Elaborado por A Requena para el curso PS5216: Tecnología del Carbón

1. Preparación del Carbón
Depuración
Clasificación
y secado
granulométrica

2. Justificación para la depuración del carbón
Materia orgánica C, H,
N, S, O
(Mayoritario)
cuarzo, arcillas, sulfuros,
Materia mineral carbonatos, etc.
Cantidad y Composición
UTILIZACIÓN DEL CARBÓN

3. Problemas medioambientales...
Emisiones
Azufre SOx
Nitrógeno NOx
Materia Mineral Se, Hg, halógenos
Residuos Sólidos
Cenizas Partículas < 10µm
Escorias + Volantes As, Cd, Pb, etc.
¿Cómo se puede Depurar el carbón
evitar o disminuir
estos problemas como paso previo
ambientales? a su utilización

4. Preparación mecánica del carbón
Remoción del material indeseable
presente en el carbón (TODO EN UNO),
empleando procesos de separación
capaces de diferenciar entre propiedades
físicas y de superficie del carbón y de las
impurezas (GANGA).
PROPÓSITO Depuración
Clasificación granulométrica

5. Bondades de la depurar del carbón
Reduce emisiones asociadas a la materia
mineral en el carbón:
☺Emisiones de SOx (azufre inorgánico)
☺Emisiones de cenizas volantes
☺Emisiones de elementos trazas
☺Residuos sólidos
NO REDUCE emisiones asociadas a la
materia orgánica del carbón: CO2, NOx y
SOx

6. Variación del contenido de azufre con el
lavado del carbón
ANTES 5 DESPUÉS 5
4 4
% Azufre
% Azufre
3 3
2 2
1 1
0 0
A B C D A B C D
S Sulfatos 0,27 0,18 0,36 0,36 S Sulfatos 0,09 0,09 0,09 0,09
S Pirítico 1,55 1,05 1,27 2,36 S Pirítico 0,32 0,55 0,55 0,36
S Orgánico 0,91 1,27 1,27 1,86 S Orgánico 0,77 1,27 1,23 1,55
Reducción significativa del azufre inorgánico (eliminación del
50 a 85% del azufre pirítico y de 50 a 75% de los sulfatos).
Las pequeñas variaciones en el azufre orgánico pueden ser
atribuidas a diferencias en los litotipos de los carbones
ensayados.

7. Aspectos a considerar para una
adecuada depuración del carbón
Conocimiento del mineral.
– Naturaleza, composición y estructura del
mineral bruto.
– Propiedades físicas del mineral bruto y de
sus componentes.
– Estudios de laboratorio: Curvas de
lavabilidad.
– Cantidad de mineral a tratar.
Nivel de preparación deseado.

8. Características de la materia mineral
Naturaleza de la materia mineral (cenizas):
RAYOS X
Extrinsicas: Agregados macros de minerales fácilmente diferenciables
Intrinsicas: Minerales diseminados en la matriz orgánica
Principales constituyentes de la materia mineral:
Arcillas ~ 50%: Al2Si2O5(OH)4 / KAl3Si3O10(OH)2
Carbonatos ~ 10%: CaCO3 / FeCO3 / CaCO3.MgCO3 /
2CaCO3.MgCO3.FeCO3
Sulfuros y Sulfatos ~ 25%: FeS2 / CaSO4.2H2O
Óxidos ~ 15% SiO2 / Fe2O3

9. Componentes minerales más frecuentemente
identificados en el carbón
Arcillas
» Monmorillonita Silicato de aluminio hidratado
» Caolinita Silicato de aluminio hidratado
» Haloisita Silicato de aluminio hidratado
» Ilita Silicato doble de aluminio y potasio
» Clorita Silicato doble de aluminio y magnesio
Sulfuros
» Pirita Polisulfuro de hierro
» Marcasita Polisulfuro de hierro
Sulfatos
» Anhidrita Sulfato de calcio
» Yeso Sulfato de calcio dihidratado
» Melanterita Sulfato ferroso heptahidratado

