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COMPOSICION Y CARACTERISTICAS TERMOOUI\'IICAS
DE ALGUNOS LIGNITOS DE COSTA RICA
Lie. Sadie Bravo de Maroto
Lie. Armando Acufta Bonilla
*
*
Resumen
~
.
Muestras de lignito de yacimientos carboniferos de las zonas de Zent y Venado de
Costa Rica han sido estudiadas en su composicion y propiedades termicas y comparadas
con lignitos de Estados Unidos.
Las muestras de Zent presentan calor de combustion y porcentajes de materia
volatil altos lo que las hacen convenientes para un~ futura explotacion como combustible
en plantas termoelectricas, o en industrias petroquimicas. Las muestras de Venado tienen
porcentajes de carbon relativarnente bajos por lo que su explotacion comercial no se
recomienda.
•
Profesores del Departamento de Quimica de la Facultad de Ciencias y Letras.
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COMPOSICION Y CARACTERISTICAS TERMOQUI~ICAS
DE ALGUNOS LIGNITOS DE COSTA RICA
lntroduccion
El carbon mineral es un material fosil, producido a traves de largos perlodos
geologicos por transformaciones sucesivas de materia organica bajo presiones y temperaturas elevadas. Su origen vegetal se ha corroborado basicamente por Ia presencia de
porfirinas y porIa magnitud de sus yacimientos.
El carbon mineral de acuerdo con su contenido de carbono y grado de
carbonizacion se clasifica en turba, lignito, hulla subbituminosa, hulla bituminosa y
antracita ( 4). El aspecto y las propiedades fisicas y qui micas de las clases de carbon
mineral varian mucho de unas a otras: el color, Ia textura, la densidad, composicion
quimica y otras caracteristicas son muy diferentes.
El lignito corresponde a Ia clase de material carbonifero de color generalmente
pardo, que contiene una proporcion de carbono superior a Ia de Ia turba (30-50%) y
posee una mayor semejanza quimica a Ia materia vegetal basica que las hullas y antracitas.
Son materiales reactivos facilmente oxidables y por lo general con significantes
contenidos de humedad, material volatil y celulosica (2). Su poder calorifico es por lo
general menor que 7.500 Btu/lb.
Umana y Colaboradores (6) informan sobre cinco yacimientos de carbon mineral,
especificamente de lignitos, encontrados en Costa Rica. Estos yacimientos estan ubicados
en a) los cerros de El Tablazo en Ia provincia de San Jose, b) la zona de Venado de
Grecia en Ia provincia de Alajuela, c) las regiones de Home Creek, Carbon Creek, Sierra
del Carbon y Zent de Baja Talamanca en Ia provincia de Limon, d) Santiago de Puriscal en
Ia provincia de San Jose, y e) una area situada a lo largo del Rio San Carlos.
La exploracion y estudio de estos yacimientos para determinar Ia posible utilizaci6n
de sus lignitos como combustibles o materias primas para Ia industria qui mica, es de suma
importancia para el pais.
El presente trabajo consiste de un estudio de los lignitos de los yacimientos de Zent
y Venado, principalmente en su aspecto quimico y propiedades termicas.
Materiales y metodos
Las muestras de lignito para este estudio se obtuvieron de las zonas de Zent y de
Venado.
De conformidad con estudios geologicos realizados (5) (6) en Ia zona de Zent se
han descubierto tres capas de carbon: Ia capa N°1 con un espesor de 1.80 m, direccion
estratigrafica Este-Oeste y con una roca circundante que consiste de una limolita de
color gris oscuro, arcillosa y sin fosiles. La capa N° 2 presenta caracter lenticular y se
encuentra dentro de una arena gruesa de color azul verdoso, 15 metros abajo de Ia capa
N° 1. La capa N°3 de un espesor de 1.20 m con direccion estratigrafica Este-Oeste, se
encuentra entre una limolita arcillosa de color gris oscuro por Ia parte inferior y un
coglomerado azul verdoso porIa parte superior, a unos 75 m de Ia Capa N° 1.
El yacimiento de Venado se encuentra en una zona ligeramente montaiiosa con
rocas sedimentarias (caliza, lutita, arenisca, limolita y arenisca tobacea) y volcanica!i (toba, toba lapillitica y lava andesitica). Las capas de lignito de este yacimiento se
encuentran interestratifadas en las lutitas, areniscas y -limolita de una formacion que se
denomina formacion GatUn (6 ).
De veinte afloramientos localizados en ambos yacimientos, se obtuvieron tratando
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de conseguir la mayor representacion, muestras de aproximadamente un kilogramo cada
una. Estas porciones representativas se colocaron en balsas de material plastico, las cuales
a Ia vez se protegieron con otras bolsas de lona, y se marcaron las del yacimiento de Zent
con numeros del 1 al 7, y las de Venado con los nombres de las vetas seleccionadas. Se
analiza un total de veinte muestras.
