preparación del carbón
DESCRIPTION
Elaborado por A Requena para el curso PS5216: Tecnología del CarbónTRANSCRIPT
Preparación del Carbón
Depuracióny secadoClasificación
granulométrica
Justificación para la depuración del carbón
Materia orgánica(Mayoritario)
Materia mineral cuarzo, arcillas, sulfuros, carbonatos, etc.
Cantidad y Composición
UTILIZACIÓN DEL CARBÓN
C, H, N, S, O
Problemas medioambientales...
SOx
NOx
Se, Hg, halógenos
Azufre Nitrógeno
Materia Mineral
Emisiones
Escorias Cenizas Volantes+
Residuos Sólidos
Partículas < 10µmAs, Cd, Pb, etc.
¿Cómo se puede evitar o disminuir estos problemas
ambientales?
Depurar el carbón como paso previo
a su utilización
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
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
Variación del contenido de azufre con el lavado del carbón
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.
0
1
2
3
4
5
% A
zufr
e
S Sulfatos 0,27 0,18 0,36 0,36
S Pirítico 1,55 1,05 1,27 2,36
S Orgánico 0,91 1,27 1,27 1,86
A B C D0
1
2
3
4
5
% A
zufr
e
S Sulfatos 0,09 0,09 0,09 0,09
S Pirítico 0,32 0,55 0,55 0,36
S Orgánico 0,77 1,27 1,23 1,55
A B C D
ANTES DESPUÉS
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.
Características de la materia mineral
Naturaleza de la materia mineral (cenizas):
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 / CaSO4.2H2OÓxidos ~ 15% SiO2 / Fe2O3
RA
YOS
X
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
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
Propiedades físicas del mineral bruto y sus componentes
Gravedadespecífica
Arcilla 2,6Arena 2,6Carbonatos en arcillas 2,0 – 2,6Caolin 2,7Calcita 2,6Sulfato de calcio 2,3Carbón esquistoso 1,4 – 2,0Carbón limpio 1,23 – 1,72
Densidad Dureza Coeficiente de roceFriabilidad
Propiedades de interés para la separación
Nivel de preparación del carbónNIVEL DESIGNACION RENDIMIENTO REDUCCION
DE CENIZASREDUCIONDE AZUFRE
OBSERVACION
A Aplicacióndirecta
100 Nula Nula Poco utilizado
B Triturado 98-100 Escasa Nula Práctica generalen boca de mina
C Preparación degruesos
75-85 Mediana Escasa Usada concarbones de altocontenido enrocas
D Preparación definos
65-85 Buena Pobre Usada concarbones de fácillavabilidad
E Preparación demuy finos
60-80 Notable Buena Usada encarbones deexcelentelavabilidad
F Depuraciónprofunda
60-80 Excelente enel carbónlavado;escasa enmixtos
Excelente enel carbónlavado;variables enlos mixtos
Proporciona másproductos finalesde calidadesdiferentes.
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 mineralPropiedades físicas frecuentemente utilizadas:
Densidad - Propiedades Superficiales Magnetismo - Conductividad
Carbón Bruto
Carbón Depurado
Rechazo
Se reduce o elimina materia mineral yazufre pirítico
Determina rendimiento económico de la depuración
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)
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(0 - 0,5 mm)
FLOTACIONCICLONES CON MEDIO DENSO
METODOS HIDRAULICOS MEDIO DENSO
MENUDOS (0,5 – 10 mm)
GRANOS(10 - 60 mm)
Siderurgia y TérmicaSiderurgia, Térmica
e Industria Calefacción e Industria
ESCOGIDO MANUAL
Estériles a Escombreras u otros destino
Principales métodos de depuraciónTODO EN UNO PARA LAVADO
Métodos Secos Métodos Húmedos
Métodos Hidráulicos Medios Densos
Estratificación con corrientes de aire
No requieren secado posterior
Equipos de gran tamaño con abundante
generación de polvo
Corrientes ascendentes de
aguaen cajas, espirales,
reolavadores.
Requiere sistemas para
tratamiento aguas, recuperación de
lamas y secado del carbón
Suspensiones de magnetita en aguacon densidad mayor
al carbón que permite flotarlo
No permite el tratamiento de finos
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 = velocidaddp = densidad partículadl = densidad líquidoD = diámetro partícula
s ∝ (dp-dl) D2
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 = velocidaddp = densidad partículadl = densidad líquidoD = diámetro partícula
s ∝ (dp-dl) D2
Fundamento de medios densosBrutoBruto
CarbCarbóón n depuradodepurado
RechazoRechazo
Medio denso (Suspensión de
magnetita)
Fluido
Recipiente
Partícula de carbón
EQUILIBRIO DE FUERZAS
donde:d = densidad partículav = volumenD = densidad suspensión magnetitaR = resistencia del líquido (viscosidad)s = velocidad de sedimentación
s ∝ g v (d-D) - R
Del equilibrio de fuerzas:
s > 0 ⇒ Partícula sedimentas < 0 ⇒ Partícula flota
s = 0 ⇒ g v (d-D) = R
Si...
