importante

1. Fundamentos de Beneficio de Carbones
Juan Manuel Barraza Burgos, Ing. Qco, M.Sc., Ph.D.
Escuela de Ingeniería Química
Universidad del Valle, Cali-Colombia
Departamento de Química
Universidad de Cartagena, Cartagena-Colombia
25- 26 octubre de 2012

2. Presentación de Participantes
 Nombre y Apellido
 Experiencias en tecnología del carbón
 Expectativas del seminario

3. Contenido
 Abrebocas
 Introducción
 Características del carbón
 Preparación del carbón
 Beneficio del carbón
 Conclusiones

4. Abrebocas:
Proceso de beneficio de carbones según tamaño
de partícula

5. Beneficio de carbón a nivel mundial
 Aproximadamente 2 billones de toneladas/año se procesan en
plantas de beneficio de carbones a nivel mundial

6. Proceso de beneficio de carbones según tamaño
de partícula

7. Beneficio gravimétrico de carbones según
densidad relativa de separación

8. Beneficio basado en propiedades superficiales
de carbones

9. Contenido
Abrebocas
 Introducción
 Características del carbón
 Preparación del carbón
 Beneficio del carbón
 Conclusiones

10. Introducción
Consumo de energías a nivel mundial por fuente 1990- 2035

11. Introducción
Producción y consumo de carbón a nivel mundial
en 1999 y 2009. (Millones de toe)

12. Introducción
Países con las mayores reservas de carbón del mundo

13. Introducción
Países productores y consumidores de carbón del mundo

14. Introducción
Principales países exportadores de carbón del mundo

15. Introducción
Producción de carbón nacional por departamento

16. Contenido
Introducción
 Formación y tipos de carbones
 Características del carbón
 Preparación del carbón
 Beneficio del carbón
 Conclusiones

17. Formación y tipos de carbones
 Roca sedimentaria de origen orgánico,
formada a partir de restos vegetales
transformados por efectos combinados de la
acción microbiana, presión y calor.
 Formación en dos etapas bien definidas:
 Transformación bioquímica
 Transformación geoquímica

18. Estructura química orgánica de carbones

19. Proceso de carbonización

20. Proceso de carbonización

21. Transformaciones producidas durante la
carbonización
 Aumento progresivo del porcentaje en carbono.
 Disminución muy considerable (hasta carbones bituminosos
medios en volátiles) del porcentaje en oxígeno
 Disminución del porcentaje en hidrógeno. (carbón bituminoso
medio en volátiles a antracita).
 Disminución progresiva de las materias volátiles.
 Aumento del poder calorífico.
 Variación de las propiedades ópticas: Aumento con el rango de
la reflectancia y la anisotropía de la vitrinita.
 Aumento de la vitrificación y gelificación, conjuntamente con el
lustre y color.
 Disminución de la porosidad y aumento de la densidad, dureza y
resistencia mecánica.
 Aromatización y condensación de las estructuras moleculares.

22. Analisi proximo y poder calorífico de carbones según rango

23. Clasificación de los carbones
Parámetros de clasificación según ASTM:
 Carbon fijo (slmm) = 100*(FC-0.15S)/(100 – 1.08A -0.55S) en %
 Materia volatil (slmm) = 100 – carbon fijo (slmm) en %
 Poder calorífico (hlmm) = 100*(BTU – 50S)/(100 – 1.08A -0.55S)
 slmm : seco libre de materia mineral
 hlmm : humedo libre de materia mineral
 BTU : poder calorifico, Btu/lb

24. Clasificación de los carbones (ASTM)

25. Ejercicio: Clasificación de los carbones
Clasificar las siguientes muestras de carbón del
Cerrejon que tienen los siguientes análisis próximo
Analisis próximo de muestras -M60
Muestra 1 Muestra 2 Muestra 3
Humedad, % 8.59 6.14 8.96
Materia volátil, (% bs) 37.20 38.14 37.97
Cenizas, (% bs) 8.54 7.86 12.28
Carbón fijo, (% bs) 54.26 54.00 49.75
Poder Calorífico, btu/lb 13121 13302 12219
Azufre total, (% bs) 0.61 0.54 0.77

26. Análisis último de los carbones
Analisis mediato, último o elemental: Más detallado que el
próximo, requerido en la realización de balances de materia
(combustion). Análisis de elementos últimos
 Carbono: carbono fijo y carbono en MV
 Hidrógeno: hidrogeno en MV y agua
 Oxígeno: oxígeno en MV y agua
 Nitrógeno: presente en MV
 Azufre: azufre en MV (orgánico) y materia mineral
(inorgánico)
Determinación del análisis último: experimental en un CHN y
por correlaciones

27. Análisis último de los carbones
 Metodo de Diederichs: Requiere solo conocer
análisis próximo
 Se toman como combustibles MV y CF
 Se definen los siguientes parámetros (referido a
lb de material combustible)
Hc : % en peso de hidrógeno en el carbón
Vc : % en peso de MV en el carbón
Fc: % en peso de CF en el carbón
Cc: % en peso de carbono en el carbón
Nc: % en peso de nitrógeno en el carbón

