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Carbón mineral

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Carbón mineral
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Concepto:Término genérico que se utiliza para designar a un grupo de minera­les sólidos de origen vegetal con elevado contenido de carbono.

Carbón mineral. Se origina por la descomposición de vegetales terrestres, hojas, maderas, cortezas, y esporas, que se acumulan en zonas pantanosas, lagunares o marinas, de poca profundidad. Los vegetales muertos se van acumulando en el fondo de una cuenca. Roca sedimentaria de color negro, muy rica en carbono, utilizada como combustible fósil.

Reseña histórica

El hombre extrae carbón desde la Edad Media. En los yacimientos poco profundos la explotación es a cielo abierto. Sin embargo, por lo general las explotaciones de carbón se hacen con minería subterránea ya que la mayoría de las capas se encuentran a cientos de metros de profundidad.

Su uso se remonta a algunos siglos atrás, épo­ca en la cual se utilizaba ampliamente en las herre­rías y en alguna que otra pequeña industria; ejem­plo de esto, lo constituye el hecho de que a finales del siglo XV Inglaterra exportaba a Francia y a los Países Bajos grandes cantidades de carbón mineral extraído de sus minas.

Pero en realidad, se considera que la verdade­ra era del carbón comenzó a principios del siglo XVI. El carbón constituyó la principal fuente de energía que sustentó el desarrollo de la era industrial, hasta que fue sustituido por el petróleo gracias al desarro­llo del transporte automotor.

El carbón mineral (cuyo nombre vulgar es el de "carbón de piedra"), es un término genérico que se utiliza para designar a un grupo de minera­les sólidos de origen vegetal con elevado contenido de carbono, en cuya composición química se en­cuentra este elemento químico en proporciones variables.

El carbón mineral posee además hidró­geno, nitrógeno, azufre y fósforo, entre otros elementos químicos, y las diferentes variedades del mismo están en dependencia del tiempo transcurri­do en su formación.

Variedades del carbón mineral

Las variedades del carbón mineral son las si­guientes:

  • Turba: Llamada "carbón pardo"; es un carbón de formación reciente, en el cual puede distinguirse en su masa, la estructura de los vegetales que lo forman. Se caracteri­za por ser esponjosa y ligera. Además, con­tiene la proporción más baja de carbono con un alto índice de humedad, y deja una gran cantidad de cenizas en su combustión. Des­pués de secada, la turba desprende entre 12,5 y 16,7 MJ/kg. Los yacimientos de este com­bustible fósil en Cuba están localizados en la zona de la Ciénaga de Zapata.Se ha decidido no explotar estos yacimientos por razones de protección ambiental.
  • Lignito: Es más pobre en carbono que la hulla. Posee entre el 25 y 30 % de carbono y su color es negro mate, se caracteriza por man­char los dedos al tocarlo y dejar una propor­ción elevada de cenizas al arder. Las mejo­res variedades del lignito desprenden hasta 27,1 MJ/kg.
  • Antracita: Entre todas las variedades de car­bón es la de mejor calidad. Posee entre el 90 y el 97 % de carbono y es el de más anti­gua formación, constituido por un mineral ne­gro, brillante y sonoro a la percusión, que arde sin dejar humo y deja poca ceniza o materias inertes; un kilogramo de este mineral despren­de en su combustión completa entre 33,4 y 37,2 MJ.
  • Hulla: De calidad y poder calorífico infe­rior a la antracita. Deja al arder mayor can­tidad de cenizas y posee del 75 al 90 % de carbono. Su poder calorífico oscila entre 29,2 y 33,4 MJ/kg.

Reservas naturales

El mineral de carbón por lo general se en­cuentra a grandes profundidades en el subsuelo, en ocasiones superiores a los mil metros, en forma de filones o capas que poseen espesores variables.

Por tales razones, la extracción del carbón se rea­liza generalmente por el sistema de pozos y gale­rías subterráneas, cuya construcción y mantenimien­to son siempre costosos y en los cuales es necesario tomar muchas medidas de seguridad para evitar accidentes.

De forma excepcional en el mundo existen minas de carbón donde el mineral se extrae a cielo abierto, lo cual hace más barato el proceso de extracción. Además, este tipo de mina requiere de un importante trabajo y de considerables gastos económicos para restablecer las condiciones ambientales normales (suelo, vegetación) al terminar la fase de extracción.

Las reservas de carbón se encuentran muy repartidas, con 70 países con yacimientos aprovechables. Al ritmo actual de consumo se calcula que existen reservas seguras para 133 años, por 42 y 60 del petróleo y el gas, respectivamente. Además, el 67% de las reservas de petróleo y el 66% de las de gas se encuentran en Oriente Medio y Rusia.

