CONSIDERACIONES GENERALES DE MUESTREO DE CARBONES CIRO ALBERTO

CONSIDERACIONES GENERALES DE MUESTREO DE CARBONES CIRO ALBERTO FUENTES MEJÍA Geólogo Universidad Nacional de Colombia Coordinador de Exploración Carbones del Cerrejón MUESTREO DE CARBONES Ciro Alberto Fuentes Mejía 1

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. MUESTREO DE CARBONES Ciro Alberto Fuentes Mejía 2

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 MUESTREO DE CARBONES Ciro Alberto Fuentes Mejía 3

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 MUESTREO DE CARBONES Ciro Alberto Fuentes Mejía 4

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 MUESTREO DE CARBONES Ciro Alberto Fuentes Mejía 5

COMPONENTES DE LA VARIANZA DE UN RESULTADO ANALÍTICO MUESTREO DE CARBONES Ciro Alberto Fuentes Mejía 6

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 MUESTREO DE CARBONES Ciro Alberto Fuentes Mejía 7

TIPOS DE MUESTREO DURANTE LA FASE DE EXPLORACIÓN Y DESARROLLO • • Muestreo de Afloramiento Muestreo de Columna Muestreo de Canal Muestreo de Perforación MUESTREO DE CARBONES Ciro Alberto Fuentes Mejía 8

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 CARBONES Ciro Alberto Fuentes Mejía 9

MUESTREO DE COLUMNA Muestra sólida en forma de pilar de 0. 30 m x 0. 30 m 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 CARBONES Ciro Alberto Fuentes Mejía 10

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 CARBONES Ciro Alberto Fuentes Mejía 11

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 DE CARBONES Ciro Alberto Fuentes Mejía 12

MUESTREO PARA ANÀLISIS EN NÙCLEOS DE CARBÒN MUESTREO DE CARBONES Ciro Alberto Fuentes Mejía 13

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 DE CARBONES Ciro Alberto Fuentes Mejía 14

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 CARBONES Ciro Alberto Fuentes Mejía 15

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 30 cm, 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. MUESTREO DE CARBONES Ciro Alberto Fuentes Mejía 16

1 3 Ancho 1 10 Ancho MUESTREO DE CARBONES Ciro Alberto Fuentes Mejía 17

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 DE CARBONES Ciro Alberto Fuentes Mejía 18

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 MUESTREO DE CARBONES Ciro Alberto Fuentes Mejía 19

TOMA DE MUESTRAS DE PRODUCCIÓN ESTADO DEL CARBÓN LAVADO CARBÓN SIN LAVAR Bandas transportado ras 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. MUESTREO DE CARBONES • Sistema de transporte continuo: Tomar por lo menos tres incrementos por cada unidad de transporte. • Suministro >1000 Ton y <10. 000 Ton: N 2 = N 1√Suministro (Ton) / 1. 000 N 1: # incrementos específicos N 2: # incrementos requeridos Ciro Alberto Fuentes Mejía 20

TOMA DE MUESTRAS DE PRODUCCION EJEMPLO: 4000 toneladas de carbòn sin lavar en bandas N 2= 32 √ 4000 (Ton) / 1. 000 = 32*√ 4 N 2= 32* 2 = 64 INCREMENTOS Pilas mayores de 10000 ton. , se subdividen en sublotes menores de 10000 ton. , y se utiliza el mismo proceso MUESTREO DE CARBONES Ciro Alberto Fuentes Mejía 21

Peso mìnimo de cada incremento P= 0. 6 Kg *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. MUESTREO DE CARBONES Ciro Alberto Fuentes Mejía 22

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. MUESTREO DE CARBONES Ciro Alberto Fuentes Mejía 23

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 MUESTREO DE CARBONES Ciro Alberto Fuentes Mejía 24

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. MUESTREO DE CARBONES Ciro Alberto Fuentes Mejía 25

MATERIA VOLÁTIL DEFINICIÓN 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. MUESTREO DE CARBONES Ciro Alberto Fuentes Mejía 26

COMPOSICION TIPICA DE UN CARBON BITUMINOSO ALTO EN VOLATILES MUESTREO DE CARBONES Ciro Alberto Fuentes Mejía 27

