EL CARBON Y EL FERRONIQUEL

PRESENTADO POR:

YEHIMY KATHERINE BLANQUICET HERNANDEZ

DAYANA FANDIÑO SANABRIA

CAROLINA PRETELT SERPA

AURA PAOLA BOLIVAR ORDUS

GRADO 11-01 JT.

PRESENTADO A:

ANA GRISELDA PEREZ

DOCENTE

LICEO FEMENINO MERCEDES NARIÑO

CIENCIAS SOCIALES

BOGOTÁ

2014

Caracterizaciones del Carbón y el Ferroníquel

HISTORIA DEL CARBÓN

El carbón fue descubierto en la prehistoria y ya era conocido en la antigüedad en la que se manufacturaba mediante la combustión incompleta de materiales orgánicos. Los últimos alótropos conocidos, los fullerenos (C60), fueron descubiertos como subproducto en experimentos realizados con gases moleculares en la década de los 80.

Newton, en 1704, intuyó que el diamante podía ser combustible, pero no se consiguió quemar un diamante hasta 1772 en que Lavoisier demostró que en la reacción de combustión se producía CO2.

Tennant demostró que el diamante era carbono puro en 1797. El isótopo más común del carbono es el 12C; en 1961 este isótopo se eligió para reemplazar al isótopo oxígeno-16 como base de los pesos atómicos, y se le asignó un peso atómico de 12.

Los primeros compuestos de carbono se identificaron en la materia viva a principios del siglo XIX, y por ello el estudio de los compuestos de carbono se llamó química orgánica.

Abundancia y obtención

En combinaciones con otros elementos, el carbono se encuentra en la atmósfera terrestre y disuelta en el agua, y acompañado de menores cantidades de calcio, magnesio y hierro forma enormes masas rocosas (caliza, dolomita, mármol, etc.).

El grafito se encuentra en grandes cantidades en Rusia, Estados Unidos, México, Groenlandia y la India.

Los diamantes naturales se encuentran asociados a rocas volcánicas (kimberlita y lamproita). Los mayores depósitos de diamantes se encuentran en el África (Sudáfrica, Namibia, Botsuana, República del Congo y Sierra Leona. Existen además depósitos importantes en Canadá, Rusia, Brasil y Australia.

Aplicaciones

El principal uso industrial del carbono es como componente de hidrocarburos, especialmente los combustibles fósiles (petróleo y gas natural). Del primero se obtienen, por destilación en las refinerías, gasolinas, queroseno y aceites, siendo además la materia prima empleada en la obtención de plásticos. El segundo se

está imponiendo como fuente de energía por su combustión más limpia. Otros usos son:

El isótopo radiactivo carbono-14, descubierto el 27 de febrero de 1940, se usa en la datación radiométrica.

El grafito se combina con arcilla para fabricar las minas de los lápices. Además se utiliza como aditivo en lubricantes. Las pinturas anti-radar utilizadas en el camuflaje de vehículos y aviones militares están basadas igualmente en el grafito, intercalando otros compuestos químicos entre sus capas. Es negro y blando. Sus átomos están distribuidos en capas paralelas muy separadas entre sí. Se forma a menos presión que el diamante. Aunque parezca difícil de creer, un diamante y la mina de un lapicero tienen la misma composición química: carbono.

CARBÓN

La invención de la máquina a vapor, a finales del siglo XVIII, permitió una transformación eficiente de energía calórica en energía mecánica. A nivel mundial, el uso del vapor generado con carbón se difundió durante el siglo XIX, en un contexto de expansión de la industria y de los sistemas de transporte. Ello significó un importante incremento de la demanda mundial de este energético.

Aunque existen antiguos documentos chinos que evidencian la explotación de carbón en el siglo XI A.C, las primeras explotaciones industriales de yacimientos carboníferos datan del siglo XII D.C. La introducción del ladrillo refractario y su uso en chimeneas convierten al carbón en el combustible por excelencia del siglo XVIII. Esta creciente demanda obliga una evolución en las técnicas de explotación, donde las ciencias de la ingeniería tuvieron un importante papel.

La revolución industrial, la máquina de vapor y la producción de acero consolidan al carbón como principal fuente de energía. Con la II Guerra Mundial comienza un paulatino desplazamiento del carbón por otras fuentes energéticas, principalmente petróleo y gas natural. Hasta la década del 70, el mundo basa su desarrollo industrial en los hidrocarburos, donde el carbón es relegado a la fabricación de coque para la industria del acero y como fuente en algunas plantas de generación eléctrica.

