Carbó

EL CARBÓ
ÍNDEX
• INTRODUCCIÓ
• ORIGEN
• PROPIETATS
• CLASSES DE CARBÓ I CLASSIFICACIÓ
• ANTRACITA
• HULLA
• TORBA
• LIGNIT
• TIPUS DE MINES
• UTILITZACIÓ DEL CARBÓ
• CONTAMINACIÓ I PROBLEMES MEDI AMBIENTALS
• PRINCIPALS JACIMENTS CARBONÍFERS
• ÍNDEX
• INTRODUCCIÓ
El carbó és un combustible sólid d'origen vegetal. En eres geològiques remotes , i sobre tot en el periode
carbonifer (que va començar fa 345 milions d'anys i va durar uns 65 milions d'anys) grans extensions del
planeta estaven cobertes per una vegetació molt abundant que creixia en pantans. Moltes d'aquestes plantes
eren tan grans com arbres. Al morir les plantes, quedaven submergides per l'aigua i es descomposaven
lentament. A mesura que es produïa aquesta descomposició, la materia vegetal perdia àtoms d'oxigen i
d'hidrogen , amb el que quedava un diposit amb un elevat percentatge de carboni. Aixi es van formar les
turberas. Amb el pas dels anys, la sorra i fang de l'aigua es van anar acumulant sobre algunes d'aquestes
tuberes. La pressió de les capes superiors, aixi com els moviments de l'escorça terrestre, i , en ocasions, el
calor volcànic, van comprimir i endurir els diposits fins a formar el carbó.
Els diferents tipus de carbó es classifiquen segons el seu contingut de carboni fix. La turba, la primera etapa
de formació del carbo té un baix contingut en carboni fix i un alt índex d'humitat, El lignit, el carbó de pitjor
qüalitat, té un contingut de carboni major. El carbó bituminos té un contingut encara més gran, pel qual el
seu poder calorífic també és superior. La antracita és el carbó amb el major contingut en carboni i té el
màxim poder calorífic. La pressió i el calor adicionals poden transformar el carbó en grafit, que es
practicament carboni pur. A més a més de carboni, el carbó conté hidrocarburs volàtils, sofre i nitrògen, aixi
com diferents minerals que queden com cendres al cremar−ho.
Podem trobar diferents tipus de carbó segons la seva formació
. Carbó activat: Carboni amorf granular i en pols, caracteritzat per la seva elevada superfície especifica per
la seva gran porositat. S'utilitza principalment com absorvent.
. Carbó bituminos: Varietat del carbó la constitució i propietats del qual són intremitjes entre l'antracita i el
lignit.
. Carbó del petroli: Es produeix per la destil·lació del petroli, normalment no s'utilitza.
. Carbó d¡origen vegetal: s'obte cremant fusta. Apilada en pilots coberts de fang, per evitar el contacte amb
l'aire i aconseguir que la combustió sigui parcial.
1
.Carbó d'origen mineral: Carbó natural, sòlido combustible, de consistencia terrosa, constituit per carboni
amorf acompanyat d'hidrocarburs compostos orgànics complexes i materials inorgànics.
• ORIGEN
El carbó és una roca l'origen del qual prové de l'acumulació i alteració fisico−química de materia vegetal.
Las acumulacions originals de la vegetació (principalment plantes llenyoses) donen com a resultat la
formació de turba, substància precursora del carbó. La turba es converteix en carbó després de quedar
enterrada i amb un increment de pressió i temperatura, alternant aquestes de forma progressiva es
comprimeixen i s'endureixen fins que aconsegueixen alterar la matèria i convertir−se en grafit. En eres
geològiques remotes , i sobre tot en el periode carbonifer (que va començar fa 345 milions d'anys i va durar
uns 65 milions d'anys) grans extensions del planeta estaven cobertes per una vegetació molt abundant que
creixia en pantans. Moltes d'aquestes plantes eren tan grans com arbres. Al morir les plantes, quedaven
submergides per l'aigua i es descomposaven lentament. A mesura que es produïa aquesta descomposició, la
materia vegetal perdia àtoms d'oxigen i d'hidrogen , amb el que quedava un diposit amb un elevat
percentatge de carboni. Aixi es van formar les turberes. Amb el pas dels anys, la sorra i fang de l'aigua es van
anar acumulant sobre algunes d'aquestes tuberes. La pressió de les capes superiors, aixi com els moviments
de l'escorça terrestre, i , en ocasions, el calor volcànic, van comprimir i endurir els diposits fins a formar el
carbó.
• PROPIETATS
El carbó s'evalua segons certes propietats. Aquestes propietats determinen moltes coses del carbó. Les més
importants són les següents:
· Potència calorífica: És la més important, ja que el calor potencial és la mercancia nbejcte de
compra−venda. Depen de la qüantitat d'humitat i de cendres, aixi com de la composició de la matèria
orgànica.