28. Análisis último de los carbones
 Con los parámetros anteriores se utilizan las ecuaciones siguientes cambiándose
de base (por libra de material combustible, (CF+MV)
Fc = 100*CF/(CF + MV) y Vc = 100*MV/(CF + MV)
 Las ecuaciones empíricas de Diederichs (referidas a una libra de combustible)
son:
Hc = Vc(7.35/(Vc +10) – 0.013) (1) Para todos los carbones
Cc = Fc + 0.02Vc2 (2) Para antracitas
Cc = Fc + 0.9 (Vc –10) (3) Para semiantracitas
Cc = Fc + 0.9 (Vc –14) (4) Para bituminosos
Cc = Fc + 0.9 (Vc –18) (5) Para lignitos
Nc = 0.07 Vc (6) Para antracitas y semiantracitas
Nc = 2.10 –0.012Vc (7) Para bituminosos y lignitos
 Luego se cambia de base (por libra de carbón) multiplicando por la fracción de
material combustible (CF+MV)/100

29. Ejemplo de Análisis último de los carbones
 Análisis próximo de carbón:
 Humedad = 2.9%
 Cenizas = 5.4 % Carbón bituminoso
 MV = 17.7%
 CF = 74%
 Combustible: CF + MV = 91.7%
 Fc = 100*CF/(CF + MV) = 80.7% y Vc = 100*VM/(CF + MV) = 19.3%
 De (1) Hc = 19.3 (7.35/(19.3 + 10) – 0.013) = 4.59 lb H/lb combustible
 % H = 4.59 lb H / lb combustible* 0.917 lb combustible/carbón = 4.21 lb H/lb
carbón
 De (4) para carbones bituminosos : Cc = Fc + 0.9 (Vc –14) = 85.47
 %C = 85.47 lb C / lb combustible* 0.917 lb combustible/carbón = 78.38 lb C/lb
carbón
 Hallar % N, % S y % O ???

30. Ejercicio: Análisis último de los carbones
 Determinar el análisis último de las muestras
M1, M2 y M3

31. Contenido
Introducción
Formación y tipos de carbones
 Características del carbón
 Preparación del carbón
 Beneficio del carbón
 Conclusiones

32. Características de los carbones
Petrología del carbón
 Estudia el origen, composición y comportamiento
tecnológico de los materiales que conforman la roca de
carbón.
 Clasifica los carbones en dos grandes grupos:
 Carbones estratificados o húmicos: el constituyente
orgánico procede de restos vegetales terrestres.
 Carbones no estratificados o sapropélicos: el
constituyente orgánico procede de restos vegetales
subacuáticos.
Petros = roca
Logos = ciencia de

33. Litotipos del carbón
 El carbón es una roca sedimentaria, no homogénea,
que tiene una serie de vetas superpuestas.
 Podemos apreciar unos constituyentes litológicos
que son distintos entre sí.
 En una misma veta carbonífera se pueden presentar
distintas propiedades que son función de las masas
de restos vegetales y animales que se hayan
depositado y transformado, así como de los cambios
de composición química
Escala macroscópica

34. Macerales (Materia Orgánica) del carbón
(Microlitotipos)
Son restos vegetales macerados pero aún
reconocibles, que conforman la parte orgánica del
carbón
Los macerales no presentan una forma cristalina
característica, ni composición química constante y
su apariencia cambia con el rango.
Reseña Histórica
1919: Marie C. Stopes
(paleobotánica)
Establece bases de la
nomenclatura
petrográfica.
1935: Se incorpora el
término MACERAL
por analogía con los
minerales en las
rocas inorgánicas.

35. Origen de los Macerales del carbón
Según Comité Internacional de Petrología del Carbón (ICCP)

36. H/C y O/C de los macerales del carbón

37. Propiedades de los Macerales del carbón

38. Reflectancia a la vitrinita

39. Maceral vitrinita
Luz reflejada (Blanca) Luz Fluorescente (Azul)

40. Maceral Inertinita
Luz reflejada (Blanca) Luz Fluorescente (Azul)

41. Maceral Liptinita
Luz reflejada (Blanca) Luz Fluorescente (Azul)

42. Luz reflejada (Blanca) Luz Fluorescente (Azul)
???
??
Ejercicio: Identifique los siguientes
macerales

43. Minerales (Materia Inorgánica) en carbones
 Materia Mineral: componentes inorgánicos de la planta
precursora, materiales orgánicos , componentes
inorgánicos transportados al lecho de carbón
 Ceniza : Subproducto de la combustión, compuesta de
todos los elementos en el carbón excepto carbono,
hidrogeno, nitrógeno, oxígeno y azufre
 Formulas empíricas de Parr:

44. Afinidad de Minerales en carbones

45. Afinidad de Minerales en carbones

46. Minerales en carbones usando FTIR

47. Formas de azufre en carbones
 Piritico
 Orgánico
 Sulfato