El carbono amorfo es el carbono el carbono que no tiene una estructura cristalina. estructura cristalina. Carbonos naturales: Se forman a partir de la descomposición a través de los años, de los seres vivos, en un proceso que se llama carbonificación.
Antracita
. Cuenta con un brillo y dureza característicos. Tipo: Roca metamórfica Color : Negro, gris acero
Carbón fósil seco, poco bituminoso. Es dura, quebradiza de color negro brillante. Contiene 92% de carbono y posee un poder calorífico de 8000 Kcal/Kg Arde con dificultad más metamórfico . Estando seca y sin contar cenizas la masa de la antracita posee 86% o más de carbono y 14% o menos de volátiles es poco contaminante y de alto valor calorífico). no difiere mucho en cuanto a calorías con la mayoría de los carbones bituminosos (hullas). no mancha al ser manipula manipulada da (los C. BITUMINOSOS SI). bajo contenido de humedad. anthrax (ardiente, que quema, carbón).
Formación
Se hallan en zonas de deformación geológica aunque su formación más que a la deformación se debe al calor de fuertes gradientes geotermales o intrusiones ígneas ígneas.. Las temperaturas requeridas para su formación son de 170 a 250 °C Yacimientos, reservas y extracción extracción
La roca constituye alrededor de un 1% de las reservas mundiales de carbón mineral. mineral . Se puede hallar en varios países incluyendo el oriente de Canadá y de EE.UU. EE.UU.,, Sudáfrica Sudáfrica,, China China,, Australia y Colombia Colombia.. En este último país yacen "semiantracitas y antracitas para usos industriales industriales". ". Combustión y usos
es difícil de prender, se quema lento y requiere mucho oxígeno para su combustión generando en el proceso muy pocas flamas (y de color azul pálido) pero emitiendo mucho calor. se usaba en plantas de centrales termoeléctrica termoeléctricass así como en hogares. Su uso en hogares: produce poco polvo al manipularse, quemarse lento y producir poco humo .2 Debido a su alto costo y relativa escasez ha sido desplazado por gas por gas natural y electricidad en cuanto su uso para calefaccionar. apenas contiene materias volátiles, por lo que no puede hinchar y por lo tanto no se puede obtener coque a partir de una antracita.
Hulla
Llamada también carbón de piedra, se presenta formando capas o estratos, que algunas veces alcanzan hasta 16 metros de espesor y constituyen las minas de carbón de piedra. Es de color negro brillante de estructura lujosa. Es combustible, arde con llama fuliginosa, esto es, con desprendimiento de abundante humo y al arder genera gran cantidad de energía calorífica. Contiene entre un 45 y un 85% de carbono
Es dura y quebradiza, estratificada, de color blanco y brillo vitreo. Se formó mediante la compresión del lignito, principalmente en la Era Paleozoica, durante los períodos Carbonífero y Pérmico. Surge como resultado de la descomposición de la materia orgánica de los bosques primitivos, proceso que ha requerido 2 años. Es el tipo de carbón más abundante. Presenta mayor proporción de carbono, menor porcentaje de humedad y mayor poder calorífico que el lignito.
Variedades
Hulla grasa, antiguamente al destilarla se obtenía gas de alumbrado. son
Hulla magra o seca, que se emplea como combustible. Su aspecto presenta bandas
ricas en materias bituminosas que arden fácilmente con producción de bastante humo mate. arden con mayor dificultad y llama corta Hulla semiseca que se emplea en la producción de alimentos para cabras u otros animales domésticos. Es alternada con bandas brillantes.
Subproductos
Coque: usado como combustible en altos hornos de las acerías. Creosota: combinado de destilados del alquitrán de la hulla. Ampliamente usado como protector de la maderaexpuesta al exterior. Cresol: metilfenol que se extrae del carbón de hulla usado como antiséptico y desinfectante Gas, alquitrán, sustancias para perfumes, pinturas, plásticos, neumáticos, insecticidas y pavimentos.
