Introducción
Lignito, carbón negro subbituminoso (R30126) y carbón negro bituminoso. Fuente: Geoscience Australia.
El carbón está clasificado como roca sedimentaria. Es un combustible común no renovable utilizado principalmente en la producción de electricidad. Es un combustible fósil porque se forma a partir de materia vegetal muerta. La calidad del carbón depende de cómo se formó; a medida que la materia orgánica se somete a mayor calor y presión, el contenido de carbono aumenta.
Propiedades
El carbón es una roca combustible compuesta principalmente de carbono junto con cantidades variables de otros elementos, principalmente hidrógeno, azufre, oxígeno y nitrógeno. El carbón se presenta como capas, llamadas lechos de carbón o vetas de carbón, que se encuentran entre otras rocas sedimentarias. El carbón es ligeramente más denso que el agua, pero menos denso que la mayoría de las rocas de la corteza terrestre. La densidad varía dependiendo de cuán poroso (lleno de agujeros) sea el carbón. A veces los poros contienen un gas llamado metano.
Pilas de carbón en la terminal de carbón de Port Waratah, Nueva Gales del Sur. Fuente: Michelle Cooper, Geoscience Australia.
Las propiedades del carbón varían dependiendo de la cantidad de carbono que haya en el carbón (rango de carbón). El carbón negro se llama así por su color; varía de tener un brillo brillante y brillante a ser muy opaco, y de ser relativamente duro a suave. El término «carbón negro» se utiliza en Australia para referirse a la antracita, así como a los carbones bituminosos y subbituminosos. El lignito también se llama lignito; contiene menos carbono y, por lo tanto, tiene menos energía potencial química que el carbón negro y tiene más humedad en él.
| Tipo de carbón / material | Otros nombres |
Propiedades |
Aproximada del contenido de carbono (seca ceniza libre) |
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la Turba |
Un sedimento orgánico. Se considera un precursor del carbón. | Menos del 60% | ||
| Lignito | Lignito | Generalmente de color amarillo a marrón oscuro y puede tener un aspecto leñoso o estructuras vegetales reconocibles en él. | 60 a 70% | |
| Negro de carbón | carbón Sub-bituminoso | Negro lignito | color marrón Oscuro a negro en color. No tiene una apariencia leñosa y, a menudo, tiene bandas alternadas de material opaco y brillante. | 70 a 76% |
| Carbón bituminoso | Carbón blando, carbón de vapor o carbón de roca. | Una roca densa, generalmente negra, pero a veces marrón oscuro, a menudo con bandas bien definidas de material brillante y opaco. Las bandas opacas pueden contener granos minerales sedimentarios. | 76 a 86% | |
| Antracita | carbón Duro | Un más difícil, brillante negro de carbón. Es el rango más alto de carbón, lo que significa que el contenido de carbono es el más alto. | Más del 86% | |
Utiliza
Diagrama de una central eléctrica de carbón de ciclo de vapor típico (de izquierda a derecha). El carbón quemado en la caldera calienta el agua para producir vapor. El vapor hace girar la turbina, que acciona el generador. Fuente: Wikimedia Commons
El carbón marrón y negro se utilizan principalmente como fuente de combustible para centrales eléctricas. La combustión del carbón produce calor que se utiliza para hacer vapor, por lo que el carbón a veces se llama carbón térmico o de vapor. El vapor hace girar turbinas para generar electricidad. En Australia, en 2017, el carbón se utilizó para producir aproximadamente el 60% de los requisitos de electricidad del país. El uso de lignito para la generación de energía es problemático debido al alto contenido de agua. Se desmorona fácilmente al exponerse al aire, lo que reduce su valor como combustible y requiere almacenamiento especializado. También se sabe que se quema espontáneamente. Desde la década de 1970, la cantidad de gas natural utilizada para generar electricidad ha aumentado y ha habido una disminución gradual en el uso de carbón para la energía. La cantidad de gases de efecto invernadero generados por la quema de gas para obtener energía es mucho menor que el volumen producido por la quema de carbón.
