MUESTREO DE CARBONES
INTRODUCCIÓN present nte e docum document ento o pone pone a disp disposi osici ción ón de los los consu consumi midor dores es y enti entida dades des El prese enca encarg rgad adas as del del cont contro roll de cali calida dad d de carb carbón ón,, algu alguno noss aspe aspect ctos os y crit criter erio ioss relac relacio ionad nados os con el mues muestr treo, eo, prepa preparac ració ión n y anál anális isis is próxi próximo mo,, azufr azufre e y poder poder calorífico del carbón, los cuales permitirán unificar metodologías y tratamientos que beneficiarán al sector carbonífero, contribuyendo al establecimiento de un Sistema de Calidad. Los Los parám parámet etros ros de calid calidad ad consi consider derad ados os gener generalm almen ente te son: son: poder poder calo calorí rífifico, co, cont conteni enido do de ceniz cenizas as,, hume humeda dad, d, mate materi ria a volát volátilil,, azuf azufre, re, índi índice ce de moli molien enda da,, temp temper erat atur ura a de fusió usión n de las ceni ceniza zass y prop propie ieda dade dess de esco escori riam amie ient nto o y encostramient encostramiento o de las cenizas, Índice Índice de hinchamiento, hinchamiento, plasticida plasticidad, d, dilatometría, dilatometría, lavabilidad, molibilidad y granulometría. El muestreo adecuado de los carbones es importante para: • Caracterizar física, química, petrográfica y tecnológicamente los carbones. • Planear y controlar la exploración, explotación, desarrollo, preparación y mercadeo por parte de los productores, mediante la utilización de datos físicos y químicos exactos. • Determinar los tipos de carbones que se adapten mejor a las necesidades de las plantas industriales y consumidoras, esto es, definir los usos industriales y tecnológicos del carbón. • Determinar el precio básico del combustible y las bonificaciones y castigos en los contratos de compraventa, basados en los análisis de las muestras. • Conocer las características fisicoquímicas del carbón y verificar que se ajustan a normas ambientales, ante los requerimientos de las entidades gubernamentales en cuanto a procesos de producción, manejo, beneficio y utilización. • Tomar decisiones sobre factibilidad de proyectos mineros, diseño de plantas térmicas, de lavado, lavado, manejo, manejo, trituración, trituración, pulverización, pulverización, consumo y otros basados en el análisis de las muestras recolectadas. • Conocer la variabilidad de los diferentes parámetros de calidad analizados por parte de productores y consumidores. MUESTREO DE MINERALES En este documento hacemos referencia a la semejanza en los procedimientos de muestreo de minerales y carbones propuestos por las normas técnicas
PROCEDIMIENTO PARA LA TOMA DE MUESTRAS DE PRODUCCIÓN A continuación se presentan algunas consideraciones prá cticas que deben tenerse en cuenta durante el muestreo de mineral o carbón de producción, tanto en reposo como en movimiento, esto es, mineral o carbón que ya ha sido arrancado o extraído del manto por operaciones mineras. Para cualquier información adicional, deben consultarse las normas ISO 1975-1988, ASTM D--2234; ICONTEC 2347. El objetivo de un muestreo de carbones o minerales es obtener una muestra parcial representativa de una cantidad total, con el fin de determinar sus propiedades físicas, químicas y petrográficas. La proporción y distribución de estas variables deben ser las mismas en las muestras parcial y total. Para muchos propósitos, la muestra se reduce tanto en masa como en tamaño de partícula en un proceso de preparación. La muestra final de análisis consiste generalmente en sólo 60 gramos, con un tamaño de partícula menor a 0.2 mm (malla 60). Antes de emprender un programa de muestreo, deben tenerse en cuenta y definirse los siguientes aspectos: • Material que va a ser muestreado • Cantidad que va a ser muestreada • Análisis requeridos • Precisión requerida • Logística necesaria durante la operación Se tratan a continuación aspectos relacionados con el muestreo en carbón de producción y específicamente el muestreo en pilas, banda transportadora, volquetas y camiones. FACTORES QUE AFECTAN UN MUESTREO DE CARBONES La operación de muestreo es una tarea difícil por cuanto el carbón presenta; • Variación en sus componentes combustibles o macérales. • Materia mineral cuya distribución causa problemas en la trituración y molienda. • Variación en el grado de carbonificación o rango. • Cambios verticales o laterales en los mantos del carbón. • Rompimiento del carbón en pedazos heterogéneos en tamaño y composición durante los procedimientos de minería, preparación, manejo y transporte. • Segregación debida a las diferentes densidades de los materiales presentes. • Oxidación por prolongada exposición al aire. Durante la operación de muestreo de minerales o carbones, no debe ahorrarse ningún esfuerzo en cuanto al cuidado y precisión de esta actividad, ya que de ello depende en alto grado el éxito de las subsiguientes actividades de preparación y análisis de muestras. Para el muestreo estacionario, el requerimiento principal es que todo el mineral o carbón sea igualmente accesible al muestreo .