Lignito es una roca sedimentaria de origen orgánico. Contiene de un 55% a 75% de carbono. tiene mucho menor contenido en agua que la turba.
Es de color negro o pardo y frecuentemente presenta una textura similar a la de la madera de la que procede.
Difícil de encender, y al arder produce un olor fétido.
se forma por compresión de la turba, convirtiéndose en una sustancia desmenuzable en la que aún se pueden reconocer algunas estructuras vegetales.
fácil de quemar por su alto contenido en volátiles, pero con un poder calorífico relativamente bajo entre 10 y 20 MJ/kg Tiene la característica de no producir coque cuando se calcina en vasos cerrados. COMPOSICIÓN TÍPICA
Carbono
69 %
Hidrógeno
5,2 %
Oxígeno
25 %
Nitrógeno
0,8 %
Materias volátiles 40 %
La variedad negra y brillante se denomina azabache, que por ser dura se puede pulir y tallar. Se emplea en joyería y objetos decorativos. Una variedad muy compacta, que ha sufrido un prolongado proceso de carbonización y que ha soportado grandes presiones, recibe el nombre de azabache. Carbón fósil de formación más reciente que la hulla. Es un combustible de calidad intermedia entre el carbón de turba y el carbón bituminoso, del tipo húmico rico en humina y en ácidos húmicos. En él se pueden reconocer macroscópicamente restos de madera, de hojas y de frutos. Se lo encuentra en los estratos del cretácico y del terciario. Su capacidad calorífica es inferior a la del carbón común debido al gran contenido de agua (45%) y bajo de carbono (36%).
Turba Carbón en reciente formación en los pantanos. Contiene de un 50% de carbono. Al arder produce humo denso. Posee un poder calorífico de 3500 Kcal/Kg.
de color pardo oscuro y rico en carbono. Se emplea como combustible y en la obtención de abonos orgánicos.
Formación de la turba Se forma como resultado de la putrefacción y carbonificación parcial de la vegetación en el agua ácida de pantanos, marismas y humedales. La formación de una turbera es generalmente lenta como consecuencia de una escasa actividad microbiana, debida a la acidez del agua o la baja concentración de oxígeno. El paso de los años va produciendo una acumulación de turba que puede alcanzar varios metros de espesor, a un ritmo de crecimiento que se calcula de entre medio metro y diez centímetros cada cien años. Las turberas son cuencas lacustres de origen glaciar que actualmente están repletas de material vegetal más o menos descompuesto y que conocemos como turba de agua dulce. La turba se acumula debido a que la putrefacción de la materia vegetal es muy lenta en climas fríos. La materia vegetal que se acumula por debajo del nivel del agua de un lago está en unas condiciones de continua saturación y de poca disponibilidad de oxígeno, fomentando así la actividad de los transformadores. En estas formaciones tenemos un suelo de tipo histosol.
Tipos
Las turbas rubias (esfagno) tienen un mayor contenido en materia orgánica y están menos descompuestas. Las turbas negras tienen un menor contenido en materia orgánica y están más mineralizadas.
Aplicaciones En estado fresco alcanza hasta un 98 % de humedad, pero una vez desecada puede usarse como combustible. se usa en jardinería para mejorar suelos por su capacidad de retención de agua. Es más frecuente el uso de turbas rubias en cultivo sin suelo, debido a que las negras tienen una aireación deficiente y unos contenidos elevados en sales solubles. Las turbas rubias tienen un buen nivel de retención de agua y de aireación, pero son muy variables en cuanto a su composición ya que depende de su origen. La inestabilidad de su estructura y su alta capacidad de intercambio catiónico interfieren en la nutrición vegetal, al presentar un pH que oscila entre 3,5 y 8,5. Se emplea en la producción ornamental y de plántulas. La turba negra se utiliza en algunas zonas para el secado de los ingredientes del whisky, al que da un aroma único. Son suelos carbonosos que se han formado como resultado de una descomposición libre de oxígeno de las plantas muertas. La turba natural es ácida y contiene mucha agua. Posee compuestos químicos que se usan para el tratamiento de la piel. Oscila entre los 5 y los 8 grados Celsius de temperatura.