· Humitat: Component no combustible que augmenta el pes mort del carbó, consumeix calor de la part
combustible i debilita la seva estructura física.
· Cendra: Matèria mineral inorgànica que queda coma residu de la combustió. En la majoria de les mines de
carbó funcionen plantes de rentat per a la separació de la matèria inútil.
· Sofre: Impuresa inorgànica del carbó. És perjudicial ja que en la combustió es formen àcids corrosius.
· Temperatura de fusió de les cendres: Els carbons pobres produeixen cendres foses que ocasionen greus
avaries al obstruir els pasos d'aire de les parrilles.
· Dimensions: Determinat per per el grau de ruptura de sofre en la manipulació, pero regulat per la
trituració que es realitza durant el procés.
· Triturabilitat: Propietat d' interès principal per la fabricació de ciment i de les instalacions que utilitzin
carbó en pols.
· Tendència a formar escòries: Funció derivada de la composició de les cendres i de les condicions de
manipulació.
· Grau d'ignició: Depen de les propietats del carbó i influeix en la velocitat de combustíó
· Uniformitat de qüalitat: Un carbó de qüalitat pobre però uniforme pot ser preferible a un altre de qüalitat
2
més elevada però variable.
A més d'aquestes propietatas més importants, també en podem esmentar algunes altres de significatives.
Mecàniques
· Duresa: es mesura per les dimensions i profunditat de la ralla produida per un cos penetrant. L'antracita es
comporta com un cos elàstic perque no es ralla. Els carbons que contenen entre 80−85% de carboni mostren
un màxim de duresa.
· Abrasivitat: És la capacitat del carbó per desgastar elements metàl·lics.
· Resistència mecànica
· Cohesió: És l'acció i efecte que tendeixa unir els components de la matèria carbonosa.
· Friabilitat: És la facilitat que presenten els carbons per trencar−se. És el contrari de la cohesió.
Tèrmiques
· Conductibilitat tèrmica: És la capacitat que presenta el carbó per conduir el calor.
· Calor específica: És la qüantitat de calor nescessària per elevar 1 gram de carbó un 1º C.
Electriques
· Conductivitat elèctrica: Capacitat per conduir la corrent electrica, depen en un alt grau de la qüantitat
d'aigua que conté el carbó.
• CLASSIFICACIÓ DELS CARBONS MINERALS
En aquesta classificació ens centrarem en el carbó d'origen mineral. Aquest carbó es classifica segons el seu
contingut de carboni, per el grau de transformació que han experimentat i per l'ús al que s'adapten. En
aquesta classificació trobem bàsicament 4 tipus de carbó: antracita, hulla, torba i lignit.
• ANTRACITA
Carbó dur que té el major contingut de carboni fixe i és el menor en matèria volàtil dels quatre tipus. Conté
aproximadament un 87,1% de carboni, un 9,3% de cendres i un 3,6% de matèria volàtil. Té un color negre
brillant de estructura cristalina.
S'utilitza sobre tot com a combustible i coma font de carboni industrial. Tot i que s'inflama amb més
diferència que altres carbons, allibera una gran qüantitat d'energia al cremar−se i despren poc fum.
3
L'antracita va quedar enterrada en el nivell més profund. Presenta una superfície vidriosa, i nomès s'aprecien
algunes laminacions que es veuen en l'hulla.
• HULLA
Combustible fòssil amb una riquesa entre 75 i 90 % i un contingut en volàtils que oscila entre 20 i 35 % . És
negre i no gaire brillant, més aviat un negre opàc. Crema amb dificultat i quan ho fa crema amb una flama
grogosa. Es diferencia del lignit pel seu major poder calorífic (entre 20 i 36 MJ/Kg).
A la revolució industrial se'l va denominar carbó de pedra, s'utilitzava com combustible i en la siderurgia.
S'utilitzava per obtenir gas ciutat i una gran qüantitat de productes químics.
Alquitrà d' hulla: Líquid negre i viscos, produit en la destil·lació del carbó per fabricar gas. És una mescla
complexa de compostos orgànics, sobretot hidrocarburs. La seva composició varia segons el tipus de carbó,
la Tº a la que es forma i el procés utilitzat
L'hulla és rica en carboni. Pques vegades conté fósils de la matèria vegetal que el constitueix.
• TORBA
Material orgànic compacte, de color fosc grogós a negre. Es produeix aixi una carbonificació lenta, en la que
la torba és la primera etàpa de la transformació del teixit vegetal en carbó. El contingut en carboni augmenta
del 40 % en el material vegetal original , al 60 % en la torba.
Té un poder calorífic inferior a 8.4 MJ/Kg.
