Coque Rafael Gómez Pardo El coque es el residuo sólido, duro y poroso que resulta después de la destilación destructiva, o pirólisis, de determinados carbones minerales que poseen propiedades coquizantes, es decir, capacidad de transformase en coque después de haber pasado por una fase plástica, como en el caso de la destilación seca de la hulla o la descomposición de carbones bituminosos en ausencia de aire. El coque se emplea como agente reductor para la fundición de hierro y como combustible. Tiene un color gris negruzco y un brillo metálico. Contiene fundamentalmente carbono, alrededor del 92%, siendo casi el 8% restante ceniza. El poder calorífico del coque es muy elevado, y por ello durante la Revolución industrial sustituyó al carbón vegetal como reductor y fuente de energía en los altos hornos. Facilitó el desarrollo de la industria siderúrgica, que dependía hasta entonces de un recurso muy limitado como es la leña. En la práctica, para la fabricación del coque metalúrgico se utilizan mezclas complejas que pueden incluir más de 10 tipos diferentes de carbones minerales en distintas proporciones. El proceso de pirólisis mediante el cual se obtiene el coque se denomina coquización, y consiste en un calentamiento (entre 1.000 y 1.200 ºC) en ausencia de oxígeno hasta eliminar la práctica totalidad de la materia volátil del carbón o mezcla de carbones que se coquizan. Se conoce con el nombre de carbonización al proceso de destilación destructiva de sustancias orgánicas en ausencia de aire para dar un producto sólido rico en carbono, además de productos líquidos y gaseosos. La carbonización de madera y otros materiales vegetales produce carbón vegetal, mientras que la de cierto tipo de carbones minerales (carbones coquizables, como carbones bituminosos o hulla), o mezclas de estos carbones, producen el coque. En este caso el proceso de carbonización es denominado coquización. La coquización se diferencia de la carbonización en que durante el proceso de calentamiento en atmósfera inerte de los carbones coquizables o cualquier otra sustancia que dé lugar a un coque, como por ejemplo la brea u otros materiales termoplásticos, se pasa por un estado fluido transitorio durante un determinado intervalo de temperaturas que varía según el material que se esté coquizando (en el caso de los carbones coquizables este intervalo puede oscilar entre los 350 y 500 ºC). Pasado el intervalo fluido (también denominado etapa plástica) se forma el semicoque. Al seguir aumentando la temperatura sigue el desprendimiento de gases hasta que finalmente se forma el coque. Durante la etapa fluida, o plástica, se produce una total reorganización en la microestructura del material. Así, mientras que los carbonizados presentan una microestructura desordenada y, salvo raras excepciones, no pueden ser grafitizados, los coques presentan una microestructura más ordenada y pueden ser grafitizados si se someten a un proceso de grafitización. El proceso primitivo de calentar el carbón en pilas para producir coque permaneció como el más importante durante aproximadamente un siglo: simplemente se apilaba en grandes montones al aire libre dejando una serie de conductos horizontales y verticales. Estos conductos se llenaban con madera a la que se prendía fuego, lo que a su vez inflamaba el carbón. Cuando la mayor parte de los elementos volátiles del carbón habían desaparecido, las llamas se hacían más débiles. Entonces se sofocaba parcialmente el fuego con polvo de carbón y se rociaba con agua. No obstante, en el año 1759, en Newcastle, se desarrolló un horno con forma de colmena fue desarrollado, siendo este tipo de hornos usado todavía en algunas partes del mundo. En estos hornos, al igual que en el caso del cocido al aire libre, no se hacía nada para recuperar el gas ni el alquitrán, valiosos subproductos del proceso. En la actualidad, casi todos los hornos de colmenas han sido sustituidos por los modernos hornos de coque de recuperación de subproductos, de cámara rectangular, capaces de ser descargados utilizando máquinas. En ellos se observan las características