La antracita , también conocida como carbón duro y carbón negro , es una variedad de carbón dura y compacta que tiene un brillo submetálico . Tiene el mayor contenido de carbono , la menor cantidad de impurezas y la mayor densidad energética de todos los tipos de carbón y es el carbón de mayor clasificación .
La región carbonífera del noreste de Pensilvania en los Estados Unidos tiene los depósitos de carbón antracita más grandes conocidos del mundo con una reserva estimada de siete mil millones de toneladas cortas . [2] China representa la mayor parte de la producción mundial; otros productores incluyen Rusia , Ucrania , Corea del Norte , Sudáfrica , Vietnam , Australia , Canadá y los Estados Unidos . La producción total en 2020 fue de 615 millones de toneladas. [3]
La antracita es el tipo de carbón más metamorfoseado , pero aún representa un metamorfismo de bajo grado, [a] en el que el contenido de carbono está entre el 86% y el 97%. [1] [5] [6] El término se aplica a aquellas variedades de carbón que no emiten vapores alquitranados u otros vapores de hidrocarburos cuando se calientan por debajo de su punto de ignición . [7] La antracita es difícil de encender y arde con una llama corta, azul y sin humo.
La antracita se clasifica en varios grados. El grado estándar se utiliza predominantemente en la generación de energía, y el grado alto (HG) y el grado ultra alto (UHG), se utilizan predominantemente en el sector metalúrgico . La antracita representa aproximadamente el 1% de las reservas mundiales de carbón [8] y se extrae en solo unos pocos países en todo el mundo.
El término antracita deriva del griego anthrakítēs ( ἀνθρακίτης ), que literalmente significa "similar al carbón". [9] Otros términos que se refieren a la antracita son carbón negro , carbón duro , carbón de piedra , [10] [11] carbón oscuro , carbón de café , carbón ciego (en Escocia), [7] carbón de Kilkenny (en Irlanda), [10] carbón de cuervo o carbón de cuervo y diamante negro . "Carbón azul" es el término que se utiliza para una marca registrada de antracita que alguna vez fue popular, extraída por la Glen Alden Coal Company en Pensilvania y rociada con un tinte azul en la mina antes de enviarla a sus mercados del noreste de los EE. UU. para distinguirla de sus competidores. [12]
Culm tiene diferentes significados en inglés británico y americano . En inglés británico, culm es la antracita imperfecta, ubicada predominantemente al norte de Devon y Cornualles , que se usaba como pigmento . El término también se usa para referirse a algunos estratos de roca carbonífera que se encuentran tanto en Gran Bretaña como en los países montañosos del Rin , también conocidos como Culm Measures . [7] En Gran Bretaña, también puede referirse al carbón exportado desde Gran Bretaña durante el siglo XIX. [10] En inglés americano, "culm" se refiere a los desechos o residuos de la minería de antracita, [7] principalmente polvo y pequeños trozos no aptos para usar en hornos domésticos.
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La antracita tiene una apariencia similar al chorro mineraloide y a veces se utiliza como imitación del chorro.
La antracita se diferencia del carbón bituminoso ordinario por su mayor dureza (2,75-3 en la escala de Mohs ), [13] su mayor densidad relativa de 1,3-1,4 y su brillo, que a menudo es semimetálico con un reflejo ligeramente verde. Contiene un alto porcentaje de carbono fijo y un bajo porcentaje de materia volátil . También está libre de muescas blandas o fibrosas incluidas y no ensucia los dedos cuando se frota. [7] La antracitación es la transformación del carbón bituminoso en antracita.
El contenido de humedad de la antracita recién extraída es generalmente inferior al 15 por ciento. El contenido de calor de la antracita varía de 26 a 33 MJ/kg (22 a 28 millones de Btu / tonelada corta ) en una base húmeda y libre de materia mineral. El contenido de calor del carbón de antracita consumido en los Estados Unidos es en promedio de 29 MJ/kg (25 millones de Btu/tonelada), en la forma en que se recibe, y contiene tanto humedad inherente como materia mineral.
