Este documento describe los tipos de carbón y sus propiedades, incluyendo turba, lignito, hulla y antracita. Explica que los carbones se forman a partir de la descomposición lenta de materia vegetal en diferentes condiciones geológicas. También resume los análisis químicos empleados para caracterizar los carbones, como el análisis elemental, la determinación de humedad, cenizas, materias volátiles y poder calorífico.

1. Departamento de Química Analítica y
Tecnología de Alimentos
QUIMICA ANALITICA APLICADA
Tema 11. Carbones y derivados.
Clasificación de los Carbones y sus derivados. Componentes
mayoritarios y minoritarios. Contenido en azufre. Contenido en
elementos traza.

2. CARBONES Y DERIVADOS
Carbones Tipo de
Carbon
Propiedades
Combustible sólido con más de un 50% Se distinguen tallos, hojas, raíces y cortezas
en peso de carbono (70% en volumen) Turbas
Gel de características ácidas.
Genera un coque negro y pulvurento.
resultante de la descomposición lenta Escaso interés industrial
de grandes cantidades de materia Color pardo.
Alto porcentaje de productos volátiles.
vegetal durante las épocas geológicas Lignitos Reacción ácida con el agua.
pretéritas. Sin la elasticidad de la turba.
Genera un coque menos negro.
Principales usos Color negro y brillante.
La industria siderúrgica. Hullas Genera un coque aglomerado de alta calidad.
Alto interés industrial.
Generación de energía eléctrica en Color negro y brillante.
Antracitas Baja proporción de volátiles.
centrales térmicas. Alto contenido en carbono.
Componentes de los Carbones
Los carbones están constituidos, por carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y
azufre:
-El carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno proceden de los vegetales
originales.
-El azufre puede ser de origen orgánico o inorgánico (proveniente de minerales
que han impurificado el lecho de carbón durante su formación).

3. CARBONES Y DERIVADOS
Teorías sobre la formación de Propiedades y composición
los carbones. Análisis Elemental Poder Materias
Tipo de
Hickling C (%) H (%) Otros (%) calorífico Volátiles
Carbón
(Kcal/mol) (%)
Existe una continuidad en la
Turba 57 6 37 5400 65
formación y las diferencias se
Lignito 72 5 23 6700 55
basan al tiempo que ha durado el
Hulla 87 5 8 8700 25
proceso de carbonización:
madera → turba → lignito → Antracita 96 2 2 8400 5
→ → →
hulla → antracita
→ Mackenzie-Taylor
MATERIA VEGETAL
Hilt • Procesos aerobios
• Medio ácido
La carbonización se acentúa con • Pérdida de CH44
la profundidad debido a los Cobertura por
Mantenimiento del
Mantenimiento
efectos de la presión y régimen anterior
anterior
TURBA material
sedimentario
temperatura. TURBA VIEJA
(pobre en H) Condiciones
• Persistencia de
alcalinas
alcalinas
Mackenzie-Taylor Cobertura por material
Cobertura por material
anaerobias
anaerobias
la acidez
la acidez
• Pérdida de O2,2
sedimentario (condiciones
Cada tipo de carbón es el final de sedimentario (condiciones
alcalinas anaerobias)
alcalinas
H2O y CO2
2 2
un proceso diferente según las
ANTRACITA
ANTRACITA HULLAS LIGNITOS
condiciones de carbonización..

4. CARBONES Y DERIVADOS
Batería de hornos de coquización
Obtención del coque. Cámaras de coquización
Calentamiento de las hullas en
recipientes cerrados hasta temperaturas
Tolvas de hulla
de unos 1000ºC con lo que se obtienen Máquina para empujar coque Barriletes
gases de coquería (H2, CH4, CO, CnH2n,
2 4 n 2n
Regenadores de calor
Cámaras de coquización
N2 y CO2), líquidos (alquitrán de hulla y
2 2 Zona de descarga
amoníaco) y un residuo sólido que se
denomina coque (65-80%).
Regenadores de calor
Proceso de coquización.
Vista esquemática de una batería
• <100ºC: Desorción de O2, N2, CH4 y
< 2 2 4 de coquización
H2O.
2
• 100-300ºC: Desorción de SH2, CO,
2
CO2 y olefinas.
2
• ∼310ºC: Aparecen porciones líquidas.
∼
• 400-450ºC: Se inicia la fusión
•550ºC: Fin de la fusión .Desprendi-
miento de H2.
2
• 700-1000ºC: Craqueo.
•>1000ºC: Procesos de grafitización.

5. ANALISIS INMEDIATO DE CARBONES
Esquema del análisis
Determinación de humedad inmediato de carbones
Se determinan sometiendo la
muestra en una mufla a 110 ºC
durante una hora
Determinación de cenizas
Se determina pesando el residuo
inorgánico (3-15%) que perma-
nece tras la combustión del
carbón en presencia de oxígeno
bajo unas condiciones específi-
cas (950 ºC).
No corresponde exactamente al
contenido real de materia
inorgánica ya que algunos
compuestos inorgánicos se
transforman:
4FeS2+4O2→2Fe2O3+8SO2↑
CaCO3→CaO+CO2↑

6. ANALISIS INMEDIATO DE CARBONES
Determinación de materiales volátiles.
Productos de descomposición de las sustancias orgánicas (2-45%) que se
desprenden como gases o vapores al calentar el carbón en ausencia de aire. El
residuo que queda se denomina coque.
Fórmula empírica de Hülsbrusch
Rendto. práctico de coquización=Rendto. de coque en el crisol x 0,88 + 12
Determinación del poder calorífico
Calorías producidas en la combustión de 1 g de carbón. Su valor es directamente
proporcional al contenido en carbono e hidrógeno e inversamente proporcional al
contenido en oxígeno.
Métodos Directos: Calorímetro.
Métodos Indirectos: Fórmulas empíricas.
A) Fórmula de Doulong: Poder Calorífico=81 x %C + 290 (%H - % O/8) + 25 %S
B) Fórmula de Gouthal: Poder Calorífico=82 x Carbono Fijo + α x Materias
α
Volátiles Carbono Fijo = Coque – Cenizas
El coeficiente α representa el nivel calorífico dividido por 100 de las materias
α
volátiles. Su valor varía con el contenido de materia volátil referida al carbón seco
exento de cenizas M´:

7. ANALISIS ELEMENTAL AUTOMATIZADO DE CARBONES
Detectores de
Volumen Conductividad Térmica
Volumen de muestra
de mezclado
Entrada Combustión Reducción H C N
de muestra
Trampa de H2O Trampa de CO2
Purificadores
Combustión
900ºC
C, H, N CO2, CO, H2O, N2, NOx
O2
O2 He C platinizado WO3 o CuO
O CO S SO2
He O2
Trampa de H2O = Perclorato de Magnesio
Trampa de H2 O = Perclorato de Magnesio Reducción
Trampa de CO2 = Sosa-Asbesto
Trampa de CO2 = Sosa-Asbesto
Trampa de SO2 = Óxido de Plata 750ºC
Trampa de SO2 = Óxido de Plata NOx, O2 N2, CuO
Cu
750ºC 750ºC
CO CO2 X2 AgX
CuO Ag