MUESTREO DE CARBONES Ciro Alberto Fuentes Mejía1 CONSIDERACIONES GENERALES DE MUESTREO DE CARBONES CIRO ALBERTO FUENTES MEJÍA Geólogo Universidad Nacional

MUESTREO DE CARBONES

Ciro Alberto Fuentes Mejía 1

CONSIDERACIONES GENERALES DE


CIRO ALBERTO FUENTES MEJÍAGeólogo

Universidad Nacional de Colombia

Coordinador de Exploración

Carbones del Cerrejón



OBJETIVO

Obtener una muestra parcial representativa de una unidad de muestreo, de tal manera que la distribución y proporción de sus

variables físicas, químicas y petrográficas sean equivalentes a

esa unidad de muestreo.



Antes de emprender un programa de muestreo, se deben tener en cuenta y haber definido los siguientes aspectos:

• El material a ser muestreado

• La cantidad a ser muestreada

• Los análisis requeridos

• La precisión requerida

• La logística necesaria durante la operación



ALCANCES

• Caracterizar física, quimica, petrográfica y tecnológicamente los carbones

• Conocer la variabilidad de los diferentes parámetros de calidad analizados

• Planificar las etapas de desarrollo y producción de proyectos mineros



ALCANCES

• Definir usos industriales y tecnológicos del carbón

• Realizar contratos de compraventa

• Identificar problemas de tipo ambiental durante la producción, manejo, procesos de beneficio y utilización del carbón



COMPONENTES DE LA VARIANZA DE UN

RESULTADO ANALÍTICO

5%

80%

15% ANÁLISIS

MUESTREO

PREPARACIÓN DEMUESTRAS



TIPOS DE MUESTREO EN UN PROYECTO MINERO

1. Muestreo durante la fase de exploración y desarrollo

2. Muestreo durante la operación minera del proyecto (Producción)

3. Muestreo para propósitos especiales



TIPOS DE MUESTREO DURANTE LA FASE DE EXPLORACIÓN

Y DESARROLLO

• Muestreo de Afloramiento

• Muestreo de Columna

• Muestreo de Canal

• Muestreo de Perforación



MUESTREO DE AFLORAMIENTO

Es aquel que se toma de un manto de carbón aflorante en la superficie.

Usualmente se toma mediante apiques, trincheras y túneles exploratorios.



MUESTREO DE COLUMNA

Muestra sólida en forma de pilar de 0.30m x 0.30m apróx., por el espesor del manto de carbón muestreado, se indica la orientación y se mantienen todos los componentes del manto en su posición original.



MUESTREO DE CANAL

Muestras de volumen de carbón triturado que incluyen el espesor total del manto tomado, donde cada uno de los estratos constituyentes están representados en igual proporción a su espesor.



MUESTREO DE PERFORACIÓN

Las muestras de núcleo se obtienen mediante perforación con taladro (Broca de diamante), con un diámetro de la muestra entre 1 a 3 pulgadas, por el espesor del manto de carbón.



MUESTREO PARA ANÀLISIS EN NÙCLEOS DE CARBÒN



MUESTREO DURANTE LA OPERACIÓN MINERA

A. De un flujo móvil en una banda

B. De un flujo móvil discontinuo

(Ejemplo: Un cargador de canasta)

C. En un punto de descargue de un flujo en movimiento continuo

D. De una banda parada



MUESTREO EN BANDAS TRANSPORTADORAS

Sistema de muestreo más confiable, ya sea en banda estacionaria o en movimiento, siendo el primero el más preciso, por lo cuál se utiliza como medio de referencia para verificación de otros métodos.

Los incrementos se pueden tomar a mano, con dispositivos especiales, (palas, canastas o separadores) o automáticamente.



MUESTREO DE VOLQUETAS,CAMIONES O VAGONES

Se utiliza para propósitos de control de calidad y las muestras no pueden ser usadas para investigación científica. Se recomiendan 3 incrementos por unidad de trasporte

Antes del descargue: Remover una capa de mínimo 30cm, puntos de muestreo espaciados en zig-zag.

Durante el descargue: Abarcar el ancho del material en movimiento o tomada en tres lugares del ancho total.

Depues del descargue: Tomar incrementos a diferentes alturas del talud formado, retirando una capa delgada del ultimo carbon descargado.



1 3Ancho

1 10Ancho



MUESTREO DE PILAS Y BARCOS

Muestras voluminosas de carbón triturado, que se toman desde una pila de almacenamiento, de uno o varios mantos, carbón lavado o crudo. El método depende del método de construcción de la pila.

La calidad de la pila es importante cuando se requieren muestras frescas.



MUESTREO PARA PROPÓSITOS ESPECIALES

• Muestras de uso industrial

• Muestras para uso científico

• Muestras para caracterización petrográfica

• Muestras para caracterización palinológica

• Muestras para caracterización química

• Muestras para caracterización física

• Muestras para propósitos educativos



TOMA DE MUESTRAS DE PRODUCCIÓN

• Sistema de transporte continuo: Tomar por lo menos tres incrementos por cada unidad de transporte.

