el carbón como roca orgánica

El carbón como roca orgánica.Roca sedimentaria de origen orgánico, formado

a partir de restos vegetales transformados por efectos combinados de la acción microbiana,

presión y calor.

Formación en dos etapas bien definidas: – Transformación bioquímca

» Diagénesis

– Transformación geoquímica » Catagénesis» Metagénesis

The Kentucky Geological Survey, University of Kentucky.

Parámetros tecnológicos usados para evaluar el carbón

Contenido de Humedad Agua eliminada a 107°C en atmósfera inerte.

Proporción de volátilesPérdida de peso en atmósfera inerte a temperatura entre 875 y 1050°C.

Contenido de CenizasReflejo del contenido de materia mineral.

Poder calorífico Calor de combustión por gramo de muestra.

Densidad Relación con el contenido en cenizas.

Clasificación del carbón

Tipo: Diferencias en la materia que los constituye.

Rango: Diferencias en grado de evolución o carbonización de la materia orgánica.

Grado: Nivel de impurezas (cenizas) que contiene

Diversidad de criterios de clasificación

LIGNITO BITUMINOSO ANTRACITA% Humedad 20 – 50 3 – 25 3 – 5% Carbono 27 – 31 37 – 86 89 – 98% MateriasVolátiles

25 – 55 25 – 40 2 – 14

Poder calorífico(kcal/kg)

2000 – 4000 3500 – 7500 7000 – 8350

Densidad (g/cm3) 1,1 – 1,3 1,2 – 1,5 1,4 – 1,8

Serie del Carbón.

Petrología del Carbón.

Trata el carbón bajo el concepto científico de roca.

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– Carbones no estratificados o sapropélicos.

Petros = roca Logos = ciencia de

A simple vista...

Sapropélicos Húmicos

LitotiposVitrenoAcumulaciones predominantes de vitrinita. Forma lechos de espesor apreciable a simple vista (6-8 mm). Brillo vítreo, fractura concoidea y dureza relativa = 2 Bajo en cenizas. Contenido en volátiles del orden de 30-35%

Densidad 1,3 g/cm3

ClarenoConstituido por mezclas en proporciones muy variables de los tres

grupos macerales. Brillo intermedio entre el vitreno y el dureno. Dureza relativa = 3Moderadamente bajo en cenizas. Materias volátiles del orden del 40% y densidad 1,3 g/cm3

Litotipos (continuación) DurenoConstituido por mezclas y asociaciones de exinita e inertinita. Forma lechos de espesor variable de aspecto rugoso reflexión difusa. Color negro pardo negruzco mate y dureza relativa = 7 Moderadamente alto en cenizas. Contenido en volátiles mayor al 50%

Densidad 1,35 a 1,45 g/cm3

FusenoAgregados de fusinita y semifusinita, de aspecto semejante al carbón

vegetal. Presenta el mayor contenido en cenizas y forma polvos. Dureza

relativa = 1Bajo en materias volátiles ( 10% aprx) y densidad 1,35 - 1,45 g/cm3

Petrografía del Carbón.

Es la disciplina que sirve para la caracterización

sistemática de los componente del carbón

vistos al microscopio óptico, y efectuar su

descripción y clasificación.

Petrus = roca Graphos = descripción de

Considera al carbón como una roca sedimentaria orgánica.

Macerales en el Carbón.

Relaciones entre grupos macerales, litotipos y mcrolitotipos.

GRUPOSMACERALES

MACERALES &Sub-Macerales

LITOTIPOS> 1 mm

> 1 µm MICROLITOTIPOS50µm

Colinita Vitrinertinita V + I > 95%

VITRENO VITRINITA Desmocolinita Telocolinita Vitrita V > 955

Vitrodetrinita Telinita

CLARENO Clarita V + E > 95%

Cutinita Esporinita

EXINITA Resinita Alginita Liptita E > 95%

Liptodetrinita

Durita E + I > 95%

DURENOSemifusinita Fusinita

Esclerotinita Micrinita Inertita I > 95%

FUSENO INERTINITA Inertodetrinita Macrinita

Trimacerita V + E + I > 95

Composición maceral de microlitotipos

Macerales en el Carbón.GRUPO MACERAL MACERALES SUBMACERALES ORIGEN

VITRINITA Telinita

Colinita

Vitrodetrinita

Telinita – 1Telinita – 2TelocolinitaGelocolinitaDesmocolinitaCorpocolinita

Madera y cortezas deLepidodendron Sigilaria y helechosen estado fresco.

Madera y cortezas gelificadas.