Hasta la década de los 60, el carbón fue la más importante fuente primaria de energía en el mundo. Al final de los 60 fue superada por el petróleo, pero se estima que el carbón, además de su importancia en la generación de electricidad, volverá de nuevo a ser la principal fuente de energía en algún momento durante la primera mitad del próximo siglo.

La denominada “crisis energética” de los años 70 entrega una irrebatible lección: el petróleo es un recurso limitado y privilegio de unos pocos países, que conscientes de su posición fijan políticas de precio arbitrarias. Estos acontecimientos provocan un consenso mundial tendiente a buscar fuentes de energía alternativas, donde el carbón resurge como una importante opción, que gracias a la magnitud de sus reservas y su amplia distribución geográfica, lo convierten en una fuente energética confiable y económica.

El carbón no sólo suministró la energía que impulsó la Revolución Industrial del Siglo XIX, sino que también lanzó la era eléctrica en el presente siglo. Actualmente casi el 40% de la electricidad generada mundialmente es producida por carbón. La industria mundial del hierro y el acero también depende del uso del carbón, al ser éste el principal agente reductor en la industria metalúrgica.

IDENTIFICACIÓN

El carbón es un mineral que no tiene una fórmula química fija. Contiene diversas cantidades de estos cinco elementos: carbono, hidrógeno, nitrógeno, oxígeno y sodio. La más difícil forma de carbón, la antracita, es 98% de carbón, pero sólo el 2% del carbón que se extrae en los Estados Unidos es antracita. El carbón bituminoso es el siguiente más duro y el lignito es el más suave. El subbituminoso

se ubica entre bituminoso y lignito para la dureza. Mientras más duro es el carbón, mayor es la temperatura a la que se quema.

CARACTERÍSTICAS

Cada pedazo de carbón tuvo su origen en una planta. Después de que la planta murió se convirtió en una turba. Otros minerales acumulados en la parte superior de la turba y el aumento de la presión con el tiempo la transformaron en rocas sedimentarias. Las capas de carbón se forman en bandas paralelas a la superficie de la Tierra: mientras más profundo es el yacimiento, más duro es el carbón. Las grandes áreas de carbón se llaman reservas de carbón. Hay grandes reservas de carbón suficientes para minar de manera rentable en todos los continentes. Los Estados Unidos tienen más de 200 años de carbón disponibles en sus reservas, pero cuando el carbón se consuma, tardará muchos miles de años más para formarse nuevamente.

FUNCIÓN DEL CARBÓN

La mayor parte del carbón en el mundo se quema para producir electricidad y una gran cantidad de trabajo se está haciendo en la tecnología del carbón limpio para evitar la contaminación que históricamente ha sido el resultado del uso de éste y otros combustibles fósiles. Otro uso importante del carbón es la producción de coque que se utiliza para procesar el hierro y el acero. Históricamente, el carbón se utilizaba para la calefacción en el año 300 dC en China. Los americanos nativos de Pueblo sacaron el carbón de la tierra para alimentar los hornos que dispararon contra su industria de cerámica tradicional antes de que llegaran los europeos. El uso del carbón fue muy extendido a mediados de 1800 debido a la utilización de los trenes de vapor y los barcos con motor. A continuación, el uso de la electricidad se convirtió en algo común.

EL CARBÓN EN COLOMBIA

Colombia posee las mayores reservas de carbón en Latinoamérica y es el quinto exportador de carbón térmico del mundo. El carbón colombiano es reconocido mundialmente por tener bajo contenido de cenizas y azufre, y ser alto en volátiles y en valor calorífico.

Para la economía colombiana, el carbón se consolida como el tercer renglón de exportación después del café y el petróleo. Los principales destinos de exportación son Europa y Estados Unidos. La producción nacional ha crecido notablemente en los últimos veinte años, incentivada principalmente por la ejecución de grandes proyectos con destino a la exportación, realizados por inversionistas extranjeros como Drummond, Exxon, BHP Billiton, Glencore International, Amcoal y Rio Tinto.

