el carbón bituminoso, se utilizó principalmente como piedra ornamental, ya que se utilizó como combustible para la generación de energía eléctrica a vapor.

Bituminoso carbón mineral, una roca sedimentaria densa, generalmente negra, pero a veces de color marrón oscuro, a menudo con bandas bien definidas de material brillante y opaco. Se utiliza principalmente como combustible en la producción de energía eléctrica a vapor y en la producción de coque. En el Reino Unido se conoce como carbón de vapor e históricamente se ha utilizado para generar vapor en locomotoras y barcos de vapor.

Antracita, el grado más alto de carbón, es un carbón negro brillante y más duro que se utiliza principalmente para la calefacción de espacios residenciales y comerciales.

Grafito es difícil de encender y no se usa comúnmente como combustible; se usa más comúnmente en lápices o en polvo para lubricación.

Carbón de canal (a veces llamado "carbón de vela") es una variedad de carbón de grano fino de alta calidad compuesto principalmente de liptinita con un contenido significativo de hidrógeno.

Hay varias normas internacionales para el carbón. La clasificación del carbón se basa generalmente en el contenido de sustancias volátiles. Pero la distinción más importante es el carbón térmico (también conocido como carbón térmico), que se quema para generar electricidad a través del vapor; y carbón metalúrgico (también conocido como carbón de coque), que se quema a alta temperatura para fabricar acero.

Significado historico

El carbón ha jugado un papel importante en la historia humana y se ha utilizado como fuente de combustible durante miles de años. En la antigüedad, el carbón se usaba para calentar y cocinar alimentos, y para calentarse. Durante la Revolución Industrial, el carbón se convirtió en la principal fuente de energía para impulsar máquinas y maquinaria de vapor, lo que condujo a importantes avances tecnológicos en el transporte, la fabricación y otras industrias. El uso del carbón también condujo al desarrollo de la minería como una industria importante y ayudó a impulsar el crecimiento económico en muchas partes del mundo. Sin embargo, el uso del carbón también se ha asociado con impactos ambientales significativos, incluida la contaminación del aire y el agua, y ha sido un importante contribuyente al cambio climático. Como resultado, se están realizando esfuerzos para hacer la transición a fuentes de energía más limpias y reducir la dependencia del carbón.

composición química

El carbón se compone principalmente de carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y azufre. La composición exacta del carbón varía según su edad y origen, pero en general, el carbón se puede clasificar en cuatro tipos principales según su contenido de carbono: lignito, subbituminoso, bituminoso y antracita. El lignito es el tipo de carbón más joven y contiene la menor cantidad de carbono, mientras que la antracita es la más antigua y tiene el mayor contenido de carbono. En general, el carbón con mayor contenido de carbono tiene un mayor contenido de energía y se quema de manera más eficiente. El carbón también contiene cantidades variables de minerales como sílice, alúmina, hierro, calcio, sodio y potasio, que pueden afectar sus propiedades de combustión y el impacto ambiental cuando se queman.

Propiedades físicas

El carbón tiene una variedad de propiedades físicas, que incluyen:

  1. Color: El color del carbón puede variar de negro a marrón a grisáceo.
  2. Dureza: La dureza del carbón puede variar desde muy blanda y quebradiza, como el grafito, hasta muy dura, como la antracita.
  3. Densidad: El carbón tiene una densidad más baja que muchos rocas y minerales, haciéndolo relativamente ligero.
  4. Porosidad: El carbón puede ser muy poroso, con pequeños espacios entre las partículas de carbón.
  5. Fractura concoidal: El carbón a menudo se fractura en un patrón suave y curvo, conocido como fractura concoidea.
  6. Lustre: El carbón tiene un brillo opaco a brillante, según el tipo de carbón.
  7. racha: El carbón produce una raya negra o marrón oscura cuando se frota sobre un plato de porcelana blanca sin esmaltar.

Las propiedades físicas del carbón son importantes para su extracción, procesamiento y uso. Por ejemplo, la dureza del carbón puede afectar el tipo de método de extracción utilizado, mientras que la porosidad y la densidad pueden afectar el procesamiento y transporte del carbón.

Minería y procesamiento de carbón.

El carbón se extrae típicamente de minas subterráneas o de superficie. Los métodos de minería subterránea incluyen minería de cámara y pilares, de tajo largo y de retiro, mientras que los métodos de minería de superficie incluyen minería a cielo abierto, remoción de cimas de montañas y minería a cielo abierto.

En el método de minería de cuarto y pilar, se excavan túneles en una veta de carbón y se dejan pilares de carbón para sostener el techo. En la minería de tajo largo, se extrae una pared larga de carbón en una sola rebanada, mientras que el techo sobre el área minada se derrumba detrás de la máquina de minería. La minería en retirada implica la eliminación de pilares de un área previamente minada.

