MUESTREO DE CARBONES INTRODUCCIN El presente documento pone a disposicin de los consumidores y entidades encargadas del control de calidad de carbn, algunos aspectos y criterios relacionados con el muestreo, preparacin y anlisis prximo, azufre y poder calorfico del carbn, los cuales permitirn unificar metodologas y tratamientos que beneficiarn al sector carbonfero, contribuyendo al establecimiento de un Sistema de Calidad.

Los parmetros de calidad considerados generalmente son: poder calorfico, contenido de cenizas, humedad, materia voltil, azufre, ndice de molienda, temperatura de fusin de las cenizas y propiedades de escoriamiento y encostramiento de las cenizas, ndice de hinchamiento, plasticidad, dilatometra, lavabilidad, molibilidad y granulometra. El muestreo adecuado de los carbones es importante para: Caracterizar fsica, qumica, petrogrfica y tecnolgicamente los carbones. Planear y controlar la exploracin, explotacin, desarrollo, preparacin y mercadeo por parte de los productores, mediante la utilizacin de datos fsicos y qumicos exactos. Determinar los tipos de carbones que se adapten mejor a las necesidades de las plantas industriales y consumidoras, esto es, definir los usos industriales y tecnolgicos del carbn. Determinar el precio bsico del combustible y las bonificaciones y castigos en los contratos de compraventa, basados en los anlisis de las muestras. Conocer las caractersticas fisicoqumicas del carbn y verificar que se ajustan a normas ambientales, ante los requerimientos de las entidades gubernamentales en cuanto a procesos de produccin, manejo, beneficio y utilizacin. Tomar decisiones sobre factibilidad de proyectos mineros, diseo de plantas trmicas, de lavado, manejo, trituracin, pulverizacin, consumo y otros basados en el anlisis de las muestras recolectadas. Conocer la variabilidad de los diferentes parmetros de calidad analizados por parte de productores y consumidores. MUESTREO DE MINERALES En este documento hacemos referencia a la semejanza en los procedimientos de muestreo de minerales y carbones propuestos por las normas tcnicas

PROCEDIMIENTO PARA LA TOMA DE MUESTRAS DE PRODUCCIN A continuacin se presentan algunas consideraciones prcticas que deben tenerse en cuenta durante el muestreo de mineral o carbn de produccin, tanto en reposo como en movimiento, esto es, mineral o carbn que ya ha sido arrancado o extrado del manto por operaciones mineras. Para cualquier informacin adicional, deben consultarse las normas ISO 1975-1988, ASTM D--2234; ICONTEC 2347. El objetivo de un muestreo de carbones o minerales es obtener una muestra parcial representativa de una cantidad total, con el fin de determinar sus propiedades fsicas, qumicas y petrogrficas. La proporcin y distribucin de estas variables deben ser las mismas en las muestras parcial y total. Para muchos propsitos, la muestra se reduce tanto en masa como en tamao de partcula en un proceso de preparacin. La muestra final de anlisis consiste generalmente en slo 60 gramos, con un tamao de partcula menor a 0.2 mm (malla 60). Antes de emprender un programa de muestreo, deben tenerse en cuenta y definirse los siguientes aspectos: Material que va a ser muestreado Cantidad que va a ser muestreada Anlisis requeridos Precisin requerida Logstica necesaria durante la operacin Se tratan a continuacin aspectos relacionados con el muestreo en carbn de produccin y especficamente el muestreo en pilas, banda transportadora, volquetas y camiones. FACTORES QUE AFECTAN UN MUESTREO DE CARBONES La operacin de muestreo es una tarea difcil por cuanto el carbn presenta; Variacin en sus componentes combustibles o macrales. Materia mineral cuya distribucin causa problemas en la trituracin y molienda. Variacin en el grado de carbonificacin o rango. Cambios verticales o laterales en los mantos del carbn. Rompimiento del carbn en pedazos heterogneos en tamao y composicin durante los procedimientos de minera, preparacin, manejo y transporte. Segregacin debida a las diferentes densidades de los materiales presentes. Oxidacin por prolongada exposicin al aire. Durante la operacin de muestreo de minerales o carbones, no debe ahorrarse ningn esfuerzo en cuanto al cuidado y precisin de esta actividad, ya que de ello depende en alto grado el xito de las subsiguientes actividades de preparacin y anlisis de muestras. Para el muestreo estacionario, el requerimiento principal es que todo el mineral o carbn sea igualmente accesible al muestreo.

