Antracita

La antracita, también conocida como carbón duro y carbón negro, es una variedad de carbón duro y compacto que tiene un brillo submetálico. Tiene el contenido de carbono más alto, la menor cantidad de impurezas y la densidad de energía más alta de todos los tipos de carbón y es el carbón de mayor clasificación.

La antracita es el tipo de carbón más metamorfoseado (pero aún representa un metamorfismo de bajo grado), en el que el contenido de carbono está entre el 86 % y el 97 %. El término se aplica a aquellas variedades de carbón que no emiten vapores alquitranados u otros hidrocarburos cuando se calientan por debajo de su punto de ignición. La antracita se enciende con dificultad y arde con una llama corta, azul y sin humo.

La antracita se clasifica en varios grados. El grado estándar se usa predominantemente en la generación de energía, y el grado alto (HG) y el grado ultra alto (UHG) se usan predominantemente en el sector metalúrgico. La antracita representa aproximadamente el 1% de las reservas mundiales de carbón y se extrae solo en unos pocos países del mundo.

La región del carbón del noreste de Pensilvania en los Estados Unidos tiene los mayores depósitos conocidos de carbón de antracita en el mundo con una reserva estimada de siete mil millones de toneladas cortas. China representa la mayor parte de la producción mundial; otros productores incluyen Rusia, Ucrania, Corea del Norte, Sudáfrica, Vietnam, el Reino Unido, Australia, Canadá y los Estados Unidos. La producción total en 2020 fue de 615 millones de toneladas.

Nombres

Una pila de culmo en Trevorton, Pennsylvania

Antracita deriva del griego anthrakítēs (ἀνθρακίτης), literalmente "similar al carbón". Otros términos que se refieren a la antracita son carbón negro, carbón duro, carbón de piedra, carbón oscuro, carbón de café, carbón ciego (en Escocia), carbón de Kilkenny (en Irlanda), carbón de cuervo o carbón de buche y diamante negro. "Blue Coal" es el término para una marca de antracita que alguna vez fue popular y registrada, extraída por Glen Alden Coal Company en Pensilvania, y rociada con un tinte azul en la mina antes envío a sus mercados del noreste de EE. UU. para distinguirlo de sus competidores.

Culm tiene diferentes significados en inglés británico y americano. En inglés británico, culm es la antracita imperfecta, ubicada predominantemente en el norte de Devon y Cornualles, que se usaba como pigmento. El término también se usa para referirse a algunos estratos de rocas carboníferas que se encuentran tanto en Gran Bretaña como en los países montañosos del Rin, también conocidos como Culm Measures. En Gran Bretaña, también puede referirse al carbón exportado desde Gran Bretaña durante el siglo XIX. En inglés americano, "culm" se refiere a los desechos o holguras de la extracción de antracita, en su mayoría polvo y piezas pequeñas no aptas para su uso en hornos domésticos.

Propiedades

Antracita carbón de Ibbenbüren, Alemania

Antracita de Bay City, Michigan

La antracita tiene una apariencia similar al mineraloide azabache y, a veces, se usa como una imitación del azabache.

La antracita se diferencia del carbón bituminoso ordinario por su mayor dureza (2,75–3 en la escala de Mohs), su densidad relativa más alta de 1,3–1,4 y su brillo, que suele ser semimetálico con un leve reflejo 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. La antracitación es la transformación del carbón bituminoso en antracita.