básicas de los hornos modernos: (i) Están construidos en baterías. (ii) Poseen cámaras rectangulares separadas por paredes huecas que contienen los canales de calentamiento, en los cuales el gas se quema para calentar el horno. (iii) Son cargados por una máquina y descargados por una deshornadora mecánica, después de la retirada de las puertas de ambos lados. (iv) El gas sale del horno por el tubo montante y se lleva a la planta de subproductos, retornando una parte del mismo a los hornos para su calentamiento. Estos hornos, por lo general se agrupan en baterías de unas 60 ó 70 unidades. Son estrechas cámaras verticales con paredes de sílice del orden de 6 metros de altura, 450 milímetros de anchura y 16 metros de fondo, lo que supone unos 37 metros cúbicos de volumen y unas 30 toneladas de carbón por horno. Las cámaras se calientan por la combustión del gas que fluye entre los hornos adyacentes, calentándose hasta 1.500 durante unas 17 horas. Mientras, los gases procedentes del horno se recogen por otra abertura en la parte superior. El alquitrán de carbón se condensa al contacto con el agua de la tubería principal, y el gas, después de depurarse con agua para eliminar el amoníaco y con aceite para eliminar el benceno, se emplea para calentar los hornos. Al final del proceso de coquización, un pistón saca del horno el coque al rojo vivo y lo deposita directamente en una vagoneta que lo lleva a la campana de extinción, donde se rocía con agua. El proceso de vaciado sólo dura unos 3 minutos, con lo que el horno puede ser recargado con pocas pérdidas de calor. Esta técnica es altamente contaminante, aunque en la actualidad los gases procedentes de la campana de extinción son tratados mediante conducción y filtrado. El coque metalúrgico es utilizado como combustible y reductor en distintas industrias, pero su principal empleo es en el horno alto (coque siderúrgico), en el que cumple tres papeles principales: (i) Como combustible, proporcionando calor para los requerimientos endotérmicos de las reacciones químicas, y para la fusión de la escoria y del metal. Este papel ha perdido cierta importancia debido a las adiciones de fuel y gas por las toberas y, recientemente, por la inyección de carbón. (ii) Como reductor que produce y regenera los gases para la reducción de los óxidos de hierro. (iii) Como soporte de la carga y responsable de la permeabilidad de la misma. Este papel es cada vez más importante, a medida que aumenta el tamaño de los hornos altos. La calidad del coque está en función del uso específico a que esté destinado. Así, por ejemplo, el coque de horno alto va a tener que soportar una gran carga, debido al material que existe encima de él, y que aumentará a medida que va descendiendo en el horno alto hasta llegar a la zona de reacción. Para soportar esa presión sin desmoronarse antes de llegar a reaccionar, ha de poseer una buena resistencia mecánica. Por otro lado, los trozos de coque, a medida que descienden en el horno alto, se van a ver sometidos a una acción continua de los gases oxidantes que se desprenden en la zona de reacción y que ascienden por el horno hasta salir por su parte superior. En estas circunstancias, el coque necesita presentar una reactividad moderada frente a los gases desprendidos para poder llegar, lo más íntegramente posible, a la zona de reacción con el mineral de hierro. Para conseguir esto, se requiere un coque con una textura porosa adecuada, que hagan que su reactividad sea lo más idónea posible. Bibliografía “Manual de procesos químicos en la industria”. GEORGE T. AUSTIN. Editorial McGraw-Hill Interamericana de México, 1993. “Coque – Wikipedia, la enciclopedia libre” [en línea] <http://es.wikipedia.org/wiki/Coque>” [Consulta: 3 de enero del 2008]. “Coque Metalúrgico” [en línea] <http://www.incar.csic.es/tecnologia/jamd/coque/coque%20metalurgico.htm>” [Consulta: 3 de enero del 2008]. “Coque”. Microsoft® Student 2008 [DVD]. Microsoft Corporation, 2007. “Metalurgia extractiva Volumen II – Procesos de obtención”. JOSÉ SANCHO, LUIS FELIPE VERDEJA Y ANTONIO BALLESTER. Editorial Síntesis, 2000.