Compendio de Fundamentos Sobre Carbones y Coques

CARBONES Y COQUES

EL CARBON1. DESCRIPCION Y DEFINICION1Nombre de la roca, mineral Tipo de roca Grupo mineral Sistema Cristalino Composicin qumica Cenizas Formacin Estructura Dureza Textura Densidad Color Brillo Propiedades

Carbn Sedimentario Combustibles fsiles Amorfo a Hexagonal Silicatos (base) Por destilacin seca de madera Madera seca Variable Poroso resistente Variable Negro y grisceo Variable Slido, ligero Produccin de energa trmica domstica e industrial, coque y carboqumica.El carbn que se convirti en diamante. Haba una vez un carbonero que regresaba de su trabajo con tres costales de carbn; en eso lleg un viejito y le dijo: tienes un pan que me regales? Y el carbonero contest: nada ms tengo uno y si te lo doy me quedo sin nada; entonces sigui su camino, pero se qued pensando: ese seor es ms pobre que yo!, por lo que regres y le regal el pan. El viejito le dio las gracias, adems de asegurarle que lo recompensara. Le dijo que no vendiera el carbn que llevaba en sus costales, que lo cerrara por tres das

Usos

Leyenda

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www.losminerales.com . CD de La Tierra. Encarta CD.

ING. M.Sc MARCO ANTONIO ARDILA B.

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CARBONES Y COQUES y al cuarto lo abriera. Siguiendo las instrucciones, el carbonero abri los costales al cuarto da y se encontr con lo que crea cuentas de vidrio, fue a la vidriera y le dijeron que eran diamantes. Su sorpresa fue que en verdad qued recompensado por la buena obra realizada.Definicin e historia

El carbn es un combustible slido, ligero, de color pardo o negro, principalmente vegetal. Se puede obtener directamente sometiendo la madera a un proceso de carbonizacin (combustin incompleta), o por extraccin en las minas, donde se encuentra desde las eras geolgicas como resultado de una larga transformacin. El uso del fuego por los antepasados, al utilizar el primer combustible la madera, descubrieron tambin el carbn vegetal. Al principio aprovecharon la lea semidescarbonizada que queda al apagar las hogueras, hasta que ms tarde aprendieron a obtenerlo en las carboneras. Aunque el modo de prepararlas vara segn las pocas y los pases, se hacen quemar cubiertos con lea verde, hierbas y tierra, dejando una abertura para la combustin. En la actualidad el carbn vegetal se obtiene en hornos continuos y por destilacin seca, y las tcnicas re cientes permiten aprovechar los gases desprendidos. Este carbn se emplea como combustible ligero y en la fabricacin de plvora negra, catalizadores y electrodos. El carbn mineral (o carbn de piedra) se encuentra en la corteza, en capas cuyo espesor vara de unos centmetros a ms de treinta metros. Los chinos fueron los primeros en utilizarlo unos 500 aos a.C., mientras que otras civilizaciones de la antigedad jams llegaron a conocerlo. Los griegos y los romanos lo emplearon a pequea escala. Su uso empez a alimentar las calderas de la mquina de vapor, siendo la Revolucin Industrial el punto de partida de la moderna minera del carbn. El carbn mineral que se extrae en la actualidad se emplea principalmente en las grandes ciudades termoelctricas, en la obtencin de coque metalrgico y en industrias carboqumicas, para la fabricacin de plsticos, desinfectantes, y productos farmacuticos. Es una fuente de calor extremadamente controlableCD de La Tierra Pgina de internet www.losminerales.com Encarta CD

Observaciones particulares Bibliografa y/o fuentes de informacin


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2.

ORIGEN2

El carbn es una roca metamrfica sedimentaria de origen vegetal, formado en cuencas lmnicas (intracontinentales) y parlicas (incursiones marinas). Su composicin es bastante heterognea constando principalmente de materia orgnica; contiene constituyentes minerales de las plantas a partir de las cuales se formo e inclusiones de otras materias orgnicas encerradas durante su formacin geolgica. Toda esta materia acumulada bajo la corteza terrestre a pasado por una fase bioqumica y geoqumica sometida a condiciones rigurosas de presin y temperatura, factores que a la vez definen sus propiedades fsicas tales como dureza, resistencia mecnica, anisotropa ptica y porosidad; la temperatura modific la composicin qumica del carbn.

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Lexique International de Petrografia des Charbon. Segunda Edicin. Paris, 1963. ING. M.Sc MARCO ANTONIO ARDILA B. 3

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Tomado de Introduccin a la Tecnologa del Carbn. Ingeominas 1986.

FIGURA 1. ETAPAS DEL CICLO DE FORMACION DE CAPAS DE CARBON a) Ambiente boscoso prximo o rea de subsidencia cubierta por aguas. b) Inicio de la formacin de la turbera. Invasin de aguas. c) El material de origen vegetal es cubierto por sedimentos. hundimiento del rea. Subsidencia o

d) El material de origen vegetal se transforma paulatinamente en carbn. Ambiente anaerbico. Hay emersin de los sedimentos y retiro temporal de las aguas. Se desarrolla nueva vegetacin.ING. M.Sc MARCO ANTONIO ARDILA B. 4

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3.

TEORAS DE LA FORMACIN DEL CARBNTeora de la Celulosa3 (Bergins, 1913). Transformacin de la celulosa al someterla a las condiciones geosinclinales de la formacin del carbn. 50(C6H10O5) ----- C263 H200 O26 + 37Co2 + 150H2O Tiempo estimado de la transformacin: 8 millones de aos.

Teora de la Lignita4 (Fisher y Schraeder, 1922).

PLANTASCelulosa Acido actico (CH3COOH) Acidos hmicos (contienen radicales CO2, CH4, Sust. Solubles en agua (alcoholes y cidos alifticos) Metoxilo CH3OH Acidos hmicos sin H 2O Huminas solubles en lcalis Lignina Ceras y Resinas

Bitmenes

CARBONBergins F. Die Anwendung hoher Dizucken bei chemischen Vorgangen und eine nachbildung der entstehung der kohle. Holle, 1913. 4 Fisher y Schraeder. Entstehung und chemiche struktur der kohle. Girardert, 1922. ING. M.Sc MARCO ANTONIO ARDILA B. 53

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Teora de Waksman5 (1938).

MATERIA

Celulosa, almidn, azcares , grasas Ataque por microorganismos CO2 H2O

Protenas, aminocidos Descomposicin por microorganismos NH3

Lignina

Cutculas exinas

No descompuestos

Acidos y alcoholes intermedios

NO2

CO2 H2O

Sustancias celulares de los Microorganismos

Ceras, grasas, hemicelulosa,, etc.

Protenas

Ncleos Hmicos

CARBON

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Waksman S.A. Humus origin chemical composition and importance in nature, Baltimore, 1938. ING. M.Sc MARCO ANTONIO ARDILA B. 6

CARBONES Y COQUES Teora de Enders6 (1943).