La recolección manual de incrementos debe realizarla un operador de muestreo entrenado y con instrucciones tan completas y simples como sea posible, en particular sobre los puntos de muestreo y los tiempos de toma de los incrementos, sin permitir que se hagan a juicio del operario. EQUIPO DE MUESTREO El equipo de muestreo depende de las condiciones bajo la cuales se recolectan las muestras de mineral o carbón. Se requiere equipo de muestreo para los siguientes propósitos: • Recolección de muestras de una corriente descendente • Recolección de muestras de una banda transportadora • Recolección de muestras de mineral carbón cargado en vagones u otros medios de transporte, o de una pila. El equipo de muestreo usado debe ser tal que la muestra obtenida sea representativa y debe cumplir con los siguientes requerimientos:
• La capacidad del recipiente recolector debe ser tal que durante la recolección de un incremento, no se llene más de tres cuartos de su capacidad. • La longitud del recipiente recolector y del equipo transversal debe ser tal que asegure que se atraviese el ancho total del flujo de mineral o carbón. • El ancho de la boca del equipo recolector de incrementos no debe ser menor que 2.5 veces el tamaño máximo del mineral o carbón. • Durante la recolección de incrementos, no deben separarse los pedazos grandes o contaminantes. • No debe permitirse la pérdida del carbón o mineral recolectado para la muestra, durante la remoción de la misma. • El equipo del muestreo no debe obstruirse con carbón o mineral húmedo mientras se recoge la muestra.
Bastidor para muestreo en banda
A continuación se presentan las herramientas más utilizadas para el muestreo de minerales o carbón de producción.
SONDA MANUAL: Se utiliza para muestrear carbones con tamaños hasta de 25 mm, de vagones, volquetas, camiones y pilas de almacenamiento. Consiste en Dos hojas fijas curvas, montadas en una cruceta y conectadas a un eje tubular de aluminio o acero de 1 m de longitud. Las dos hojas que juntas forman una parte de un cono, confluyen y se entrelazan en el extremo sobresaliente, la sonda se inserta dentro de la pila con movimiento de atornillamiento.
CUCHARON: Un modelo de cucharón para uso en flujos se muestra en la figura. La abertura del cucharón debe ser al menos 2.5 veces el tamaño máximo del mineral o carbón a muestrear.
PALAS DE MANO: Son apropiadas para uso en bandas o con mineral o carbón en reposo. Un diseño apropiado se muestra en la Figura. La abertura del cucharón debe ser al menos 2.5 veces el tamaño máximo del mineral o carbón a muestrear.
BASTIDOR PARA MUESTREO: El aparato es una ayuda para muestrear sobre la banda estacionaria. U bastidor se inserta dentro del mineral o carbón hasta que se haga contacto con todo el ancho de la banda y los incrementos se obtienen barriendo la totalidad del mineral o carbón que se encuentra dentro de él. La altura del aparato debe ser mayor que el espesor del lecho sobre la banda. La distancia entre los lados del bastidor debe ser mínimo 2.5 veces el tamaño de la partícula más grande.