10. Componentes minerales más frecuentemente
identificados en el carbón
Haluros
» Silvinita Cloruro de potasio
» Halita Cloruro de sodio
Oxidos
» Sílice Dióxido de silicio
» Hematites Óxido férrico
» Limonita Óxido ferroso hidratado
» Rutilo Óxido de titanio
Carbonatos
» Calcita Carbonato de calcio
» Dolomita Carbonato doble de calcio y magnesio
» Siderita Carbonato ferroso
Fosfatos
» Apatito (fluoropatito) Mezcla compleja de haluros y fosfatos
de calcio hidratados

11. Propiedades físicas del mineral bruto y sus
componentes
Gravedad
específica
Propiedades Arcilla 2,6
de interés para Arena 2,6
la separación Carbonatos en arcillas 2,0 – 2,6
Caolin 2,7
Calcita 2,6
Densidad
Dureza Sulfato de calcio 2,3
Coeficiente de roce Carbón esquistoso 1,4 – 2,0
Friabilidad
Carbón limpio 1,23 – 1,72

12. Nivel de preparación del carbón
NIVEL DESIGNACION RENDIMIENTO REDUCCION REDUCION OBSERVACION
DE CENIZAS DE AZUFRE
A Aplicación 100 Nula Nula Poco utilizado
directa
B Triturado 98-100 Escasa Nula Práctica general
en boca de mina
C Preparación de 75-85 Mediana Escasa Usada con
gruesos carbones de alto
contenido en
rocas
D Preparación de 65-85 Buena Pobre Usada con
finos carbones de fácil
lavabilidad
E Preparación de 60-80 Notable Buena Usada en
muy finos carbones de
excelente
lavabilidad
F Depuración 60-80 Excelente en Excelente en Proporciona más
profunda el carbón el carbón productos finales
lavado; lavado; de calidades
escasa en variables en diferentes.
mixtos los mixtos

13. Tenga en cuenta que...
TAMAÑO PARTÍCULAS ⇒ MÉTODO DE DEPURACIÓN
Fundamento de los distintos métodos de depuración:
Capacidad de diferenciar entre propiedades físicas del
carbón y la materia mineral
Propiedades físicas frecuentemente utilizadas:
Densidad - Propiedades Superficiales
Magnetismo - Conductividad
Se reduce o elimina
Carbón Depurado materia mineral y
azufre pirítico
Carbón Bruto
Determina rendimiento
Rechazo económico de la depuración

14. Clasificación para depuración y
comercialización
TODO EN UNO (PRODUCTO EN BOCA DE MINA)
Clasificación
preliminar
TODO EN UNO PARA LAVADO GRUESO (> 60 mm)
GRANOS: Cribado (50 - 60 mm)
Galleta (25 - 50 mm)
Granza (15 - 25 mm)
Grancilla (10 - 15 mm)
MENUDOS: (0 - 10 mm)
FINOS: (0 - 1,5 mm)
LAMAS: (finos brutos no depurados)

15. El tamaño de partículas determina el
método de depuración...
TODO EN UNO (PRODUCTO EN BOCA DE MINA)
Clasificación
preliminar
TODO EN UNO PARA LAVADO GRUESO (> 60 mm)
FINOS MENUDOS GRANOS
(0 - 0,5 mm) (0,5 – 10 mm) (10 - 60 mm)
METODOS
CICLONES CON ESCOGIDO
FLOTACION HIDRAULICOS
MEDIO DENSO MANUAL
MEDIO DENSO
Siderurgia y Térmica
Siderurgia, Térmica
e Industria Calefacción
e Industria
Estériles a Escombreras u otros destino