Desde la década de 1980, los desechos de antracita o de minas se han utilizado para la generación de energía a partir de carbón en una forma de reciclaje . La práctica conocida como recuperación se está aplicando a los montones de cañas de azúcar antes de que se promulgaran leyes que exigían a los propietarios de minas que restauraran las tierras a su estado original aproximado.
Químicamente, la antracita puede considerarse como una etapa de transición entre el carbón bituminoso ordinario y el grafito , producida por la eliminación más o menos completa de los componentes volátiles del primero, y se encuentra más abundantemente en áreas que han sido sometidas a tensiones y presiones considerables, como los flancos de grandes cadenas montañosas. [7] La antracita se asocia con rocas sedimentarias fuertemente deformadas que fueron sometidas a presiones y temperaturas más altas (pero lejos de condiciones metamórficas) al igual que el carbón bituminoso generalmente se asocia con rocas sedimentarias menos deformadas o planas. Las capas comprimidas de antracita que se extraen profundamente en la provincia plegada de Ridge and Valley de los Montes Apalaches de la región carbonífera del centro-este de Pensilvania son extensiones de las mismas capas de carbón bituminoso que se extraen en las rocas sedimentarias generalmente planas y no deformadas más al oeste en la meseta Allegheny de Kentucky y Virginia Occidental , el este de Ohio y el oeste de Pensilvania .
De la misma manera, la región de antracita del sur de Gales está confinada a la porción retorcida al oeste de Swansea y Llanelli , y las porciones central y oriental producen carbón de vapor , carbón de coque y carbón doméstico. [14]
La antracita muestra cierta alteración por el desarrollo de planos divisorios secundarios y fisuras, de modo que las líneas de estratificación originales no siempre se ven fácilmente. La conductividad térmica también es mayor; un trozo de antracita se siente perceptiblemente más frío cuando se sostiene en la mano caliente que un trozo similar de carbón bituminoso a la misma temperatura. [7]
La antracita tiene un historial de uso en altos hornos para la fundición de hierro; sin embargo, carecía del espacio poroso del coque metalúrgico , que eventualmente reemplazó a la antracita. [15]
En el suroeste de Gales , la antracita se ha utilizado como combustible doméstico al menos desde la época medieval, [16] cuando se extraía cerca de Saundersfoot . Más recientemente, la extracción de antracita a gran escala se llevó a cabo en toda la parte occidental de la cuenca minera de Gales del Sur hasta finales del siglo XX.
En Estados Unidos, la historia del carbón antracita comenzó en 1790 en Pottsville, Pensilvania , con el descubrimiento de carbón por parte del cazador Necho Allen en lo que hoy se conoce como la Región del Carbón . La leyenda cuenta que Allen se quedó dormido en la base de Broad Mountain y se despertó con la vista de un gran incendio porque su fogata había encendido un afloramiento de carbón antracita. En 1795, se había construido un horno de hierro alimentado con antracita en el río Schuylkill .
El 11 de febrero de 1808, el juez Jesse Fell quemó por primera vez de forma experimental la antracita como combustible para calefacción residencial en los Estados Unidos, en Wilkes-Barre, Pensilvania , sobre una rejilla abierta en una chimenea. La antracita se diferencia de la madera en que necesita una corriente de aire desde abajo, y el juez Fell demostró con su diseño de rejilla que era un combustible viable para calefacción. [ cita requerida ] En la primavera de 1808, John y Abijah Smith enviaron el primer cargamento de antracita extraído comercialmente por el río Susquehanna desde Plymouth, Pensilvania, lo que marcó el nacimiento de la minería comercial de antracita en los Estados Unidos. A partir de esa primera mina, la producción aumentó hasta un máximo histórico de más de 100 millones de toneladas en 1917. [ cita requerida ]
La dificultad de encender la antracita impidió su uso temprano, especialmente en los altos hornos para fundir hierro. Con el desarrollo del aire caliente en 1828, que utilizaba el calor residual para precalentar el aire de combustión, la antracita se convirtió en un combustible preferido, representando el 45% de la producción de arrabio de EE. UU. en 15 años. [17] La fundición de hierro con antracita fue posteriormente reemplazada por el coque .