Les plantes no es van podrir, sinó que van formar un estrt de torba. Els restes vegetals segueixen sent visibles.
• LIGNIT
Varietat del carbó de qüalitat intermitja entre el carbó de torba i el bituminós. Normalment té un color negre
i una estructra fibrosa o llenyosa. Té una capacitat calorífica inferior (17200 KJ/Kg) a la del carbó comú
degut al contingut en aigua (43,4%) i baix en carboni (37,8%). L'alt contingut de la matèria volàtil (18,8%)
4
provoca la desintegració del lignit exposat a l'aire.
El lignit es turba que ha estat comprimit sota terra. La pressió ha expulsat la major part de l'aigua. Encara es
poden observar algunes restes vegetals.
Aquí tenim una altre mostra de lignit.
• TIPUS DE MINES
Mina a cel obert: És en la que el carbó es troba prop de la superficie i s'extreu mitjançant pous descoberts.
Es nescessita una elevada inversió en maquinaria. Casi totes les mines es troben a pocs centimetres , algunes
es troben a 25 metres.
Avanç d'eplotar la mina, es fa un reconeixament preeliminar del terreny per veure si el jaciment té l'espessor
adeqüat i si les capes justifiquen el tipus de mina. També es fa un reconeixament per veure si hi ha carreteres,
pous petrolifers, gas natural...
L'extracció de mostres permet saber les caracteristiques del terreny i determinar la situació de l'excavació
practicada al fons de la zona carbonera per recollir l'aigua de la mina. El sistema de vies s'ha de colocar el
més aprop possible.
Si el terreny és gros s'extrau part del terreny amb una pala excavadora i es fa un tall de 0,90 a 1,20 m.
d'amplada , fins un punt determinat sobre del carbó. Després la pala carbonera excava una faixa de carbó,
deixant un forat a la part superior per la pala desencaparadora.
L'equip mecànic pot ser accionat per motors diesel o elèctrics. S'utilitza una aplanadora en combinació amb
pales més grans per moure la part final del recubriment. Els pous que queden després de l'extracció a cel
obert, solen ser bastants plans, per el qual s'utilitzan amb finalitats agricoles.
Produccó de carbó amb mines a cel obert:
PAÍSES
Checoslovaquia
Rep. Fed. Alemana
% Carbón
43,4
40,1
5
Canadá
España
E.E.U.U
Australia
India
China
Reino Unido
Francia
33,7
28,2
25
19,1
13,6
10,6
5,2
1,6
Mina subterranea: És el segon tipus bàsic d'extracció de carbó.
Quan el mineral es troba a grans profunditats es caven pous fins a arrivara la veta i després galeria per
extreure−ho.
Per ventilar aquest tipus de explotació s'utilitza un mètode que consisteix en comunicar entre si aquests pous
perque els gassos que treu el carbó surtin a l'exterior i no produeixin explosions.
Per evitar que la mina s'esfondri, es col·loquen uns pilars a cada capa i quan ja s'ha acavat es provoca
l'esllavisada.
Per transportar el material es fa per mitja d'unes vagonetes a les instal·lacions i si l'explotació minera està
més modernitzada es fa per mitjà d'unes cintes transportadores i elevadors.
El carbó sempre surt amb materials que dificulten la seva utilització i disminueixen al seva qüalitat respecte
al poder calorífic que té. Per netejar−lo s'utilitzen mitjans físics , com la trituració i el rentat.
Les mines subterranies s'obren en zones amb jaciments minerals prometedors. El pou és la perforació vertical
principal, utilitzat per l'acces de le spersones a al mina i per treure el mineral. Un sistema de ventilació situat
prop del pou principal porta aire fresc als miners i evita l'acumulació de gasos perillosos. Un sistema de
galeries transversals connecta el jaciment de mineral amb el pou principal a varis nivells, que a la vegada
6
estàn conectats per obertures anomenades alçaments. Les grades són les cameres on s'extreu el mineral.
• UTILITZACIÓ DEL CARBÓ
Les utilitats del carbó han variat ampliament d'acord amb el seu grau, pero són tres els camps en els que
s'han distingit.
L'ús de major importància ha sigut com a combustible per generar energia elèctrica i calor. (Plantes
termoelèctriques, ús industrial, domèstic i pels ferrocarrils.)
Un percentatge considerable de l'ús mundial del carbó que tingui propietats adeqüades ha sigut la
manufactura del choque de grau metal·lurgic.
En el pasat es va fer servir el carbó de forma extensa per la producció de gas, i les noves investigacions
semblen indicar la tendència cap a un desmbolupament important en la converció de carbó a combustibles
líquids i gasosos per substituïr el petroli i el gas natural.
El carbó va ser una de les fonts principals de numerosos i variats productes químics avanç de ser substituits
en gran part per el petroli i el gas.