Carbón de leña Se forma cuando la madera se calienta intensamente en ausencia de aire. El carbón adquiere una estructura muy abierta, dando una gran área superficial por unidad de masa. El carbón vegetal es un material combustible sólido, frágil y poroso con un alto contenido en carbono (del orden del 98 %). Se produce por calentamiento de madera y residuos vegetales, hasta temperaturas que oscilan entre 400 y 700 °C, en ausencia de aire. El poder calorífico del carbón vegetal oscila entre 29 000 y 35 000 kJ/kg, y es muy superior al de la madera, que oscila entre 12 000 y 21 000 kJ/kg.
Usos es el primer material de carbón utilizado por el hombre y su uso data probablemente desde el mismo momento en que se comienza a utilizar el fuego; dado que los trozos de madera carbonizada que quedarían en algunas hogueras pueden considerarse un carbón vegetal rudimentario. De hecho, existen pruebas de que en muchas pinturas rupestres de hace más de 15.000 años el carbón vegetal se utilizaba para marcar el contorno de las figuras, además de usarse como pigmento de color negro cuando se mezclaba con grasa, sangre o cola de pescado. se usa mayoritariamente como combustible, no solo de uso doméstico sino también industrial
Otras aplicaciones Otra de las aplicaciones del carbón vegetal es la fabricación de pólvora. La pólvora negra se compone de un 75 % de salitre (nitrato de potasio), un 12 % de azufre y un 13 % de carbón vegetal. Estos ingredientes al quemarse producen un gas que tiende a ocupar un volumen 400 veces mayor que la mezcla original, produciendo una fuerte presión en las paredes del recipiente que los contiene. Dado que el carbón vegetal es un material poroso, otra de sus aplicaciones es su uso como absorbente (capacidad de atrapar moléculas o iones) También se usa para adsorber moléculas de un tamaño relativamente grande (como los colorantes), dado que la mayoría de la porosidad de los carbones vegetales está dentro del campo de los macroporos (anchura del poro > 50 nm). Una aplicación relativamente importante es la clarificación de bebidas alcohólicas como el vino, cerveza, whisky, etc.
La fabricación del carbón vegetal, como se ha explicado antes, se puede hacer de varias formas, pero es importante detallar algunas de ellas: 1. Fabricación en Hornillas: son hoyos que se realizan en el suelo, o cuevas de dimensiones variables (r=1 m x 2m), a las cuales se le hace troneras (por donde se escapa el humo y vapor de agua) y una puerta de entrada por donde se introduce la madera. Esta forma se ocupa en zonas montañosas (con pendientes) donde existe suelos arcillosos, generalmente se obtiene carbón de espino, Hualo, Roble.El fuego inicial se aplica por la puerta, ubicada en un costado.
Usos domésticos Una de las consecuencias que produce la fabricación de este es la deforestación. La minería del carbón y su combustión causan importantes problemas ambientales y tienen también consecuencias negativas para la salud humana. El monóxido de carbono (CO), producto de la combustión del carbón, es un gas altamente tóxico y venenoso al mantenerlo en ambientes cerrados, de ahí la importancia de ventilar los interiores de las viviendas y de retirar el brasero a la hora de dormir, debido al peligro de muerte por respirar dichos gases. Es muy común también su uso para asar carnes a la parrilla.
