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 afecto 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.
Composición química del carbón
El carbón es un combustible sólido, en el que
intervinieron en su formación un proceso de descomposición. Para su formación
intervienen sobre todo los ácidos húmicos. Potonie considera que los carbonos
se pueden clasificar en:
- Sapropel tos o rocas de fermentación pútrida
- Rocas húmicas: debidas a la descomposición de las plantas
- Liptobiolitos
Los componentes
fundamentales del carbón son:
- Combinaciones hidrogenadas
- Combinaciones oxigenada
- Componentes nitrogenadas
- Combinaciones sulfuradas
Todas estas combinaciones tiene la particularidad que el
carbono se presenta en ellas formando una estructura bencénica (anillos).
Un carbón está compuesto por carbón, hidrogeno, oxigeno, nitrógeno, azufre
y agua
Número atómico: 6 |
Valencia:
2,+4,-4
|
Estado de oxidación:+4
|
Electronegatividad:
2,5
|
Radio covalente
(Å):0,77
|
Radio iónico
(Å):0,15
|
Radio atómico
(Å):0,914
|
Configuración
electrónica: 1s22s22p2
|
Primer potencial
de ionización (eV):11,34
|
Masa atómica
(g/mol):12,01115
|
Densidad
(g/ml):2,26
|
Punto de ebullición
(ºC):4830
|
Punto de fusión
(ºC):3727
|
COMPONENTES
Al examinar un
trozo de carbón se observa una masa heterogénea; algunas fajas de aspecto mate
y otras brillantes, separadas a la vez por venas de estéril.
Los componentes principales del carbón son: vitreno, clareno, dureno y fuseno.
- Vitreno: Es la parte negra, brillante y quebradiza del carbón.
- Clareno: Es negro y brillante, pero en menor cantidad que el vitreno.
- Dureno: Es el componente mate, gris oscuro, duro y resistente.
- Fuseno: Es la parte negra, blanda y polvorosa que tiende a romperse. No es coquizadle, 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:
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:
- En venas de estéril, que separan el carbón en capas, por las que se rompe con facilidad.
- En masas de pirita formando nódulos, o bien como escamas brillantes.
- En tabiques blancos perpendiculares al plano estratificación y que se componen de carbonatos de cal y de magnesia.
la ceniza es la materia inerte del carbón, cuyo exceso rebaja el poder
calorífico y disminuye, 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 convicción.
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.
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.
Oxigeno
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 coquizaste 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 amoniaco,
y más del 50% queda retenido en el coque. En otros tiempos, cuando el método de
recuperación de amoniaco tuvo importancia económica, la proporción de nitrógeno
del carbón era un dato estratégico, pero hoy, al obtener la mayor parte del
amoniaco 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.
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 precalentado 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.
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