Ciertos tipos de carbón bituminoso se utilizan para fabricar una materia prima esencial para la fabricación de coque de acero. Este tipo de carbón también se llama carbón metalúrgico (fabricación de acero) y se procesa para producir coque. El coque es una sustancia porosa dura compuesta de aproximadamente un 90% de carbono, es vital para la fabricación de acero, que se utiliza en millones de artículos, como automóviles, camiones, camiones de bomberos, refrigeradores y puentes.
El carbón y la turba se siguen utilizando para la calefacción residencial y comercial en algunas partes del mundo (por ejemplo, Irlanda y Finlandia). En su forma deshidratada, la turba es un absorbente altamente eficaz para derrames de combustible y petróleo en tierra y agua. También se utiliza como acondicionador para que el suelo sea más capaz de retener y liberar agua lentamente.
El carbón es un ingrediente importante utilizado en champú, acondicionador, cosméticos, pasta de dientes y detergentes. Fuente: Geoscience Australia.
El carbón es también una fuente importante de hidrocarburos aromáticos ligeros para la industria de síntesis química. Si se calienta el carbón, los gases y residuos producidos se pueden utilizar en la fabricación de plásticos, explosivos, tintes, brea, amoníaco, medicamentos, aspirina, jabón, desinfectantes, detergentes, medias de nylon, cosméticos, champú, pasta de dientes, caucho sintético, fertilizantes, cemento, ladrillos y baldosas. Es un ingrediente importante utilizado en filtros para la purificación de agua y aire y en máquinas de diálisis renal. Además, el carbón se utiliza para fabricar fibra de carbono, un material muy resistente y ligero que se utiliza en la construcción, las bicicletas de montaña y las raquetas de tenis.
Jet, una forma compacta de lignito, a veces se pule y se ha utilizado como piedra ornamental. El grafito, que a menudo se asocia con el carbón, está hecho casi en su totalidad de carbono; se usa principalmente en lápices y, cuando se pulveriza, como lubricante.
Historia
Minería de carbón Tiangong Kaiwu. Fuente: Wikimedia Commons
El primer uso reconocido de carbón es del área de Shenyang en China alrededor del año 4000 a.C., donde se talló lignito negro en adornos. El carbón de la mina de Fushun en el noreste de China se utilizó para fundir cobre ya en el año 1000 a.C. Marco Polo, el italiano que viajó a China en el siglo XIII, describió el carbón como «piedras negras»… que arden como troncos», y dijo que el carbón era tan abundante que la gente podía tomar tres baños calientes a la semana.
El carbón se utilizó en Gran Bretaña durante la Edad del Bronce (3000-2000 a. C.) en piras funerarias (estructura de madera utilizada para quemar un cuerpo).Los romanos estaban extrayendo carbón en Inglaterra y Gales a finales del siglo II d.C. Se ha encontrado evidencia de comercio de carbón (fechado alrededor del año 200 d. C.) en el asentamiento romano cerca de Chester y en Anglia Oriental. En Renania, los yacimientos de carbón bituminoso fueron utilizados por los romanos para la fundición de mineral de hierro. En 1257-59, el carbón de Newcastle upon Tyne fue enviado a Londres para los herreros y quemadores de cal que estaban construyendo la Abadía de Westminster.
Las fuentes de carbón de fácil acceso se habían agotado en gran medida (o no podían satisfacer la creciente demanda) en el siglo XIII, cuando se desarrolló la extracción subterránea por extracción de pozos. El nombre alternativo era «carbón de mina», porque provenía de minas. A medida que las máquinas de vapor se hicieron cargo de las ruedas de agua durante la Revolución Industrial, la minería a gran escala y el uso del carbón crecieron. En 1700, cinco sextas partes del carbón del mundo se extraían en Gran Bretaña.