Los muestreadores automáticos se clasifican en tipos, de acuerdo con el sistema de muestreo: • Flujo descendente - División en dos canales. En este sistema se toman incrementos de una corriente descendente de mineral o carbón por desviación de todo el flujo en uno u otro lado de la división en dos canales.
• Flujo descendente - Vasija ranurada. En este sistema, se arrastra una cubeta con una abertura en forma de ranura rectangular a través de una corriente descendente de material a muestrear, generalmente con la ranura en ángulo recto a la dirección de la banda. La cubeta ranurada atraviesa el ancho total del flujo y se acumula continuamente una porción del material
• Banda Móvil - Brazo de arrastre. El brazo de arrastre opera barriendo el incremento a todo lo ancho de la banda como se representa en la Figura. Debido al movimiento de la banda puede haber segregación de finos, por lo que es necesario que el muestreador se ajuste a la curva de la banda, para tomar una muestra confiable.
FACTORES CAUSANTES DE ERROR SISTEMÁTICO EN EL MUESTREO Y PREVENCIONES Selección de incrementos (muestras sencillas) de una muestra no representativa del mineral o carbón muestreado, por ejemplo, de un solo lado del vagón, volqueta, banda transportadora, etc. Colección de incrementos en forma tal que no son representativos del mineral o carbón en sus alrededores, por ejemplo usar una pala con poca capacidad para colectar pedazos grandes. Puede corregirse el error sistemático combinando la forma y localización del aparato de muestreo o cambiando el sistema de muestreo. La precisión del muestreo puede afectarse alterando el número de incrementos pero no alterará cualquier error sistemático inherente al sistema. Segregación del tamaño de partícula, de muestras de mineral o carbón en reposo. Susceptibilidad a la oxidación en la superficie, en pilas. Mayor contenido de humedad hacia el interior de la masa, en pilas.
NÚMERO Y PESO DE INCREMENTOS PARA MUESTREAR CARBONES El número y peso de incrementos según normas ASTM D 2234 y NTC 2347 bajo el procedimiento de muestreo para propósito general, y para cantidades de hasta 1000 toneladas métricas aproximadamente, se recomienda tomar una muestra bruta para representar el lote, ésta muestra bruta se toma de acuerdo con los requisitos establecidos en la siguiente tabla:
Número y peso de incrementos para muestreo con propósito general Tamaño máximo
16 mm
50 mm
150 mm
Carbón mecánicamente limpio Número mínimo de incrementos 15 15
15
Peso mínimo de incrementos, Kg
3
7
En bruto carbón sin limpiar Número mínimo de incrementos 35
35
35
Peso mínimo de incrementos, Kg
3
7
1
1
Para cantidades superiores a 1000 toneladas, se usan cualquiera de las siguientes alternativas: a) Se toma una muestra del lote y se analiza para que represente la calidad del lote. Se recolecta el número de incrementos N calculados en la siguiente ecuación:
En donde L = al número de toneladas métricas K = 15 para carbón beneficiado mecánicamente, o 35 para carbón en bruto b) Se cuartea el lote en sublotes y se toma una muestra bruta separada de cada sublote. Se usa la ecuación anterior para determinar el número mínimo de incrementos para cada sublote. Realice el promedio ponderado de los análisis de las muestras de sublotes para representar la calidad del lote original.
