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Carbón



¿Qué es el carbón y cómo se forma?


Carbón bituminoso: El carbón bituminoso es típicamente una roca sedimentaria en bandas. En esta foto puede ver bandas brillantes y opacas de material de carbón orientadas horizontalmente a través del espécimen. Las bandas brillantes son materiales leñosos bien conservados, como ramas o tallos. Las bandas opacas pueden contener material mineral arrastrado al pantano por corrientes, carbón vegetal producido por incendios en el pantano o materiales vegetales degradados. Este espécimen mide aproximadamente tres pulgadas de ancho (7.5 centímetros). Foto de la Encuesta Geológica y Económica de Virginia Occidental.

¿Qué es el carbón?

El carbón es una roca sedimentaria orgánica que se forma a partir de la acumulación y preservación de materiales vegetales, generalmente en un entorno pantanoso. El carbón es una roca combustible y, junto con el petróleo y el gas natural, es uno de los tres combustibles fósiles más importantes. El carbón tiene una amplia gama de usos; El uso más importante es para la generación de electricidad.

Entornos formadores de carbón: Un diagrama generalizado de un pantano, que muestra cómo la profundidad del agua, las condiciones de conservación, los tipos de plantas y la productividad de las plantas pueden variar en diferentes partes del pantano. Estas variaciones producirán diferentes tipos de carbón. Ilustración de la Encuesta Geológica y Económica de West Virginia.

Turba: Una masa de restos vegetales recientemente acumulados a parcialmente carbonizados. Este material está en camino de convertirse en carbón, pero su fuente de desechos de plantas aún es fácilmente reconocible.

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¿Cómo se forma el carbón?

El carbón se forma a partir de la acumulación de restos de plantas, generalmente en un entorno pantanoso. Cuando una planta muere y cae al pantano, el agua estancada del pantano la protege de la descomposición. Las aguas del pantano son generalmente deficientes en oxígeno, lo que reaccionaría con los desechos de la planta y provocaría su descomposición. Esta falta de oxígeno permite que los restos de la planta persistan. Además, los insectos y otros organismos que podrían consumir los desechos de las plantas en la tierra no sobreviven bien bajo el agua en un ambiente deficiente en oxígeno.

Para formar la gruesa capa de desechos de plantas requerida para producir una capa de carbón, la tasa de acumulación de desechos de plantas debe ser mayor que la tasa de descomposición. Una vez que se forma una gruesa capa de restos vegetales, debe ser enterrada por sedimentos como lodo o arena. Estos son típicamente arrastrados al pantano por un río inundado. El peso de estos materiales compacta los desechos de la planta y ayuda a su transformación en carbón. Aproximadamente diez pies de desechos de plantas se compactarán en solo un pie de carbón.

Los restos vegetales se acumulan muy lentamente. Por lo tanto, acumular diez pies de restos de plantas llevará mucho tiempo. Los cincuenta pies de restos de plantas necesarios para hacer una capa de carbón de cinco pies de espesor requerirían miles de años para acumularse. Durante ese largo tiempo, el nivel de agua del pantano debe permanecer estable. Si el agua se vuelve demasiado profunda, las plantas del pantano se ahogarán, y si no se mantiene la cubierta de agua, los restos de la planta se descompondrán. Para formar una veta de carbón, las condiciones ideales de profundidad de agua perfecta deben mantenerse durante mucho tiempo.

Si usted es un lector astuto, probablemente se esté preguntando: "¿Cómo pueden acumularse cincuenta pies de restos de plantas en agua que tiene solo unos pocos pies de profundidad?" La respuesta a esa pregunta es la razón principal por la que la formación de una veta de carbón es un hecho muy inusual. Solo puede ocurrir en una de dos condiciones: 1) un nivel de agua en aumento que mantiene el ritmo perfectamente con la tasa de acumulación de desechos de plantas; o, 2) un paisaje en disminución que mantiene perfectamente el ritmo de la tasa de acumulación de desechos de plantas. Se cree que la mayoría de las vetas de carbón se formaron bajo la condición # 2 en un ambiente delta. En un delta, grandes cantidades de sedimentos de ríos se están depositando en un área pequeña de la corteza terrestre, y el peso de esos sedimentos causa el hundimiento.

Para que se forme una capa de carbón, deben producirse condiciones perfectas de acumulación de desechos de plantas y condiciones perfectas de hundimiento en un paisaje que mantenga este equilibrio perfecto durante mucho tiempo. Es fácil entender por qué las condiciones para formar carbón se han producido solo un pequeño número de veces a lo largo de la historia de la Tierra. La formación de un carbón requiere la coincidencia de eventos altamente improbables.

