Componentes litológicos 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.
Fundamentos
A simple vista se pueden diferenciar diferentes partes del carbón. En 1859 Dawson elaboró una teoría en la que decía que el carbón procedía de distintas partes de las plantas. Posteriormente, Muclc intentó denominar las partes que se apreciaban en una hulla, distintguiendo las siguientes partes:
- Carbón brillante (Glanz Kohle)
- Carbón mate (Matt kohle)
- Carbón fibroso (Faser kohle)
Posteriormente fue FAYOL el que estuiando estos tres compuestos de la hulla apreció ñlas siguientes partes:
- Hulla brillante laminar
- Hulla foliar
- Hulla granular
- Fuseno
El gran reto era unificar las nomenclaturas para así poder clasificar de una manera uniforme los carbones
Nomenclatura
STOPES y THIESSEN publicaron unos trabajos sobre los componentes de los carbones. A la nomenclatura ideada por Stopes también se la denomina europea, mientras que a la de Thiessen se le llama americana.
Nomenclatura de Stopes
Los componenetes del carbón se llaman litotipos, y stopes les da 4 nombres:
- Vitreno
- Clareno
- Dureno
- Fuseno
Nomenclatura de Thiessen
Los nombres que les da Thiessen a los litotipos son:
- Antraxylon
- Attritus
- Fuseno
Si comparamos una nomenclatura con la otra llegamos a la conlclusión de que se parecen más bien poco. Esto es debido a que el carbón es una masa heterogénea que depende de su procedencia. Fue en los congresos de Herleen, en 1957, cuando se tomo la decisión de unificar las nomenclaturas. Se nombró para ello una comisión para que elaborara unas fichas con denominaciones de los carbones
Petrografía y petrología del carbón
La petrografía es la parte de la Historia Natural que se ocupa del estudio de las rocas. Forma parte de la Geología. Se ocupa no solo de la composición química y mineralógica, sino que también se ocupa de qué estructura presentan esas rocas, así como su clasificación.
La petrología se ocupa del estudio de los compuestos minerales individuales de una masa mineral (roca o carbón) por medios visuales.
Si queremos hacer un análisis químico de una roca tendremos que atacar una parte de esa roca con un reactivo adecuado para solubilizarla y así poder saber su composición química. La muestra de roca se destruye en el proceso.
En 1920 se empezó a desarrollar la petrología y la petrografía del carbón. Es ésta, como veremos, una ciencia muy útil.
Terminología
Litotipo: Componentes macroscópico del carbón. Es el equivalente al componente bandeado y recibe el nombre de vitrain, clarain, durain, furain, en la nomenclatura de Stopes.
Maceral: Son los constituyentes químicos individuales de la roca, que son identificados por medios microscópicos o químico como componentes de un litotipo. La terminología es igual que la de los litotipos añadiéndole el sufico -inita (vitrinita, clarinita, fusinita,...)
En un primer momento se consideraba que existían 3 tipos de macerales, que eran: vitrinita, exinita o liptinita, inertinita. Sin embargo, se encontraron que existían distintos grupos de macerale, ya que para poder explicar lo que ocurría experimentalmente era necesario admitir que habñia grupos de macerales contituidos por macerales. Se intentaba encontrar la estructura del carbón, pero esto no fue posible, por lo que se llegó a la conclusión de que no había una estructura química definida para el carbón; esto es así porque el carbón es químicamente heterogéno.
Se intentó unificar a los macerales por unas propiedades petrográficas, que son: morfología, color, poder reflectante, anisotropía, densidad, microdureza y relieve. Lo que les dio esta clasificació fue el propio agrupamiento de los macerales
Microlitotipo: Es una asociación de macerales existentes en una banda de carbón de 50 micrones de anchura máxima, que presentan propiedades análogas en ciertas tecnologías. La terminología es la del litotipo, pero acabada en -ita.
La tecnología del carbón se refiere a la hidrogenación, la facilidad de combustión; en esto va a influir mucho la composición petrográfica del carbón.
Los microlitotipos van a agrupar a macerales que tienen propiedades análogas.
Dentro de la petrología del carbón tenemos las inclusiones minerales en las hullas, que son mezclas íntimas de minerales y microlitotipos que tienen un nombre concreto siempre que la densidad de la mezcla sea menor que 2. Esto nos aumentará las cenizas, por eso cuando están inclusiones superan ese 2 de densidad se consideran como material estéril y por eso no tiene importancia ponerle un nombre.