PLANTAS MUERTAS Maderas

Protenas

ANIMALES MUERTOS

Lignina

Celulosa y otros

Hidrlisis por microorganismos

Oxidacin microbacteria

Triosa (metabolismo anormal)

Metilglioxal

Aminocompuestos

Reacciones en disolucin acuosa

Precursores de los cidos hmicos pobres en nitrgeno

Precursores de los cidos hmicos ricos en nitrgeno

Otras reacciones de condensacin

Acidos hmicos verdaderos pobres en nitrgeno

Acidos hmicos verdaderos ricos en nitrgeno

Lignitos

CARBON

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Enders C. Angew Chemical. USA, 1943. ING. M.Sc MARCO ANTONIO ARDILA B. 7

CARBONES Y COQUES Teora de Flaig7 (1952).

Hidratos de carbono, protenas, lignina, cenizas CO2 Mineralizacin En: CO2, H2O y NH3

Aerbico

Aerbico anaerbico

Anaerbico

Tiempo Micro organismos Hidratos de carbono, protenas, ligninas, productos de descomposicin Humificacin Tiempo Temperatura presinFormacin de turba

Sustancias hmicas (cidos hmicos)

Creciente desaparicin de celulosa Formacin de lignitos Cambio creciente de lignina, productos intermedios, cidos hmicos

Formacin de hullas

Tendencia a: decrecimiento de O, H, N y crecimiento de C y aromaticidad

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FLAIG W. Y SCHULZE H. Z. Pflanzenernahr, Dug, u Bodenk,, Alemania, 1958. ING. M.Sc MARCO ANTONIO ARDILA B. 8

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4.

RANGO Y TIPO DE UN CARBON

Rango. Es el grado de evolucin alcanzado por un carbn desde el momento de su formacin hasta el estado actual. El aumento en el Rango conlleva las siguientes transformaciones fsico-qumicas: o o o o o o o Incremento del carbono Reduccin de Materias Voltiles Reduccin de O2 y H2 Menor retencin de humedad Incremento en la dureza Mayor reflectancia de la Vitrinita Mayor poder calorfico

Tipo de un Carbn. Lo define el tipo de vegetacin del cual se originaron como hojas, esporas o algas; adems, las condiciones de su transformacin

5.

CLASIFICACION

La clasificacin determina los parmetros de calidad y las caractersticas de los carbones; a su vez, normaliza los valores ptimos para una aplicacin especifica.

5.1

Segn el Rango. Los carbones se clasifican en:

Turbas. Producto de la primera etapa del proceso de descomposicin de los restos vegetales por accin de bacterias aerbicas, a nivel superficial y anaerbicas (reductoras), en las profundidades. Se extrae en forma de lodos, se beneficia secndola, pero es altamente higroscpica. Las propiedades ms importantes : Color pardo al negroING. M.Sc MARCO ANTONIO ARDILA B. 9

CARBONES Y COQUES Densidad 0.2 1.1 g/cm3 Temperatura de inflamacin 230C Arde con llama larga y humeante Cenizas, 12 30% Poder calorfico, 3400 a 4000 Kcal/kg. Las principales aplicaciones son en briqueteado, coquizacin de baja temperatura (150 600C) y gas de gasgeno.

Lignitos. En su mayor parte son resultado de la transformacin de turberas. Se definen como carbones terrosos o xiloides, con contenidos de humedad hasta del 60% y poderes calorficos apenas superiores a las turbas. Los ms evolucionados (lignitos negros) pueden alcanzar color negro brillante. Tratado con sustancias alcalinas produce cidos hmicos. Secos son muy oxidables y susceptibles de inflamarse expontneamente, son autoaglomerantes; especialemte los pardos. Las propiedades ms importantes : Color pardo al negro brillante Densidad 1.2 1.14 g/cm3 Temperatura de inflamacin 250 - 450C Arde con llama larga y muy humeante Cenizas, 10 25% Poder calorfico, 3700 Kcal/kg. (prom)

Las principales aplicaciones son Combustible de hogar, extraccin de betunes (benzol), destilacin a baja temperatura (500C) para obtener alquitrn, del cual a la vez se obtiene gasolina, gas oil, aceites ligeros y pesados, aceites combustibles, etc. En briqueteado, en combustin (pulverizado), en semicoques y para carbn activado, entre otros.

Hullas. Provienen de la evolucin de los lignitos. Se describe como una masa amorfa, densa, de estructura fibrosa o pizarroza no mancha los dedos, tiene fractura vtrea y bajos voltiles. Las propiedades ms importantes : Color pardo al negro brillante o mate Densidad 1.2 1.3 g/cm3 Temperatura de inflamacin 300 - 350C Arde con llama larga y poco humeante Cenizas, 6 15% Poder calorfico, 3700 Kcal/kg. (prom)ING. M.Sc MARCO ANTONIO ARDILA B. 10

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En trminos generales, las hullas se usan en generacin trmica, en procesos de gasificacin, en calefaccin de fraguas o forjas, coquizacin de alta temperatura, briqueteado y combustin domstica.

Antracitas. Es el producto final de la evolucin del carbn (Turba Lignito Hulla Antracita). Las propiedades ms importantes : Color negro brillante Densidad >1.3 g/cm3 Temperatura de inflamacin 350C Arde sin humo Cenizas, 4000 Kcal/kg. (prom)

5.2 Clasificacin segn su aplicacin. Los carbones segn su aplicacin se clasifican en: Carbones trmicos: La propiedad ms importante en estos carbones es el poder calorfico. Se usan en combustin directa para la produccin de vapor en la generacin de energa elctrica, entre sus ms importantes aplicaciones. Carbones para coquizacin: Las propiedades ms importantes en estos carbones son: el contenido de materias voltiles, la dilatometra y la plastometra. Se emplean en la produccin de coque, ya sea de forma unitaria o en mezclas.

o

Segn el contenido de materias voltiles, los carbones coquizables se clasifican as: Tipo de carbn Bajo voltil Medio voltil Alto voltil % M.V 14 a 22 22 a 31 31 o ms Grado Coquizacin Bajo Mediano Alto


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5.3 Clasificacin internacional por Rango. A nivel Internacional la ASTM clasifica los carbones por Rango segn la siguiente tabla: Clasificacin de los carbones por Rango, segn Norma A.S.T.M. D 388CLASE GRUPO CARBONO % 98 92 86 78 69 FIJO < -98 92 86 78 69 MATERIA VOLATIL % < -2 2 8 8 14 14 22 22 31 31 7780 7220 6380 5830 5830 5280 4610 3500 7780 7220 6380 6380 5830 5280 4610 3500 AGLOMERANTE NO AGLOMERANTE NO AGLOMERANTE COMUNMENTE AGLOMERANTE PODER CALORIFICO Cal / g. < --CARCTER AGLOMERANTE AGLOMERANTE

1. Meta Antracita I. ANTRACITA 2. Antracita 3. Semi Antracita 1. Bituminoso Bajo Voltil 2. Bituminoso Medio II. Voltil BITUMINOSO 3. Bituminoso Alto Voltil A 4. Bituminoso Alto Voltil B 5. Bituminoso Alto Voltil III. SUBBITUMINOSO IV. LIGNITO

FUENTE : American Society for Testing and Materials.