El número de incrementos para muestrear el carbón según ISO hasta 1000 toneladas se presenta en la Tabla siguiente. Número de incrementos para suministros hasta 1000 toneladas según normas ISO ESTADO DEL CARBON
LAVADO
SIN LAVAR
Bandas transportadoras o similares
16
32
Vagones, volquetas, camiones
24
48
Barcos y pilas
32
64
Para suministros mayores a 1000 toneladas y menores a 10.000. Existen dos alternativas. La primera consiste en dividir el suministro en lotes iguales hasta de 1000 toneladas o menos y formar una muestra bruta separada con los incrementos especificados para cada lote. La segunda consiste en formar una sola muestra bruta para el número inicial de incrementos multiplicados por el factor empírico siguiente:
Donde N1 es el número de incrementos especificados en la tabla y N2 el número de incrementos requeridos. Por ejemplo, para muestrear 4.000 toneladas de carbón, sin lavar , en una banda Transportadora, el número mínimo de incrementos será de 64. Para el caso de pilas mayores a 10.000 toneladas, deberá dividirse la pila en sublotes menores a 10.000 toneladas y utilizar el proceso descrito. El peso mínimo de cada incremento se obtiene de las siguientes expresiones: P = 0.06 D, cuando D < 150 mm P = 10 Kg., cuando D > 150 mm
Donde P es el peso mínimo de cada incremento en kilogramos; debe ser siempre mayor a 0,5kg. Y D es el tamaño tope del carbón en milímetros (95% del material debe tener un tamaño igual o menor).
TIPOS DE MUESTREO Los tipos de muestreo varían de acuerdo con las diferentes fases de un proyecto minero como son: exploración, desarrollo y explotación.
Muestreo de afloramientos y frentes de explotación Las muestras de afloramientos y a menudo las muestras de frentes de explotación están meteorizadas y oxidadas. Para obtener muestras frescas hay que tener en cuenta el siguiente procedimiento:
Muestra de canal Norma D 4596 Esta práctica describe los procedimientos para recolectar una muestra de carbón de un canal que se extiende desde el techo al piso de un manto de carbón en un frente de la mina. Aparatos: -Cinta métrica -Pico de minería -Brocha -Tiza -Empaques o contenedores con cierres -Tela o carpa para recoger las muestras -Fichas o rótulos y lápiz para identificar las muestras -Libreta y lápiz para llevar los registros En esta muestra sencilla, que se obtiene mediante un corte uniforme y continuo perpendicular a la estratificación hay que observar lo siguiente: -En cada sitio de muestreo observe las condiciones del frente (Tener cuidado con fragmentos sueltos) -Retirar con un pico de minero el carbón suelto y sobresaliente de área de muestreo por lo menos una pulgada de profundidad. Deje la superficie plana, perpendicular al manto y libre de material extraño. -Limpiar bien la superficie a muestrear -Marcar con una tiza un canal de unos 30 cm de ancho y unos 5 a 10 cm de profundidad, también marcar otras partes del manto que se deben descartar -Quitar una franja de carbón o mineral de 30 cm de ancho. -Limpiar y aplanar el piso adyacente al área de muestreo y extender una lona en el piso con un borde hacia el manto de carbón para recolectar la muestra. Asegurarse que todo el material que se desea muestrear caiga en la lona y el que se va a descartar no contamine la muestra.
-Cavar en la mitad del canal de 30cm, otro canal de 18 cm de ancho y 5 a 10 cm de profundidad. En carbones blandos el ancho es de 12 cm y la profundidad es de 9 cm. -Para cada 30 cm de potencia se deben colectar de 2 a 3 Kg de carbón -En mantos muy potentes se toman muestras cada 20 a 30 cm del techo al piso. -Estériles o asociaciones tanto en el techo como en el piso deben incluirse en el muestreo si los planes de minería lo exigen. -Debido a que un manto puede cambiar su composición, es necesario tomar muestras de varios puntos, distribuidos uniformemente de acuerdo a la extensión del manto y se debe medir la potencia en cada punto del muestreo. -Si el muestreo se realiza en una mina, la muestra debe extraerse del frente de explotación. En el caso de muestras en superficies de mantos expuestos a una ventilación continuada durante mucho tiempo, es necesario quitar primero unos 30 cm de profundidad de carbón o mineral oxidado.
