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Antracita

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Antracita

6 de marzo de 2023 MINERALOGÍA YACIMIENTOS 0

Antracita es una palabra del griego “anthrax”, que significa carbón que une con el sufijo ‘ita’, sufijo para nombrar a los minerales, se trata de un carbón mineral el cual es el más metamorfizado presenta un alto contenido en carbono (95%), una densidad única relacionada a su pureza que varía entre1,2 y 2,2 g/cm^3, es un tipo de carbón natural de color negro brillante, textura fina, bajo contenido de azufre, bajo contenido en sustancias volátiles haciendo que tenga una ignición dificultosa; arde con mucha dificultad pero desprende mucho calor, emite una corta llama azul, sin radiación notable de humo y su poder calorífico varía entre 23 y 69 Mj/Kg.

Tipo de roca Metamórfica
Composición química Carbono (C)
Fórmula química C
Textura y estructura Foliada
Color Gris oscuro, negro brillante
Densidad o peso específico 2,2 gr/cm^3
Dureza de Mohs Entre 2 a 4
Poder calorífico o energético 32 a 33 MJ/Kg
Humedad Menor al 10%

 

La antracita es un tipo de carbón mineral que se caracteriza por ser el carbón más duro, denso y con mayor contenido de carbono. Tiene un alto contenido de carbono fijo y bajo contenido de impurezas, lo que le da un alto poder calorífico y una combustión limpia y eficiente. Es un carbón muy duro y brillante, y se utiliza principalmente como combustible en procesos industriales, calefacción y generación de energía eléctrica. La antracita se encuentra en yacimientos subterráneos en regiones de diversos países, incluyendo Estados Unidos, China, Rusia, Ucrania y Sudáfrica.

La antracita se forma a partir de la transformación de carbón bituminoso y lignito a través de un proceso geológico llamado “carbonificación”. Este proceso implica una serie de cambios físicos y químicos en los sedimentos orgánicos que dan lugar a la formación del carbón.

Durante la carbonificación, la materia orgánica se somete a altas presiones y temperaturas, lo que provoca la expulsión de sustancias volátiles como agua, gas metano y otros gases. Con el tiempo, el carbón se va compactando y endureciendo, lo que aumenta su densidad y contenido de carbono fijo. A medida que se produce este proceso, el carbón va evolucionando desde lignito (el tipo de carbón más joven y de menor calidad) hasta carbón bituminoso y finalmente antracita (el carbón más antiguo, duro y con mayor contenido de carbono).

La antracita se forma en condiciones geológicas especiales, por lo que no es muy común y representa una pequeña proporción de las reservas mundiales de carbón. 

La antracita se forma por el enterramiento continuo de sedimentos ricos en materia orgánica bajo un proceso de carbonificación que es la transformación de esta materia por migración paulatina a temperaturas moderadas y altas presiones, en zonas de deformación geológica, aunque también su formación se debe al calor de fuentes gradientes geotermales o a intrusiones ígneas. Para que este mineral se forme se requiere un rango de temperatura de entre 170 a 250 °C, lo que supera las temperaturas alcanzadas en las profundidades de las cuencas sedimentarias comunes; se considera como la última fase de transformación del carbón sedimentario. Su formación se remonta a los primeros periodos de la era Paleozoica (Dana, 1959).

Calentamiento. Es uno de los minerales que más se calienta al quemarse, alcanzando una temperatura aproximada de 900°C y produce desde 13,000 a 15,000 BTU por libra.

Combustión. Es un mineral que no se expande, no se fusiona ni se coquea, ya que requiere mucho oxígeno, lo que lo hace menos propenso a la combustión y, cuando se prende, produce llamas cortas de color azul las cuales emiten mucho calor.

Ya que la antracita prácticamente no posee materias volátiles no se puede hinchar y, por ende, no es apto para usar como coque, combustible obtenido de la destilación o calcinación de carbón mineral. Es muy resistente a altas temperaturas, no contiene sílice.

CLASIFICACIÓN DE LOS CARBONES

Inicialmente la formación y génesis de la roca antracita comienza con la acumulación de restos orgánicos de plantas principalmente, en ambientes pantanosos y con restricción de oxígeno.

Esos sedimentos ricos en materia orgánica se van acumulando con el asar del tiempo y se van enterrando a una mayor profundidad, donde las condiciones superficiales iniciales cambian a condiciones de mayor temperatura y presión.