6.

CARACTERIZACION DE LOS CARBONES

La caracterizacin de los carbones es el resultado de la cuantificacin de sus propiedades. Estos valores se obtienen por medio de pruebas normalizadas, registradas en diferentes normas, entre ellas las mas aplicadas para Amrica son la ASTM (American Society for Testing and Material) y la ISO (International Organization for Standarization); homologadas en cada caso.


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6.1

MUESTREO DE CARBONES

El objetivo de un muestreo de carbones, es obtener una muestra representativa de una unidad de muestreo, de tal manera que la distribucin y proporcin de sus variables fsicas, qumicas y petrogrficas sean equivalentes a esa unidad de muestreo. Un muestreo adecuado permite evaluar o conocer entre otros los siguientes resultados: Caracterizar fsica, qumica, petrogrfica y tecnolgicamente los carbones. Conocer la variabilidad de los diferentes parmetros de calidad analizados. Planificar las etapas de desarrollo y produccin de proyectos mineros. Definir usos industriales y tecnolgicos del carbn. Realizar contratos de compraventa Identificar problemas de tipo ambiental durante la produccin, manejo, procesos de beneficio y utilizacin del carbn.

Componentes de la varianza de un resultado analtico La heterogeneidad de los mantos de carbn, hacen que la escogencia de muestras al azar, no sean igualmente representativas del Manto de carbn y pueden variar considerablemente de una muestra a otra. La variabilidad de los resultados analticos, esta basada fundamentalmente en el mtodo y cuidado con el que se realice el muestreo.


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Factores de Varianza en Resultados de Anlisis

Tipos de Muestreo. Los tipos de muestreo de los carbones se pueden clasificar de acuerdo con las siguientes etapas:Durante la fase de exploracin y desarrollo Durante la operacin minera Muestreo de columna Muestreo de canal Muestreo de perforacin

TIPOS DE MUESTREO

Muestreo en bandas transportadoras Muestreo en Volquetas, vagones y camiones Muestreo en pilas y barcos De uso industrial Para uso cientfico Para caracterizacin petrogrfica Para caracterizacin palinolgica Para caracterizacin qumica Para caracterizacin fsica Para propsitos educativos

Para propsitos especiales (Muestras para objetivos) especficos)

Esquema de los diferentes tipos de Muestreo.


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Ficha para Identificacin de Muestras


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Preparacin y Cuarteo

Diagrama para preparacin de Muestras.


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7.

ANALISIS

7.1 Prximos o Inmediatos. Son los primeros anlisis que se le hacen a los carbones para caracterizarlos y definir su clasificacin. Estos son: Humedad: Se define como la cantidad de agua contenida dentro y sobre la superficie del carbn. Se determina segn la Norma A.S.T.M. D3173. La humedad provoca siempre una prdida de caloras en cualquier caldera u horno, pues entra al hogar en forma lquida y sale como vapor, reduciendo el calor til liberado por el combustible. Altos contenidos de humedad afectan negativamente los sistemas de manejo y preparacin del carbn, ocasionando atascamientos en tolvas y reduccin en el rendimiento de los trituradores, especialmente si va acompaado de un alto contenido de finos. En los diferentes tipos de parrillas, cierto contenido de humedad es necesaria, porque acta como acelerante del proceso de combustin (mejorando la reactividad del carbn), lo que favorece un quemado uniforme y un lecho regular. Contrariamente, la presencia de una humedad muy alta retrasa el encendido del carbn, dando lugar a que no exista suficiente tiempo, para su consumo total siendo evacuado parte de l con las cenizas.

Cenizas: Es el residuo no combustible resultante de la descomposicin de la materia inorgnica y orgnica en el proceso de combustin. Se determina segn Norma A.S.T.M D3174.

Materias Voltiles: Son los productos, excluyendo la humedad, que son liberados durante el calentamiento (y no combustin) en forma de gases y vapores. Se determina segn la Norma A.S.T.M. D3175. Este anlisis es factor determinante en el proceso de coquizacin.

Carbono Fijo: Es el contenido de carbono (C) elemental disponible para reaccionar un proceso. Este contenido es funcin directa del Poder Calorfico de un carbn y se determina bajo la Norma A.S.T.M. D3172.ING. M.Sc MARCO ANTONIO ARDILA B. 10

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Poder Calorfico: Representa la energa de combustin del carbono e hidrgeno en la fraccin orgnica y el azufre tanto orgnico como pirtico, generalmente se expresa en Unidades Trmicas Britnicas (BTU) por libra. Se determina segn Norma A.S.T.M D2015.

7.2 Elementales. Comprende la medicin de Carbono, Hidrgeno, Nitrgeno, Azufre y Oxgeno por diferencia. Este anlisis se emplea en general para los siguientes propsitos: Clasificacin de Carbones, Balances trmicos en hornos y calderas y determinacin terica del Poder Calorfico.

Carbono e Hidrgeno: Este ensayo determina los porcentajes totales de carbono e hidrgeno en los carbones analizados, e incluye el carbono de los carbonatos y el hidrgeno de la humedad y el agua de hidratacin de los silicatos. Se determinan segn la norma A.S.T.M D3178.

Nitrgeno: Es el nico elemento del carbn que aparece en forma netamente orgnica sus concentraciones varan entre el 1 y el 2%. Se determina segn la norma A.S.T.M D3179.

Azufre: El azufre est presente en el carbn como azufre pirtico, orgnico y sulfato. La suma de los tres (3) da el azufre total Se determina segn la norma A.S.T.M D3177 o D4239.

7.3 Tecnolgicos: Son los procedimientos analticos de laboratorio que se utilizan para distinguir los carbones segn su comportamiento en los usos comerciales. Para conocer el comportamiento del carbn en condiciones similares a las encontradas en las Plantas de Coquizacin se efectan los anlisis de Dilatometra, Plastometra y GrayKing.


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Las propiedades aglutinantes que afectan la aptitud del carbn de aglomerarse durante la coquizacin se determina mediante los ensayos de Indice de Hinchamiento Libre (F.S.I. : Free Swelling Index) o Indice de Roga.

Plastometra: Es la tendencia del carbn a fundirse o a ablandarse, llegando al estado lquido al ser calentado; ste mtodo da una medida relativa del comportamiento plstico del carbn por medio de la aplicacin de un torque constante sobre un agitador ubicado dentro de un crisol el cual contiene la muestra del carbn; la fluidez se mide por la velocidad de rotacin del agitador en divisiones del dial por minuto (d.d.p.m). Se determina segn la norma A.S.T.M D2639.

