I.
INTRODUCCIÓN
En la siguiente práctica, determinaremos el Porcentaje de carbón y lignito existe en una muestra de arena extraída de los bordes por donde transcurre el río San Lucas, y con la ayuda de una balanza hallaremos el peso de partículas decantadas y el peso de la muestra de arena, obteniendo el resultado de lo que queremos determinar. En la formación alóctona los restos de vegetales son arrastrados por las corrientes de agua depositándolos en los remansos donde sufren el proceso de carbonificación. Indicando el porcentaje de carbón y lignito lignito que existen en el lugar. Este puede tener lugar en aguas dulces (cuencas límnicas
II.
OBJETIVOS Determinar mediante la experimentación el porcentaje de carbón y lignito de la muestra de arena en el que se separan partículas de bajo peso específico, como pedazos pequeños de madera entre otros.
III.
FUNDAMENTO TEÓRICO: 1. CARBÓN MINERAL El carbón es un mineral que ha contribuido, con su potencial energético y como materia prima en la fabricación del acero, a la industrialización mundial desde los tiempos de la Revolución Industrial, en el siglo XVIII, hasta la actualidad. En el futuro, si se aplican las oportunas tecnologías ecológicas de combustión, se deberá seguir contando con su gran disponibilidad y riqueza energética.
1.1 DEFINICIÓN El carbón, de tipo mineral, es una roca sedimentaria originada por la acumulación, enterramiento y transformación con enriquecimiento en carbono de restos de materia vegetal. Las principales acumulaciones proceden del período Carbonífero de la Era Primaria. El carbón es de color pardo a negro, de aspecto mate y a veces brillante, ligero y de escasa dureza. Su composición y propiedades dependen de las condiciones fisicoquímicas en las que se produce la transformación. Los yacimientos de carbón se encuentran muy repartidos en la corteza terrestre a lo ancho de todo el mundo.
1.2 PROPIEDADES Y CARACTERÍSTICAS Existen dos formas bastante simples y generalizadas de caracterización de los carbones, basadas en dos tipos de análisis:
Análisis Elemental. Es el análisis que se realiza bajo el punto de vista químico y proporciona su composición elemental: carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, azufre y otras impurezas.
Análisis Inmediato. Este análisis proporciona los siguientes datos del tipo de carbón en cuestión:
Humedad. Se trata del agua presente en los poros del carbón.
Materias volátiles. Es la porción que se desprende en forma gaseosa al calentar el carbón a una temperatura normalizada.
Carbono fijo. Es el componente sólido combustible que queda después de eliminar las materias volátiles.
Cenizas. Es la materia incombustible residual que queda después de quemar el carbón completamente.
Poder calorífico. Es el calor producido por la combustión de la unidad de masa. El poder calorífico superior (PCS) incluye el calor de combustión desprendido por todos los componentes del carbón, mientras que el poder calorífico inferior (PCI), es el PCS al que se le resta el calor de reacción producido por la combustión del hidrógeno (existente en el carbón) para formar agua. El poder calorífico inferior es el que mejor representa las condiciones energéticas de un carbón y, por lo tanto, su valor como combustible. Fuente: https://es.wikipedia.org/wiki/Carbón
1.2. CLASIFICACIÓN Según su grado de carbonificación creciente, se pueden distinguir los siguientes tipos generales de carbones:
Turba. Sustancia de color entre pardo y negro, originada por la transformación de la materia orgánica vegetal de las turberas, por efecto de factores como la temperatura y la humedad, cuando cesa la acción bacteriana, que puede contener hasta un 90 % de agua que se reduce al 25 %por secado al aire. Al avanzar el proceso de transformación, cambia su aspecto y aumenta la densidad, distinguiéndose la turba clara, parda, oscura y negra. Seca y exenta de materia orgánica, tiene una composición aproximada de 60 % de carbono, 35 % de oxígeno y 6 %de hidrógeno, y un poder calorífico entre 6 y 13 MJ/kg.