En Australia, el carbón negro se descubrió por primera vez en Newcastle en 1791 y la minería y las exportaciones de carbón comenzaron en 1799. Estas primeras actividades mineras de carbón hicieron una contribución significativa al progreso del asentamiento europeo en Australia. La propagación de colonos a otros lugares de Australia llevó a nuevos descubrimientos. La minería de carbón negro ocurrió cerca de Ipswich Queensland en 1825; en el Cabo Paterson, Victoria en 1826; y en el río Irwin, Australia Occidental en 1846. El conocimiento de la existencia de lignito en Victoria se remonta a 1857 y el Yallourn North comenzó su producción a cielo abierto en 1889. En 1878, el Zoológico de Taronga iba a ser el sitio de una mina de carbón subterránea hasta que la compañía minera fue detenida por el Parlamento. En cambio, el carbón se extraía en Balmain hasta 1931.
Formación
La formación de diferentes tipos de carbón. Fuente: Sr. Sweeney.
El carbón se forma en cuencas sedimentarias. Las cuencas sedimentarias son regiones donde la Tierra ha disminuido o se ha hundido. Luego, el agua y los sedimentos fluyen hacia la cuenca y se llenan de capas de sedimentos. Los recursos de carbón negro de Australia van del Pérmico al Jurásico en edad (299 a 145 millones de años), aunque la mayoría son pérmicos en edad. Durante este tiempo, el clima era cálido en Australia, y el este de Australia, incluida la cuenca de Sídney, estaba cubierto por grandes ríos serpenteantes, pantanos, pantanos y pantanos. Los sedimentos depositados en estos ambientes eventualmente formaron rocas como esquisto, arenisca y carbón. El lignito en Australia se formó más recientemente que el carbón negro. Estos son en su mayoría de edad paleógena (66 a 23 millones de años).
El carbón es una roca sedimentaria formada cuando abundante material vegetal está cubierto por sedimentos y el material se acumula más rápido de lo que puede descomponerse. El peso de los sedimentos superpuestos compacta las capas orgánicas, aumentando la temperatura y la presión, lo que conduce a cambios físicos y químicos en el material vegetal. El agua, el dióxido de carbono y el metano se producen y escapan, por lo que el material se enriquece progresivamente en carbono. Con el tiempo creciente, y el calor y la presión más altos, el material vegetal se forma primero en turba, luego se convierte en lignito, luego carbón subbituminoso, carbón bituminoso y, por último, antracita.
Resources
Australia tiene la cuarta mayor proporción de reservas de carbón del mundo. Desde finales de la década de 1700, se han extraído en Australia unos 9100 millones de toneladas de carbón negro y unos 2300 millones de toneladas de lignito, y la industria todavía proporciona un empleo significativo, inversión de capital e ingresos nacionales y de exportación a la economía nacional.
Depósitos y minas de carbón en Australia (2017). Fuente: Geoscience Australia
Los recursos de carbón negro se encuentran en Nueva Gales del Sur, Queensland, Australia del Sur, Tasmania y Australia Occidental, pero Nueva Gales del Sur y Queensland tienen la mayor parte del total de recursos identificados de Australia. Estos dos estados son también los mayores productores de carbón. Las principales cuencas productoras de carbón negro de Australia son la Cuenca de Bowen (Queensland) y la Cuenca de Sídney (Nueva Gales del Sur). Las operaciones mineras de carbón negro localmente importantes también incluyen Collie en Australia Occidental, y Fingal y Kimbolton en Tasmania.
El lignito se encuentra en Australia Meridional, Australia Occidental, Tasmania, Queensland y Victoria. La cuenca de Gippsland en Victoria contiene un depósito sustancial de clase mundial donde las costuras pueden tener hasta 330 m de espesor. La Cuenca de Otway (Victoria), la Cuenca Murray (Victoria y Australia Meridional), la Cuenca de San Vicente del Norte (Australia Meridional) y la Cuenca de Eucla (Australia Occidental) también contienen importantes recursos de lignito. Existen recursos menores en la cuenca Longford de Tasmania. Actualmente, el lignito solo se extrae en Victoria, donde las minas a cielo abierto de Loy Yang y Yallourn suministran carbón a las centrales eléctricas cercanas. El lignito también se extrae en Maddingley para producir acondicionadores de suelo y fertilizantes. Otros productos del lignito victoriano son las briquetas para uso industrial y doméstico y los productos carbonizados con bajo contenido de cenizas y sulfuro.