En la minería a cielo abierto, la roca y el suelo suprayacentes se eliminan para acceder al carbón. Este proceso se puede realizar mediante minería a cielo abierto, en la que se extrae el desmonte en franjas, o mediante la extracción de cimas de montañas, en las que se eliminan cimas de montañas enteras para acceder al carbón. La minería a cielo abierto es otra técnica de minería a cielo abierto, en la que se excava un gran pozo para extraer el carbón.

Una vez extraído el carbón, se procesa para eliminar las impurezas y prepararlo para su uso. El procesamiento puede incluir trituración, cribado y lavado para eliminar la roca y otras impurezas, así como el secado para reducir el contenido de humedad del carbón. El carbón también se puede tratar con productos químicos para eliminar el azufre y otras impurezas, un proceso conocido como limpieza del carbón.

Técnicas de extracción (minería superficial y subterránea)

La minería del carbón se puede dividir en dos grandes categorías: minería a cielo abierto y minería subterránea.

La minería a cielo abierto implica eliminar la roca, el suelo y la vegetación suprayacentes para exponer la veta de carbón. Esto generalmente se hace con máquinas grandes que eliminan la sobrecarga (el material sobre la veta de carbón) en capas. Existen diferentes métodos de minería a cielo abierto, incluida la minería a cielo abierto, la minería a cielo abierto, la minería de remoción de cimas de montañas y la minería de muros altos. En la minería a cielo abierto, el recubrimiento se elimina en franjas largas, mientras que en la minería a cielo abierto, el recubrimiento se elimina en un tajo grande. La minería de remoción de cimas de montañas implica remover toda la cima de una montaña para acceder a la veta de carbón, mientras que la minería de muros altos se utiliza para recuperar carbón de una pared vertical expuesta o un acantilado.

La minería subterránea consiste en excavar túneles o pozos en la tierra para llegar a la veta de carbón. Hay dos tipos principales de minería subterránea: minería de cámaras y pilares, y minería de tajo largo. En la minería de cuartos y pilares, la veta de carbón se extrae en una serie de cuartos, dejando pilares de carbón para sostener el techo. En la minería de tajo largo, una máquina llamada cizalla se mueve de un lado a otro a lo largo de la veta de carbón, cortando el carbón y dejándolo caer sobre una cinta transportadora. El techo está soportado por soportes hidráulicos a medida que avanza la máquina.

Una vez que se extrae el carbón, se puede procesar para eliminar las impurezas y prepararlo para su uso. El procesamiento puede incluir trituración, cribado y lavado para eliminar las rocas y otros materiales que se mezclan con el carbón. El carbón también se puede tratar con productos químicos para eliminar el azufre y otras impurezas, o se puede convertir en combustibles líquidos o gaseosos.

Métodos de procesamiento (limpieza, trituración, clasificación, etc.)

Después de extraer el carbón, a menudo es necesario limpiarlo y procesarlo para eliminar las impurezas y prepararlo para su uso. Los métodos de procesamiento exactos utilizados pueden variar según el tipo de carbón y su uso previsto.

Un método común de procesamiento del carbón es a través de un proceso conocido como "lavado", que implica el uso de agua, productos químicos y equipos mecánicos para separar el carbón de impurezas como rocas, cenizas y azufre. El carbón se tritura y se mezcla con agua y productos químicos para crear una lechada, que luego se pasa a través de una serie de pantallas y ciclones para separar el carbón de los demás materiales. Luego, el carbón separado se procesa más para eliminar las impurezas restantes y se clasifica según el tamaño.

Otros métodos de procesamiento pueden incluir triturar y moler el carbón para que sea adecuado para quemarlo u otros usos, así como procesos para eliminar el azufre y otros contaminantes del carbón. Según el uso previsto del carbón, es posible que también se requieran pasos de procesamiento adicionales, como la carbonización para producir coque para su uso en el proceso de fabricación de acero.

Composición del carbón

La composición del carbón se puede analizar de dos maneras. El primero se informa como un análisis detallado (humedad, materia volátil, carbono fijo y cenizas) o un análisis final (cenizas, carbono, hidrógeno, nitrógeno, oxígeno y azufre). Un carbón bituminoso típico puede tener un análisis final sobre una base seca y libre de cenizas de 84.4 % de carbono, 5.4 % de hidrógeno, 6

COMPOSICIÓN DE CENIZAS, PORCENTAJE EN PESO
SiO
2
20 - 40
Al
2O
3
10 - 35
Fe
2O
3
5 - 35
CaO1 - 20
MgO0.3 - 4
TiO
2
0.5 - 2.5
Na
2DE ACUERDO
2O
1 - 4
SO
3
0.1 - 12

Formación de carbón

El proceso de convertir la vegetación muerta en carbón se llama carbonización. En el pasado geológico hubo humedales bajos y bosques densos en varias regiones. La vegetación muerta en estas áreas generalmente ha comenzado a biodegradarse y transformarse con lodo y agua ácida.