P LA S T O M E T R IA M 7 C O N T R A M UES T R A

10000 3 53 5 19 0 5 1000 605 178 100 27

20 10 5

1

1

1

T EM PER A T U R A ( ) C

Ejemplo de una Curva de Plastometria

Dilatometra: Este mtodo cubre las pruebas de laboratorio a gran escala para obtener informacin sobre la expansin y contraccin de un carbn o mezclas de carbones durante la carbonizacin bajo condiciones especficas. Es aplicable en la examinacin de carbones o mezclas de carbones para la produccin de coque. Se determina segn la norma A.S.T.M D5515.


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DILATOMETRIA MEZCLA 2.340 35 30 25 % Dilatometrico 20 15 10 5 0 0 -5 -10 Tem peratura ( C) 100 200 300 400 500 600

Ejemplo de una curva Dilatomtrica

Indice de hinchamiento (F.S.I.) En este mtodo se mide el incremento en volumen de un carbn cuando se calienta sin restriccin bajo condiciones especficas. El incremento de volumen est asociado con las propiedades plsticas y por lo tanto es til para evaluar caractersticas de coquizacin. Los resultados tambin pueden usarse tambin como un ndice de las caractersticas de aglutinacin del carbn cuando se emplea como combustible. Este ensayo no se recomienda como mtodo para la determinacin de la expansin de carbones en hornos de coque. Se determina segn la norma A.S.T.M D720.


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FIGURA 2. PATRONES PARA INDICE DE HINCHAMIENTO.

Fusibilidad de Cenizas: Este mtodo cubre la observacin de las temperaturas a las cuales los conos preparados de cenizas de carbn y/o coque alcanzan y pasan a travs de ciertos estados definidos de fusibilidad y fluidez, cuando se calientan a una velocidad especfica en atmsferas controladas oxidantes o reductoras. El mtodo es emprico y es necesaria la estricta observacin. Se determina segn la norma A.S.T.M D1857.

7.4 Estructurales: Este tipo de anlisis permite determinar la formacin estructural y los constituyentes microscpicos o macerales y macroscpicos o litotipos del carbn. Petrografa: Se basa en el estudio de los grupos de macerales: Vitrinita, exinita e inertinita a travs de los anlisis de macerales y anlisis de Rango o reflexin de la Vitrinita. Permite establecer con mayor precisin el comportamiento del carbn en sus diferentes aplicaciones. Sin embargo, aunque es ms efectivo, es tambin ms compleja su ejecucin e interpretacin y ocasiona mayores costos. Se determina segn la norma A.S.T.M D2798 y A.S.T.M. D2799.

8. BENEFICIO DEL CARBON Proceso fsico y/o qumico de separacin del carbn, de acuerdo a su contenido de impurezas, para obtener una parte til para el mercado. Sus objetivos son:ING. M.Sc MARCO ANTONIO ARDILA B. 14

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Mejorar la calidad Mejoramiento en el precio de venta Reducir sus contaminantes ambientales Reducir costos por transporte Reducir perdidas en combustin y otros procesos del carbn

En un proceso de beneficio se pueden obtener dos o tres productos: Carbn limpio y estril, o, carbn limpio, mixtos y estriles. Generalmente, la limpieza de los carbones se hace con tcnicas fsicas, las cuales pueden remover la materia distinta del carbn, tales como la roca y el azufre pirtico, utilizando la diferencia de densidades (Drewboy, Tambor Wenco, Espirales, Ciclones) o las variaciones en las propiedades superficiales (Celdas de flotacin). Los procesos de beneficio del carbn estn encaminados a mejorar su calidad y preservar el Medio Ambiente, lo cual ha conllevado a desarrollar Tecnologas Limpias.

8.1 TECNOLOGIAS LIMPIAS

Precombustin + Limpieza fsica: Basada en propiedades fsicas como: color, tamao, dureza, densidad, Tensin superficial. Limpieza manual (color y tamao) Granulometra (distribucin de tamao vs cenizas y azufre) Quebrantador rotatorio (dureza carbn vs dureza de la ganga) Pulsadora JIG (gravedad, peso especfico) Drewboy (Densidad del carbn vs densidad de la ganga en medio denso) Flotacin en espumas (Tensin superficial) + Limpieza qumica: Basado en las propiedades qumicas de los compuestos sulfurados presentes en el carbn. + Limpieza Biolgica: Desulfuracin utilizando bacterias.

Combustin Remueve los contaminantes durante el proceso de combustin.ING. M.Sc MARCO ANTONIO ARDILA B. 15

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Postcombustin Implica la limpieza de los gases de combustin, antes de ser descargados a la atmsfera.

9.

COQUIZACION

La coquizacin es el proceso artificial de carbonificacin del carbn y eliminacin de la materia voltil, por calentamiento en ausencia de oxgeno.

9.1 TECNOLOGIAS DE PRODUCCION DE COQUE A nivel industrial se aplican cuatro tipos de tecnologas para la fabricacin de coque: Hornos Hornos Hornos Hornos verticales solera colmena pampa.

Hornos verticales con recuperacin de subproductos. El proceso de coquizacin ms utilizado en la actualidad en el mundo para la fabricacin de coque de alta calidad es el denominado de Hornos Verticales. La instalacin completa consta esencialmente de tres secciones a saber: a) Una destinada al recibo, manejo y preparacin de los diversos carbones que se utilizan para conformar la mezcla que se carga a los hornos. b) Una batera, la cual esta constituida por un conjunto de hornos verticales, colocados uno a continuacin del otro, pero separados entre s por una pequea cmara de combustin. c) Una seccin donde se separa el gas del coque, una serie de compuestos que es necesario remover para que este gas pueda circular por las diversas tuberas y equipos (caso del alquitrn y naftalina) y adems se separan algunos otros compuestos de cierto valor comercial, como el amoniaco, el cido sulfdrico, los benzoles, toluoles y xiloles.ING. M.Sc MARCO ANTONIO ARDILA B. 16

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Se utiliza una mezcla de carbones de buenas propiedades coquizables, si sta se tritura a un tamao en que el 80% sea inferior a 3.2 mm y se controlan las principales variables de operacin, tales como la densidad de carga y temperatura y tiempo de coquizacin, los hornos verticales producen las mejores calidades de coque que puedan obtenerse. La principal limitacin que afecta esta tecnologa es la elevada inversin inicial, la cual en estos momentos se sita en el orden de los 350 dlares por ton. de coque producido por ao. La segunda limitacin surge del hecho de que este tipo de hornos, una vez entran en operacin, no pueden apagarse, ni trabajar a temperaturas bajas, pues existe el riesgo de que se produzcan daos irreparables en el ladrillo de slice, del cual estn construidas las paredes de los mismos.

Esquema de un planta de Coquizacion de Hornos Verticales.