• Suministro >1000 Ton y <10.000 Ton:

N2 = N1√Suministro (Ton) / 1.000

N1: # incrementos específicos

N2: # incrementos requeridos

ESTADO DEL CARBÓN

CARBÓN LAVADO

CARBÓN SIN LAVAR

Bandas transportadoras y similares

16 32

Vagones, volquetas y barcazas

24 48

Barcos y pilas

32 64

Número de Incremento para Suministros de hasta 1000 Ton según Normas ISO.



TOMA DE MUESTRAS DE PRODUCCION

EJEMPLO:

N2= 32 √4000 (Ton) / 1.000

= 32*√4N2= 32* 2 = 64 INCREMENTOS

Pilas mayores de 10000 ton., se subdividen en sublotes menores de

10000 ton., y se utiliza el mismo proceso

4000 toneladas de carbòn sin lavar en bandas



Peso mìnimo de cada incremento

P= 0.6Kg *D Cuando D es menor 150 mm

P= 10 Kg *D Cuando D es mayor 150 mm

P siempre es mayor de 0.5 Kg

El 95% de las muestras de carbòn tienen espesores menores de 150 mm; para muestras mayores a 150

mm se recomienda tomar como peso de cada incremento mayores a 10 Kg.



ANÁLISIS FÍSICO QUÍMICOS DURANTE LA FASE DE

EXPLORACIÓN Y DESARROLLO

Análisis Básicos:

Se aplican a cada una de las muestras de carbón, y algunos techos, pisos e intercalaciones correspondientes.



ANÁLISIS BÁSICOS• Humedad Total, Residual, Equilibrio• Materia Volátil• Cenizas• Carbono Fijo (Por diferencia)• Poder Calorífico• Azufre Total• Gravedad Específica Verdadera• Índice de Molienda – HGI• Índice de Hinchamiento FSI• Carbono, Hidrógeno, Oxigeno y Nitrógeno• Cloro• Formas de Azufre



TIPOS DE HUMEDAD EN CARBÓN

TIPO DE ANÁLISIS

USO

HUMEDAD

SUPERFICIAL

Secado, manejo y pulverización del carbón.

HUMEDAD TOTAL

Cálculo de valores a la ”base como se recibió”.

Evaluación y control del proceso comercial.

Determinación de la cantidad de secado necesario para lograr una humedad específica.

HUMEDAD DE EQUILIBRIO

Cálculo de materia mineral apartir de otros valores analíticos.

HUMEDAD RESIDUAL

Cálculo de valores en otras bases.



MATERIA VOLÁTILDEFINICIÓN USO

Compuesta por gases (óxidos de carbono, metano, amoniaco, cloro y vapores alquitranosos) y líquidos.

Son producto de la descomposición térmica y se forman durante el calentamiento del carbón bajo condicione rígidas específicas.

•Determinación de la facilidad de ignición.•Selección de carbones y determinación de proporciones de mezcla para producir coque.•Estimación de rendimiento del coque y sus subproductos obtenidos en el proceso de carbonización.



COMPOSICION TIPICA DE UN CARBON BITUMINOSO ALTO EN VOLATILES



CENIZAS

DEFINICIÓN USO

Resultado de los cambios químicos que tienen lugar en la materia mineral durante el proceso de combustión o carbonización.

Residuo no combustible que permanece cuando el carbón es quemado.

Materia Mineral: Arcilla, carbonatos, sulfuros, óxidos, silicatos, fosfatos adicionados a la materia orgánica durante el proceso de formación del carbón.

•Determinación del método de limpieza del material y evaluación de la eficacia del proceso.•Selección del equipo para la pulverización del carbón.•Determinación de la producción de coque.•En combustión, entre más cenizas menor calor obtenido.



CARBONO FIJO - SLMMDEFINICIÓN USO

Proporción no volátil del carbón que permanece después de la determinación de la materia volátil.

% Carbono Fijo =

100 - (%H2O+%Cenizas+%M.Volátil)

•Como parámetro de clasificación de los carbones por rangos según la ASTM.

•Valores usados para calcular la eficiencia de los equipos de quemado.

•Indicador del rendimiento del coque: Carbono fijo + ceniza representa el rendimiento del coque producido.



PODER CALORÍFICODEFINICIÓN USO

Medida de la energía que es capáz de producir un carbón.

Calor producido por combustión de una cantidad unitaria a volumen constante, bajo condiciones específicas.

•Indicador de la ventaja comercial del carbón.

•Estimación de recursos y reservas.

•Clasificación de carbones.



FORMAS DE AZUFREDEFINICIÓN USO

Se encuentra combinado con la materia orgánica, como Pirita y como sulfatos.