El contenido de humedad de la antracita recién extraída generalmente es 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) sobre una base húmeda y libre de minerales. El contenido de calor del carbón de antracita consumido en los Estados Unidos tiene un promedio de 29 MJ/kg (25 millones de Btu/ton), según se recibe (es decir, que contiene tanto humedad inherente como materia mineral). Desde la década de 1980, los desechos de antracita o de mina se han utilizado para la generación de energía de carbón en una forma de reciclaje. La práctica conocida como recuperación se está aplicando a las pilas de culm anteriores a las leyes que exigen que los propietarios de minas restauren 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, producido por la eliminación más o menos completa de los constituyentes volátiles del primero, y se encuentra con mayor abundancia en áreas que han sido sometidas a considerables tensiones y presiones, como los flancos de grandes cadenas montañosas. La antracita se asocia con rocas sedimentarias fuertemente deformadas que estuvieron sujetas a presiones y temperaturas más altas (pero sin condiciones metamórficas), al igual que el carbón bituminoso se asocia generalmente con rocas sedimentarias menos deformadas o planas. Por ejemplo, las capas comprimidas de antracita que se extraen profundamente en la provincia plegada de Ridge y Valley de las Montañas Apalaches de la región carbonífera del centro-este de Pensilvania son extensiones de las mismas capas de carbón bituminoso que se extraen en la superficie generalmente plana y rocas sedimentarias no deformadas más al oeste en la meseta de 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 parte retorcida al oeste de Swansea y Llanelli, y las partes central y oriental producen carbón térmico, carbón coquizable y carbones domésticos.

Estructuralmente, la antracita muestra alguna alteración por el desarrollo de planos divisionales secundarios y fisuras, por lo 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 con la mano caliente que un trozo similar de carbón bituminoso a la misma temperatura.

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.

Historia de extracción y uso

Edificios antracitas de carbón en Nuevo México, cerca de 1935

"Antracita es un 'combustible de lucha'", un cartel de la Segunda Guerra Mundial

En el suroeste de Gales, la antracita se ha quemado como combustible doméstico desde al menos la época medieval, cuando se extraía cerca de Saundersfoot. Más recientemente, la extracción de antracita a gran escala tuvo lugar en la parte occidental de la cuenca carbonífera de Gales del Sur hasta finales del siglo XX. La minería continúa, pero ahora en menor escala.

En los Estados Unidos, la historia del carbón de antracita comenzó en 1790 en Pottsville, Pensilvania, con el descubrimiento de carbón realizado por el cazador Necho Allen en lo que ahora se conoce como la Región del Carbón. Cuenta la leyenda que Allen se quedó dormido en la base de Broad Mountain y se despertó al ver un gran fuego porque su fogata había encendido un afloramiento de carbón de antracita. Para 1795, se había construido un horno de hierro alimentado con antracita en el río Schuylkill.

La antracita se quemó por primera vez de forma experimental como combustible para calefacción residencial en los EE. UU. el 11 de febrero de 1808, por el juez Jesse Fell en Wilkes-Barre, Pensilvania, en una rejilla abierta de una chimenea. La antracita se diferencia de la madera en que necesita una corriente de aire desde abajo, y Judge Fell probó con su diseño de rejilla que era un combustible de calefacción viable.

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. Desde esa primera mina, la producción aumentó a un máximo histórico de más de 100 millones de toneladas en 1917.

El uso de antracita fue inhibido por la dificultad de encenderlo. Esta fue una preocupación particular en la fundición de hierro utilizando un alto horno. Con la invención del chorro caliente en 1828, que utilizaba el calor residual para precalentar el aire de combustión, la antracita se convirtió en el combustible preferido y representó el 45 % de la producción de arrabio de EE. UU. en 15 años. La antracita para la fundición de hierro fue posteriormente desplazada por el coque.

Desde finales del siglo XIX hasta la década de 1950, la antracita fue el combustible más popular para calentar hogares y otros edificios en el norte de los EE. UU., hasta que fue suplantada por los sistemas de combustión de petróleo y, más recientemente, por los sistemas de gas natural. Muchos edificios públicos grandes, como las escuelas, se calentaron con hornos de antracita durante la década de 1980.

Durante la Guerra Civil Estadounidense, los corredores de bloqueo confederados usaron antracita como combustible sin humo para sus calderas para evitar revelar su posición a los bloqueadores.

La invención de la cámara de combustión de Wootten permitió que las locomotoras quemaran antracita directamente y de manera eficiente, en particular los residuos de caña. A principios del siglo XX en los EE. UU., Delaware, Lackawanna y Western Railroad comenzaron a usar solo el carbón de antracita más caro en sus locomotoras de pasajeros, autodenominadas "The Road of Anthracite," y publicitaron ampliamente que los viajeros de su línea podían hacer viajes 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 / De la mañana a la noche / Sobre el camino de la antracita". De manera similar, Great Western Railway en el Reino Unido pudo utilizar su acceso a la antracita (dominaba la región de la antracita) para ganarse una reputación de eficiencia y limpieza inigualable por otras empresas del Reino Unido.