El carbón es una de las mayores exportaciones de productos básicos de Australia con exportaciones anuales. En 2016, las exportaciones de carbón de Australia se dirigieron principalmente a Japón, India, la Unión Europea, la República de Corea y Taiwán; valieron alrededor de 40 mil millones de dólares.
Más información sobre los recursos y la producción de carbón y los Recursos Minerales identificados de Australia.
Minería
En Australia, casi el 80% del carbón se produce a partir de minas a cielo abierto, en contraste con el resto del mundo, donde la minería a cielo abierto solo representa el 40% de la producción de carbón. La minería a cielo abierto es posible porque las vetas de carbón están cerca de la superficie. Este tipo de minería es más barata que la minería subterránea y permite la recuperación de hasta el 90% del recurso. Muchos lechos de lignito se encuentran cerca de la superficie y pueden tener cientos de metros de espesor, por lo que se pueden extraer de manera fácil y barata. En primer lugar, la capa superficial del suelo se retira y se almacena para su uso posterior en la restauración de la tierra perturbada. La roca de la superficie (llamada sobrecarga) que cubre el carbón se explota con explosivos y se extrae con excavadoras. A su vez, el carbón descubierto se pulveriza para romper las capas y se carga en camiones grandes que pueden contener hasta 300 toneladas de material. El carbón se transporta a la planta de procesamiento, donde se eliminan las impurezas.
El carbón a una profundidad superior a unos pocos cientos de metros bajo la superficie debe extraerse utilizando métodos de extracción demasiado subterráneos. Parte del carbón se extrae por el método de Bord y Pilar. Aquí es donde una máquina corta continuamente el carbón. Hace túneles a través de las vetas de carbón, dejando pilares sostenidos por pernos de techo para sostener el techo. Una alternativa es la minería de tajo largo, que utiliza una cuchilla de corte grande para cortar a través de la capa de carbón para eliminar la veta de carbón. A continuación, el carbón se transporta a la superficie en una cinta transportadora. Después de extraer el carbón, la máquina se desmonta y se reubica en otra sección de la mina, lo que permite que el techo se derrumbe detrás.
Los avances tecnológicos han llevado a la introducción de sistemas automatizados de minería de tajo largo. Además, algunas empresas mineras están utilizando camiones, trenes y drones sin conductor para mejorar la seguridad y recopilar información.
Procesamiento
El carbón negro se puede utilizar sin ningún procesamiento, pero generalmente se tritura, se tamiza y se clasifica de acuerdo con los requisitos del cliente. A veces también se lava para eliminar los trozos de minerales de desecho que no se queman. Esto mejora la calidad y reduce la producción de ceniza cuando se quema el carbón. Para lavar el carbón, se coloca en tanques con líquidos y productos químicos que ayudan a recuperar más carbón a medida que flota hacia la superficie. El carbón, se deja secar. Se almacena de acuerdo con el tamaño y se puede mezclar, de nuevo de acuerdo con las especificaciones del cliente. A partir de ahí se almacena o almacena en contenedores listos para el transporte por carretera o ferrocarril.
El carbón de menor calidad, como el subbituminoso o el lignito, se puede refinar para eliminar la humedad y otras impurezas. Esto aumenta la eficiencia del carbón como combustible y reduce las emisiones de gases de efecto invernadero y otros contaminantes, cuando se quema el carbón. En Victoria, el lignito se mejora mediante el proceso de secado en frío. Se utiliza una cizalla mecánica para triturar el carbón en partículas pequeñas, liberando el agua que se mantenía en los poros (orificios) del carbón. El proceso produce un carbón más denso en forma de pellets.