En primer lugar, la aparición de los primeros ferrocarriles a vapor en Colombia a comienzos del siglo XX determinó el inicio de la explotación del carbón en nuestro país. Posteriormente, el energético comenzó a ser consumido por la industria del cemento, de textiles, los hornos de sal y el sector residencial, los cuales en conjunto con el transporte ferroviario representaban una demanda de aproximadamente 250.000 toneladas. Esta demanda era atendida con producción de minas explotadas en forma rudimentaria ubicadas en los departamentos de Cundinamarca, Boyacá, Antioquia y Valle.

Hacia la década de los años 70´s, la crisis petrolera mundial hace que aparezca carbón como recurso energético estratégico y se establece igualmente una política carbonera que permitió al país entrar en la era de la gran minería de carbón con vocación exportadora.

Debido al racionamiento eléctrico de 1992 – 1993 y a la producción de cemento, los consumos de carbón para generación de electricidad alcanzaron cifras récord durante estos años: el consumo total nacional de carbón fue de 5´562.000 toneladas y 5´715.000 toneladas respectivamente.

Paralelamente, aparece a comienzos de la década del 80 la gran minería del carbón, cuyo objetivo fundamental era el de alcanzar los mercados internacionales. La gran minería en el país se consolida a comienzos de los años 90´s con la entrada en operación de los contratos de las áreas carboníferas: La Guajira y El Cesar, cuyo mejoramiento organizacional se ve reflejado en el aumento de las exportaciones de carbón de esta parte del país. Se destaca el interés de inversionistas en los proyectos carboníferos colombianos.

La producción del carbón en los últimos diez años ha tenido un crecimiento promedio anual de 8%. Actualmente se destacan los proyectos de La Costa Atlántica que participan con el 92% del total de la producción anual.

RECURSOS Y RESERVAS GEOLÓGICAS DE CARBÓN EN COLOMBIA

Los recursos y las reservas geológicas de carbón medidas en el país son aproximadamente de 6648 millones de toneladas (MT), mientras que las reservas indicadas son del orden de 2322 MT, y se encuentran distribuidas en las tres grandes cordilleras (Oriental, Central y Occidental), localizadas en el interior del país y en la Costa Atlántica, como se indica a continuación:

RESERVAS CARBONÍFERAS DE COLOMBIA

MILLONES DE TONELADAS (MT)

ZONAS RECURSOS Y TIPO DE CARBON

CARBONIFERAS RESERVAS

MEDIDAS INDICADAS

Antioquia 90 225 Térmico

Boyacá 170.4 682.7 Térmico y Coquizable

Cauca 16.4 66.8 Térmico

Cesar 1933 589 Térmico

Córdoba 381 257 Térmico

Cundinamarca 241.9 538.7 Térmico y Coquizable

Guajira 90 - Térmico

N. Santander 68 101 Térmico y Coquizable

Santander 57.1 114 Térmico y Coquizable

Valle del Cauca 20.1 22.4 Térmico

TOTAL PAIS 6647.9 2596.6

¿CÓMO SE EXTRAE?

Existen dos métodos para extraer el carbón, “a cielo abierto” o en “extracción subterránea”. La selección.. En las explotaciones modernas de carbón, existen procedimientos del método de extracción, viene determinada por la geología del depósito carbonífero de seguridad rigurosos, normas de higiene, educación y formación del personal que han supuesto una mejora significativa en los niveles de seguridad tanto en la extracción, subterránea como en la de cielo abierto.

EL MERCADO INTERNACIONAL DE CARBÓN

El mundo consume actualmente más de 4500 Mt de carbón al año. El carbón se utiliza en diferentes sectores, principalmente en la generación de electricidad, la producción de hierro y acero, la producción de cemento y como combustible líquido. Para la generación de electricidad se utiliza el carbón térmico y para la producción de hierro y acero, el carbón de coque.

La mayoría del carbón se consume en los lugares de producción. De las 5.000 millones de toneladas de carbón que se producen cada año, sólo 800 millones de toneladas se destinan al mercado internacional, transportándolo generalmente por barcos. Este tipo de transporte alcanza anualmente la cifra de 500 millones de toneladas.

CARBÓN VEGETAL

El carbón vegetal es un material combustible sólido, frágil y poroso con un alto contenido en carbono (del orden del 80%). Se produce por calentamiento de madera y residuos vegetales, hasta temperaturas que oscilan entre 400 y 700 °C, en ausencia de aire.

El poder calorífico del carbón vegetal oscila entre 29.000 y 35.000 kJ/kg, y es muy superior al de la madera, que oscila entre 12.000 y 21.000 kJ/kg.