Hornos de Solera. Son hornos de seccin rectangular con bveda cilndrica. Se caracterizan porque en la parte interna de cada muro se localiza una serie de conductos, los cuales se comunican con el piso o solera. Los gases generados durante el proceso de coquizacin son obligados a circular por la solera, donde se inyecta aire para su combustin. Los productos gaseosos deING. M.Sc MARCO ANTONIO ARDILA B. 17

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esta combustin transfieren su calor sensible tanto a la solera como a las paredes y de aqu a la masa de carbn, para realizar la coquizacin en 24 horas. La capacidad de estos hornos vara entre 5 y 6 ton. de carbn y se obtienen producciones que oscilan entre 3 y 4 ton. de coque, dependiendo de la cantidad de carbn cargado. El rendimiento real de coque es del 62% aproximadamente. Si se cargan mezclas coquizables adecuadas, se obtiene una granulometra satisfactoria y se controlan los principales parmetros de operacin. Los hornos de solera producen buenas calidades de coques siderrgicos : M40 entre 76 y 78 y M10 entre 8 y 10% La principal limitacin de los hornos de solera es su baja capacidad, la cual no supera las 4 ton. por da. Una segunda limitacin la constituye el hecho de no poder recuperar ningn subproducto del proceso de coquizacin aunque sera factible utilizar el calor en procesos de cogeneracin.

Esquema de un Horno de Solera


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Esquema de un Horno de Solera con Sistema de Recuperacin de Energa

Hornos Colmena. Bsicamente consiste en una cmara semiesfrica con una bveda en forma de domo. El dimetro interno oscila entre 2.5 y 3m, mientras que las alturas varan entre los 3 y 3.5 m. Los hornos se cargan hasta una altura de 50 - 60 cm, lo cual corresponde a una carga de 3.5 a 4 ton. de carbn, para una produccin de 2 a 2.5 ton. de coque. El rendimiento real de estos hornos oscila entre el 56 y el 58%. El coque fabricado en hornos de colmena a partir de mezclas coquizables adecuadas y teniendo esta una granulometra satisfactoria, es de relativamente buena calidad. Una de las mayores limitaciones de los hornos de colmena lo constituye su baja capacidad, ya que los de mayor tamao solamente alcanzan a producir alrededor de 3 ton. de coque. Una segunda limitacin lo constituye el tiempo de coquizacin de 48 horas. La tercera la constituye el hecho de tener que descargar a la atmsfera gases y productos de combustin altamente contaminantes.


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Esquema de un Horno de Coquizacion Tipo Colmena

Hornos de Pampa. Los hornos de pampa constituyen la versin ms rudimentaria y obsoleta de todos los tipos de hornos utilizados para la fabricacin de coque. Consisten esencialmente de un piso horizontal de ladrillo y paredes laterales construidas en el mismo material. En los extremos del horno existen puertas para el cargue del carbn y descargue del coque. Estas puertas se sellan luego de cargado el horno. Los hornos vacos se calientan quemando maderas o llantas y cuando se alcanza la temperatura requerida se cargan y se cubren con arena o finos de coque. El apagado se realiza por asfixia con tierra. El proceso de coquizacin dura entre 15 y 18 das, dependiendo del tamao del horno. El rendimiento de coque a carbn es del 50% aproximadamente, debido al tiempo de coquizacin excesivamente largo. El coque producido en estos hornos es de baja resistencia y por ello su uso esta restringido al secado de granos y de arroz. La principal limitacin de los hornos de pampa es su tiempo de coquizacin excesivamente largo (15 das o ms), lo cual conduce a una productividad muy baja. La segunda limitacin de estos hornos la constituye la baja resistencia del coque producido, lo cual limita su utilizacin a unos pocos usos. Una limitacin adicional la constituye el hecho de contaminar un rea muy extensa, en razn de la gran superficie que ellos ocupan.ING. M.Sc MARCO ANTONIO ARDILA B. 20

CARBONES Y COQUES

Por las anteriores razones no es recomendable bajo ningn punto de vista mantener en operacin este tipo de hornos. Es recomendable impedir su operacin en el pas.

Comparativo de Produccin entre los diferentes Hornos:

TIPO PAMPA COLMENA SOLERA VERTICAL

t carbn / t coque 2/1 1,5 / 1 1,45 / 1 1,4 / 1

9.2 CARBONES PARA PRODUCCION DE COQUE

La aceptacin de un carbn para la fabricacin de coque depende de varios factores relacionados con sus caractersticas fsicas y qumicas, como de su disponibilidad econmica. No todos los carbones bituminosos pueden producir coque, as como no todos los carbones coquizantes pueden dar origen a una masa porosa y resistente, caracterstica de un coque de buena calidad. En la actualidad el uso de un solo tipo de carbn est bastante restringido y se utilizan ms bien, las mezclas de aquellos carbones cuyas caractersticas se complementan en una forma tal que posibiliten la obtencin del coque deseado.

Carbn Coquizante. Carbn que por s solo produce coque, cuando es sometido a mtodos convencionales de descomposicin trmica en ausencia de aire.

Carbn Coquizable. Aquel que por s solo no produce coque, pero que en mezclas con carbones coquizantes o empleando otros procedimientos no convencionales puede producir coque.


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10. CONTROL DE CALIDAD DE CARBONES PARA COQUE

Parmetros Tpicos de Calidad en la manufactura del coque. Humedad Total: (BCR). Ceniza: Matera Voltil: - 31% (AV) (BLMM) Azufre Total: Fsforo (P2O5): FSI: Indice de Roga: Dilatometra Audibert Arnu : 5% - 10% (Deseado). 12%(Mximo)

6% - 8% (Mximo) (BS) 16% - 21% (BV), 21% - 26% (MV) 26%

0.6% - 0.8% (Mximo) 0.1% Mximo (BS) 7 9 (6 Mnimo) 60 90 (50 mnimo) 25% - 70% (BV), 80% - 140% (MV), 150% - 350% (AV). >80C (BV), >130C(AV). G6 G14 (G4 G5, mnimo).

Plastometra, (Fluidez T3-T1) : Tipo de coque, Gray - King:

Especificaciones de la ASTM Y DE LA EPA Humedad: Pto Fusin Ceniza: Cenizas: Azufre: Menor o igual al 4% Mayor a 1200C Menor al 9% (carbn seco) Menor al 1.0% en coque seco para gas


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Menor al 1.0% en coque seco para hornos Menor al 1.0% en coque seco para fundicin

11.

MEZCLAS

Para hablar de mezclas de carbones Coquizables, es importante tener en cuenta las caractersticas de estos, que permiten obtener un coque de buena calidad. Tales caractersticas son : Formacin de aglomerados. El carbn debe aglomerarse al ser calentado en ausencia de aire y debe presentar un alto porcentaje de C.F. Esto depende en parte de la accin del calor en estas condiciones. Coquizacin o aglomeracin. La presenta un carbn cuando es suave y eventualmente se solidifica formando un coque ms o menos slido. Si el carbn se demora al calentarse o forma una masa dbilmente coherente se denomina no coquizable. Formacin de estructura celular. El carbn debe tener caractersticas propias en la formacin de estructura celular y el grado de carbn definido por la proporcin de azufre y cenizas tanto en el carbn como en el coque resultante. O sea el carbn no debe tener ms del 1.55% de azufre y el 8% de cenizas. Contenido de Materia Voltil. Cuando el contenido de MV del carbn vara entre el 23 y el 32% el rendimiento del coque metalrgico aumenta de una manera importante. En cambio otros carbones de MV bajas al ser muy compatibles con las buenas propiedades de coquizacin produce coque pero de muy baja calidad. Generalmente los carbones bituminosos presentan las mejores caractersticas de un carbn coquizable. El coque puede ser de muy buena calidad siempre y cuando provenga de un buen carbn. La prctica corriente es usar dos o ms carbones para producir un coque satisfactorio y que funcione muy adecuadamente en el Alto Horno. Para la preparacin de mezclas, hay que tener en cuenta que no existen reglas absolutas para construir una mezcla conveniente ni un criterio de laboratorio cierto nico, que permita afirmar, que una mezcla determinada diaria buenos y concretos resultados.