Tots els tipus de carbó tenen alguna utilitat. La turba s'utilitza des de fa segles com a combustible per focs
oberts, i més recentment s'han fabricatbriquetas de turba i lignit per cremar−les en forns.
La siderurgia utilitza carbó metal·lurgic o coque, un combustible destil·lat que és casi carboni pur. El procès
de producció de coque proporciona molts productes químics secundaris, com l'alquitrà d'hulla, que s'utilitza
per fabricar altres productes.
El carbó tambè es va utilitzar desde principis del segle XIX fins a la segona Guerra Mundial per produir
combustibles gasosos, o per fabricar productes petrolifers. La fabricació de combustibles gasosos i altres
productes a partir del carbó van disminuir al creixer la disponibilitat del gas natural. A la dècada de 1980,
tot i això, les nacions industrialitzades van tornar a interesar−se per la gasificacció i per noves tecnologies
netes de carbó.
• CONTAMINACIÓ I PROBLEMES MEDI−AMBIENTALS DERIVATS DE L'ÚS DEL CARBÓ
Certs productes de la combustió del carbó poden tenir efectes perjudicials sobre el medi ambient.
Al cremar carbó es produeix diòxid de carboni entre altres compostos. Degut a l'ús extès del carbó, la
qüantitat de CO2 a l'atmosfera terrestre podria augmentar fins al punt de provocar canvis en el clima de la
terra.
Tambè el sofre i el nitrogen del carbó formen òxids durant la combustió que poden contribuir a la pluja
àcida.
La mineria subterrania pot provocar silicosis als miners, esfondraments del terra situat sobre els mines i
filtracions d'àcids als aqüifers.
La mineria a cel obert exigeix una restauració del entorn per que la terra torni a ser productiva i el paisatge
es recuperi.
Al 1990, la preocupació de l'escalfament de la terra com a resultat de l'efecte hivernacle, v afer que es
prenguessin mesures per reduir les emissions de CO2 provocada pel carbó. Però la solució a aquests
7
problemes es costosa i això fa que el consum de carbó creixi amb lentitud.
Parlem ara de problemes més concrets:
*Repercusions sobre el terra
· Explotacions a cel obert , per la restauració que pateix el terreny després de aquesta explotació gran part de
l'impacte medioambiental desapareix.
· Deteriorament de la capa superficial degut a la pluja àcida.
* Repercusions sobre l'aigua
· Tèrmica. Les centrals tèrmiques nescesiten un circuit de refrigeració per condensar el vapor. Si la central
agafa aigua d'un riu o un mar i la torna a avocar, es produeix un augment de la Tº en l'ecosistema. Si aquests
circuit fos tancat es podria aprofitar aquesta calor per generar altres energies podent ser utilitzada igualment
en l'ambit domèstic com calefacció.
·Física i química. Es produeix principalment en la mineria i en el sistema de tractament d'aigües.
*Repercusions acustiques
· Sobretot en les centrals tèrmiques, per evitar els sorolls, fan un revestiment especial insonor per que no
sigui tant gran l'impacte en poblacions pròximes.
*Repercusions sobre l'atmosfera
· La combustió del crabó origina també residus que pasen a l'atmosfera com òxids de sofre, òxids de nitrogen,
particula , hidrocarburs, dioxid de carboni i vapor d'aigua. Aquests productes poden originar problemes
greus a la naturalesa si no són absorvits per ella.
·Efecte hivernacle al produir−se un augment de CO2, les particules no deixen que el calor surti fora de
l'atmosfera un cop a entrat, i es produeix un augment considerable de la temperatura.
· La pluja àcida
*
8
• PRINCIPALS JACIMENTS CARBONIFERS
El carbó es troba a casi totes les regions del món , però en l'actualitat els únics diposits d'importància
comercial estàn a Europa, Àsia, Austràlia i Amèrica del Nord.
A Gran Bretanya, que va ser líder mundial en producció de carbó fins el segle XX, existeixen jaciments al sud
d'Escòcia, Inglaterra i Gales.
A Europa occidental hi ha importants dipòsits de carbó a tota la regió francesa de Alsacia, a Bèlgica i a les
valls alemanyes de Sarre i Ruhr.
A centre Europa hi ha jaciments a Polonia, la Republica Txeca i Hungría.
El jaciment més extens i valuos de le ex Unió Sovietica és el situat a la conca de Donets, entre els rius
Dniéper i Don.
Tambè s'han explotat grans dipòsits de la conca carbonera de Kuznetsk, a Sibèria occidental.
Els jaciments carbonifers del nord−oest de Xina, que estàn entre els majors del món, van ser poc explotats
fins el segle XX.
EL CARBÓ
Geològia
12−02−2002
2n trimestre
El carbó
I.E.S Gironella
9