Actualidad

En la actualidad, ya no se usan pilas de leña, ahora se produce en hornos en el suelo. Son hoyos que se cubren con hojas de hierro para tapar alguna entrada de aire y sea muy elevada la temperatura para la cocción de leña. Las altas temperaturas se encargan de secar todo tipo de vegetal y así producir el carbón. Sonora es un estado de México con mucha producción y comercialización de este producto, con gran demanda para la comercialización hacia los Estados Unidos.

HISTORIA DEL FERRONIQUEL

La producción de ferroníquel en Colombia se hace en el departamento de Córdoba, en el municipio de Monte Líbano, en el complejo industrial y minero de Cerro Matoso S.A., hoy propiedad de BHP Billiton, multinacional anglo-australiana.

Es la única empresa en Colombia que produce ferroníquel. Es la cuarta mina de níquel a cielo abierto más grande del mundo y la primera de América. La producción de ferroníquel en la empresa Cerro Matoso empezó en 1982. Actualmente, la empresa aporta el 10% de la producción mundial de ferroníquel, lo que la convierte en el segundo productor mundial de ferroníquel con uno de los costes más bajos de producción. Su ventaja es que combina un yacimiento de níquel y una fundición de ferroníquel a precios bajos. La fundición produce

gránulos de ferroníquel de alta pureza con una tasa de carbón baja.

La historia de Cerro Matoso

La historia del yacimiento de níquel se remonta a los años 50, cuando dos firmas internacionales presentaron propuestas para buscar hierro y minerales en la región. En 1963, después de varias negociaciones, fue autorizada para la búsqueda de níquel. Así nació el primer contrato, con 25 años de autorización. Años después se suscribió el contrato de 1970, a través del cual se amplió el plazo de la concesión, condicionado a una serie de beneficios para la gente de la región, en especial para los habitantes de Monte Líbano. En los años 70 la Richmond Petroleum entregó el negocio a la Hanna Mining Co. y el IFI, y meses después nació Cerro Matoso S.A. En 1982 ya estaba produciendo ferroníquel. Sin embargo, en 1989, Hanna Mining Co se retiró de la mina y entró la Billiton, que poco a poco fue comprando acciones al IFI hasta quedarse en 2005 con el 99,9%.

Hoy Cerro Matoso produce utilidades del orden de los $17 mil millones mensuales.

Según un contrato suscrito en noviembre de 1996, dice tener bases legales para extender su presencia en la mina hasta el año 2029. El ferroníquel es una aleación de níquel (aprox. 35%) y de hierro (aprox. 65%), que hace parte de las exportaciones tradicionales de Colombia junto al petróleo, el café y el carbón.

¿Por qué es un producto interesante? La producción de ferroníquel en lugar de níquel fue una decisión técnica, más que resultado de la imposibilidad de producir níquel en estado puro en el país.

El ferroníquel tiene una alta resistencia a la corrosión y conserva una resistencia alta a temperaturas extremas.

Su uso más importante, es como insumo (input) para las industrias que fabrican acero inoxidable, uso para el cual la combinación de níquel y hierro es favorable.

Cerro Matoso

A nivel del mercado internacional, Colombia es el tercer productor de ferroníquel de América Latina, después de Cuba y Rep. Dominicana. En el caso específico de Cerro Matoso, toda su producción se exporta a los mercados internacionales: siendo los países asiáticos su principal destino, seguido por los de la Unión Europea. La empresa de Cerro Matoso genera varias problemáticas, que sea al nivel político, social o ambiental.

La empresa minera Cerro Matoso sigue la explotación de ferroníquel sin licencia ambiental y no ha hecho los estudios necesarios para garantizar las condiciones de calidad del aire y de los recursos hídricos que aseguren el buen estado de salud de la población de la región.

El ferroníquel es una ferro aleación de hierro y níquel que se obtiene a partir de la reducción carbotérmica de minerales de Níquel de tipo serpentinítico tales como la Limonita, Serpentina o Garnierita.

Es un metal blando grisáceo, que se utiliza para producir aleaciones y materiales usados en distintas industrias. En el 2010 la producción nacional ascendió a 49.443 toneladas. La mayor parte de la producción se concentra en el depósito Cerro Matoso, ubicado en Montelíbano, Córdoba, el cual pertenece a BHP Billiton.

Utilización del Ferroníquel.