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Es de resaltar que de acuerdo con la magnitud del volumen de informacin necesaria en el proyecto y el corto tiempo con que se cuenta para la realizacin del mismo, se hace necesario contar con equipos que nos suministren tales datos con exactitud, rapidez y eficiencia.

10.1 Preparacin de Mezclas.

La amplia gama de tipos de carbn coquizable, el diferente comportamiento de los carbones en la coquizacin, dan como resultado diferentes clases de coque, hay una necesidad casi absoluta para preparar las mezclas de carbn para la obtencin de un coque uniforme y estable con caractersticas metalrgicas bien definidas. Los objetivos buscados para la preparacin de una buena mezcla son los siguientes: a) Dosificacin correcta de los constituyentes : Es la parte ms importante de la preparacin ya que la dosificacin rige evidentemente la composicin de la mezcla, lo cual influye directamente en la calidad del coque. Es el punto clave y el que necesitar tal vez la inversin ms grande de toda la lnea de preparacin, pero a la vez es el pilar para obtener la mezcla deseada y de composicin estable. Existen varios tipos de sistemas dosificadores, cuya precisin puede variar entre 1 y 10%. Someramente se pueden clasificar en dos tipos : Los dosificadores volumtricos y los dosificadores ponderables. Los primeros son mucho ms sencillos y fciles de construir y, por consecuencia ms econmicos. Los dosificadores del segundo tipo son ms complejos ; tienen un sistema de deteccin (de masa o velocidad) y regulacin, que los hace difciles de adquirir y por consiguiente, de mayor costo. b) Molienda apropiada de los carbones : La molienda permite, por una parte, realizar una mezcla ms ntima, y ms regular, de los constituyentes de la pasta para el coque, y, por otra parte, mejora la calidad del mismo. Por lo menos, es importante rebajar al mximo la proporcin de granos de tamao mayor de 2 o 3 mm. teniendo en cuenta que se trata de buenos carbones para coque y que el propsito de la carbonizacin es lograr coque metalrgico.

c) Homogeneizacin conveniente de la mezcla final d) Control cuidadoso de la fabricacin de esa mezcla


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e) Almacenamiento de la mezcla. ?

DISEO DE MEZCLAS TERNARIAS

Este sistema pretende encontrar la mejor mezcla de tres carbones destinados a la coquizacin por procedimientos grficos y de modo relativamente emprico

Ao Z1 100 Z % de carbn A

d Y y

b % de carbn B

O C 100 X x

100 B

Diagrama ternario para mezclas de Carbones Coquizantes

Refirindonos a una mezcla ternaria, es sabido que si por un punto interior de un tringulo equiltero orientado ABC se trazan las paralelas MX, MY y MZ a los lados AB, BC y Ca, respectivamente, la suma de los segmentos x, y, z, medidos sobre los lados y contados a partir de los vrtices, es igual al lado del polgono de la figura 1. Si este lado equivale a 100 unidades, el punto M representa una mezcla de los tres carbones, constituida por: x% del carbn C1; % del carbn A1 y z% del carbn B. Dando a K un valor suficientemente grande, las rectas que unen el vrtice B con los puntos de lado CA correspondientes al valor de K1 cortan a todas las paralelas a dicho lado, que entonces resulten del mismo valor de K1 en los puntos representativos de mezclas ternarias cuyas composiciones se pueden hacer variar por incrementos tan pequeos como se quiera. Determinando en cada mezcla el valor del parmetro escogido para caracterizar sus propiedades coquizantes e indicando este valor sobreING. M.Sc MARCO ANTONIO ARDILA B. 25

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cada punto, se podrn representar grficamente los resultados obtenidos sin ms que unir convenientemente los puntos en los que el parmetro alcance igual magnitud. Las curvas ISO VALOR as trazadas, permiten extender a mezclas no ensayadas efectivamente los resultados obtenidos de la coquizacin de las elegidas. DISEO DE MEZCLAS POR MODELOS MATEMATICOS

METODO U.S. STELL CO. ILLIONS STATE GEOLOGICAL SURVEY

AUTOR Shapiro, Gray, Eusner Harrison, Jackman

TIPO Reactivos inertes R/I

PAIS U.S.A U.S.A

CONSOLIDATION COAL

Consol

R/I

U.S.A

BETHLEHEM STEEL INDALD STEEL AUSTRALINO

Thomson Benedict Kaegi Brown, Taylor, Cook. Brown y Taylor Cook y Wilson Smith Gibson Simonis, Mackoscky Miyasu Munix Damiani, Conti et AL. Sirgado, Verduras

R/I R/I R/I R/I R/I R/I Dilatom. Dilatom. Petrograf. Plastom. Petrograf. Plastom. R/I Petrograf. Plastom. Petrogra. Plastom. Petrogra. Plastom

U.S.A U.S.A Australia

NATIONAL COAL BOARD NATIONAL COAL BOARD BERGBAU- FORSCHUNG NIPON KOKAN K. CENTRE DE RECHERCHES METALLURGIQUES. CRM ITALSIDER ENSIDESA ALGOMA STEEL STEIN-SMITH

Inglaterra Inglaterra Alemania Japn Belgica Italia Espaa Canada Surfrica

Stein. Smith

?

DISEO DE MEZCLAS EMPIRICAS

Las mezclas empricas se han venido desarrollando durante muchos aos, basndose en las proporciones de carbn de alto, medio y bajo voltil y los resultados obtenidos en la calidad del Coque. Una proporcin promedio pude ser del orden del 50% de HV, 30% MV y 20% BV.


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Control de Calidad de Mezclas. Las propiedades a evaluar son las mismas de los carbones usados en la mezcla y sus valores corresponden al promedio de la sumatoria de las proporciones mezcladas.

VARIABLES DEL PROCESO DE COQUIZACION En la produccin de coque siderrgico o de fundicin de altas especificaciones y de calidad uniforme, es necesario determinar las caractersticas fisico-qumicas, plsticas y petrogrficas de los carbones, as como las variables operacionales. El anlisis conjunto de las variables permitir realizar una mejor prediccin de la calidad del coque. Las variables operacionales que se consideran de mayor incidencia en la calidad del coque producido son: granulometra, densidad de carga, temperatura y tiempo de coquizacin, ancho de la celda, humedad y envejecimiento de los carbones durante el almacenamiento.