16. Principales métodos de depuración
TODO EN UNO PARA LAVADO
Métodos Secos Métodos Húmedos
Estratificación con
corrientes de aire
No requieren secado Métodos Hidráulicos Medios Densos
posterior
Equipos de gran Corrientes
tamaño con abundante ascendentes de
Suspensiones de
generación de polvo agua magnetita en agua
en cajas, espirales, con densidad mayor
reolavadores. al carbón que
permite flotarlo
Requiere
sistemas para No permite el
tratamiento aguas, tratamiento de finos
recuperación de
lamas y secado del
carbón

17. Fundamento de los métodos hidráulicos
Estratificación basada en
diferencias de densidad,
aumentada por el uso de
corrientes ascendentes de
un fluido de baja densidad.
s ∝ (dp-dl) D2
s = velocidad
dp = densidad partícula
dl = densidad líquido
D = diámetro partícula

18. Fundamento de los métodos hidráulicos
Estratificación basada en
diferencias de densidad,
aumentada por el uso de
corrientes ascendentes de
un fluido de baja densidad.
s ∝ (dp-dl) D2
s = velocidad
dp = densidad partícula
dl = densidad líquido
D = diámetro partícula

19. Fundamento de medios densos
Bruto Del equilibrio de fuerzas:
Carbón
depurado
s ∝ g v (d-D) - R
Medio denso
(Suspensión de donde:
magnetita)
d = densidad partícula
v = volumen
Rechazo D = densidad suspensión magnetita
R = resistencia del líquido (viscosidad)
s = velocidad de sedimentación
Partícula de carbón
Si...
s > 0 ⇒ Partícula sedimenta
Fluido
s < 0 ⇒ Partícula flota
Recipiente
s = 0 ⇒ g v (d-D) = R
EQUILIBRIO DE FUERZAS

20. Obtención del medio denso
Suspensiones de arena o magnetita en agua
Concentración de arena ρ < ρliq.⇒ flota sí tamaño de la
(x) para lograr suspensión partícula no es inferir al usado
de densidad “d” para preparar la suspensión.
d −1
x= * d* = densidad de
Tamaño mínimo para que la
d −1 la arena
partícula de alta densidad no
flote: D −1
d: 1,25 - 1,75⇒ 45% max arena L =l
d −1
1,25 - 2,50 ⇒ usar magnetita.
D = Densidad del sólido a flotar
d = Densidad de partícula en suspensión
l = Dimensión de partículas en suspensión

21. Separador Hardinge
C= Tambor cilíndrico giratorio (inclinación 6,25; longitud igual a 2 D)
B = Banda interior helicoidal con anchura variable y creciente desde el extremo inferior al superior
T = Descarga del rechazo mediante baldas interiores
R y S = Rodillos y cojinetes.

22. Ciclones con medio denso
EQUILIBRIO DE FUERZAS
Partícula de
mS2/r carbón
Cono de aire
s
Fint = (S2/r) v D
Fext = (S2/r) v d
donde:
v = volumen partícula
d = densidad partícula
r = radio
D = densidad suspensión magnetita
S = velocidad partícula
s = velocidad de sedimentación
s ∝ (S2/r) v (d-D) - R

23. Intervalos de aplicación de distitos
métodos para el lavado del carbón

24. Fundamentos de flotación
AIRE γwa
AGUA γas θ γws
SÓLIDO
γas = γws + γwa . cos θ
∆G = γas – (γws + γwa)
∆G = γwa (cos θ - 1)
> θ ⇒ > ∆G
ESPUMANTE → disminuye γwa
> θ ⇒ > Fuerza adhesión burbuja
COLECTOR → aumenta γws aire/partícula

25. Aglomeración con aceite
Adición de un aceite o γSa
líquido inmiscible a una
suspensión acuosa de Aceite
partículas de carbón en γwa Carbón
agitación
Agua
θ
+ γsw
Partícula carbón
hidrófoba y/o oleofílica
γsa = γsw + γwa . cos θ
a) θ < 90º ⇒ fase acuosa
b) θ = 90º ⇒ interfase
c) θ > 90º ⇒ fase aceite