• S orgánico: Residuo de la materia orgánica tanto vegetal como animal presente en los pantános donde se forma el carbón.

• S Piritico: Resultado de la suspención de sulfatos y compuestos de Fe en contacto con materia orgánica en descomposición.

• S Sulfato: Como sulfato de calcio y en carbones con alto contenido de Pirita como Sulfato Fe.

• Parámetro específico en la comercialización de carbón.

Cálculos de materia mineral.• Como elemento indeseable y perjudicial desde el punto de vista económico y por sus efectos contaminantes. • Cálculo del efecto de corrosión sobre los equipos.• En procesos de coquización para uso férrico, puede alterar sus características estructurales.



GRAVEDAD ESPECÍFICA

DEFINICIÓN USO

Relación entre masa de la unidad de volumen del carbón y la masa de igual volumen de agua a 4ºC.

Definición del rango y tipo del carbón: En general a mayor rango, mayor densidad.

Calculo de reservas de depósitos de carbón.



INDICE DE MOLIENDA - HGIDEFINICIÓN USO

Prueba estandard para determinar la facilidad con que un carbón puede ser molido o pulverizado.

Estimación de la capacidad de un equipo de pulverización.

Establecimiento de controles en la planta.

Comparativo del pulverizador con diferentes carbones.



INDICE DE HINCHAMIENTO - FSI

DEFINICIÓN USO

Número que define la propiedad que tiene el carbón de expandirse bajo condiciones standares de temperatura.

Permite hacer una separación preliminar entre carbones térmicos y coquizantes.

Determinacion del grado de oxidación o zonas meteorizadas en mantos de carbón.



CONTENIDO DE CARBONO, HIDROGENO Y OXIGENO

DEFINICIÓN USO

Estos elementos no se encuentran como tales en el carbon sino formando componentes organicos complejos.

Su contenido varía según el rango del carbón.

Parámetros dentro de sistemas de clasificación.

Calculo de balances de calor en pruebas de eficiencia de calderas.

Para la producción de buen coque metalúrgico y definición de gacificación y licuefacción del carbón, según el contenido de oxigeno.

Lignito <75 5 – 5.7 18.5 – 28.5

Carbón

Subbituminoso 75 – 84 5.0 – 5.7 16.5 – 22.5

Carbón

Bituminoso 84 – 91.2 4.4 – 5.7 3.5 – 13.5

Semiantracita 91.2 – 93.3 3.8 – 5.0 1.5 – 3.0

Antracita >93.3 3.0 – 3.8 1.5 – 2.5

MATERIAL %C %H %O



NITROGENO

DEFINICIÓN USO

Se presenta totalmente en la parte orgánica, como parte de las proteinas animales y vegetales de la materia original y en partes en alcaloides y clorofila.

• Establecer rangos de carbones.• Determinación de la cantidad de amoniaco producido en el proceso de carbonización.• Control de la contaminación atmosferica.



CLORO

DEFINICIÓN USO

TEORIA 1:

En el carbon se puede encontrar en forma de cloruros inorganicos.TEORIA 2:

Se supone que el cloro se encuentra unido al menos parcialmente con la materia organica del carbòn.

El valor del contenido de cloro en el carbòn se utiliza como indicador pràctico de la tendencia del carbòn a causar escoriamientos en las superficies de calentamientos externas y de corrosiòn en los tubos de las calderas.



RANGO DEL CARBÓN



DESCRIPCIÓN MACROSCÓPICA DE CARBONES

•Litotipos:

Término empleado para designar las diferentes bandas de los mantos de carbón identificables

macroscópicamente.

Presentan características diferentes según la naturaleza, las condiciones de depositación y la extensión de la alteración bioquímica durante la carbonificación de los diferentes de las plantas

originales.

Permiten identificar y correlacionar un manto.

Están relacionados con los ambientes de sedimentación.



TIPOS Y LITOTIPOS DE LOS CARBONES BITUMINOSOS

TIPOS DE CARBÓN

LITOTIPO CARACTERÍSTICAS RECONOCIBLES MACROSCÓPICAMENTE

CARBÓN HÚMICO

VITRENO

CLARENO

DURENO

FUSENO

Brillante, negro, quebrado, frecuentemente fisurado, rompe en forma de pequeños cubos, fractura concoidea.

Semibrillante, negro y muy finamente estratificado.

Mate, negro o gris, duro, superficie rugosa, apariencia grasosa.

Mate (lustre sedoso), negro, fibroso, blanco, quebradizo y friable.

SAPROPÉLICO CARBÓN CANNEL

CARBÓN BOGHEAD (TORBANITAS)

(Ampelita) lustre mate (o ligero graso), negro, homogéneo sin estratificación, muy duro, de fractura concoidea, trazo negro.

Como el cannel, pero de apariencia algo parda, trazo café.

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