Lignito. Es un carbón de bajo rango de la serie ligno-hullera. Su composición media, libre de cenizas y humedad, es carbono entre el 65 y el 75 %, hidrógeno entre el 5 y el 6 %, y oxígeno entre el 20 y el 27 %; el porcentaje de carbono crece con la madurez y disminuye el oxígeno y el hidrógeno. Recién extraído, su humedad puede llegar al 40 ó 50 %, y seco al aire mantiene una humedad higroscópica del orden del 20 %. Posee un alto contenido en materias volátiles y en azufre, a veces superiores al 50 % y al 10 %, respectivamente. El poder calorífico inferior sobre muestra seca al aire puede variar entre 8 y 18 MJ/kg. Su aspecto puede ser leñoso, terroso compacto, y el color varía de pardo a negro brillante.
Hulla. Es un carbón bituminoso de la serie ligno-hullera. De color grisáceo, su composición porcentual es del 74 al84 % de carbono, del 11 al 21 % de oxígeno, menos del5 % de hidrógeno, del 8 al 44 % de materias
volátiles, agua y cenizas el resto. Su poder calorífico varía de 22 a35 MJ/kg.
Antracita. Es un carbón de alto rango, negro, duro brillante, a veces con irisaciones, que se forma en la última fase de la carbogénesis. Contiene más del 90 % de carbonó y del 5 al 8 % de materias volátiles; arde con llama corta casi sin humo y su poder calorífico suele estar entre 23 y 38 MJ/kg. Como puede apreciarse, en función de su origen y de sus características químicas y físicas, existe una gran variedad de tipos de carbón. Son muchas las clasificaciones existentes: por su grado de carbonificación; por su contenido en materias volátiles; por la composición elemental del carbón; por sus componentes petrográficos macroscópicos y microscópicos; por su poder calorífico; etc. Por lo tanto, y como en la mayoría de los temas, es difícil llevar a cabo una simplificación válida.
Fuentes: https://www.ecured.cu/Carbón
2. LIGNITO Entre las distintas variedades de carbones minerales que podemos encontrar en la naturaleza, se halla el lignito, un tipo de carbón mineral que se forma por compresión de la turba; a partir de restos fosilizados y de acuerdo a cómo se desarrolle el proceso de conformación y dependiendo de su concentración de carbono, será el producto final. Se lo considera un combustible de calidad media. Esto debido a su baja capacidad de calorífica, a pesar de su fácil combustión como resultado de sus componentes volátiles. El uso del lignito como combustible fósil está cuestionado ya que se lo considera altamente contaminante debido a las grandes emisiones de CO2.
2.1. LA COMPOSICIÓN DE LIGNITO Analizando la composición química del lignito vemos que está formado por un 69% de carbono, 5,2% de hidrógeno, 25% de oxígeno y 0,8% de nitrógeno. La mayor o menor presencia de carbono puede dar como resultado diferentes variedades de lignito. Estas variedades poseen diferentes aplicaciones. El lignito posee una estructura fibrosa, es fácilmente desmenuzable y en su composición más habitual es de color café. El de textura terrosa se lo conoce como “tierra de sombra”. Pero existe ot ra variedad de color negro, mucho más oscuro que el anterior, que se lo conoce como “azabache”. Una última
variedad de lignito que podeos encontrar, es aquella donde resulta fácil detectar en su interior, trozos de madera fosilizada. A esta variedad se la denomina lignito xiloide.
2.2. APLICACIONES DEL LIGNITO Durante muchos años, fue utilizado como combustible en las centrales térmicas, para la generación de energía eléctrica. Su uso fue paulatinamente reemplazado por otras formas de generación, ya que la producción de Dióxido
de Carbono lo convertía en altamente contaminante. Al ser rico en alquitrán, esta variedad de carbón es utilizada en la industria química, y aunque no tiene la capacidad del carbón bituminoso, en la producción de gas, se lo ha usado como sucedáneo de éste. La variedad azabache de lignito es una roca muy apreciada en joyería, ya que posee una gran capacidad de ser pulida y tallada, obteniéndose joyas y objetos ornamentales muy requeridos.
Figura N°3: Lignito
Fuente: www.rocasyminerales.net/lignito
IV.