Desde finales del siglo XIX hasta la década de 1950, la antracita fue el combustible más popular para calentar viviendas y otros edificios en el norte de Estados Unidos, hasta que fue sustituida por sistemas de combustión de petróleo y, más recientemente, por sistemas de gas natural. Muchos edificios públicos de gran tamaño, como las escuelas, se calentaron con hornos que quemaban antracita hasta la década de 1980.
Durante la Guerra Civil estadounidense , los corredores de bloqueo confederados utilizaron antracita como combustible sin humo para sus calderas para evitar revelar su posición a los bloqueadores. [18]
La invención de la caja de fuego Wootten permitió que las locomotoras quemaran directamente antracita de manera eficiente, en particular el carbón residual. A principios del siglo XX, en los Estados Unidos, la empresa ferroviaria Delaware, Lackawanna and Western Railroad comenzó a utilizar únicamente el carbón antracita, más caro, en sus locomotoras de pasajeros, se autodenominó "La carretera de la antracita" y publicitó ampliamente que los viajeros de su línea podían viajar en tren sin mancharse la ropa con hollín. Los anuncios mostraban a una mujer vestida de blanco llamada Phoebe Snow y poemas que contenían versos como "Mi vestido permanece blanco / Desde la mañana hasta la noche / Sobre la carretera de la antracita". De manera similar, la Great Western Railway en el Reino Unido pudo utilizar su acceso a la antracita (dominaba en la región de la antracita) para ganarse una reputación de eficiencia y limpieza sin igual entre otras empresas del Reino Unido.
Los motores de combustión interna accionados por el llamado gas "mixto", "pobre", "semi-agua" o "Dowson " producido por la gasificación de antracita con aire (y una pequeña proporción de vapor) fueron en su momento el método más económico de obtener energía, requiriendo solo 1 libra por caballo de fuerza-hora (0,6 kg / kWh ), o menos. Antiguamente se exportaban grandes cantidades de antracita para fines energéticos desde el sur de Gales a Francia, Suiza y partes de Alemania. [19] A partir de abril de 2013 [update], la minería comercial generalizada de antracita en Gales ha cesado, aunque quedan algunos grandes sitios a cielo abierto , junto con algunas operaciones de minería a cielo abierto relativamente pequeñas . [ cita requerida ]
La antracita suele costar entre dos y seis veces más que el carbón convencional. En junio de 2008, el costo mayorista de la antracita era de 150 dólares por tonelada corta [20] , y en 2021 descendió a 107 dólares por tonelada; representa el 1% de la producción de carbón de Estados Unidos [21] .
El uso principal de la antracita en la actualidad es como combustible doméstico, ya sea en estufas de leña o en hornos de leña automáticos. Proporciona una alta energía por su peso y se quema limpiamente con poco hollín, lo que la hace ideal para este propósito. Su alto valor hace que sea prohibitivamente cara para su uso en plantas de energía. Otros usos incluyen las partículas finas que se usan como medio filtrante y como ingrediente en briquetas de carbón . La antracita era un combustible autorizado [22] en términos de la Ley de Aire Limpio de 1993 del Reino Unido, lo que significa que podía usarse dentro de un Área de Control de Humo designada, como los distritos del centro de Londres.