Carbón Activado es un término genérico que describe una familia de adsorbentes carbonáceos tienen una porosidad interna altamente desarrollada. se caracteriza por poseer una cantidad muy grande de microporos .A causa de su alta microporosidad, el carbón puede poseer una superficie de 50 m²/g o más si es activo, llegando a valores de más de 2500 m²/g. El carbón activado se utiliza en la extracción de metales , la purificación de agua potable , en medicina veterinaria y medicina humana para casos de intoxicación, en el tratamiento de aguas residuales , clarificación de jarabe de azúcar , purificación de glicerina, en máscaras antigás, en filtros de purificación y en controladores de emisiones de automóviles, entre otros muchos usos.
Producción 1. Activación química: una sustancia deshidratante, que puede ser un ácido, se mezcla con la materia prima y se somete a un tratamiento a temperaturas moderadas. Esta técnica puede ser problemática porque, por ejemplo, al usar como agente deshidratante cloruro de zinc los residuos del zinc pueden permanecer en el producto final, aún después de lavado. 2. Activación física o del vapor : el material carbonizado se trata con una mezcla de gases de combustión y vapor de agua a una alta temperatura para que se active. Como material de partida se usan varios materiales carbonosos, como cáscaras de nuez, madera, coco.
Características
Bajo un microscopio electrónico, la estructura del carbón activado se muestra con una gran cantidad de recovecos y de grietas.. Estos microporos proporcionan las condiciones para que tenga lugar el proceso de adsorción. La evaluación de la adsorción se hace generalmente mediante nitrógeno gaseoso a 77 K en condiciones de alto vacío. El carbón activo saturado se puede regenerar mediante la aplicación de calor. Los aerogeles de carbón, que son más costosos, tienen superficies efectivas muy altas y encuentran uso similar al carbón activado en aplicaciones especiales.
Área superficial Se mide usando nitrógeno (N2). Es el indicador primario del nivel de actividad, a mayor área superficial, mayor número de puntos de adsorción
Radios porales La determinación de la distribución de los tamaños de los poros es una forma extremadamente útil de conocer el comportamiento del material Microporos r < 2 nm Mesoporos r ≈ 2-50 nm
Macroporos r > 50 nm Los macroporos son la vía de entrada al carbón activado, los mesoporos realizan el transporte, y los microporos la adsorción.
Número de yodo Es una medida de la porosidad mediante absorción de yodo en solución.
Actividad de tetracloruro de carbono Es una medida de la porosidad mediante absorción de vapor saturado de tetracloruro de carbono.
Tamaño de las partículas Cuanto más fino es el tamaño de las partículas de un determinado carbón activado, mejor es el acceso al área superficial y más rápida es la tasa de cinética de absorción. En sistemas de fase vapor, esto se debe considerar junto con la caída de presión, que afecta los costos energéticos.
Proceso de obtención del carbón activado El proceso del carbón activado se basa en producir un carbón a partir de materiales como: cortezas de almendras, cáscara de coco, turba, petróleo, brea y polímeros, nueces, palmeras u otras maderas, y carbón mineral.:
Activación física (térmica). Se lleva a cabo en dos etapas, la carbonización que elimina elementos como hidrógeno y oxígeno para dar lugar a una estructura porosa rudimentaria y la etapa de gasificación del carbonizado que se expone a una atmósfera oxidante que elimina los productos volátiles y átomos de carbono, aumentando el volumen de poros y la superficie específica. Esto se hace en distintos hornos a temperaturas cercanas a 1000 ℃. Activación química. El material se impregna con un agente químico que puede ser ácido fosfórico o hidróxido de potasio y se calienta en un horno a 500-700 ℃. Los agentes químicos reducen la formación de material volátil y alquitranes, aumentando el rendimiento del carbón. El resultante se lava para la eliminación de ácido.
Reactivación térmica El conjunto del proceso de reactivación comprende los siguientes pasos: 1. Secado del material hasta ± 105 ° C. 2. Evaporación de los compuestos volátiles adsorbidos hasta ± 300 ° C.