PROCEDIMIENTO 1) Secamos una cantidad aproximada a 200 g de arena en la mufla, a una temperatura aproximada de 105 °C.
2) La muestra se vacía luego lentamente dentro de 250 ml de tiner, contenido en un recipiente de plástico.
3) El tiner se debe vaciar luego en un segundo Beaker pasándolo a través del papel filtro. Aquí se debe tener cuidado para que solamente se vacíen el líquido y las partículas que están flotando. Este proceso se repite dos veces, para que la muestra quede libre de partículas flotantes.
4) Las partículas que se encuentran contenidas en el papel filtro, se tienen que secar en la mufla a 105 °C por unos pocos minutos.
5) Ahora luego de secar las partículas decantadas en el papel filtro, pasamos a tararlas en la balanza.
6) Finalmente calculamos el Porcentaje de carbón y lignito presentes en nuestra muestra de arena.
V.
RESULTADOS Datos: Masa muestra= 200.350gr Masa muestra seca= 195.197gr Masa de las partículas decantadas =0.289gr
CÁLCULOS % =
% =
. .
×
= . %
VI.
CUESTIONARIO
1. ¿geológicamente, de que está compuesto una lignita en un agregado? 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. Suele tener color pardo oscuro y su estructura es fibrosa. Su capacidad calorífica es inferior a la del carbón común debido al gran contenido de agua (45%) y bajo de carbono (36%). La cantidad de calor que entrega el lignito es aproximadamente de 25 kJ por kg. Una variedad muy compacta, que ha sufrido un prolongado proceso de carbonización y que ha soportado grandes presiones, recibe el nombre de azabache. Este material es susceptible de pulimento, obteniéndose piezas de extrema belleza y que en la antigüedad fueron apreciadas como adornos.
2. Si una muestra contiene lignito ¿que ácidos utilizarías para su reconocimiento, cualitativamente? Se utilizaría el tetracloruro de carbono “C Cl4”, que es un compuesto sintético organoclorado no inflamable, pero toxico, por las propiedades químicas que posee puede determinar el tipo de mineral de cierto agregado.
3. Diferencias entre carbón antracítico y bituminiso Contenido de carbono:
Antracítico 95% aproximadamente y bituminoso oscila entre los 60y 80%
poder calorífico antracítico 6800 y 7200 kcal/kg y bituminoso 6390 aproximadamente la contaminación del carbón antracítico suele ser menor que el bituminoso
4. ¿cuáles son los límites permisibles del lignito en los agregados de acuerdo a las normas ASTM ?¿ que significa ASTM?, explique. Los limites perdibles en agregados son: terrenos arcillosos 1% de lignito terrenos con carbón 1,5% de lignito en otras sustancias como agregado son mica, álcalis, pizarra, y partículas blandas 1% de lignito
ASTM: La Sociedad Estadunidense Para Pruebas y Materiales “
”
Es una organización de normas internacionales que desarrolla y publica acuerdo voluntario de normas técnicas para una amplia gama de materiales, productos y sistemas. Cuenta con 12,575 acuerdos voluntarios de normas de aplicación mundial.
5. ¿que tipo de cemento se debe utilizar cuando un agregado supera los límites permisibles de lignito? El cemento para estas situaciones es el cemento portland por el tipo de agregado que posee.
VII.
CONCLUSIONES:
El porcentaje de carbono y lignito que se encontró en la muestra de arena es de 0.144 lo que indica que la muestra está dentro de los limites permisibles.
VIII.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS: Menéndez, J. Ángel (2006). «El carbón en la vida cotidiana». Oviedo (España). Archivado desde el original el 28 de noviembre de 2015. Consultado el 24 de septiembre de 2006. Stach, E.; Mackowsky, M. TH.; Teichmüller, M.; Taylor, G. H.; Chandra, D. y Teichmüller, R., ed. (1982)
LINCKOGRAFÍA
www.rocasyminerales.net/lignito https://es.wikipedia.org/wiki/Carbón rofesores.fib.unam.mx/l3prof/Carpeta%20energ%EDa%20y%20ambien te/carbon.pdf