Las muestras que presentaban apariencias de trozos leiiosos y distintas coloraciones
del pardo, se secaron al media ambiente, se pulverizaron en un molino de Willev Standard
Modelo N° 3 con tamiz N°60, y finalmente se conservaron en frascos de vidrio.
Se efectuaron fundamentalmente el amilisis espetrografico semicuantitativo de los
lignitos y sus cenizas, el anruisis inmediato y se determino nitr.o y el poder calorifico.
El anruisis semicuantitativo de los li~itos y sus cenizas se realizo con un
espectrografo Hilger de prisma de cuarzo.
La humedad se determino por Ia perdida de peso cuando el mineral se calento a
925°C dnrante 7 minutos. y restandole Ia perdida por humedad.
T.a ceniza se determino somentier.do Ia muestra seca a una combustion en un horno
entre 700 y 750°C.
El carbono fiio se evaluo restando de cien Ia suma de los porcentajes de humedad,
materia vohitil y ceniza.
El azufre se determino mediante el metodo de Eschka (11: Ia muestra se calienta
con una mezcla alcalina a 800°C. para destruir Ia materia organica y para convertir el
azufre a sulfato soluble, el que se determina gravimetricamente.
La determinacion de nitrogeno se realizo por el metodo Kjeldhal semimicro.
El poder calorifico a volumen constante se determino en una bomba calorimetrica
Parr, N°13056, y el poder calorifico a presion oonstante se calculo usando ecuacion•;s
termodinamicas. ( 3)
Todas las anteriores determinaciones analiticas correspondientes al anruisis inmediato y al poder calorifico se realizaron siguiendo las indicaciones de las normas lnglesas (1).
Resultados y discusion
En el cuadro N°1 se inserta un resumen de los anruisis quimicos realizados sobre las
muestras de Zent y Venado. En el mismo cuadro se incluyen ademas datos promedios del
analisis de lignitos de los Estados Unidos a fin de comparar Sill! propiedades (2).
La muestras de Venado presentan porcentajes de humedad de 9 a 28% y Ia mayoria
con mas del 20%, inferiores a los resultados reportados para linitos (de 20 a 45%) (7).
Este es un factor ventajoso para una posible explotacion de los lignitos en estudio, ya que
el agua es un componente indeseable para este tipo de material. Las muestras de Zent
presentan porcentajes de humedad entre 23 y 31%, valores aceptables dentro de Ia
categoria de lignitos.
Las muestras de Zent tienen porcentajes elevados de materia volatil, mas del 40%.
Estos valores raramente se encuentran en lignitos de los Estados Unidos (no mayores de
28%) (2). Es conveniente estudiar con mayor detenimiento la naturaleza de esta materia
volatil, a fin de evaluar un posible aprovechamiento industrial de 6Ste material.
El promedio de Ia materia vohitil en las muestras de Venado es inferior al de las de
Zent, pero todavia puede considerarsele dentro del ambito normal para li~itos.
Las muestras de Zent contienen proporciones de cenizas corrientes er. los lignitos
tipicos, menores del 10%. Los lignitos de Venado poseen elevados porcentajes de ceniza
raramente encontrados en estos materiales. Se observa tambien en el cuadro N°1 que las
muestras con poder calorifico muy bajo poseen, como era de esperar, altas proporciones
de ceniza.
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Los porcentajes de nitrogeno varian entre 0.03 y 0.81, valores que son bajos en
relacion con los limites encontrados en lignitos tipicos entre 0.6 y 1.7% (2). El nitrogeno
no es un elemento importante dentro de los usos industriales de los lignitos.
El porcentaje de azufre varia entre 0.2 y 8. 9, y algunas muestras sobrepasan
considerablemente los limites tipicos para los lignitos (0.8 y 1.4%). (2). Los contenidos
de azufre altos son inconvenientes en el aprovechamiento industrial de estos minerales,
debido a Ia formacion de acidos corrosivos (H2S04 . H2S03 y H2S). Desde este punto
de vista, Ia mayoria de las muestras analizadas presentan desventajas.
Las muestra.s de Zent y las vetas Marcos Castro, Marcos Vargas, Quebrada de
frevino, Rafael Mora y Raquel N°1-3, de Ia region de Venado, poseen calores de
combustion elevados (de 5,980 a 10,889 Btu/lb). dentro del ambito establecido para
lignitos y carbones subbituminosos. Estos resultados indican que estas muestras pueden
ser utilizadas convenientemente como combustibles.
El carbono fijo y materia vohitil, como era de esperar escin directamente
relacionados con el poder calorifico; puede observarse en el cuadro N°1 que las muestras
con porcentajes mas altos de carbono fijo y materia volatil poseen calores de combustion
may ores.
Las muestras denominadas Quebrada de Burio N°12, Burio Veta N°8 y El Tune!