3. Los compuestos no volátiles adsorbidos en el seno del carbón activo son descompuestos hasta carbono amorfo en la atmósfera del horno a través de un proceso de pirólisis con temperaturas de hasta ± 600 ° C. 4. Finalmente, el carbón en forma amorfa es gasificado mediante la inyección de vapor a alta presión y temperatura (por encima de 800 ºC).
Uso médico El carbón activado es utilizado como agente absorbente para tratar envenenamientos y sobredosis por ingestión oral. Previene la absorción de la sustancia tóxica en el estómago. La dosificación típica para un adulto es de 1 g/kg dentro de la primera hora de la intoxicación, con un tope máximo de 100 g totales. Las dosis pediátricas son 12-25 g (1 g/kg). El uso incorrecto de este producto puede producir broncoaspiración (ingreso a los pulmones) y puede dar lugar a un desenlace fatal si no es controlado
Filtros para aire, gas comprimido y purificar el agua Los filtros con carbón activado se utilizan generalmente en la purificación de aire, agua y gases, para quitar vapores de aceite, sabores, olores y otros hidrocarburosdel aire y de gases comprimidos.
Usos ambientales
Limpieza de vertidos Recuperación de aguas superficiales y subterráneas3 Tratamiento de agua potable Purificación de aire 4 Recogida de compuestos volátiles procedentes de procesos industriales como pintura,5 limpieza en seco, repostaje de combustible... Depuración de agua no destinada al consumo humano Purificación de aminoácidos6 Purificación de ingredientes y productos alimentarios7 Separación y purificación de gases como biogás, dióxido de carbono, hidrógeno, gas de síntesis. Protección personal y colectiva (máscaras de gas8)
Negro del humo u hollín Es el carbón obtenido por la combustión incompleta de sustancias orgánicas, esto es con insuficiente cantidad de oxígeno. En el laboratorio se obtiene haciendo arder la Trementina en una cápsula. Se llama hollín a las partículas sólidas de tamaño muy pequeño (de 25 a 700 nanómetros) en su mayoría compuestas de carbono impuro, pulverizado, y generalmente de colores oscuros más bien negruzcos resultantes de la combustión incompleta o pirólisis de un material orgánico (que contiene carbono) como madera, carbón, fueloil, residuos de aceite, papel, plásticos y desperdicios domésticos. En general tiene un contenido de carbono de hasta el 60%, un alto contenido de material inorgánico y una fracción orgánica.12 Su aspecto es similar a la ceniza pero con un tono más negro. El hollín causa cáncer y enfermedades pulmonares .3 causa calentamiento global.45
Fuentes El hollín es un contaminante aéreo, todas las fuentes provienen de pirolisis. Entre las fuentes están la quema de carbón, los motores de combustión interna,2 centrales térmicas, calderas de barcos, calderas de vapor, incineradoras de basura, quema de rastrojos, fuegos domésticos, incendios forestales y hornos. Entre las fuentes ubicadas bajo techo están el cocinado de alimentos, el fumar tabaco, la combustión de aceite de lámparas, la hoguera de la chimenea .6 y los hornos defectuosos. Descripción El hollín es carbono amorfo en forma parecida al polvo. El hollín en fase gaseosa contiene hidrocarburos aromáticos policíclicos.(PAH). Los PAH en el hollín son mutágenos conocidos y están clasificados como un carcinógeno para los humanos El hollín se forma durante la combustión incompleta desde moléculas precursoras como el acetileno. Las partículas de hollín pueden mezclarse con óxidos metálicos y con minerales y pueden recubrirse con ácido sulfúrico.
formación del hollín
El hollín comienza con algún precursor químico o ladrillo de construcción. Se produce una nucleación de moléculas pesadas para formar partículas. El crecimiento de la superficie de la partícula se produce al absorber moléculas en fase gaseosa. La coagulación se produce por colisiones partícula-partícula reactivas La oxidación de las moléculas y las partículas de hollín reduce la formación de hollín.