Aplicaciones

Se destinan a la producción de energía eléctrica en centrales térmicas. También se utiliza como combustible para la producción de energía térmica en hornos, calefacciones, etc.Sin embargo este uso ha venido perdiendo importancia debido a la utilización de otro tipo de combustibles, como los derivados del petróleo o los derivados de la biomasa.

Otro de los usos mayoritarios de los carbones, especialmente de la hulla y carbones bituminosos (carbones coquizables), es la producción de coque metalúrgico, usado para la obtención de arrabio en el alto horno y en otras industrias metalúrgicas.

Durante el proceso de coquización también se obtiene, además del coque, la brea de alquitrán de hulla. Una gran parte de las breas son utilizadas, junto con el coque de petróleo, en la producción de electrodos para la industria del aluminio y electrodos para hornos de arco eléctrico.

Las breas de alquitrán de hulla también pueden ser usadas como precursores del grafito sintético, fibras de carbono y materiales compuestos C/C. Algunos productos químicos pueden producirse a partir de subproductos obtenidos durante la coquización como la creosota, la naftalina, el fenol y el benceno.

El gas de amoníaco recuperado de los hornos de coque se utiliza para fabricar sales de amoníaco, ácido nítrico y fertilizantes agrícolas. La gasificación de algunos carbones minerales da lugar a la producción de distintos tipos de gases que pueden utilizarse como combustible o en la fabricación de diversos compuestos químicos.

En algunos países el carbón se convierte en combustibles líquidos, a este proceso se le denomina licuefacción. El combustible líquido puede refinarse para producir combustible de transporte y otros productos similares a los derivados del petróleo, como plásticos y disolventes.

Existen dos métodos principales de licuefacción: la licuefacción directa de carbón, en la que el carbón se convierte en combustible líquido en un único proceso y la licuefacción indirecta de carbón, en la que el carbón primero se gasifica y después se convierte en líquido.

Por otro lado, los carbones no coquizables (o los coquizables cuando se les eliminan sus propiedades plásticas mediante un proceso de oxidación) pueden someterse a procesos de carbonización/activación, obteniéndose carbón activo.

Aunque no de forma mayoritaria, el carbón mineral también puede usarse en muchas otras aplicaciones, como por ejemplo la fabricación de espumas de carbono. De forma general sus aplicaciones se pueden resumir en las siguientes ramas:

1. Generación de energía eléctrica

Las centrales térmicas de carbón pulverizado constituyen la principal fuente mundial de energía eléctrica. En los últimos años se han desarrollado otros tipos de centrales que tratan de aumentar el rendimiento y reducir las emisiones contaminantes, entre ellas las centrales de lecho fluido a presión.

2. Coque

Es el producto de la pirólisis del carbón en ausencia de aire. Es utilizado como combustible y reductor en distintas industrias, principalmente en los altos hornos (coque siderúrgico). Dos tercios del acero mundial se producen utilizando coque de carbón, consumiendo en ello 12% de la producción mundial de carbón (cifras de 2003).

3. Siderurgía

Mezclando minerales de hierro con carbón se obtiene una aleación en la que el hierro se enriquece en carbono, obteniendo mayor resistencia y elasticidad. Dependiendo de la cantidad de carbono, se obtiene:

  • Hierro dulce: menos del 0,2 % de carbono
  • Acero: entre 0,2% y 1,2% de carbono
  • Fundición: más del 1,2% de carbono

4. Industrias varias

Se utiliza en las fábricas que necesitan mucha energía en sus procesos, como las fábricas de cemento y de ladrillos.

5. Uso doméstico

Históricamente el primer uso del carbón fue como combustible doméstico. Aún hoy sigue siendo usado para calefacción, principalmente en los países en vías de desarrollo, mientras que en los países desarrollados ha sido desplazados por otras fuentes más limpias de calor (gas natural, propano, butano, energía eléctrica) para rebajar el índice de contaminación.

6. Carboquímica

Practicada principalmente en África del Sur y China. Mediante el proceso de gasificación se obtiene del carbón un gas llamado gas de síntesis, compuesto principalmente de hidrógeno y monóxido de carbono. El gas de síntesis es una materia prima básica que puede transformarse en numerosos productos químicos de interés como, por ejemplo:

  • Amoníaco
  • Metanol
  • Gasolina y gasoleo deautomoción a través del proceso Fischer-Tropsch (proceso químico para la producción de hidrocarburos líquidos a partir de gas de síntesis, CO y H2).

7. Petróleo sintético

Mediante el proceso de licuefacción directa, el carbón puede ser transformado en un crudo similar al petróleo. La licuefacción directa fue practicada ampliamente en Alemania durante la Segunda Guerra Mundial pero en la actualidad no existe ninguna planta de escala industrial en el mundo.

Véase también

Enlaces externos

Fuentes

  • Programa Ahorro de Electricidad en Cuba para la enseñanza media. (2002). Editora Política/La Habana, p. 31-32.