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El misterio de la humedad: ¿Por qué la humedad del carbón es tan importante para su calidad?
Con la creciente demanda de energía actual, el carbón es un combustible importante y su evaluación de calidad está recibiendo cada vez más atención. La humedad en el carbón, ya sea un análisis detallado o los factores clave que afectan la calidad del carbón, se ha convertido cada vez más en un tema al que la industria y el mundo académico prestan atención.
Las técnicas de análisis del carbón están diseñadas específicamente para medir propiedades físicas y químicas específicas del carbón. Estos métodos se utilizan principalmente para evaluar la idoneidad del carbón para coque, generación de energía o fundición.
Propiedades químicas del carbón
El carbón se divide en cuatro tipos o grados principales: lignito, hulla bituminosa, antracita y grafito. Cada tipo de carbón tiene diferentes parámetros físicos, que están controlados principalmente por la humedad, la materia volátil y el contenido de carbono.
Humedad
La humedad es una característica importante del carbón y todos los carbones contienen humedad cuando se extraen. El agua subterránea y otra humedad externa se denomina humedad adicional y puede evaporarse fácilmente. La humedad contenida en el propio carbón se denomina humedad intrínseca y normalmente requiere un análisis cuantitativo.
La humedad puede existir en el carbón en cuatro formas: agua superficial, agua higroscópica, agua descompuesta y agua mineral.
El análisis de la humedad a granel generalmente se realiza comparando la pérdida de masa de muestras analizadas y no tratadas. Los científicos pueden medir eficazmente el contenido de humedad calentando muestras de carbón y secándolas en una atmósfera de nitrógeno a 150°C o en aire a entre 100 y 105°C.
Sustancias volátiles
Las sustancias volátiles se refieren a los componentes del carbón liberados en condiciones sin aire a altas temperaturas, que generalmente incluyen hidrocarburos de cadena corta y larga, hidrocarburos aromáticos y ciertos sulfuros. La importancia de medir los volátiles radica en su capacidad para evaluar el potencial energético del carbón y su uso en carbón activado.
Ceniza
La ceniza es el residuo no combustible que queda después de quemar carbón y representa la cantidad total de minerales después de la combustión. El análisis del contenido de cenizas del carbón es relativamente simple. Una vez que el carbón se ha quemado por completo, el contenido de cenizas producido se expresa como un porcentaje relativo al peso original, que también es uno de los indicadores importantes de la calidad del carbón.
Carbón fijo
El carbono fijo se refiere al carbono que permanece en el carbón después de ser impulsado por sustancias volátiles. El contenido de carbono fijo se utiliza a menudo para estimar la cantidad de material productor de coque de una muestra de carbón y se mide eliminando la masa volátil de la masa total de la muestra de carbón.
Propiedades físicas y mecánicas
Densidad relativa
La densidad relativa del carbón depende del grado del carbón y del grado de impurezas minerales, y el conocimiento de la densidad de cada carbón es necesario para determinar las propiedades de los complejos y mezclas. La densidad generalmente se mide por la pérdida de peso de una muestra en agua.
Distribución del tamaño de partículas
La distribución del tamaño de las partículas del carbón depende del grado del carbón, lo que afecta la fragilidad del carbón, así como los procesos de manipulación, trituración y molienda a los que se somete. Esta información debe conocerse antes de la extracción para poder utilizar el carbón en el tamaño adecuado en hornos y coquizadores.
Prueba de flotación-asentamiento
La prueba de flotación-asentamiento es un análisis de partículas de carbón y vetas de carbón. Utiliza líquido para remojar partículas con alto contenido de cenizas para aumentar el precio de venta y el contenido de energía del carbón. Esta prueba puede ayudar a determinar el tamaño de partícula óptimo para el lavado y la densidad requerida del licor de lavado.
Prueba de combustión especial
Energía específica
La energía específica se puede determinar mediante una bomba calorimétrica, que mide la producción de energía de la combustión completa del carbón, especialmente el carbón utilizado para la generación de vapor.
Prueba del punto de fusión de la ceniza
El comportamiento de fusión de las cenizas de carbón es un factor clave en la selección del carbón, especialmente en aplicaciones de generación de energía a vapor. Un punto de fusión excesivamente alto hará que el coque y las cenizas se aglomeren en el horno, lo que requiere una limpieza periódica. La temperatura de fusión generalmente se prueba observando los cambios de forma de las cenizas fundidas en un horno de alta temperatura.
Índice de expansión libre
La prueba del índice de expansión libre es la prueba más sencilla para evaluar la idoneidad del carbón para la producción de coque. Después de agregarse a un crisol estandarizado para la combustión, la forma de la sección transversal de la torta de coque obtenida se juzga comparándola con la sección transversal estándar.
Clasificación del grado del carbón
Los estándares internacionales clasifican el carbón por grado. A medida que aumenta el grado, el contenido de carbono del carbón aumenta. El sistema ASTM clasifica el carbón con más del 69% de carbono fijo según el contenido de carbono y materia volátil.
El contenido de humedad del carbón no solo afecta la producción de energía del carbón, sino que también afecta su competitividad en el mercado.
Ante los desafíos de la transición energética global y la protección ambiental, ¿cómo se debe combinar la gestión de la humedad en el carbón con nuevas tecnologías para lograr los mejores beneficios ambientales y económicos?