La recoleccin manual de incrementos debe realizarla un operador de muestreo entrenado y con instrucciones tan completas y simples como sea posible, en particular sobre los puntos de muestreo y los tiempos de toma de los incrementos, sin permitir que se hagan a juicio del operario. EQUIPO DE MUESTREO El equipo de muestreo depende de las condiciones bajo la cuales se recolectan las muestras de mineral o carbn. Se requiere equipo de muestreo para los siguientes propsitos: Recoleccin de muestras de una corriente descendente Recoleccin de muestras de una banda transportadora Recoleccin de muestras de mineral carbn cargado en vagones u otros medios de transporte, o de una pila. El equipo de muestreo usado debe ser tal que la muestra obtenida sea representativa y debe cumplir con los siguientes requerimientos: La capacidad del recipiente recolector debe ser tal que durante la recoleccin de un incremento, no se llene ms de tres cuartos de su capacidad. La longitud del recipiente recolector y del equipo transversal debe ser tal que asegure que se atraviese el ancho total del flujo de mineral o carbn. El ancho de la boca del equipo recolector de incrementos no debe ser menor que 2.5 veces el tamao mximo del mineral o carbn. Durante la recoleccin de incrementos, no deben separarse los pedazos grandes o contaminantes. No debe permitirse la prdida del carbn o mineral recolectado para la muestra, durante la remocin de la misma. El equipo del muestreo no debe obstruirse con carbn o mineral hmedo mientras se recoge la muestra.

Bastidor para muestreo en banda

A continuacin se presentan las herramientas ms utilizadas para el muestreo de minerales o carbn de produccin. SONDA MANUAL: Se utiliza para muestrear carbones con tamaos hasta de 25 mm, de vagones, volquetas, camiones y pilas de almacenamiento. Consiste en Dos hojas fijas curvas, montadas en una cruceta y conectadas a un eje tubular de aluminio o acero de 1 m de longitud. Las dos hojas que juntas forman una parte de un cono, confluyen y se entrelazan en el extremo sobresaliente, la sonda se inserta dentro de la pila con movimiento de atornillamiento.

CUCHARON: Un modelo de cucharn para uso en flujos se muestra en la figura. La abertura del cucharn debe ser al menos 2.5 veces el tamao mximo del mineral o carbn a muestrear.

PALAS DE MANO: Son apropiadas para uso en bandas o con mineral o carbn en reposo. Un diseo apropiado se muestra en la Figura. La abertura del cucharn debe ser al menos 2.5 veces el tamao mximo del mineral o carbn a muestrear.

BASTIDOR PARA MUESTREO: El aparato es una ayuda para muestrear sobre la banda estacionaria. U bastidor se inserta dentro del mineral o carbn hasta que se haga contacto con todo el ancho de la banda y los incrementos se obtienen barriendo la totalidad del mineral o carbn que se encuentra dentro de l. La altura del aparato debe ser mayor que el espesor del lecho sobre la banda. La distancia entre los lados del bastidor debe ser mnimo 2.5 veces el tamao de la partcula ms grande.

Los muestreadores automticos se clasifican en tipos, de acuerdo con el sistema de muestreo: Flujo descendente - Divisin en dos canales. En este sistema se toman incrementos de una corriente descendente de mineral o carbn por desviacin de todo el flujo en uno u otro lado de la divisin en dos canales.