N°1-veta N°6 presentan porcentajes de carhono fijo inferiores al 7% y porcentajes de
ceniza muy altos (58-74%).
Estas muestras no se queman en una atmOsfera de oxigeno y por lo consiguiente no
pueden clasificarse como lignitos.
Del analisis general efectuado, puede derivarse que los lignitos de Zent presentan
altos calores de combustion y contenidos de materia volatil, caracteristicas convenientes
para ser utilizados como combustibles y materias primas de Ia industria quimica. Los
lignitos de Venado tienen porcentaje de carbono relativamente bajos por lo que su
explotacion comercial aparentemente no es factible.
Agradecimiento
Se agradece a lossefiores lng. Jorge Umana y colaboradores de Ia Seccion de
Geologia del Instituto Costarricense de Electricidad, al Dr. Cesar Dondoli, Ing. Enrique
Malavassi y colaboradores del Departamento de Geologia del Ministerio de Industria y
Comercio de Costa Rica, por Ia colaboracion prestada en este trabajo.
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CUADRO No.I
Resumen de los Anruisis Realizados en los Lignitos de Zent y Venado
Muestra
%Hum.
%Vol.
%F. C.
% Ceniza
% Nitr.
% Azufre
Calo1
Cor
B tu/i
Lnt l
3.5
39.3
19.7
9.33
0.25
8.93
8,73
lent 2
30.2
47.2
16.6
5.89
0.07
0.61
10,25
Lnt3
23.8
48.2
24.1
3."l1
0.36
0.42
10,70
llnt 4
24.4
45.3
26.2
4.03
0.16
1.90
10;35
ltnt 5
23.8
42.4
20.0
15.5
0.08
3.90
8,8J
Lnt6
24.1
42.4
25.2
8.09
0·.39
2.36
IO,Btl
ltnt7
28.3
42.4
21.1
8.02
0.40
4.74
10,21
17.7
25.2
20.1
36.9
0.03
4.16
5.9a
9.5
13.5
14.3
62.5
0.26
1.33
4,01
a. Veta No.9
24.3
23.5
20.3
31.7
0.55
2.14
6,74
1: =carbono fijo
Hum = humedad
let. • Volatiles
Nitr.
llarcos Castro
feta No.5
lio La Muerte
leta No.7
tiebrada de Trevi-
=
nitrogeno
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CUADRO No. 1 A (continuacion)
Resumen de los Aruilisis Realizados en los Lignitos de Zent y Venado
Muestra
% Hum.
% Vol
% F. C.
% Ceniza
% Nitr.
0.41
2.&
0.46
L61
Danto Veta No. 2
22.9
22.7
12.8
Danto Veta No. 10
26.3
21.9
11.4
.
40.2
Raquel No. 1 Veta No. 13 21.0
26.2
21.1
31.5
0.63
5.1:
Veta No. 13
19.6
15.6
12.6
52.0
0.53
2 ..2{
Veta No.4
20.
15.5
13.3
49.3
0.18
1.rn
28.2
36.8
14.0
20.8
0.14
1.2:
28.0
26.4
19.9
25.5
0.81
1.2~
Veta No. 12
18.0
18.1
5.36
58.4
0.35
l.8J
Burio Veta No. 8
20.8
15.8
2.08
61.2
0.27
0.2~
9.77
9.42
6.99
73.8
0.10
0.9~
20.4
20-30
20-30
>10
0.6-1.7
>~
41.4
Rafael Mora
Veta No. 11
Marcos Vargas
Veta No.2
Quebrada de Burio
El Tunel No. 1
Veta No.6
Datos promedios de
Lignitos de E.E.U.U.
130
REFERENCIAS
l.
BRITISH STANDARDS INSTITUTION. Methods for the Analysis and Testing of
Coal and Coke. BS 1016, British Standards House, London W.l. 1957.
·)
BUREAU OF MINES. Techonology of Lignitic Coals, Part 1, D.S. Departmento of
interior, 1954.
J.
GLASSTONE, Samuel. Tratado
McGraw-Hill, New York 1926.
4.
KIRK-OTHMEN. Enciclopedia de Tecnologia Quimica, 1° ed. erl Espanol, pag.
665. Editorial Hispana Amaericana, Mexico 1961.
5.
MALA VASSI, Enrique, lnforme sobre las Capas de Carbon de Ia Zona de Zent,
Ministerio de Industria y Comercio, Costa Rica, febrero 1964.
6.
UMAI'i'A, Jorge E. lnforme de Progreso en la investigacion y evaluacion de
yacimientos de lignito en Costa Rica. ICE, febrero 1964.
7.
WILSON & S.H. WELLS. Coal, Coke and Coal Chemicals, lrst. ed. pag.
46-48 71-72. McGraw Hill Book, 1950.
de
Quimica
Fisica.
30
ed.
pag. 187.
131