Motores de combustión interna accionados por los llamados motores "mixtos", "pobres", "semiagua" o "gas Dowson" producidos por la gasificación de antracita con aire (y una pequeña proporción de vapor) fueron en un momento el método más económico para obtener energía, requiriendo solo 1 libra por caballo de fuerza-hora (0,6 kg/kWh) o menos. Grandes cantidades de antracita con fines energéticos se exportaban anteriormente desde el sur de Gales a Francia, Suiza y partes de Alemania. A partir de abril de 2013, la extracción comercial generalizada de antracita en Gales ha cesado, aunque quedan algunos sitios grandes a cielo abierto, junto con algunas operaciones de minería a la deriva relativamente pequeñas.

Antracita hoy

Un trofeo de fútbol americano hecho a medida de antracita

La antracita generalmente cuesta entre dos y seis veces más que el carbón normal. En junio de 2008, el costo mayorista de la antracita era de US$150/tonelada corta, cayendo a $107/tonelada en 2021; representa el 1% de la producción de carbón de EE. UU.

El uso principal de la antracita hoy en día es como combustible doméstico en estufas manuales o hornos automáticos. Brinda mucha energía por su peso y se quema limpiamente con poco hollín, lo que lo hace ideal para este propósito. Su alto valor lo hace prohibitivamente caro para su uso en centrales eléctricas. Otros usos incluyen las partículas finas utilizadas como medios filtrantes y como ingrediente en las briquetas de carbón. La antracita era un combustible autorizado 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.

Minería

En la actualidad, China extrae, con mucho, la mayor parte de la producción mundial de antracita, lo que representa más de las tres cuartas partes de la producción mundial. La mayor parte de la producción china es de antracita de grado estándar, que se utiliza en la generación de energía. El aumento de la 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.

La producción actual de antracita en EE. UU. promedia alrededor de cinco millones de toneladas por año. De eso, alrededor de 1,8 millones de toneladas se extrajeron en el estado de Pensilvania. La extracción de carbón de antracita continúa hasta el día de hoy en el este de Pensilvania y contribuye hasta el 1% del producto estatal bruto. Más de 2.000 personas se emplearon en la extracción de carbón de antracita en 1995. La mayor parte de la minería a esa fecha consistía en recuperar carbón de montones de escoria (montones de desechos de la extracción de carbón anterior) en minas cerradas cercanas. También se extrae algo de carbón de antracita subterráneo.

Los países que producen antracita HG y UHG incluyen Rusia y Sudáfrica. La antracita HG y UHG se utilizan como sustituto del coque o del carbón en varias aplicaciones de carbón metalúrgico (sinterización, PCI, carga directa de BF, 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 baja calidad y alto contenido de cenizas a Brasil para su uso en la fabricación de acero.

Tamaño y clasificación

Una fotografía de 1908 de un grupo de chicos destructores en Pittston, Pennsylvania por Lewis Hine

La antracita se procesa en diferentes tamaños mediante lo que comúnmente se conoce como triturador. El carbón grande se extrae de la mina y se pasa a través de trituradores con rodillos dentados para reducir los grumos a pedazos más pequeños. Las piezas más pequeñas se separan en diferentes tamaños mediante un sistema de tamices graduados, colocados en orden descendente. El dimensionamiento es necesario 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 más raros de antracita 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:

La antracita se divide por tamaño principalmente en aplicaciones que necesitan grumos (normalmente de más de 10 mm), varios procesos industriales en los que reemplaza el coque metalúrgico y el combustible doméstico, y aquellas que necesitan finos (menos de 10 mm), como la sinterización. y granulación.

La clasificación estadounidense común por tamaño es la siguiente:

Carbón en trozos, barco de vapor, huevo y estufa, este último en dos o tres tamaños, los tres por encima de 1+1⁄2 pulgadas (38 mm) de tamaño en pantallas de orificios redondos.