Granulometra. Generalmente se acepta que una granulometra fina mejora la calidad del coque producido. En Francia la mayora de las coquerias emplean una granulometra simple entre 65-90%< 2 mm, a menudo se establece que el 80% sea menor de 2 mm. En Estados Unidos se exige entre 70-80% menor de 2mm. Una trituracin fina mejora el micum 40 y el micum 10, excepto si el carbn es poco fusible, el efecto de la trituracin fina es ms acentuado cuanto ms componentes tiene la mezcla.

Densidad de Carga. La densidad de carga expresa la relacin entre la masa del carbn cargada y el volumen de la cmara, limitada por la altura de la nivelacin. Los factores que ms afectan la densidad de carga son la granulometra y la humedad, la calidad del coque depende de ambos factores. La densidad de carga puede ser incrementada por la adicin de aceites o por el apisonamiento de la mezcla, el cual puede incrementar la densidad entre 35-40%, generando un coque ms grueso y de mejor micum 10. La densidad de carga en base seca disminuye cuando la humedad aumenta. Un aumento de humedad disminuye la velocidad de calentamiento, siendo los carbones poco fusibles los ms afectados por este factor.ING. M.Sc MARCO ANTONIO ARDILA B. 27

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Temperatura de coquizacin. La temperatura de coquizacin es un parmetro operacional, que influye drsticamente en la calidad del coque obtenido. Es decir, que a medida que se incremente la temperatura de coquizacin se obtendr un coque de mejor calidad. Sin embargo, altas temperaturas tampoco son deseables, debido a que pueden originar la requema del coque y disminuir las caractersticas del coque producido. Si se controla la presin del gas, el tiro de chimenea y la cantidad de aire suministrado, se podr producir un calentamiento uniforme y a la temperatura deseada. El calor de cada horno debe ser controlado, as como las condiciones individuales de las cmaras de combustin. La temperatura de coquizacin est relacionada directamente con la marcha del horno indicada por el operador de batera y por la velocidad de calentamiento deseada. La temperatura de coquizacin generalmente se estipula entre 11001200C en la carga de los hornos tradicionales.

Tiempo de coquizacin. A medida que se disminuye la velocidad de coquizacin y se incrementa el tiempo de coquizacin, se mejora la resistencia mecnica del coque obtenido (dicho tiempo es un factor determinante de la capacidad de la planta). Este perodo depende de la temperatura de las paredes, del ancho de la celda de coquizacin, del tipo de carbn utilizado y del contenido de humedad del mismo. Aunque aparentemente resultara interesante incrementar este parmetro con el fin de mejorar la calidad del coque, en la practica siempre tiende a disminuir, debido a que menor tiempo de coquizacin, menor ser el rendimiento de la batera. Por lo tanto, para fines prcticos se debe tener en cuenta los parmetros con el fin de obtener un coque de buena calidad, mediante un proceso econmicamente rentable. El tiempo de coquizacin esta relacionado con el rendimiento de la batera, es decir que depende directamente del tipo de tecnologa que tenga la batera. En una batera de subproductos, el calentamiento se realiza por la transferencia de calor del gas de coquera, el cual circula por las paredes de las cmaras de combustin hacia el centro de la carga. En la batera se encuentran sistemas de control que permiten fijar flujos y temperatura del gas, asegurando una temperatura constante en la pared de la cmara. Este sistema permite tener tiempos cortos de coquizacin.ING. M.Sc MARCO ANTONIO ARDILA B. 28

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La batera de hornos de solera, est constituida por una serie de hornos sin recuperacin de subproductos. En la parte superior e interna de cada muro se encuentran una serie de coquizacin. En estos hornos los requerimientos calricos se logran a partir de la combustin de cada carbn. El tiempo que toma el proceso de carbonizacin en estos hornos es de 48 horas aproximadamente. En los hornos de pampa los cuales poseen el diseo ms rudimentario, el tiempo de coquizacin puede ser hasta de 14 das por cochada. El tiempo de coquizacin es una variable operacional que juega un papel importante en la produccin de coque de fundicin, en donde los porcentajes de carbones bajo voltiles pueden ser del orden del 30% al 50%. El empleo de altos porcentajes de carbones bajo voltiles, puede incrementar la presin ejercida sobre la pared del horno y consecuentemente incrementar la peligrosidad de la muestra. Con el fin de disminuir la presin que se ejerce sobre las paredes a lmites inferiores de 2 psi, se recomienda utilizar mayores tiempos de coquizacin y por consiguiente menores velocidades de coquizacin.

Ancho de la Celda de Coquizacin. Es una variable involucrada en el diseo del horno. En las bateras de tipo recuperacin de subproductos puede oscilar entre 40 y 55 cm. en los hornos de solera es de cerca de 2 metros de ancho y en los de colmena vara entre 3 y 3.5 m.

Humedad. La variacin de la humedad de los carbones acarrea una variacin en la densidad de carga, y por consiguiente el rendimiento de produccin de coque. Debido a la evaporacin del agua se reduce la velocidad de calentamiento, aumentando el tiempo de coquizacin.

Envejecimiento de los carbones durante el almacenamiento. El almacenamiento de los carbones altera sus propiedades coquizantes por oxidacin, presentando mayor incidencia en carbones con alto contenido en materias voltiles. Dentro de los lmites industriales la incidencia sobre la productividad de los hornos es muy pequea.


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EL COQUE

El coque se define como el producto slido de la destilacin a alta temperatura de un carbn o mezcla de carbones (generalmente bituminosos), al cual se le elimina el contenido de voltiles, incrementando el carbono fijo, con o sin la adicin de otros materiales; su naturaleza depende de las materias primas de partida, de las caractersticas de los hornos donde se realice el proceso, y del modo operativo que se siga. El proceso se realiza basndose en una destilacin seca y el producto residual que se obtiene es un compuesto poroso, de propiedades fsicas y qumicas especficas.

Tipos de Coque y sus aplicaciones.

Coque Siderrgico. funciones en el Alto Horno:

El coque siderrgico debe cumplir con las siguientes

Productor y generador del gas reductor Soporte estructural para asegurar permeabilidad Como agente carburante Como medio filtrante de material pulverizado Con base en las necesidades del mercado se han desarrollado y estandarizado diversos ensayos mecnicos que sirven para determinar la resistencia mecnica del coque producido, estos incluyen diversos ensayos de tambor en donde se determina el ndice de fisuracin y de cohesin. Los tres mtodos ms comunes son el micum (M40 y M10 ), el tumbler test (FS) y el drum index test (DI). Otra propiedad importante es la Reactividad del coque hacia el dixido de carbono en el alto horno, prefirindose coques de baja Reactividad en el mercado.

