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ANÁLISIS INDUSTRIAL La Industria Siderúrgica
Materias Primas (Carbón)
Definición.
Combustible sólido con más de un 50 en peso de
carbono (70 en volumen) resultante de la
descomposición lenta de grandes cantidades de
materia vegetal durante las épocas geológicas
pretéritas.
Principales usos.

• La industria siderúrgica.
• Generación de energía eléctrica en centrales
  térmicas.

Problemas medioambientales.

• Responsable de 1/3 parte de la contaminación
  atmosférica (SO2, NOx y CO).
• Participación en el efecto invernadero (CO2).

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ANÁLISIS INDUSTRIAL La Industria Siderúrgica
Materias Primas (Carbón)
Tipos de carbón

• Turbas
• Se distinguen tallos, hojas, raíces y cortezas
  con pocas alteraciones químicas.
• Gel de características ácidas.
• Genera un coque negro y pulvurento.
• Escaso interés industrial.
• Lignitos
• Color pardo.
• Alto porcentaje de productos volátiles.
• Reacción ácida con el agua.
• Sin la elasticidad de la turba.
• Genera un coque menos negro.
• Hullas
• Color negro y brillante.
• Genera un coque aglomerado de alta calidad.
• Alto interés industrial.
• Antracitas
• Color negro y brillante.
• Baja proporción de volátiles.
• Alto contenido en carbono.

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ANÁLISIS INDUSTRIAL La Industria Siderúrgica
Materias Primas (Carbón)
Tipos de carbón.
Teorías sobre la formación de los carbones.
Según Hickling Existe una continuidad en la
formación y las diferencias se basan al tiempo
que ha durado el proceso de carbonización madera
? turba ? lignito ? hulla ? antracita Según
Hilt La carbonización se acentúa con la
profundidad debido a los efectos de la presión y
temperatura.
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ANÁLISIS INDUSTRIAL La Industria Siderúrgica
Materias Primas (Carbón)
Teorías sobre la formación de los carbones.
Según Mackenzie-Taylor Cada tipo de carbón es el
final de un proceso diferente según las
condiciones de carbonización.
MATERIA VEGETAL

• Procesos aerobios
• Medio ácido
• Pérdida de CH4

Cobertura por material sedimentario
Mantenimiento del régimen anterior
TURBA
TURBA VIEJA (pobre en H)
Condiciones alcalinas anaerobias

• Persistencia de la acidez
• Pérdida de O2, H2O y CO2

Cobertura por material sedimentario
(condiciones alcalinas anaerobias)
ANTRACITA
HULLAS
LIGNITOS
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ANÁLISIS INDUSTRIAL La Industria Siderúrgica
Materias Primas (Carbón)
Constituyentes del carbón.

• Los carbones están constituidos, desde el punto
  de vista químico, principalmente por carbono,
  hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y azufre
• El carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno
  proceden de los vegetales originales.
• El azufre puede ser de origen orgánico o
  inorgánico (proveniente de minerales que han
  impurificado el lecho de carbón durante su
  formación).
• Los carbones están constituidos, desde el punto
  de vista macroscópico, principalmente por
  vitrita, dureno y fuseno
• Vitrita brillo vítreo intenso.
• Dureno opaco, rico en cenizas, poco fusible y
  de color gris.
• Fuseno mate, blando, poroso y fusible (se
  acumula en el polvo del carbón).

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ANÁLISIS INDUSTRIAL La Industria Siderúrgica
Materias Primas (Carbón)
Pirogenación del carbón obtención del coque.

• Calentamiento de las hullas en recipientes
  cerrados hasta temperaturas de unos 1000ºC con lo
  que se obtienen gases de coquería (H2, CH4, CO,
  CnH2n, N2 y CO2), líquidos (alquitrán de hulla y
  amoníaco) y un residuo sólido que se denomina
  coque (65-80).
• Fenómenos que se producen durante la coquización.
• ?100ºC Desorción de O2, N2, CH4 y H2O.
• 100-300ºC Desorción de SH2, CO, CO2 y olefinas.
• ?310ºC Aparecen primeras porciones líquidas.
• 400-450ºC Se inicia la fusión y la hulla se
  hace plástica con contracción del volumen.
• 550ºC Fin de la fusión dejando la hulla de ser
  plástica. Hinchamiento debido a los gases que
  quedan retenidos. Abundante desprendimiento de
  H2.
• 700-1000ºC Craqueo. Procesos poco importantes.
• gt1000ºC Procesos de grafitización.