En la actualidad, China extrae la mayor parte de la producción mundial de antracita, lo que representa más de tres cuartas partes de la producción mundial. [3] La mayor parte de la producción china es de antracita de grado estándar, que se utiliza en la generación de energía. [ cita requerida ] La mayor demanda en China ha convertido a ese país en un importador neto del combustible, principalmente de Vietnam, otro importante productor de antracita para la generación de energía, aunque el aumento del consumo interno en Vietnam significa que las exportaciones pueden reducirse. [23]
La producción actual de antracita en Estados Unidos es de alrededor de cinco millones de toneladas al año, de las cuales aproximadamente 1,8 millones se extrajeron en el estado de Pensilvania. [24] La extracción de carbón antracita continúa hasta el día de hoy en el este de Pensilvania y contribuye hasta con un 1% del producto bruto estatal. Más de 2.000 personas trabajaban en la extracción de carbón antracita en 1995. La mayor parte de la extracción hasta esa fecha consistía en recuperar carbón de montones de escoria (pilas de desechos de la minería de carbón del pasado) en minas cercanas cerradas. También se extrae algo de carbón antracita subterráneo.
Entre los países productores de antracita de alto rendimiento y ultra alto rendimiento se incluyen Rusia y Sudáfrica. La antracita de alto rendimiento y ultra alto rendimiento se utiliza como coque o sustituto del carbón en diversas aplicaciones metalúrgicas del carbón ( sinterización , PCI , carga directa de carbón activado , peletización ). Desempeña un papel importante en la reducción de costos en el proceso de fabricación de acero y también se utiliza en la producción de ferroaleaciones , silicomanganeso, carburo de calcio y carburo de silicio . Sudáfrica exporta antracita de menor calidad y mayor contenido de cenizas a Brasil para su uso en la fabricación de acero. [ cita requerida ]
La antracita se procesa en diferentes tamaños mediante lo que comúnmente se conoce como trituradora . El carbón grande se saca de la mina y pasa a través de trituradoras con rodillos dentados para reducir los trozos a piezas más pequeñas. Las piezas más pequeñas se separan en diferentes tamaños mediante un sistema de tamices graduados, colocados en orden descendente. [19] La clasificación por tamaños es necesaria para diferentes tipos de estufas y hornos.
La antracita se clasifica en tres grados, según su contenido de carbono. El grado estándar se utiliza como combustible doméstico y en la generación de energía industrial. Los grados superiores de antracita, más raros, son más puros (es decir, tienen un mayor contenido de carbono) y se utilizan en la fabricación de acero y otros segmentos de las industrias metalúrgicas. Las características técnicas de los distintos grados de antracita son las siguientes: [ cita requerida ]
La antracita se divide por tamaño principalmente en aplicaciones que necesitan trozos (normalmente mayores de 10 mm) – diversos procesos industriales donde sustituye al coque metalúrgico y al combustible doméstico – y aquellas que necesitan finos (menores de 10 mm), como la sinterización y la peletización. [23]
La clasificación americana común por tamaño es la siguiente: [ cita requerida ]
Carbones en trozos, para vapor, para huevos y para estufas, estos últimos en dos o tres tamaños, los tres de más de 1+Tamaño de 1 ⁄ 2 pulgada (38 mm) en mallas con orificios redondos.
La antracita de alto grado (HG) y la de ultra alto grado (UHG) son los grados más altos de carbón antracita. Son las formas más puras de carbón, con el mayor grado de carbonización, el mayor conteo de carbono y contenido de energía y la menor cantidad de impurezas (humedad, cenizas y volátiles).
La antracita de alto y ultra alto grado es más dura que la antracita de grado estándar y tiene una densidad relativa más alta. Un ejemplo de una fórmula química para la antracita de alto grado sería C 240 H 90 O 4 NS, [25] que representa un 94 % de carbono. [26] La antracita UHG normalmente tiene un contenido mínimo de carbono del 95 %.
También difieren en su uso de la antracita de grado estándar (utilizada principalmente para la generación de energía), ya que se emplean principalmente en metalurgia como un sustituto rentable del coque en procesos como la sinterización y la peletización , así como en la inyección de carbón pulverizado (PCI) y la inyección directa en altos hornos . También se pueden utilizar en la purificación de agua y en el ámbito doméstico como combustible sin humo .
La antracita de alto rendimiento y ultra alto rendimiento representa un pequeño porcentaje del mercado total de antracita. Los principales países productores son Rusia, Ucrania, Vietnam, Sudáfrica y los Estados Unidos.