Rango
(Desde el más bajo
al más alto)
Propiedades
TurbaUna masa de restos vegetales recientemente acumulados a parcialmente carbonizados. La turba es un sedimento orgánico. El entierro, la compactación y la carbonificación lo transformarán en carbón, una roca. Tiene un contenido de carbono de menos del 60% sin cenizas secas.
LignitoEl lignito es el rango más bajo de carbón. Es una turba que se ha transformado en una roca, y esa roca es un carbón marrón-negro. El lignito a veces contiene estructuras vegetales reconocibles. Por definición, tiene un valor de calentamiento de menos de 8300 unidades térmicas británicas por libra sin minerales. Tiene un contenido de carbono de entre 60 y 70% sin cenizas secas. En Europa, Australia y el Reino Unido, algunos lignitos de bajo nivel se denominan "lignito".
Sub bituminosoEl carbón sub bituminoso es un lignito que ha sido sometido a un mayor nivel de metamorfismo orgánico. Este metamorfismo ha expulsado parte del oxígeno y el hidrógeno en el carbón. Esa pérdida produce carbón con un mayor contenido de carbono (71 a 77% sin cenizas secas). El carbón sub bituminoso tiene un valor de calentamiento entre 8300 y 13000 unidades térmicas británicas por libra sin una base de materia mineral. Sobre la base del valor de calentamiento, se subdivide en rangos sub bituminosos A, sub bituminosos B y sub bituminosos C.
BituminosoBituminoso es el rango más abundante de carbón. Representa aproximadamente el 50% del carbón producido en los Estados Unidos. El carbón bituminoso se forma cuando un carbón sub bituminoso se somete a mayores niveles de metamorfismo orgánico. Tiene un contenido de carbono de entre 77 y 87% libre de cenizas secas y un valor de calentamiento que es mucho más alto que el lignito o el carbón sub bituminoso. Sobre la base del contenido volátil, los carbones bituminosos se subdividen en bituminoso poco volátil, bituminoso medio volátil y bituminoso altamente volátil. El carbón bituminoso se conoce a menudo como "carbón blando"; Sin embargo, esta designación es un término laico y tiene poco que ver con la dureza de la roca.
AntracitaLa antracita es el rango más alto de carbón. A diferencia de otros tipos de carbón, generalmente se considera una roca metamórfica. Tiene un contenido de carbono de más del 87% sin cenizas secas. El carbón de antracita generalmente tiene el mayor valor de calentamiento por tonelada sin minerales. A menudo se subdivide en semi-antracita, antracita y meta-antracita en función del contenido de carbono. La antracita se refiere a menudo como "carbón duro"; Sin embargo, este es un término laico y tiene poco que ver con la dureza de la roca.

Carbón de antracita: La antracita es el rango más alto de carbón. Tiene un brillo brillante y se rompe con una fractura semi-concoidea.

¿Qué es el "rango" del carbón?

Los restos vegetales son un material frágil en comparación con los materiales minerales que forman otras rocas. A medida que los restos vegetales están expuestos al calor y la presión del entierro, cambia su composición y propiedades. El "rango" de un carbón es una medida de cuánto cambio ha ocurrido. A veces se usa el término "metamorfismo orgánico" para este cambio.

Según la composición y las propiedades, los carbones se asignan a una progresión de rango que corresponde a su nivel de metamorfismo orgánico. La progresión básica de rango se resume en la tabla aquí.

Lignito: El rango más bajo de carbón es "lignito". Es turba que se ha comprimido, deshidratado y litificado en una roca. A menudo contiene estructuras vegetales reconocibles.

¿Cuáles son los usos del carbón?

La producción de electricidad es el uso principal del carbón en los Estados Unidos. La mayor parte del carbón extraído en los Estados Unidos se transporta a una central eléctrica, se tritura a un tamaño de partícula muy pequeño y se quema. El calor del carbón encendido se usa para producir vapor, que convierte un generador para producir electricidad. La mayor parte de la electricidad consumida en los Estados Unidos se produce quemando carbón.

Planta de energía a carbón: Foto de una central eléctrica donde se quema carbón para producir electricidad. Las tres grandes pilas son torres de enfriamiento donde el agua utilizada en el proceso de generación de electricidad se enfría antes de reutilizarse o liberarse al medio ambiente. La emisión que fluye desde la pila de la derecha es vapor de agua. Los productos de combustión de la combustión del carbón se liberan en la pila alta y delgada a la derecha. Dentro de esa pila hay una variedad de sorbentes químicos para absorber los gases contaminantes producidos durante el proceso de combustión. Derechos de autor de la imagen iStockphoto / Michael Utech.

El carbón tiene muchos otros usos. Se utiliza como fuente de calor para procesos de fabricación. Por ejemplo, los ladrillos y el cemento se producen en hornos calentados por la combustión de un chorro de carbón en polvo. El carbón también se utiliza como fuente de energía para las fábricas. Allí se usa para calentar vapor, y el vapor se usa para conducir dispositivos mecánicos. Hace unas décadas, la mayoría del carbón se usaba para la calefacción de espacios. Todavía se usa algo de carbón de esa manera, pero ahora se usan otros combustibles y electricidad producida por carbón.

La producción de coque sigue siendo un uso importante del carbón. El coque se produce calentando carbón en condiciones controladas en ausencia de aire. Esto elimina algunos de los materiales volátiles y concentra el contenido de carbono. Luego, el coque se usa como combustible con alto contenido de carbono para el procesamiento de metales y otros usos donde se necesita una llama especialmente ardiente.

El carbón también se usa en la fabricación. Si el carbón se calienta, los gases, alquitranes y residuos producidos pueden usarse en varios procesos de fabricación. Los plásticos, techos, linóleo, caucho sintético, insecticidas, productos de pintura, medicamentos, solventes y fibras sintéticas incluyen algunos compuestos derivados del carbón. El carbón también puede convertirse en combustibles líquidos y gaseosos; sin embargo, estos usos del carbón son principalmente experimentales y se realizan a pequeña escala.