Las inclusiones más importantes son:
1) Carbargilita: Es una asociación entre microlitotipos y minerales arcillosos y cuarzo con granos de 1 a 3 micras. Los minerales pueden suponer de un 20 a un 60% del volumen total.
2) Carbankerita: Asociación de microlitotipos y carbonatos con granulometría de hasta 30 micras. Pueden existir piritas (hasta un 5% del volumen) y minerales arcillosos y cuarzo (hasta el 20%). El volumen total está comprendido entre el 20 y el 60% del volumen total.
3) Carbopirita. Asociación de microlitotipos con el 5 al 20% de sulfuro de hierro. Se admiten que existan hasta un 20% adicional de minerales arcillosos, cuarzo o carbonatos.
Análisis del carbón
El análisis del carbón incluye las siguientes etapas:
- Análisis Petrográfico
- Análisis inmediato
- Análisis último o elemental
- Análisis de las cenizas
- Determinación de trazas
1. Análisis petrográfico
Se trata de un estudio microscópico, de los tipos de rocas que constituyen el carbón. Se utilian principalmente de dos tipos:
De secciones o láminas delgadas
Consiste en cortar una sección muy fina de la masa carbonosa que queremos estudiar y observarla a través de un microscopio petrográfico
De superficies pulidas
Consiste en pulir la superficie de una masa carbonosa y observarla con un microscopio de tipo metalográfico
En ambos casos, la muestra puede o no atacarse con reactivos.
Si cortamos una rodaja muy fina estamos perdiendo componentes volátiles. No se podría utilizar el análisis a) para carbones poco duros y con componentes pequeños, como puede ser la turba.
Con estos análisis podemos determinar sus propiedades tecnológicas, pero también nos sirven estos análisis para identificar los componentes del carbón y poder así clasificarlos.
Para efectuar una cuantificación será necesario utilizar un microscopio provisto de un micrómetro.
Los procedimiento a) y b) son técnicas que llevan el nombre de sus investigadores.
Cuando estemos estudiando un proceso de coquización, habrá que utilizar este análisis.
2. Análisis inmediato
Consiste en determinar el contenido en humedad (H), materias no combustibles (cenizas, CZ), carbono fijo (CF) y materias volátiles (MV). Se debe cumplir la siguiente relación:
H+CZ+CF = 100%
3. Análisis último o elemental
Permite determinar el contenido de cada uno de los elementos fundamentales que se encuentran en el carbono, es decir, C, H, O, N, S
4. Análisis de las cenizas
Las cenizas es la parte incombustible del carbón, que procede de la materia mineral de la masa vegetal.
Nos proporciona una idea de que tipo de minerales formaban parte del carbón: SiO2 (silicatos), Al (aluminosilicatos), CO32- (carbonatos), S2-(sulfuros), SO42- (sulfatos), Na, Mg, K, Ca, Pb, Ca, P.
5. Determinación de trazas
Las trazas son elementos que se encuentra en contenidos muy pequeños, del orden de p.p.b. (parts per billion = 1/109)
Las técnicas consisten en detectar una serie de elementos que pueden estar en concentraciones muy pequeñas, y que si no se detectan pueden causar, a veces, problemas realmente graves.
Las técnicas anlíticas a emplear son más sofisticadas y más caras: rayos X, espectroscopía de masas,...
Sistemas de Clasificación del Carbón
Estos sistemas indican algo que se va a pedir a ese carbón. Un buen sistema de clasificación ha de reunir las siguientes características:
- Calsificar los carbones
- que sea capaz de decir que tipo de carbón tiene un uso mejor
- que pueda predecir una propiedad de un carbón que no se conozca
- que hayan sido evaluados sus parámetros
- que sea sencillo de usas
- que sea legible
- que sea fácil de memorizar
- que incluya carbones simples: verdes y lavados
- que contemple la evaluación potencial de los problemas ambientales
En un primer momento, los sistemas de clasificación de basaban en el análisis último o elemental, pero han ido evolucionando según se refleja en el siguientes esquema:
1.- Análisis último o elemental:
Renault (1839) Francés
Grüner (1879) Alemán
Este último fue
modificado por Seyler (1900-1957) (UK)
2.- Análisis inmediato:
* USA → ASTM D-388
* R.U. → NCB
BS3323
3.- Internaciones :
a) carbones duros
b) nueva clasificación
internacional para carbones duros
4.- Internacionales modificados.
Clasificación australiana de carbones duros.