Coque para Fundicin. Se define as, al coque usado en los cubilotes. Este debe cumplir con las siguientes caractersticas : No aumentar el contenido de azufre de la fundicin.ING. M.Sc MARCO ANTONIO ARDILA B. 30

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Carburar el metal (segn las necesidades de la carga del cubilote). Permitir colar una fundicin caliente. El coque de fundicin puede ser producido en hornos tipo colmena o de batera de subproductos, a partir de carbones bituminosos o de mezclas coquizables seleccionadas. La condicin de inertes como finos de coque o antracita, pueden ejercer un efecto antifisurante, que mejora la resistencia mecnica del coque producido.

Coque Qumico. El coque qumico es utilizado en la fabricacin del carburo de calcio, materia prima en la produccin del acetileno, compuesto de mltiples usos en la industria carboqumica. El carburo de calcio se obtiene cuando se hace reaccionar el coque con cal.

Coque para Hornos Elctricos. El coque para hornos elctricos es utilizado en la produccin de diferentes aleaciones tales como: ferro-cromo, ferro-niquel, ferro-manganeso, ferro-slice o para aleaciones especiales. La produccin de estas aleaciones se realiza por la reaccin trmica del coque con la chatarra y con el xido respectivo. Los coques para hornos elctricos son producidos a partir de carbones de altos voltiles, por lo tanto los coques resultantes presentan una baja resistencia mecnica y una alta resistividad elctrica (propiedad deseable para los requerimientos energticos del horno). Un parmetro que es altamente controlado es el contenido de cenizas, debido a que casi todos los xidos que constituyen la materia mineral son reducidos y convertidos en impurezas en las ferroaleaciones, ocasionando una prdida de carbono y un consumo adicional de energa.

Coque Agroindustrial. El coque agroindustrial es utilizado en el secado de granos, por lo tanto se requiere un coque con bajo contenido de voltiles y cenizas y alto poder calorfico. La granulometra y la resistencia mecnica no son factores preponderantes.


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Influencia de los factores de fabricacin sobre la calidad del coque. La calidad del coque esta dependiendo de una serie de parmetros que son muy importantes en su fabricacin. Unos tiene que ver directamente con los hornos de coquizacin y otros con la preparacin de la pasta para coque. En cuanto a los hornos encontramos: Sistema de enhornado Tiempo de permanencia en las cmaras Temperatura (en las bateras, en los pies derechos). Tipo de horno (anchura de la cmara).

En cuanto a la preparacin de la pasta: Humedad Aceitado Granulometra Homogeneidad Grado de oxidacin

Algunos, como es la anchura de las celdas, esta determinada por las caractersticas de construccin de la batera y de sus instalaciones anexas, en nuestro medio del tipo de horno, de pampa, de colmena o de solera.

Propiedades fsicas del coque. El coque salido del horno se presenta como un slido poroso, en trozos de forma irregular y dimensiones variables, ms o menos compacto y resistente a los tratamientos mecnicos y de manipulacin. Una vez apagado, se enva a las instalaciones de clasificacin donde puede ser sometido a granulometra deseada, cribado y clasificado para entrega final. Si es destinado a la industria metalrgica, es necesario controlar sus propiedades fsicas, primando en muchos casos el anlisis qumico.

Propiedades del Coque para usos industriales. Como se ha indicado, las aplicaciones ms importantes del coque estn en la industria metalrgica, en el alto horno y en fundicin, adems en usos domsticos, calefaccin, gasgenos, produccin de vapor de agua, etc.


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Las propiedades del coque para usos industriales pueden considerarse desde tres puntos de vista : Propiedades inherentes a su composicin qumica Propiedades fsicas y mecnicas Reactividad, considerada en sentido general como actitud del coque a reaccionar con otros elementos, y en particular con el oxgeno, sea libre, sea combinado.

Control de calidad del coque. El coque se degrada porque est sometido a diferentes tensiones: Tensin mecnica Tensin trmica Ambiente qumico y disolucin de carbono El coque solo debe contener pequeas cantidades de lcalis y de azufre, el contenido de estas sustancias depende de la mezcla de los carbones de donde proviene. Las propiedades fsicas del coque deben ser excelentes para prevenir su destruccin, para una buena permeabilidad se requieren pedazos grandes y baja cantidad de finos. Un bajo CRI (Coke Reactivity Index) y un alto CSR (Coke Strength Reactivity) tienen una influencia positiva sobre las condiciones del alto horno.

Humedad del coque. La humedad en el coque depende fundamentalmente de la manera como ha sido apagado en los hornos, seguido de la accin de los agentes atmosfricos que puedan ocurrir dentro del almacenamiento. Su determinacin se hace segn la norma ASTM D 3173.

Cenizas del coque. Las cenizas son originadas por las materias inorgnicas presentes en el carbn o carbones de origen. La destilacin tiene el efecto de concentrar las impurezas y por lo tanto, la ceniza en el coque se encuentra en un porcentaje mayor que en el carbn, teniendo como consecuencia una disminucin en el poder calorfico y en el contenido porcentual del carbono. Su determinacin se hace segn la Norma ASTM D 2795.


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Materias voltiles del coque. El contenido de Materias Voltiles en el coque es un buen medio para determinar el ndice de destilacin incompleta, lo cual es probable para valores relativamente elevados. Su determinacin se hace segn las normas ASTM D 3175. Considerando que el proceso de coquizacin, pasa por tres fases sucesivas: plasticidad, desprendimiento de gases con el consiguiente aumento de volumen y finalmente la resolidificacin como coque, resulta de vital importancia tener en cuenta que factores como la fluidez de la fase plstica y la intensidad de la emisin de materias voltiles influyen directamente en la estructura porosa del coque.

Azufre del coque. El tenor de azufre del coque es un ndice de calidad, muy importante, pues tiene un efecto de deterioro en el alto horno, disminuye el poder calorfico y el poder reductor del coque sustituye el carbono y adems, es absorbido por el arrabio. El azufre de los carbones se reparte entre la materia orgnica y las cenizas; un lavado relativamente elaborado tiende a reducir el contenido de azufre. Su determinacin se hace segn las normas ASTM D 3177 mtodo B del lavado de la bomba calorimtrica y la ASTM 1757(Mtodo para determinar azufre en cenizas de carbn y coque

Caractersticas mecnicas del coque. El coque desarrolla un papel preponderante en la permeabilidad del alto horno, siendo de gran importancia la granulometra y solidez. Es por esto que siempre se trata de disponer de un coque grueso, que conserve esta caracterstica, a pesar de los esfuerzos mecnicos a los cuales se somete durante el manejo previo a su cargue, y durante su descenso en la cuba del alto horno. Las pruebas que determinan la resistencia mecnica, abrasividad y estabilidad del coque son : Micum 40 (M40) y Micum 10 (M10) contemplados en las normas ISO R552 ; el ensayo Tumbler segn norma ASTM D 3402, respectivamente. La clasificacin de calidad del coque con base a los valores normales de M40 y M10 se presenta as:


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Calidad del Coque Mala Mediocre Mediana Buena Excelente

M40 10 9 7.8 7.8 7.2 7.2 6

Documents

Compendio de Fundamentos Sobre Carbones y Coques