Flujo descendente - Vasija ranurada. En este sistema, se arrastra una cubeta con una abertura en forma de ranura rectangular a travs de una corriente descendente de material a muestrear, generalmente con la ranura en ngulo recto a la direccin de la banda. La cubeta ranurada atraviesa el ancho total del flujo y se acumula continuamente una porcin del material

Banda Mvil - Brazo de arrastre. El brazo de arrastre opera barriendo el incremento a todo lo ancho de la banda como se representa en la Figura. Debido al movimiento de la banda puede haber segregacin de finos, por lo que es necesario que el muestreador se ajuste a la curva de la banda, para tomar una muestra confiable.

FACTORES CAUSANTES DE ERROR SISTEMTICO EN EL MUESTREO Y PREVENCIONES Seleccin de incrementos (muestras sencillas) de una muestra no representativa del mineral o carbn muestreado, por ejemplo, de un solo lado del vagn, volqueta, banda transportadora, etc. Coleccin de incrementos en forma tal que no son representativos del mineral o carbn en sus alrededores, por ejemplo usar una pala con poca capacidad para colectar pedazos grandes. Puede corregirse el error sistemtico combinando la forma y localizacin del aparato de muestreo o cambiando el sistema de muestreo.

La precisin del muestreo puede afectarse alterando el nmero de incrementos pero no alterar cualquier error sistemtico inherente al sistema. Segregacin del tamao de partcula, de muestras de mineral o carbn en reposo. Susceptibilidad a la oxidacin en la superficie, en pilas. Mayor contenido de humedad hacia el interior de la masa, en pilas.

NMERO Y PESO DE INCREMENTOS PARA MUESTREAR CARBONES El nmero y peso de incrementos segn normas ASTM D 2234 y NTC 2347 bajo el procedimiento de muestreo para propsito general, y para cantidades de hasta 1000 toneladas mtricas aproximadamente, se recomienda tomar una muestra bruta para representar el lote, sta muestra bruta se toma de acuerdo con los requisitos establecidos en la siguiente tabla: Nmero y peso de incrementos para muestreo con propsito general Tamao mximo 16 mm 50 mm 15 3 35 3 150 mm 15 7 35 7

Carbn mecnicamente limpio Nmero mnimo de incrementos 15 Peso mnimo de incrementos, Kg 1

En bruto carbn sin limpiar Nmero mnimo de incrementos 35 Peso mnimo de incrementos, Kg 1

Para cantidades superiores a 1000 toneladas, se usan cualquiera de las siguientes alternativas: a) Se toma una muestra del lote y se analiza para que represente la calidad del lote. Se recolecta el nmero de incrementos N calculados en la siguiente ecuacin:

En donde L K = al nmero de toneladas mtricas = 15 para carbn beneficiado mecnicamente, o 35 para carbn en bruto

b) Se cuartea el lote en sublotes y se toma una muestra bruta separada de cada sublote. Se usa la ecuacin anterior para determinar el nmero mnimo de incrementos para cada sublote. Realice el promedio ponderado de los anlisis de las muestras de sublotes para representar la calidad del lote original.

El nmero de incrementos para muestrear el carbn segn ISO hasta 1000 toneladas se presenta en la Tabla siguiente. Nmero de incrementos para suministros hasta 1000 toneladas segn normas ISO ESTADO DEL CARBON Bandas transportadoras o similares Vagones, volquetas, camiones Barcos y pilas LAVADO 16 24 32 SIN LAVAR 32 48 64

Para suministros mayores a 1000 toneladas y menores a 10.000. Existen dos alternativas. La primera consiste en dividir el suministro en lotes iguales hasta de 1000 toneladas o menos y formar una muestra bruta separada con los incrementos especificados para cada lote. La segunda consiste en formar una sola muestra bruta para el nmero inicial de incrementos multiplicados por el factor emprico siguiente:

Donde N1 es el nmero de incrementos especificados en la tabla y N2 el nmero de incrementos requeridos. Por ejemplo, para muestrear 4.000 toneladas de carbn, sin lavar, en una banda Transportadora, el nmero mnimo de incrementos ser de 64. Para el caso de pilas mayores a 10.000 toneladas, deber dividirse la pila en sublotes menores a 10.000 toneladas y utilizar el proceso descrito. El peso mnimo de cada incremento se obtiene de las siguientes expresiones: P = 0.06 D, cuando D < 150 mm P = 10 Kg., cuando D > 150 mm

Donde P es el peso mnimo de cada incremento en kilogramos; debe ser siempre mayor a 0,5kg. Y D es el tamao tope del carbn en milmetros (95% del material debe tener un tamao igual o menor). TIPOS DE MUESTREO Los tipos de muestreo varan de acuerdo con las diferentes fases de un proyecto minero como son: exploracin, desarrollo y explotacin. Muestreo de afloramientos y frentes de explotacin Las muestras de afloramientos y a menudo las muestras de frentes de explotacin estn meteorizadas y oxidadas. Para obtener muestras frescas hay que tener en cuenta el siguiente procedimiento: Muestra de canal Norma D 4596 Esta prctica describe los procedimientos para recolectar una muestra de carbn de un canal que se extiende desde el techo al piso de un manto de carbn en un frente de la mina. Aparatos: -Cinta mtrica -Pico de minera -Brocha -Tiza -Empaques o contenedores con cierres -Tela o carpa para recoger las muestras -Fichas o rtulos y lpiz para identificar las muestras -Libreta y lpiz para llevar los registros En esta muestra sencilla, que se obtiene mediante un corte uniforme y continuo perpendicular a la estratificacin hay que observar lo siguiente: -En cada sitio de muestreo observe las condiciones del frente (Tener cuidado con fragmentos sueltos) -Retirar con un pico de minero el carbn suelto y sobresaliente de rea de muestreo por lo menos una pulgada de profundidad. Deje la superficie plana, perpendicular al manto y libre de material extrao. -Limpiar bien la superficie a muestrear -Marcar con una tiza un canal de unos 30 cm de ancho y unos 5 a 10 cm de profundidad, tambin marcar otras partes del manto que se deben descartar -Quitar una franja de carbn o mineral de 30 cm de ancho. -Limpiar y aplanar el piso adyacente al rea de muestreo y extender una lona en el piso con un borde hacia el manto de carbn para recolectar la muestra. Asegurarse que todo el material que se desea muestrear caiga en la lona y el que se va a descartar no contamine la muestra.

-Cavar en la mitad del canal de 30cm, otro canal de 18 cm de ancho y 5 a 10 cm de profundidad. En carbones blandos el ancho es de 12 cm y la profundidad es de 9 cm. -Para cada 30 cm de potencia se deben colectar de 2 a 3 Kg de carbn -En mantos muy potentes se toman muestras cada 20 a 30 cm del techo al piso. -Estriles o asociaciones tanto en el techo como en el piso deben incluirse en el muestreo si los planes de minera lo exigen. -Debido a que un manto puede cambiar su composicin, es necesario tomar muestras de varios puntos, distribuidos uniformemente de acuerdo a la extensin del manto y se debe medir la potencia en cada punto del muestreo. -Si el muestreo se realiza en una mina, la muestra debe extraerse del frente de explotacin. En el caso de muestras en superficies de mantos expuestos a una ventilacin continuada durante mucho tiempo, es necesario quitar primero unos 30 cm de profundidad de carbn o mineral oxidado. MUESTREO DE NUCLEOS El objetivo es transferir al laboratorio un bloque monoltico de mineral o carbn que representa la potencia total del manto. Para realizar estudios de macro y micropetrografa para anlisis qumicos especiales y se realizan los mismos trabajos que en el muestreo en canal. PROCEDIMIENTO -Tome con cuidado la seccin del ncleo. Prevenga rompimiento adicional -Colquelo en una caja diseada para tal fin -Mida las longitudes del ncleo, determinando las litologas y registrando valores -Describa y registre observaciones del manto (tipo de carbn, bandas, naturaleza litologa, localizacin de la perforacin y profundidad. -Con un martillo separe todo el material que no debe incluirse en la muestra -Coloque el resto del ncleo en una bolsa plstica, sllela y rotlela -Como es muy difcil colectar una columna intacta, los trozos se deben numerar del techo al piso marcando con flechas la direccin de este ltimo.