Esto atrapó el carbono en enormes turberas que eventualmente fueron enterradas profundamente por los sedimentos. Luego, durante millones de años, el calor y la presión del entierro profundo provocaron una pérdida de agua, metano y dióxido de carbono y un mayor contenido de carbono.

El grado de carbón producido dependía de la presión y temperatura máximas alcanzadas; El lignito (también llamado "carbón pardo") y el carbón subbituminoso, el carbón bituminoso o la antracita (también llamado "carbón duro" o "carbón duro") producidos en condiciones relativamente suaves se producen con temperatura y presión crecientes.

De los factores involucrados en la carbonización, la temperatura es mucho más importante que la presión o el tiempo de entierro. El carbón subbituminoso se puede formar a temperaturas tan bajas como 35 a 80 °C (95 a 176 °F), mientras que la antracita requiere una temperatura de al menos 180 a 245 °C (356 a 473 °F).

Aunque se conoce carbón de la mayoría de los períodos geológicos, el 90% de todo el carbón XNUMX% fueron depositados durante los períodos Carbonífero y Pérmico, que representan solo el 2% de la historia geológica de la Tierra.

Aparición de Carbón

El carbón es una fuente común de energía y productos químicos. Las plantas terrestres necesarias para el desarrollo del carbón no fueron abundantes hasta el período Carbonífero (hace 358.9 millones a 298.9 millones de años), se conocen grandes cuencas sedimentarias que contienen rocas de la era Carbonífera y más jóvenes en casi todos los continentes, incluida la Antártida. La presencia de grandes depósitos de carbón en regiones con climas actualmente árticos o subárticos (como Alaska y Siberia) se debe a cambios climáticos y movimientos tectónicos de placas de la corteza terrestre que han desplazado masas continentales más antiguas sobre la superficie terrestre, a veces a través de zonas subtropicales e incluso tropicales. . regiones. Algunas áreas (como Groenlandia y la mayor parte del norte de Canadá) carecen de carbón porque las rocas encontradas allí son anteriores al Período Carbonífero, y estas regiones, conocidas como escudos continentales, carecen de la abundante vida vegetal terrestre necesaria para la formación de grandes depósitos de carbón.

Características y propiedades del carbón

Muchas de las propiedades del carbón varían según factores como su composición y la presencia de materia mineral. Se han desarrollado diferentes técnicas para examinar las propiedades del carbón. Estos son la difracción de rayos X, la microscopía electrónica de barrido y transmisión, la espectrofotometría infrarroja, la espectroscopía de masas, la cromatografía de gases, el análisis térmico y el análisis eléctrico, térmico y las mediciones eléctricas, ópticas y magnéticas.

Intensidad

Conocer las propiedades físicas del carbón es importante en la preparación y uso del carbón. Por ejemplo, la densidad del carbón oscila entre aproximadamente 1.1 y aproximadamente 1.5 megagramos por metro cúbico o gramos por centímetro cúbico. El carbón es ligeramente más denso que el agua y significativamente menos denso que la mayoría de las rocas y la materia mineral. Las diferencias de densidad hacen posible mejorar la calidad de un carbón al eliminar la mayor parte de la materia rocosa y las partículas ricas en sulfuro mediante la separación de líquidos pesados. 

Porosidad

La densidad del carbón está controlada en parte por la presencia de poros que persisten durante la carbonización. Los tamaños de poro y la distribución de poros son difíciles de medir; sin embargo, los poros parecen tener tres rangos de tamaño:

(1) macroporos (diámetro superior a 50 nanómetros),

(2) mesoporos (de 2 a 50 nanómetros de diámetro), y

(3) microporos (diámetro inferior a 2 nanómetros).

(Un nanómetro equivale a 10−9 metros). La mayor parte del área de superficie efectiva de un carbón, aproximadamente 200 metros cuadrados por gramo, se encuentra en los poros del carbón, no en la superficie exterior de una pieza de carbón. La presencia de espacio poroso es importante en la producción de coque, la gasificación, la licuefacción y la producción de carbono de área superficial alta para purificar agua y gases. Por razones de seguridad, los poros de carbón pueden contener cantidades significativas de metano adsorbido, que puede liberarse durante las operaciones mineras y formar mezclas explosivas con el aire. El riesgo de explosión puede reducirse mediante una ventilación adecuada o la eliminación previa del metano del lecho de carbón durante la extracción.

