Application of Micro-Raman Spectroscopy for the Quantitative Analysis of Vitrinite Reflectance in Medium and High Rank Colombian Coals

Aplicación de espectroscopía Micro-Raman para el análisis cuantitativo de la reflectancia de vitrinita en carbones colombianos de medio y alto rango

Los cambios estructurales y el grado de madurez de tres carbones colombianos de las provincias de Santander y Antioquia se estudiaron utilizando un método de ajuste de curva simple y rápido de los parámetros RBS (la distancia entre la banda G y la banda D), FWHM-G (ancho total en la mitad del máximo de la banda G) y AR (área del espectro Raman), obtenido por de convolución y resolución de banda de los espectros Micro-Raman. Los resultados fueron comparados mediante análisis morfológicos y químicos utilizando un microscopio electrónico de barrido SEM acoplado con un detector EDS de rayos X de estado sólido. Se obtuvo un porcentaje de reflectancia de vitrinita (%Ro) de 4.3%, 3.8% y 0.07%, un porcentaje de carbono por análisis EDS de 91.47%, 87.78%, 73.4%, una descripción morfológica por análisis SEM presentando superficies lisa, rugosa y rugosa-grumosa y tamaño de poro entre 0.7μm -0.8μm, 1.3μm -1.5μm y 0.2μm -0.7μm para las muestras de tipo antracita, semi-antracita y bituminoso, respectivamente. Los resultados mostraron que, con base en este método, fue posible obtener un modelo que permite analizar y caracterizar rápidamente el carbón. Los resultados se comparan muy bien con los de los carbones colombianos normalizados por otros métodos para mejorar la precisión de la medición. Sin embargo, el método modificado no ofreció un ajuste apropiado para el carbón de rango inferior y produjo valores de reflectancia extremadamente bajos. Este efecto posiblemente esté relacionado con la estructura molecular de la materia orgánica en el carbón o la presencia de interferencia de fluorescencia.

I. INTRODUCCIÓN

Colombia es el principal productor de carbón en América Latina y el cuarto exportador en el mundo, principalmente a los Países Bajos y Turquía, con un 30% de la producción total, que se acerca a los 80 millones de toneladas anuales [1,2,3,4]. Las características de los carbones colombianos varían mucho con la región de origen, y los del norte del país (provincias de la Guajira y el Cesar) representan aproximadamente el 90 % de la producción total, siendo utilizados principalmente para la generación de energía. El 10 % restante del carbón se produce en los departamentos de Santander, Córdoba, Cundinamarca, Boyacá, Antioquia y Valle del Cauca, y es apto para la energía, la metalurgia y otras aplicaciones industriales [2].

El uso tradicional del carbón como fuente de energía ha sido recientemente objeto de análisis. Sin embargo, otras economías siguen dependiendo en gran medida de la producción y el uso del carbón, y encontrar tecnologías alternativas es de suma importancia en términos económicos, sociales y medioambientales.