26. Esquema general de lavado.

27. Rendimiento de las operaciones de lavado
Mayores pérdidas de carbón en el lavado mientras más sucio el carbón original y más
limpio se desee el producto.
Rendimiento práctico comercial: 614 − 26 = 63,57 % total: 614 =61,4%
1000 − 75 1000
Resultados por 1000 toneladas del todo en uno

28. Equipos para molienda gruesa
Reducción de 300 mm a 50 mm
Quebrantadoras de cilindro,
mandíbula, martillo.

29. Equipos para molienda fina
Reducción de 75 mm a 5 mm
Trituradoras de martillo

30. Trabajo necesario para la molienda
⎡ 1 1 ⎤
W = 10 W i ⎢ − ⎥ kW/TON
⎢ d
⎣ d i ⎥
⎦
di = diámetro inicial de la partícula
d = diámetro final de la partícula
Wi = Índice de trabajo (Ec. Bond-Test).
Relacionado con facilidad de molienda del material.
Material Wi
Carbón 11,37
Coque 20,70
Flexicoque 38,60
Coque retardado 73,80

31. Equipos para clasificación granulométrica
Equipos resistentes que deben
rendir grandes cantidades
de productos clasificado sin
causar desmenuzamiento
del carbón.
Capacidad: f (ancho)
7-14 TON/h por cada 10 cm de ancho
Efectividad: f (longitud)
1-2 m por corte granulométrico
TIPOS:
– De movimiento alternativo
– De oscilación diferencial
– Giratorias
– Vibratorias

32. Equipos para depuración de Gruesos
Mesa circular para escogido manual
Toboganes

33. Mesas de estriado manual en Europa del Este

34. Cajas hidráulicas de concentración
Granulometría de GRANOS Granulometría de MENUDOS

35. Vista de cajas hidráulicas

36. Vista de cajas hidráulicas

37. Curvas de lavabilidad
Se construye a partir
del ensayo de
estratificación, y
genera las curvas:
– Elemental
– Carbón lavado
– Escombros
– Densidad (opcional)

38. Curvas de lavabilidad.
a. Elemental: Indica la
constitución del carbón
y sus posibilidades de
lavado.
b. Carbón Lavado:
Porcentaje de cenizas
promedio en el carbón
lavado
c. Escombros:
Proporción de cenizas
en los escombros o
carbón perdido en los
escombros
d. Densidad: Densidad
del líquido en que flota
un peso dado de
carbón.

39. Trazado de la curva elemental
Se hace coincidir
el punto medio
del peso
acumulado de
cada estrato
con el
porcentaje de
cenizas
determinado
para dicho
estrato.

40. Cálculo de las coordenadas de los
puntos de la curva de carbón lavado
Densidad del líquido
Peso por cada 100 en la
fracción densimétrica
Porcentaje en cenizas de
la fracción densimétrica
Peso acumulado = Peso
del bruto por cada 100 que
flota en cada densidad
Porcentaje en cenizas de
las porciones del bruto
que flota en cada densidad

41. Construcción de curvas de lavado

42. Información de la curva de lavado
Si se desea:
Carbón bruto Carbón lavado
27,6% Cenizas 5% Cenizas
Curva (b)
Curva (c)
Rendimiento Rendimiento Curva (d)
Estériles 45% Carbón
depurado 55%
Estériles
65% Cenizas
Densidad
1,33 g/cm3

43. Fuentes bibliografía consultadas
Ed. J. Leonard. Coal preparatation. 1991.
J. Speight. The chemistry and tecnology of coal. Ney York, 1994.
A. García Suárez. Preparación del carbón para su utilización en los
procesos de conversión. INCAR, CSIC, 2002.
F. Rubiera. Preparación mecánica de los minerales.1965.
http://www.worldenergy.org/wec-
geis/publications/default/tech_papers/17th_congress/1_2_02.asp