TIPOS DE MUESTRAS

MUESTREO DE VOLQUETAS, CAMIONES O VAGONES Este muestreo puede hacerse antes, durante o despus del descargue. El muestreo antes del descargue se hace sobre el platn o carrocera de la siguiente manera: Remover una capa de por lo menos 30 cm. Elegir los lugares de muestreo por un sistema de lneas paralelas en zig-zag a intervalos regulares, de acuerdo con el tamao del platn de la volqueta Tomar el incremento con una pala en cada sitio elegido. Evitar tomar las muestras de un solo lado de la volqueta o muy superficiales.

Cuando se encuentren pedazos grandes en el punto de muestreo, deben tornarse pequeas porciones de cada trozo.

Localizacin de puntos de muestreo en volquetas Cuando se muestrea durante el descargue, la muestra debe abarcar todo el ancho del material en movimiento o debe ser tomada en por lo menos tres lugares de ancho total; debe efectuarse el muestreo durante todo el descargue. Cuando se muestrea despus del descargue deben tomarse incrementos a diferentes alturas del talud formado, retirando previamente una capa delgada del ltimo carbn descargado. MUESTREO DE PILAS Para el muestreo de pilas debe tenerse en cuenta lo siguiente: En todos los casos, cada incremento tomado representa slo una pequea zona correspondiente al rea y profundidad donde se toma. Si se apilan carbones en reas separadas, deber tomarse una muestra bruta de cada rea. Colectar los incrementos en puntos uniformemente espaciados sobre la superficie de carbn expuesto. Si la pila es muy grande, se recomienda disear un plan de muestreo sobre un plano. El dispositivo de muestreo debe ser adecuado para alcanzar la base de la pila en cualquier sitio. Generalmente, la capa superficial presenta calidad diferente debido a la exposicin al aire, segregacin, menor contenido de humedad. Para llegar al fondo de las pilas, es necesario abrir con palas, de tal manera que las paredes formadas tengan un ngulo menor que el ngulo natural de reposo; en estos casos se deben tomar incrementos desde el fondo del hueco hasta el tope. MUESTREO EN BANDAS TRANSPORTADORAS

Es el sistema de muestreo ms confiable ya sea en banda estacionaria (detenida por la toma de muestras) o en movimiento. Deben tenerse en cuenta las siguientes consideraciones: El muestreo puede efectuarse a mano con los equipos apropiados (Bastidores, palas, cucharones, separadores, etc.) Evitar tomar la muestra al comienzo o al final del flujo Tomar incrementos a todo lo ancho y alto del flujo de mineral o carbn Para evitar errores sistemticos, el lapso entre la toma de incrementos sucesivos, no debe coincidir con ninguna periodicidad natural en la cantidad o calidad del mineral o carbn a muestrear. Si los incrementos se toman a intervalos iguales de tiempo, sus pesos deben ser proporcionales a su velocidad de flujo; si ocurre lo contrario, los incrementos deben tener igual peso. CUARTEO MANUAL Se realiza el cuarteo formando una pila en la misma rea de muestreo, hasta obtener una muestra bruta de aproximadamente 10 Kg para facilitar su empaque y trasporte hasta el laboratorio de preparacin y anlisis.

C.

Tomar 1 y 3

Rechazar 2 y4