Geles húmicos.Fusinita

Semifusinita

PirofusinitaDegradofusinita

Madera y corteza carbonizada ofuertemente oxidada antes deenterrarse.

INERTINITA

MacrinitaMicrinitaEsclerotinita (Funginita)SecretinitaInertodetrinita

Materia granular del protoplasma.

Material de hongos.

EsporinitaSuberinitaResinitaAlguinitaLiptodetrinita

Agujas, cutículas y esporas

Plantas resinosasAlgasBacterias

LIPTINITA (EXCINITA)

FluorinitaBituminitaExudatinita

Origen secundario

Según Comité Internacional de Petrología del Carbón (ICCP), 1963,71 y 75

Humificación que precede formación del maceral huminita (vitrinita)

Alteración de tejidos vegetales en la humificación y formación de macerales del grupo de la vitrinita.

Transformaciones para la formación del grupo huminita/vitrinita.

Grupo de la VitrinitaConstituida por tejidos leñosos, raíces, cortezas y hojas, sepultados en estado fresco o poco alterado. Formada por geles coloidales de ácidos húmicos. Color gris medio a luz refleja y moderadamente transparente a luz trasmitida. Reflectancia casi constante en cada capa de carbón, pero aumenta con el grado de metamorfismo. Se hidrogena y oxida con facilidad. Es el maceral responsable del hinchamiento y plasticidad del carbón.

Grupo maceral relativamente más rico en oxígeno.

Vitrinita

Telinita

Vitrodetrinita

Colinita

Vitrinita

Alteración (oxidación) de tejidos de plantas superiores para la formación de macerales del grupo de la inertinita.

Transformaciones para la formación del grupo inertinita.

Grupo de la InertinitaConstituida por el mismo tipo de tejido que forma la vitrinita, pero que ha sido fuertemente oxidado antes del enterramiento. Material relativamente inerte en los proceso tecnológicos del carbón. No aparta a la plasticidad ni hinchamiento del carbón. Inerte en procesos de oxidación e hidrogenación. Color gris claro a blanco brillante bajo luz refleja y opaco en luz trasmitida. Presenta alto contenido en carbono y bajo en hidrógeno.

Inertinitas.

Inertodetrinita

Fuente: www.newcastle.edu.au/discipline/geology/research/cfkd/macera...

Fusinita

Macrinita Micrinita

Grupo de la Liptinita (Exinita) Derivado de exinas, cutículas, esporas y polen. Tejidos fosilizados reconocibles que ha resistido a la acción bacteriana y química. Elevado contenido en hidrógeno y materias volátiles. Alto rendimiento en subproductos cuando se carboniza. Fácilmente hidrogenable (carbones con más de 25% en materias volátiles). Color gris muy oscuro a negro bajo luz refleja.Sus propiedades ópticas y físicas varían ampliamente con el rango, dificultándose su diferenciación de la vitrinita en carbones de alto rango.

Liptinita (Exinita)

Esporinita

Resinita Esporinita

Propiedades de los macerales.APARIENCIA COMPORTAMIENTO TECNICOGRUPO

MACERAL Luz transmitida Luz reflejadaCOMPOSICION

QUIMICA Carbonización LiquefacciónVITRINITA Rojo – Marrón Gris Contenido medio de

hidrógeno y volátiles.Relativamente rico enoxígeno.Geles coloidales deácidos húmicos.

Principalreactivo en laconstitución delcarbón en lacoquería.Se oxida confacilidad.

Susceptible aLicuefacciónSe hidrogenafácilmente.

INERTINITA Opaco BlancoAmarillentoGris claro

Bajo contenido dehidrógeno y devolátiles. Elevadocontenido de carbono

Inerte durante lacarbonización

Resistente aLicuefacción

LIPTINITA(EXINITA)

Amarillo Gris oscuro Alto contenido dehidrógeno y volátiles

Reactivo durantela coquización delcarbón. Altorendimiento dealquitrán.

Susceptible aLicuefacción

Separación de macerales

Separación de maceralesSeparación densimétrica mediante diferentes rangos de densidades

Composición variable con el rango del carbón. Ej. Análisis maceral en carbones de un mismo rango

Densidad (g/cm3) Fracción separada

1,20 – 1,25 Liptinita1,25 – 1,35 Vitrinita1,35 – 1,45 Inertinita1,45 – 1,55 Fusinita y materia mineral

> 1,55 Materia mineral pesada

MACERALES % C % H % O % MateriasVolátiles

Aromaticidad(fa)

Liptinita 84,1 7,0 6,3 66,7 0,62Vitrinita 83,9 5,5 8,0 35,2 0,77Micrinita 85,7 3,9 8,0 22,9 0,89Fusinita 91,5 3,2 4,3 12,8 0,94

Petrografía del Carbón.