Obtención del medio denso
ρ < ρliq.⇒ flota sí tamaño de la partícula no es inferir al usado para preparar la suspensión.
Tamaño mínimo para que la partícula de alta densidad no flote:
D = Densidad del sólido a flotard = Densidad de partícula en suspensión
l = Dimensión de partículas en suspensión
Concentración de arena (x) para lograr suspensión
de densidad “d”
d: 1,25 - 1,75⇒ 45% max arena
1,25 - 2,50 ⇒ usar magnetita.
Suspensiones de arena o magnetita en agua
11
−−
=dDlL
11
* −−
=ddx d* = densidad de
la arena
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 superiorT = Descarga del rechazo mediante baldas interiores R y S = Rodillos y cojinetes.
Ciclones con medio densoEQUILIBRIO DE FUERZAS
Partícula de carbón
Cono de aire
mS2/r
s
donde:v = volumen partículad = densidad partícular = radioD = densidad suspensión magnetitaS = velocidad partículas = velocidad de sedimentación
Fext = (S2/r) v dFint = (S2/r) v D
s ∝ (S2/r) v (d-D) - R
Intervalos de aplicación de distitosmétodos para el lavado del carbón
Fundamentos de flotación
ESPUMANTE → disminuye γwa
COLECTOR → aumenta γws
SÓLIDO
AGUA γas
γwa
γwsθ
AIRE
γas = γws + γwa . cos θ∆G = γas – (γws + γwa)∆G = γwa (cos θ - 1)
> θ ⇒ > ∆G > θ ⇒ > Fuerza adhesión burbuja
aire/partícula
Aglomeración con aceite
γsa = γsw + γwa . cos θa) θ < 90º ⇒ fase acuosab) θ = 90º ⇒ interfasec) θ > 90º ⇒ fase aceite
Adición de un aceite o líquido inmiscible a una
suspensión acuosa de partículas de carbón en
agitación
AceiteAceite
AguaAguaθθ
γγwawa CarbCarbóónn
γγswsw
γγSaSa
Partícula carbón hidrófoba y/o oleofílica
++
Esquema general de lavado.
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: total:%57,6375100026614
=−−
%4,611000614
=
Resultados por 1000 toneladas del todo en uno
Equipos para molienda gruesa
Reducción de 300 mm a 50 mmQuebrantadoras de cilindro,
mandíbula, martillo.
Equipos para molienda fina
Reducción de 75 mm a 5 mmTrituradoras de martillo
Trabajo necesario para la molienda
di = diámetro inicial de la partículad = diámetro final de la partícula Wi = Índice de trabajo (Ec. Bond-Test).
Relacionado con facilidad de molienda del material.
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡−=
ii dd
WW 1110 kW/TON
Material WiCarbón 11,37 Coque 20,70 Flexicoque 38,60
Coque retardado 73,80
Equipos para clasificación granulométricaEquipos 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
Equipos para depuración de Gruesos
Mesa circular para escogido manual
Toboganes
Mesas de estriado manual en Europa del Este
Cajas hidráulicas de concentración
Granulometría de GRANOS Granulometría de MENUDOS
Vista de cajas hidráulicas
Vista de cajas hidráulicas
Curvas de lavabilidad
Se construye a partir del ensayo de estratificación, y genera las curvas: – Elemental – Carbón lavado – Escombros – Densidad (opcional)
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: Densidaddel líquido en que flota un peso dado de carbón.
Trazado de la curva elementalSe hace coincidir
el punto medio del peso
acumulado de cada estrato
con el porcentaje de
cenizas determinado
para dicho estrato.
Porcentaje en cenizas de la fracción densimétrica
Peso por cada 100 en la fracción densimétrica
Densidad del líquido
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
Cálculo de las coordenadas de los puntos de la curva de carbón lavado
Construcción de curvas de lavado
Información de la curva de lavado
Carbón bruto27,6% Cenizas
Si se desea:CarbCarbóón lavadon lavado
5% Cenizas
Rendimiento CarbCarbóón n
depurado 55%depurado 55%
Rendimiento Estériles 45%
Estériles 65% Cenizas
Curva (b)
Curva (d)Curva (c)
Densidad 1,33 g/cm3
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