Esto genera que los sedimentos orgánicos primero se transformen en una roca sedimentaria gracias a procesos de litificación, estas rocas sedimentarias son: el lignito, hulla, carbón bituminoso (todos son carbón, una roca sedimentaria orgánica).

Posteriormente si el enterramiento aumenta, igualmente lo hace la presión y temperatura, el resultado es que se forme la antracita gracias al metamorfismo de las rocas sedimentarias anteriores y de los sedimentos ricos en materia orgánica.

En este proceso de metamorfismo, casito todo el porcentaje de humedad y volátiles disminuye y se concentra el carbono en la roca.

El origen de los yacimientos de antracita se remonta al Paleozoico, concretamente a los periodos Carbonífero y Pérmico. Allí donde hay actualmente yacimientos de carbón fósil existían hace millones de años zonas pantanosas o lacustres costeras. En el transcurso de millones de años, se hundieron lentamente y pasaron a estar bajo el nivel de las aguas, donde tuvieron lugar los procesos de carbonización.

Este tipo de fosilización está caracterizado por la pérdida gradual y continua de átomos de hidrógeno y oxígeno, con la consiguiente acumulación de un alto porcentaje de carbono. Gracias a la larga serie de transformaciones sufridas, la antracita es el carbón fósil con más alto contenido en carbono y menos concentración de elementos volátiles, como el oxígeno.

La antracita se encuentra exclusivamente en formaciones rocosas que se remontan al Paleozoico, en forma de extensos bancos que constituyen amplios depósitos (las llamadas cuencas carboníferas), correspondientes a los ambientes geológicos en los que se han formado. Asociados a los depósitos de antracita se encuentran a veces alternancias de rocas sedimentarias, como areniscas y arcillas.

Los investigadores coinciden en considerar que el ambiente ideal de formación de la antracita está ligado a un clima caliente y húmedo, a una atmósfera caracterizada por un alto contenido en dióxido de carbono y a la ausencia de manifestaciones geológicas destructivas, como erupciones volcánicas, con coladas de lava, o a fenómenos de transporte de sedimentos a causa de grandes riadas o aluviones. Muchos depósitos de antracita han sufrido notables procesos de deformación por la obra de fenómenos geológicos a gran escala, como la formación de cadenas montañosas.

RANGO DEL CARBÓN

Este tipo de carbón se encuentra en varios países como Canadá, Estados Unidos, Chile, Sudáfrica, Australia y Colombia, donde además se encuentran semiantracitas. China es el país con mayor producción de antracita, siendo el principal extractor de más de tres cuartos del mineral que se comercializa en todo el mundo.

Minas de antracita.

POSIBLES USOS COMERCIALES DE LA ANTRACITA CON CALCITA

En casos donde la presencia de calcita en las vetas de carbón antracita es alta y no se puede controlar o minimizar su cantidad, puede considerarse utilizar este material para fines diferentes a la generación de energía.

Una posible opción sería utilizar el carbón antracita con calcita en la producción de materiales de construcción, como la fabricación de cemento. La calcita puede ser un componente valioso en la producción de cemento, ya que puede actuar como un agente de relleno, mejorando la resistencia y la durabilidad del producto final. De hecho, la calcita se utiliza a menudo como uno de los principales componentes en la producción de cemento Portland.

El proceso de producción de cemento Portland a partir de yacimientos de antracita y calcita que contienen una cantidad significativa de calcita es similar al proceso convencional de producción de cemento, con algunas modificaciones.

En primer lugar, es importante llevar a cabo una evaluación de la calidad del carbón antracita y la calcita presentes en el yacimiento, y determinar su contenido de cenizas y otros componentes. A partir de esta evaluación, se pueden hacer ajustes en el proceso de producción para asegurar que la calidad del cemento producido sea adecuada.

El proceso de producción de cemento Portland involucra la trituración de la mezcla de carbón antracita y calcita, y su posterior molienda en un molino de bolas para obtener un polvo fino. Este polvo se mezcla con otros componentes, como arcilla y yeso, para formar una pasta que luego se cuece en un horno a altas temperaturas. Durante este proceso, se produce clinker, un material duro y resistente que se muele finamente para producir el cemento Portland.