Composición maceral del carbón. Reflectancia de la vitrinita (Normas ISO 7404 y ASTM D2798-88)

Determinación de composición maceral.ICCP, 1963

ASTM D2799 (1981) ISO 7404-3

Determinación de la composición maceral por análisis de imagen.

Método semiautomático para la determinación de la composición maceral de carbones basado en la

identificación de cada grupo maceral en función del nivel de gris.

La calibración previa del equipo toma en consideración el PRV del carbón y permite establecer el intervalo de

grises correspondiente a cada uno de los grupos macerales básicos.

La determinación del área porcentual de cada maceral por campo y su posterior ponderación sobre un

número mínimo de campos permite determinar la composición maceral.

y = 9,0974x2 - 22,706x + 19,201R2 = 0,9663

0

2

4

6

8

10

0,5 0,7 0,9 1,1 1,3 1,5PRV

Inte

nsid

ad d

e lu

zGrupo Maceral Intervalo de niveles de grisInertinita 255 a 183 + 11Vitrinita 184 + 11 a 92 + 12Exinita 91 + 12 a 0

FUENTE: Rev. Téc. Ing. Univ. Zulia. Vol 22, N° 3, 168-176, 1999

Variación acumulada de la composición maceral promedio de las cuatro muestras empleadas como referencia

a) Ref 1: PRV 0,86

0

20

40

60

80

100

0 5 10 15 20 25Numero de campos evaluados

% G

rupo

mac

eral

InertinitaVitrinitaExinita

b) Ref 2: PRV 1,05

0

20

40

60

80

100

0 5 10 15 20 25Numero de campos evaluados

% G

rupo

mac

eral

Inertinita VitrinitaExinita

c) Ref 3: PRV 1,28

0

20

40

60

80

100

0 5 10 15 20 25Numero de campos evaluados

% G

rupo

mac

eral

Inertinita Vitrinita Exinita

d) Ref 4: PRV 1,42

0

20

40

60

80

100

0 5 10 15 20 25Número de campos evaluados

% G

rupo

mac

eral

InertinitaVitrinitaExinita

FUENTE: Rev. Téc. Ing. Univ. Zulia. Vol 22, N° 3, 168-176, 1999

Resultados y conclusionesConteo estadístico (ISO/DIS 7404/3)

(Desviación máxima ± 2%)Determinación semiautomática(Desviación máxima ± 0,5%)

Muestra PRV % Inertinita % Vitrinita % Exinita % Inertinita % Vitrinita % ExinitaRef 1 0,86 10 72 17 11,8 ± 0,4 70,7 ± 0,5 17,5 ± 0,2Ref 2 1,05 19 70 10 20,9 ± 0,4 68,2 ± 0,4 10,9 ± 0,1Ref 3 1,28 18 77 5 16,7 ± 0,5 79,2 ± 0,5 4,1 ± 0,1Ref 4 1,42 29 66 3 30,3 ± 0,4 65,8 ± 0,5 3,9 ± 0,1L1 0,60 4 88 8 6,5 ± 0,2 87,1 ± 0,1 6,4 ± 0,2L2 0,58 9 78 12 8,0 ± 0,2 78,0 ± 0,2 14,0 ± 0,3L3 0,59 13 77 11 12,0 ± 0,4 77,4 ± 0,4 10,6 ± 0,4G1 0,77 34 64 2 11,0 ± 0,4 82,8 ± 0,3 6,3 ± 0,1G2 0,60 10 84 5 8,2 ± 0,3 85,6 ± 0,3 6,2 ± 0,2G3 0,56 7 77 16 8,8 ± 0,6 77,6 ± 0,3 13,6 ± 0,3

FUENTE: Rev. Téc. Ing. Univ. Zulia. Vol 22, N° 3, 168-176, 1999

La calibración del equipo permite establecer en 184+11 y 92+12 el máximo nivel de gris correspondiente a los maceral vitrinita y excinita respectivamente. Se estable en 25 el número de campos mínimos para obtener la composición maceral, con una desviación máxima de 0,5% y logrando una reducción cercana la 70% en el tiempo requerido para el análisis convencional.

Fuentes bibliográficas consultadas.

A. Borrego. Petrografía y origen del carbón. INCAR, CSIC, Nov. 2009http://www.newcastle.edu.au/discipline/geology/research/cfkd/macera...http://www.uky.edu/KGS/coal/coal_information.htmA. Pulgar & M. Olay. Ciencia y tecnología del carbón. Oviedo 2002J. Speight. The chemistry and tecnology of coal. Ney York, 1994.