Reflexividad

Una propiedad importante del carbón es su reflectividad (o reflectividad), es decir, su capacidad para reflejar la luz. La reflectividad se mide haciendo brillar un haz de luz monocromático (con una longitud de onda de 546 nanómetros) sobre una superficie pulida de macerales de vitrinita en una muestra de carbón y midiendo el porcentaje de luz reflejada con un fotómetro. Se utiliza vitrinita ya que su reflectividad cambia gradualmente con un grado creciente. Los reflejos de la fusinita son muy altos debido a su origen carbonífero y las liptinitas tienden a desaparecer con grados crecientes. Aunque se refleja muy poco de la luz incidente (que va desde unas pocas décimas de un por ciento hasta el 12 por ciento), el valor aumenta con los grados y se puede usar para calificar la mayoría de los carbones sin medir el porcentaje de materia volátil presente.

Otras características

Otras propiedades, como la dureza, la molienda, la temperatura de fusión de las cenizas y el índice de expansión libre (una medida visual de la cantidad de expansión que se produce cuando una muestra de carbón se calienta en un crisol cerrado) pueden afectar la extracción y la preparación del carbón. así como la forma en que se utiliza un carbón. La dureza y la triturabilidad determinan los tipos de equipos utilizados para la extracción, trituración y trituración, además de la cantidad de energía consumida en sus operaciones. La temperatura de fusión de las cenizas afecta el diseño del horno y las condiciones de funcionamiento. El índice de expansión libre proporciona información preliminar sobre la idoneidad de un carbón para la producción de coque.

Importancia económica y social del carbón

El carbón es un importante recurso natural que ha jugado un papel importante en el desarrollo del mundo moderno. Su importancia económica y social se puede ver en varias áreas:

  1. Producción de energía: El carbón es una de las principales fuentes de energía utilizadas para la generación de energía. Se quema en centrales eléctricas para producir electricidad, que se utiliza para alimentar hogares, negocios e industrias.
  2. Producción de acero: El carbón también es un ingrediente clave en la producción de acero. Cuando se calienta, el carbón libera carbono, que se utiliza para reducir mineral de hierro planchar. Este hierro luego se usa para producir acero, que es un material esencial para la construcción, la infraestructura y muchas otras aplicaciones.
  3. Creación de empleo: La extracción y el procesamiento del carbón crea puestos de trabajo y contribuye a las economías locales en muchos países. La industria emplea a una gran cantidad de personas, incluidos mineros, ingenieros, geólogos y otros profesionales.
  4. Transporte: El carbón suele transportarse largas distancias por ferrocarril o barco para llegar a su destino, lo que puede crear puestos de trabajo y contribuir a la economía de las zonas por las que pasa.
  5. Energía asequible: El carbón suele ser una fuente de energía más asequible en comparación con otras fuentes, lo que puede ayudar a mantener bajos los costos de energía para los consumidores y las empresas.
  6. Productos químicos: El carbón también se utiliza como materia prima en la producción de una gama de productos químicos, incluidos plásticos, fibras sintéticas, fertilizantes y otros productos químicos.

Sin embargo, el uso de carbón también tiene impactos ambientales significativos, incluidas las emisiones de gases de efecto invernadero y otros contaminantes del aire, así como efectos negativos en la calidad del agua y el uso de la tierra. Estos impactos deben ser cuidadosamente considerados en cualquier evaluación de la importancia económica y social del carbón.

Resumen de puntos clave

Estos son algunos puntos clave sobre el carbón:

  • El carbón es un combustible fósil que se forma a partir de los restos de plantas antiguas que vivieron hace millones de años.
  • Hay cuatro tipos principales de carbón: lignito, subbituminoso, bituminoso y antracita, cada uno con diferentes propiedades y usos.
  • El carbón es una fuente de energía abundante y relativamente barata, lo que lo convierte en un combustible importante para la generación de energía, la calefacción y los procesos industriales.
  • La minería del carbón puede tener impactos ambientales y sociales significativos, incluida la alteración de la tierra, la contaminación del agua y los riesgos para la salud de los trabajadores y las comunidades cercanas.
  • Se están realizando esfuerzos para desarrollar tecnologías de carbón más limpias, como la captura y el almacenamiento de carbono, para reducir el impacto ambiental del uso del carbón.

Referencias

  • Bonewitz, R. (2012). Rocas y minerales. 2ª ed. Londres: DK Publishing.
  • Kopp, OC (2020, 13 de noviembre). carbón. Enciclopedia Británica. https://www.britannica.com/science/coal-fossil-fuel
  • Colaboradores de Wikipedia. (2021, 26 de octubre). Carbón. En Wikipedia, la enciclopedia libre. Recuperado el 09 de noviembre de 57, 1:2021, de https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Coal&oldid=1051971849