Su uso más frecuente es como un componente de varias aleaciones, de las cuales los aceros inoxidables son los más comunes.

- Uso directo en los hornos de las plantas de acero.- Producción de aceros inoxidables.- En la obtención de diferentes tipos de aleaciones base níquel.- En la producción de planchuelas de acero inoxidable.- Excelente para la fabricación de alambres de acero inoxidable por su bajo

contenido de fósforo.

Forma de Comercialización del ferroníquel.

Para la venta el ferroníquel puede entregarse, previo acuerdo entre fabricante y comprador, en varias formas por ejemplo:

- Lingotes.- Piezas o granalla.- Los lotes, excepto lo establecido en un acuerdo especial, deben tener como

mínimo 5 000 kg.

Ferroníquel en lingotes.

Los lingotes pueden suministrarse ranurados o sin ranuras. Su masa máxima debe ser de 100 kg; el espesor máximo debe ser de 30 mm a 150 mm y su longitud no debe exceder de 1 100 mm.

Ferroníquel en piezas.

Las piezas son vaciadas o cortadas de lingotes. Un lote está formado por sólo una de estas dos formas. La dimensión máxima debe ser de 25 mm a 100 mm. Dentro de un lote, el tamaño de las piezas debe ser uniforme.

Ferroníquel en forma de granalla

El tamaño de la granalla debe ser de 2 mm a 50 mm, si así se acuerda entre fabricante y comprador, la granalla de ferroníquel debe entregarse después del secado.

OBTENCIÓN DE FERRONÍQUEL.

Por lo general en la elaboración del ferroníquel se utilizan los siguientes procesos.

Extracción del mineral

Los yacimientos niquelíferos Níquel consiste en su totalidad en una mena a cielo abierto; donde con el uso de palas excavadoras el mineral es extraído y cargado a camiones, para ser trasladado desde la mina hasta la planta de procesamiento.

Preparación del Mineral.

Esta es la primera fase de preparación o reducción de tamaño. En esta fase se realizan al menos tres etapas de trituración en circuito abierto.

Calcinación.

El mineral pasa por un proceso de calcinación para la reducción parcial del hierro presente y la eliminación del agua física y química, utilizando carbón mineral como un agente reductor. Esto se realiza en dos hornos rotatorios.

Reducción-fusión.

El mineral pre-reducido y calcinado es introducido en hornos de arco eléctrico sumergidos, donde la generación de un arco eléctrico sobre la carga de mineral genera el calor para su fusión a aproximadamente 1650 °C.

Refinación.

Inmediatamente concluido el proceso anterior el metal es colado, del horno de reducción, sobre una cuchara precalentada, iniciándose la inyección de oxígeno y cal en forma controlada para la primera fase de remoción del contenido de fósforo y carbono disueltos en el metal líquido.

Calcinación

El mineral pasa por un proceso de calcinación para la reducción parcial de hierro presente y la eliminación del agua física y química, utilizando carbón mineral como un agente reductor. Esto se realiza en dos hornos rotatorios que miden 5 metros de diámetro por 120 metros de longitud cada uno, a una temperatura de 850°C,

conseguida con un quemador que utiliza gas natural. La capacidad de los hornos es de 110ton/horas.

Reducción - Fusión

El mineral pre-reducido y calcinado es introducido en deshornas de arco eléctrico sumergidos de 17,5metros de diámetro y 45 MVA, donde la generación un arco eléctrico sobre la carga de mineral genera el calor para su fusión aproximadamente 1650°C.En el proceso se crean dos fases: una menor densidad o escoria, consistente principalmente por óxidos de Si y Mg y otra fase más pesada o fase metálica con una porción importante de Ni y Fe. La fase metálica es colada o vertida en cucharas de 45 toneladas de capacidad, desde cada horno cada 6 horas en promedio (total de ocho).

.Extracción – minado y producción de Ferroníquel

La mena se extrae por minería a cielo abierto - open pit -, y se almacena en pilas o stocks según la calidad (%Ni), de allí se llevan a la trituración donde se mezclan a fin de obtener un material homogéneo (%Ni) y procesarlo en la planta de fundición que se ubica cerca de la mina. La planta de fundición produce gránulos de Ferroníquel de alta pureza (37,5% de Ni) con bajo contenido en Carbono, por lo que son usados exclusivamente en la producción de acero inoxidable. La Escoria que es depositada en pilas puede ser reprocesada posteriormente.

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