Análisis termo gravimétrico en la caracterización de carbones colombianos empleados en la producción de Coque

Thermogravimetric analysis in the characterization of Colombian coals used in the production of Coke

Cinco carbones de los departamentos de Cundinamarca, Boyacá y Norte de Santander (Colombia) se caracterizaron mediante análisis próximo, último, reológico, petrográfico, calorífico y termogravimétrico. Los parámetros analizados, especialmente aquellos que determinan las propiedades reológicas, muestran que los carbones estudiados y sus mezclas podrían producir un coque de buena calidad. Se observó la relación inversa entre el contenido de materia volátil y la reflectancia media aleatoria de la vitrinita, que se atribuye al aumento de la aromaticidad en la estructura molecular del carbón como una consecuencia del incremento en el rango. Los parámetros derivados del análisis termogravimétrico máxima velocidad de desvolatilización y temperatura de máxima velocidad de desvolatilización– mostraron buenas correlaciones con la reflectancia media aleatoria de la vitrinita, igual que la máxima velocidad de desvolatilización con la fluidez máxima. Lo anterior indica que el análisis termogravimétrico podría ser una herramienta útil para caracterizar de manera rápida carbones usados en procesos de fabricación de coque metalúrgico.

INTRODUCCIÓN

El carbón es una roca sedimentaria de origen orgánico, formada a partir de restos vegetales, resultado de un proceso de transformación progresiva conocido como carbonificación (1). Industrialmente, los carbones tienen diferentes aplicaciones según sus características, y habitualmente los carbones bituminosos (clasificación ASTM) (2) se emplean en la producción de coque. El coque es un material sólido poroso con una gran resistencia mecánica, enriquecido en carbono fijo, utilizado como materia prima en diversos procesos siderúrgicos y metalúrgicos (3-5). Este material se obtiene mediante el proceso de carbonización (coquización) en donde ocurren múltiples transformaciones químicas, físicas y fisicoquímicas (5).

La coquización a nivel industrial se efectúa en diferentes tipos de hornos, utilizando diversas tecnologías en donde la cantidad de carbón coquizada por horno y el tiempo de coquización son variables. Los hornos de coquización usados en la actualidad pueden tener sistemas de recirculación de energía y de recuperación de subproductos. La competencia de los fenómenos de transporte de masa y energía, así como los parámetros velocidad de calentamiento del carbón, temperatura final de la coquización y tiempo de residencia en el horno son aspectos usualmente controlados y están muy relacionados con las características finales de calidad del coque producido (6-8).

En los procesos industriales de producción de coque es fundamental que los carbones o sus mezclas tengan la capacidad de producir coques con la calidad requerida a un bajo costo, optimizando el uso de los carbones disponibles (8). En general, se establece que para garantizar la calidad del coque, la mezcla de carbón debe poseer contenido de ceniza, materia volátil, azufre, composición maceral y propiedades plásticas en determinados intervalos óptimos (3).