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ANÁLISIS INDUSTRIAL La Industria Siderúrgica
Materias Primas (Carbón)
Pirogenación del carbón obtención del coque.
Vista esquemática de una batería de coquización
0,35 m
15 m
5 m
Batería de hornos de coquización
Cámaras de coquización
Tolvas de hulla
Barriletes
Máquina para empujar coque
Regenadores de calor
Cámaras de coquización
Zona de descarga
Regenadores de calor
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ANÁLISIS INDUSTRIAL La Industria Siderúrgica
Materias Primas (Carbón)
Pirogenación del carbón obtención del coque.

• Funciones del coque en la industria siderúrgica
• Producir el calor necesario para las reacciones
  de reducción en el alto horno.
• Soportar las cargas de mineral de hierro y
  fundentes ya que posee suficiente capacidad para
  resistir cargas pesadas sin deformarse o
  comprimirse.
• Producir el gas reductor, CO, que reduce los
  óxidos de hierro a hierro metálico.
• Dar permeabilidad a la carga del alto horno y
  facilitar el paso de gases.

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ANÁLISIS INDUSTRIAL La Industria Siderúrgica
Materias Primas (Carbón)
Análisis inmediato de carbones.
CARBÓN
Polvo lt0,2 mm
P1
P2
P3
P4
110ºC/1h
950ºC
850ºC/10
1000ºC/3h
PI
PII
PIII
Calcinado
Br2/?
Humedad
Cenizas
Materias Volátiles
Filtrar Disolución
HCl/?
Incoloro
BaCl2/?
BaSO4?
Filtrar Precipitado
900ºC/4h
PIV
Azufre
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ANÁLISIS INDUSTRIAL La Industria Siderúrgica
Materias Primas (Carbón)
Determinación de cenizas.

• Residuo inorgánico (3-15) que permanece tras la
  combustión del carbón en presencia de oxígeno
  bajo unas condiciones específicas.
• Es una determinación importante ya que
• Es un parámetro a considerar en el precio
  compra-venta.
• Producen polución y corrosión de los quemadores
  (fusibilidad de las cenizas).
• No corresponde exactamente al contenido real de
  materia inorgánica ya que algunos compuestos
  inorgánicos se transforman
• 4FeS24O2?2Fe2O38SO2?
• CaCO3?CaOCO2?

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ANÁLISIS INDUSTRIAL La Industria Siderúrgica
Materias Primas (Carbón)
Determinación de materiales volátiles.

• Productos de descomposición de las sustancias
  orgánicas (2-45) que se desprenden como gases o
  vapores al calentar el carbón en ausencia de
  aire. El residuo que queda se denomina coque.
• Fórmula empírica de Hülsbrusch
• Rendimiento práctico de coquizaciónRendimiento
  de coque en el crisol x 0,88 12
• Es una determinación importante ya que
• Es un parámetro a considerar en el precio
  compra-venta.
• Su valor es inversamente proporcional al poder
  calorífico del carbón.
• Elevados contenidos de carbonatos y
  transformaciones diversas conducen a errores.

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ANÁLISIS INDUSTRIAL La Industria Siderúrgica
Materias Primas (Carbón)
Determinación del poder calorífico.

• Calorías producidas en la combustión de 1 g de
  carbón. Su valor es directamente proporcional al
  contenido en carbono e hidrógeno e inversamente
  proporcional al contenido en oxígeno.
• Métodos Directos Calorímetro.
• Métodos Indirectos Fórmulas empíricas.
• Fórmula de Doulong.
• Poder Calorífico81xC290(H-O/8)25S
• B) Fórmula de Gouthal.
• Poder Calorífico82xCarbono Fijo?xMaterias
  Volátiles
• Carbono Fijo Coque Cenizas

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ANÁLISIS INDUSTRIAL La Industria Siderúrgica
Materias Primas (Carbón)
Determinación del poder calorífico.
El coeficiente ? representa el nivel calorífico
dividido por 100 de las materias volátiles. Su
valor varía con el contenido de materia volátil
referida al carbón seco exento de cenizas M
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Materias Primas (Carbón)
Análisis elemental orgánico automatizado.
Trampa de H2O Perclorato de Magnesio Trampa de
CO2 Sosa-Asbesto Trampa de SO2 Óxido de Plata
Combustión
900ºC
C, H, N
CO2, CO, H2O, N2, NOx
O2
C platinizado
WO3 o CuO
O
CO
S
SO2
He
O2
Reducción
750ºC
NOx, O2
N2, CuO
Cu
750ºC
750ºC
CO
CO2
X2
AgX
CuO
Ag