Alto grado

La antracita de alto grado (HG) y ultra alto grado (UHG) son los grados más altos de carbón de antracita. Son las formas más puras de carbón, que tienen el mayor grado de carbonificación, el mayor recuento de carbono y contenido de energía y la menor cantidad de impurezas (humedad, cenizas y volátiles).

La antracita de grado alto y ultra alto es más dura que la antracita de grado estándar y tiene una densidad relativa más alta. Un ejemplo de fórmula química para la antracita de alta calidad sería C₂₄₀H₉₀O₄NS, que representa un 94 % de carbono. La antracita UHG normalmente tiene un contenido mínimo de carbono del 95 %.

También se diferencian en el uso de la antracita de grado estándar (utilizada principalmente para la generación de energía), y se emplean principalmente en la metalurgia como un sustituto rentable del coque en procesos como la sinterización y la peletización, así como en la inyección de carbón pulverizado (PCI). e inyección directa en altos hornos. También se pueden utilizar en la purificación de agua y en el hogar como combustible sin humo.

La antracita HG y UHG representan un pequeño porcentaje del mercado total de antracita. Los principales países productores son Rusia, Ucrania, Vietnam, Sudáfrica y 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. La castaña y el guisante se usan en hornos de cocción manual, mientras que el arroz y el trigo sarraceno, más pequeños, se usan en hornos automáticos. El arroz 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 partículas de piritas en las calidades superiores conocidas como los mejores carbones de malta, que se utilizan para secar la malta en el horno.

El polvo de antracita se puede convertir en briquetas y se vende en el Reino Unido con nombres comerciales como Phurnacite, Ancit y Taybrite.

Semiantracita

En el extremo opuesto del carbón de antracita de alto grado, el carbón de semiantracita se define como un carbón intermedio entre el carbón de antracita y el carbón bituminoso, y particularmente un carbón que se acerca a la antracita en carácter no volátil.

Fuegos subterráneos

Una postal de 1908 que representa un vertedero ardiendo de colas antracitas cerca de Scranton, Pennsylvania

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 encendido recibe oxígeno a través de conductos de ventilación que aún no se han descubierto. Estos pueden arder sin llama durante años. Por lo general, los respiraderos de escape en áreas pobladas se detectan pronto y se sellan, mientras que los respiraderos en áreas deshabitadas permanecen sin descubrir. Ocasionalmente, los respiraderos se descubren a través de los humos detectados por los transeúntes, a menudo en áreas boscosas. Los intentos de extinguir los restantes a veces han sido inútiles, y en la actualidad existen varias de esas áreas de combustión. A veces se puede identificar la existencia de un sitio de combustión subterráneo en el invierno donde se ve que 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 el otrora distrito próspero en un pueblo fantasma.

Principales reservas

Entre los productores actuales, Rusia, China, Polonia y Ucrania tienen las mayores reservas recuperables estimadas de antracita. Otros países con reservas sustanciales incluyen Vietnam y Corea del Norte.

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 llamada la Región del Carbón, el depósito contiene 480 millas cuadradas (1,200 km²) de roca carbonífera que originalmente contenía 22,8 mil millones de toneladas cortas (20,68 mil millones de toneladas) de antracita. La región geográfica tiene aproximadamente 100 millas (161 km) de largo y 30 millas (48 km) de ancho. Debido a la minería histórica y al desarrollo de las tierras que recubren el carbón, se estima que quedan 7.000 millones de toneladas cortas (6.300 millones de toneladas) de reservas explotables. Los Estados Unidos también contienen varios depósitos más pequeños de antracita, como los que históricamente se extraen en Crested Butte, Colorado.

El depósito de antracita Groundhog, ubicado en la Columbia Británica, Canadá, es el depósito de antracita más grande del mundo sin explotar anteriormente. Es propiedad de la empresa pública australiana Atrum Coal y tiene 1570 millones de toneladas de antracita de alta calidad.

Antracitas de edad Terciaria o Cretácica más reciente se encuentran en la parte de Crowsnest Pass de las Montañas Rocosas en Canadá y en varios lugares de los Andes en Perú.

Notas explicativas