En el caso de la producción de cemento a partir de un yacimiento con una cantidad significativa de calcita, es posible que se requiera ajustar la cantidad de otros componentes de la mezcla, como la arcilla y el yeso, para compensar la presencia de calcita. Además, puede ser necesario ajustar las temperaturas y el tiempo de cocción en el horno para obtener un clinker de buena calidad y minimizar la cantidad de impurezas.

Es importante tener en cuenta que el proceso de producción de cemento a partir de un yacimiento con una cantidad significativa de calcita puede ser más complejo y costoso que el proceso convencional. Sin embargo, si se lleva a cabo de manera adecuada, puede permitir la utilización de recursos que de otra manera serían descartados, lo que puede ser beneficioso tanto para la industria como para el medio ambiente.

Otra opción podría ser la utilización del carbón antracita con calcita como una fuente de carbono para la producción de carburo de calcio, utilizado en la industria química y metalúrgica. El carburo de calcio es un compuesto químico que se utiliza en la producción de acetileno, un gas combustible utilizado en la soldadura y la iluminación.

En ambos casos, es importante llevar a cabo pruebas y análisis para determinar la cantidad de calcita presente en el carbón antracita y cómo afecta su calidad para su uso en diferentes aplicaciones. Esto permitirá determinar el valor comercial del carbón antracita con calcita y encontrar las mejores opciones para su comercialización.

RESERVAS MUNDIALES DE CARBÓN

Producción mundial de antracita de 1993 a 2018 (en millones de toneladas métricas).

PRINCIPALES USOS

La antracita se utiliza principalmente como combustible en procesos industriales, calefacción y generación de energía eléctrica debido a su alto poder calorífico y bajo contenido de impurezas. Algunos de sus usos específicos incluyen:

  1. Calefacción y combustible doméstico: se utiliza en calderas, hornos y estufas para calefacción de viviendas y edificios.
  2. Procesos industriales: se utiliza en la producción de hierro y acero, fundición, fabricación de ladrillos, cerámica, vidrio y otros materiales.
  3. Generación de energía eléctrica: se utiliza como combustible en plantas de energía eléctrica que generan electricidad para hogares y empresas.
  4. Tratamiento de agua: se utiliza como medio filtrante en sistemas de tratamiento de agua para remover impurezas y sustancias químicas.

La antracita también se puede utilizar en la producción de gas sintético y otros productos químicos a partir de la gasificación del carbón.

  • Se quema en centrales termoeléctricas
  • En la producción de gas para alumbrado
  • Destinada a la producción de goma sintética y colorantes
  • Reductor en procesos químicos
  • Ajuste de carbón en fundiciones
  • Carbón de carga en fundiciones
  • Carbón de insuflado
  • Un elemento indispensable en fundiciones ferrosas y no ferrosas
  • Filtración de aguas calientes o alcalinas
  • Reductor en procesos químicos
  • Generación de energía en fuentes de vapor o calderas
  • Componente para el tratamiento de agua industrial
  • Remoción de orgánicos, en filtros de electrolito, proceso SX
  • Tratamiento de agua de ósmosis inversa para la desalinización

EXTRACCIÓN POR SOLVENTES CON ANTRACITA

En la actualidad, el uso más importante de la antracita es en la extracción por solventes, donde se emplea para limpiar el flujo de electrolitos y electrodeposición durante la producción de cobre. Al utilizarse con granate en sistema de filtros de doble medio, mejora notablemente la calidad de los cátodos y ayuda a reducir los costes relacionados con el proceso SX-EW de extracción de cobre.

El proceso SX-EW se usa en el 20% de la producción mundial de cobre, permitiendo su extracción de fuentes no convencionales o material de desecho de forma exitosa, sin eliminar el material y con un impacto ambiental menor que en las fundiciones convencionales.

En esta aplicación, el uso de antracita permite estabilizar los niveles de filtro orgánico, reducir el sobrepaso del filtro, tener ciclos de filtración consistentes, además reduce la frecuencia de retrolavado y los costes relacionados con el proceso.

La antracita puede usarse como filtro de medio doble para optimizar el proceso de extracción con solventes, el cual es muy complejo y requiere soluciones para obtener un producto final más puro, reduciendo tiempos y costos.

USO DE LA ANTRACITA EN EL TRATAMIENTO DE AGUA

La antracita se utiliza en el tratamiento de agua como medio filtrante en sistemas de filtración de agua. Se emplea como parte del proceso de tratamiento de agua para remover impurezas y sustancias químicas del agua, incluyendo sólidos suspendidos, materia orgánica, metales pesados, compuestos orgánicos, pesticidas, productos farmacéuticos, y otros contaminantes.