Riesgos es responsable de más de la cuarta parte de la polución del aire .613 Entre los componentes de la polución la materia particulada es una preocupación seria para la salud humana debido a su impacto directo en los pulmones. La exposición prolongada al aire urbano que contiene hollín aumenta el riesgo de enfermedades coronarias. El hollín produce en los deshollinadores cáncer de piel y de pulmón como enfermedades profesionales. También está asociado al cáncer de vejiga.1
Carbón Animal Se obtiene mediante la calcinación de los huesos en recipientes cerrados. Se emplea para decolorar líquidos oscuros (quemando los huesos - carbón activado) este material es el resultado de huesos que se someten a la combustión o destilación seca.
El carbón animal es aquel obtenido mediante la destilación seca o combus tión incompleta en ausencia de aire de huesos de animales sin grasa. Tiene aproximadamente un 10% de carbono y tiene gran absorbencia. Es un material granular producido a través de la carbonización de huesos de animales. Para prevenir la propagación de la enfermedad de las vacas locas, el cráneo y la columna no se utilizan nunca. Los huesos se calientan a altas temperaturas en el rango de 400 a 500 °C (752 a 932 °F).
Usos:
Como decolorante en líquidos, en especial bebidas. En el refinamiento de azúcar y en el procesamiento de la melaza. En la defluorización del agua. En la eliminación de metales pesados de soluciones acuosas
Coque El coque es un combustible sólido formado por la destilación de carbón bituminoso calentado a temperaturas de 500 a 1100 °C sin contacto con el aire.123 El proceso de destilación implica que el carbón se limpi a de alquitrán, gases y agua.3 Este combustible o residuo se compone entre un 90 y un 95 % de carbono.13 Nitrógeno, oxígeno, azufre e hidrógeno están presentes en cantidades menores.1 Es poroso y de color negro a gris metálico.23 El coque se utiliza en grandes cantidades en altos hornos para la elaboración de hierro aprovechando de las siguientes reacciones químicas :1 2
Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2 FeO + CO → Fe + CO2 Además de carbón mineral se han usado otros materiales como turba, carbón vegetal y petróleo crudo para elaborar materiales llamados coque, en este último caso se trata de coque de petróleo.3 En cuanto a temperatura de producción existen dos tipos de coque: el coque de alta temperatura, formado entre los 900 y los 1100 °C, y el de baja temperatura, formado entre los 500 y los 700 °C
Entre sus usos resaltan:
El coque se utiliza en la preparación del gas productor que es una mezcla de monóxido de carbono (CO) y nitrógeno (N2). La producción de gas se produce al pasar el aire sobre el coque caliente. El coque también se utiliza para hacer gas de agua. El coque se utiliza como combustible y como agente reductor en la fundición de mineral de hierro en un alto horno. El monóxido de carbono producido por su combustión reduce el óxido de hierro (hematita) en la producción del producto de hierro. El coque se utiliza comúnmente como combustible para la herrería.
CARBONO DE RETORTA
Este material, muy utilizado en construcciones, es un buen conductor de electricidad y calor. Se caracteriza por su dureza y se lo halla en paredes de retorta de material Refractario. En ellas, se destilla la hulla.
Datos adicionales:
El grado más alto, antracita, es aproximadamente 90 por ciento carbono y 10 % otros elementos. El carbón bituminoso es aproximadamente 75-90 % carbono, y el lignito es el nombre del carbón que tiene alrededor de 55 por ciento de carbono Roca metamórfica: son rocas formadas por la modificación de otras preexistentes en
el interior de la Tierra mediante un proceso llamado metamorfismo. A través de calor, presión y/o fluidos químicamente activos, se produce la transformación de rocas que sufren ajustes estructurales y mineralógicos. Se deben usar hullas subituminosas para producir coque, pero en ningún caso antracita. El carbón vegetal no posee una textura porosa tan desarrollada como la de los carbones activados
