QUIMICA ANALITICA APLICADA

1. Departamento de Química Analítica y Tecnología de Alimentos QUIMICA ANALITICA APLICADA Tema 11. Carbones y derivados. Clasificación de los Carbones y sus derivados. Componentes mayoritarios y minoritarios. Contenido en azufre. Contenido en elementos traza.

2. CARBONES Y DERIVADOS Carbones Combustible sólido con más de un 50% en peso de carbono (70% en volumen) resultante de la descomposición lenta de grandes cantidades de materia vegetal durante las épocas geológicas pretéritas. Principales usos La industria siderúrgica. Generación de energía eléctrica en centrales térmicas. Componentes de los Carbones Los carbones están constituidos, por carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y azufre: -El carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno proceden de los vegetales originales. -El azufre puede ser de origen orgánico o inorgánico (proveniente de minerales que han impurificado el lecho de carbón durante su formación).

3. CARBONES Y DERIVADOS Propiedades y composición Teorías sobre la formación de los carbones. Hickling Existe una continuidad en la formación y las diferencias se basan al tiempo que ha durado el proceso de carbonización: madera  turba  lignito  hulla  antracita Hilt La carbonización se acentúa con la profundidad debido a los efectos de la presión y temperatura. Mackenzie-Taylor Cada tipo de carbón es el final de un proceso diferente según las condiciones de carbonización. Mackenzie-Taylor

4. CARBONES Y DERIVADOS • Obtención del coque. • Calentamiento de las hullas en recipientes cerrados hasta temperaturas de unos 1000ºC con lo que se obtienen gases de coquería (H2, CH4, CO, CnH2n, N2 y CO2), líquidos (alquitrán de hulla y amoníaco) y un residuo sólido que se denomina coque (65-80%). • Proceso de coquización. • 100ºC: Desorción de O2, N2, CH4 y H2O. • 100-300ºC: Desorción de SH2, CO, CO2 y olefinas. • 310ºC: Aparecen porciones líquidas. • 400-450ºC: Se inicia la fusión • 550ºC: Fin de la fusión .Desprendi-miento de H2. • 700-1000ºC: Craqueo. • >1000ºC: Procesos de grafitización.

5. ANALISIS INMEDIATO DE CARBONES Esquema del análisis inmediato de carbones Determinación de humedad Se determinan sometiendo la muestra en una mufla a 110 ºC durante una hora Determinación de cenizas Se determina pesando el residuo inorgánico (3-15%) que perma-nece tras la combustión del carbón en presencia de oxígeno bajo unas condiciones específi-cas (950 ºC). No corresponde exactamente al contenido real de materia inorgánica ya que algunos compuestos inorgánicos se transforman: 4FeS2+4O22Fe2O3+8SO2 CaCO3CaO+CO2

6. ANALISIS INMEDIATO DE CARBONES • Determinación de materiales volátiles. • Productos de descomposición de las sustancias orgánicas (2-45%) que se desprenden como gases o vapores al calentar el carbón en ausencia de aire. El residuo que queda se denomina coque. • Fórmula empírica de Hülsbrusch • Rendto. práctico de coquización=Rendto. de coque en el crisol x 0,88 + 12 • Determinación del poder calorífico • Calorías producidas en la combustión de 1 g de carbón. Su valor es directamente proporcional al contenido en carbono e hidrógeno e inversamente proporcional al contenido en oxígeno. • Métodos Directos: Calorímetro. • Métodos Indirectos: Fórmulas empíricas. • Fórmula de Doulong: Poder Calorífico=81 x %C + 290 (%H - % O/8) + 25 %S • B) Fórmula de Gouthal: Poder Calorífico=82 x Carbono Fijo +  x Materias Volátiles Carbono Fijo = Coque – Cenizas • El coeficiente  representa el nivel calorífico dividido por 100 de las materias volátiles. Su valor varía con el contenido de materia volátil referida al carbón seco exento de cenizas M´:

7. ANALISIS ELEMENTAL AUTOMATIZADO DE CARBONES Detectores de Conductividad Térmica Volumen de muestra Volumen de mezclado Entrada de muestra Combustión Reducción H C N Trampa de H2O Trampa de CO2 Purificadores O2 He Trampa de H2O = Perclorato de Magnesio Trampa de CO2 = Sosa-Asbesto Trampa de SO2 = Óxido de Plata