CENIZAS DEFINICIÓN USO • Determinación del método de limpieza del material y evaluación de la eficacia del proceso. • Selección del equipo para la pulverización del carbón. Residuo no combustible que • Determinación de la producción permanece cuando el carbón es de coque. quemado. • En combustión, entre más cenizas menor calor obtenido. Resultado de los cambios químicos que tienen lugar en la materia mineral durante el proceso de combustión o carbonización. Materia Mineral: Arcilla, carbonatos, sulfuros, óxidos, silicatos, fosfatos adicionados a la materia orgánica durante el proceso de formación del MUESTREO DE Ciro Alberto Fuentes Mejía carbón. CARBONES 28

CARBONO FIJO - SLMM DEFINICIÓN USO Proporción no volátil del carbón que permanece después de la determinación de la materia volátil. % Carbono Fijo = 100 (%H 2 O+%Cenizas+%M. Volátil) MUESTREO DE CARBONES • 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. Ciro Alberto Fuentes Mejía 29

PODER CALORÍFICO DEFINICIÓN USO Medida de la energía que • Indicador de la ventaja es capáz de producir un comercial del carbón. • Estimación de recursos y reservas. Calor producido por combustión de una cantidad unitaria a • Clasificación de volumen constante, bajo carbones. condiciones específicas. MUESTREO DE CARBONES Ciro Alberto Fuentes Mejía 30

FORMAS DE AZUFRE DEFINICIÓN 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. MUESTREO DE CARBONES Ciro Alberto Fuentes Mejía 31

GRAVEDAD ESPECÍFICA DEFINICIÓN USO Relación entre masa de Definición del rango y la unidad de volumen del tipo del carbón: En carbón y la masa de general a mayor rango, igual volumen de agua a mayor densidad. 4ºC. Calculo de reservas de depósitos de carbón. MUESTREO DE CARBONES Ciro Alberto Fuentes Mejía 32

INDICE DE MOLIENDA - HGI DEFINICIÓN 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. MUESTREO DE CARBONES Ciro Alberto Fuentes Mejía 33

INDICE DE HINCHAMIENTO - FSI DEFINICIÓN USO Número que define la propiedad que tiene el carbón de expandirse bajo condiciones standares de temperatura. MUESTREO DE CARBONES Permite hacer una separación preliminar entre carbones térmicos y coquizantes. Determinacion del grado de oxidación o zonas meteorizadas en mantos de carbón. Ciro Alberto Fuentes Mejía 34

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. MATERIAL %C %H %O 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 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. MUESTREO DE CARBONES Ciro Alberto Fuentes Mejía 35

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. MUESTREO DE CARBONES Ciro Alberto Fuentes Mejía 36

CLORO DEFINICIÓN USO TEORIA 1: El valor del contenido de En el carbon se puede cloro en el carbòn se utiliza encontrar en forma de como indicador pràctico de cloruros inorganicos. la tendencia del carbòn a causar escoriamientos en TEORIA 2: las superficies de Se supone que el cloro se encuentra unido al calentamientos externas y menos parcialmente con de corrosiòn en los tubos la materia organica del de las calderas. carbòn. MUESTREO DE CARBONES Ciro Alberto Fuentes Mejía 37

RANGO DEL CARBÓN MUESTREO DE CARBONES Ciro Alberto Fuentes Mejía 38

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. MUESTREO DE Ciro Alberto Fuentes Mejía CARBONES 39

TIPOS Y LITOTIPOS DE LOS CARBONES BITUMINOSOS TIPOS DE CARBÓN HÚMICO LITOTIPO Brillante, negro, quebrado, frecuentemente fisurado, rompe en forma de pequeños cubos, fractura concoidea. VITRENO CLARENO Semibrillante, negro y muy finamente estratificado. Mate, negro o gris, duro, superficie rugosa, apariencia grasosa. Mate (lustre sedoso), negro, fibroso, blanco, quebradizo y friable. DURENO FUSENO SAPROPÉLICO CARBÓN CANNEL CARBÓN BOGHEAD (TORBANITAS) MUESTREO DE CARBONES CARACTERÍSTICAS RECONOCIBLES MACROSCÓPICAMENTE (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. Ciro Alberto Fuentes Mejía 40