Los tamaños principales que se utilizan en los Estados Unidos para la calefacción doméstica son Chestnut, Pea, Buckwheat y Rice, siendo Chestnut y Rice los más populares. Chestnut y Pea se utilizan en hornos de encendido manual, mientras que Rice y Buckwheat, más pequeños, se utilizan en hornos de encendido automático. Rice es actualmente el tamaño más buscado debido a la facilidad de uso y la popularidad de ese tipo de horno.
En el sur de Gales , se adopta una clasificación menos elaborada, pero se tiene mucho cuidado al seleccionar a mano y limpiar el carbón de las partículas de piritas en las calidades superiores conocidas como mejores carbones para maltear, que se utilizan para secar la malta en hornos. [19]
El polvo de antracita se puede convertir en briquetas y se vende en el Reino Unido bajo nombres comerciales como Phurnacite , Ancit y Taybrite.
En el extremo opuesto del carbón antracita de alto grado, el carbón semiantracita se define como un carbón que es intermedio entre el carbón antracita y el carbón bituminoso, y particularmente un carbón que se acerca a la antracita en carácter no volátil. [27]
Históricamente, de vez en cuando, las vetas subterráneas de carbón se han incendiado, a menudo debido a actividades mineras descuidadas o desafortunadas. La bolsa de carbón encendida se alimenta de oxígeno a través de conductos de ventilación que aún no se han descubierto. Estos pueden arder sin llama durante años. Por lo general, los conductos de ventilación en áreas pobladas se detectan pronto y se sellan, mientras que los conductos de ventilación en áreas deshabitadas permanecen sin descubrir. Ocasionalmente, los conductos de ventilación se descubren a través de los humos que detectan los transeúntes, a menudo en áreas boscosas. Los intentos de extinguir los que quedan han sido en ocasiones inútiles, y hoy existen varias áreas de combustión de este tipo. A veces se puede identificar la existencia de un sitio de combustión subterránea en el invierno, donde se ve cómo la nieve caída se derrite por el calor conducido desde abajo. Las propuestas para aprovechar este calor como energía geotérmica no han tenido éxito.
Una veta de antracita que se incendió en Centralia, Pensilvania , en 1962 ha estado ardiendo desde entonces, convirtiendo al otrora próspero distrito en un pueblo fantasma . [28]
Geológicamente, el depósito de antracita más grande y concentrado del mundo se encuentra en la mina de carbón Lackawanna en el noreste de Pensilvania , Estados Unidos, en Scranton , Pensilvania y sus alrededores. Localmente llamado la Región del Carbón , el depósito contiene 480 millas cuadradas (1200 km2 ) de roca que contiene carbón que originalmente contenía 22,8 mil millones de toneladas cortas (20,68 mil millones de toneladas) de antracita. [29] La región geográfica tiene aproximadamente 100 millas (161 km) de largo y 30 millas (48 km) de ancho. Debido a la minería histórica y el desarrollo de las tierras que recubren el carbón, se estima que quedan 7 mil millones de toneladas cortas (6,3 mil millones de toneladas) de reservas explotables. Otras áreas de los Estados Unidos también contienen varios depósitos más pequeños de antracita, como los que se extrajeron históricamente en Crested Butte, Colorado .
Entre los productores actuales, Rusia, China, Polonia y Ucrania poseen las mayores reservas recuperables estimadas de antracita. Otros países con reservas sustanciales son Vietnam y Corea del Norte. [30]
El yacimiento de antracita Groundhog, en Columbia Británica (Canadá), es el mayor yacimiento de antracita no explotado hasta el momento del mundo. Es propiedad de la empresa australiana Atrum Coal, que cotiza en bolsa, y cuenta con 1.570 millones de toneladas de antracita de alta calidad. [31]
Se encuentran antracitas de época terciaria o cretácica más reciente en la parte Crowsnest Pass de las Montañas Rocosas en Canadá y en varios lugares de los Andes en Perú. [19]
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