En este proceso, el agua se hace pasar a través de un lecho de antracita para que los contaminantes se adhieran a los granos del medio filtrante y sean removidos del agua. La antracita es un medio filtrante muy eficaz debido a su alta densidad, superficie específica y su capacidad de adsorción de impurezas.

Después de que la antracita ha filtrado las impurezas, el agua tratada se somete a un proceso adicional de desinfección y cloración antes de ser distribuida para su uso. El uso de antracita en el tratamiento de agua es una alternativa más económica y sostenible en comparación con otros medios filtrantes, y es una opción popular para plantas de tratamiento de agua en todo el mundo.

La Antracita es un excelente medio de filtración para clarificación del agua en uso potable o industrial, cuando es usada en combinación con arenas filtrantes. Es uno de los medios filtrantes más empleados. Es un buen complemento para los filtros mixtos, en compañía de arena o arena verde de manganeso. Debido a la forma especial de sus granos, permite que las partículas que se encuentra en suspensión sean retenidas en la profundidad del lecho filtrante. En comparación con un filtro de arena, este medio filtrante permite un mayor flujo, menor caída de presión, un mejor y más rápido retrolavado.

Tratamiento de agua de ósmosis inversa para la desalinización

Como la desalinización de ósmosis inversa requiere el uso de una membrana parcialmente permeable para ser eficaz, hay un fuerte requisito para asegurar que esta membrana no esté físicamente bloqueada. Debido a la fuente del agua, cualquier número de agua transportada residuos puede presentar en la membrana incluyendo pequeños organismos acuáticos, grava, microplásticos y materia vegetal.

El uso de antracita como parte de una configuración de filtración de ósmosis pre-inversa es común para ayudar a aliviar los bloqueos mecánicos. Esta fase crucial de filtración es importante, ya que una membrana bloqueada no puede eliminar la sal del agua en absoluto.

En los sistemas de RO, el objetivo de filtración de antracita es la eliminación de material orgánico disuelto o parcialmente disuelto (como aceites – la antracita es organófila) y sólidos suspendidos. Además, la antracita proporciona filtración de exclusión de tamaño general – en parte alimentada por sus propiedades de embalaje muy adecuadas y la porosidad deseable – además de la eliminación de materiales biológicos.

Las plantas modernas de RO equipadas con filtros de doble soporte que contienen antracita pueden tratar por el orden de 40 a 50 m3 de agua salada por hora (4,5) produciendo agua potable compatible con las normas de la OMS, con la antracita responsable de eliminar los tamaños de partículas en el rango de tamaño de 0,35 a 0,80 mm. La antracita ‘Gastada’ se descarta después de su uso.

Los sistemas de RO son conocidos por sus altas demandas energéticas y su mala recuperación del agua. Se ha demostrado que los sistemas de RO equipados con antracita logran superar el 35% de recuperación de agua durante un año (6), lo que supone una mejora en los sistemas no equipados con antracita.

GAS SINTÉTICO A PARTIR DE LA ANTRACITA

El gas sintético se produce a partir de la antracita mediante un proceso conocido como gasificación. En este proceso, se convierte la antracita en un gas sintético mediante la reacción química con un agente oxidante como oxígeno, vapor de agua o dióxido de carbono.

El proceso de gasificación comienza con la trituración de la antracita para reducir su tamaño y mejorar su superficie de contacto. Luego, la antracita se somete a un proceso de secado para eliminar la humedad antes de ingresar al reactor de gasificación.

En el reactor de gasificación, se introduce el agente oxidante y se eleva la temperatura y la presión para inducir la reacción química. La antracita reacciona con el agente oxidante y se convierte en gas sintético, que es una mezcla de monóxido de carbono, hidrógeno y otros gases, dependiendo del tipo de agente oxidante utilizado.

El gas sintético producido puede ser utilizado como combustible en procesos industriales, generación de electricidad, calefacción y otros usos. También se puede procesar para producir productos químicos como metanol, amoníaco y plásticos.

La gasificación de antracita es una tecnología avanzada que requiere altos niveles de inversión y complejidad tecnológica. Sin embargo, es una alternativa sostenible al uso de combustibles fósiles y se espera que juegue un papel importante en la transición hacia una economía baja en carbono.

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