MUESTREO DE NUCLEOS El objetivo es transferir al laboratorio un bloque monolítico de mineral o carbón que representa la potencia total del manto. Para realizar estudios de macro y micropetrografía para análisis químicos especiales y se realizan los mismos trabajos que en el muestreo en canal. PROCEDIMIENTO -Tome con cuidado la sección del núcleo. Prevenga rompimiento adicional -Colóquelo en una caja diseñada para tal fin -Mida las longitudes del núcleo, determinando las litologías y registrando valores -Describa y registre observaciones del manto (tipo de carbón, bandas, naturaleza litología, localización de la perforación y profundidad. -Con un martillo separe todo el material que no debe incluirse en la muestra -Coloque el resto del núcleo en una bolsa plástica, séllela y rotúlela -Como es muy difícil colectar una columna intacta, los trozos se deben numerar del techo al piso marcando con flechas la dirección de este último.
TIPOS DE MUESTRAS
MUESTREO DE VOLQUETAS, CAMIONES O VAGONES Este muestreo puede hacerse antes, durante o después del descargue. El muestreo antes del descargue se hace sobre el platón o carrocería de la siguiente manera: • Remover una capa de por lo menos 30 cm. • Elegir los lugares de muestreo por un sistema de líneas paralelas en zig-zag a intervalos regulares, de acuerdo con el tamaño del platón de la volqueta • Tomar el incremento con una pala en cada sitio elegido. • Evitar tomar las muestras de un solo lado de la volqueta o muy superficiales.
• Cuando se encuentren pedazos grandes en el punto de muestreo, deben tornarse pequeñas porciones de cada trozo.
Localización de puntos de muestreo en volquetas Cuando se muestrea durante el descargue, la muestra debe abarcar todo el ancho del material en movimiento o debe ser tomada en por lo menos tres lugares de ancho total; debe efectuarse el muestreo durante todo el descargue. Cuando se muestrea después del descargue deben tomarse incrementos a diferentes alturas del talud formado, retirando previamente una capa delgada del último carbón descargado.
MUESTREO DE PILAS Para el muestreo de pilas debe tenerse en cuenta lo siguiente: • En todos los casos, cada incremento tomado representa sólo una pequeña zona correspondiente al área y profundidad donde se toma. • Si se apilan carbones en áreas separadas, deberá tomarse una muestra bruta de cada área. • Colectar los incrementos en puntos uniformemente espaciados sobre la superficie de carbón expuesto. • Si la pila es muy grande, se recomienda diseñar un plan de muestreo sobre un plano.
• El dispositivo de muestreo debe ser adecuado para alcanzar la base de la pila en cualquier sitio. • Generalmente, la capa superficial presenta calidad diferente debido a la exposición al aire, segregación, menor contenido de humedad. • Para llegar al fondo de las pilas, es necesario abrir con palas, de tal manera que las paredes formadas tengan un ángulo menor que el ángulo natural de reposo; en estos casos se deben tomar incrementos desde el fondo del hueco hasta el tope.
MUESTREO EN BANDAS TRANSPORTADORAS
Es el sistema de muestreo más confiable ya sea en banda estacionaria (detenida por la toma de muestras) o en movimiento. Deben tenerse en cuenta las siguientes consideraciones: • El muestreo puede efectuarse a mano con los equipos apropiados (Bastidores, palas, cucharones, separadores, etc.) • Evitar tomar la muestra al comienzo o al final del flujo • Tomar incrementos a todo lo ancho y alto del flujo de mineral o carbón • Para evitar errores sistemáticos, el lapso entre la toma de incrementos sucesivos, no debe coincidir con ninguna periodicidad natural en la cantidad o calidad del mineral o carbón a muestrear.
• Si los incrementos se toman a intervalos iguales de tiempo, sus pesos deben ser proporcionales a su velocidad de flujo; si ocurre lo contrario, los incrementos deben tener igual peso. CUARTEO MANUAL Se realiza el cuarteo formando una pila en la misma área de muestreo, hasta obtener una muestra bruta de aproximadamente 10 Kg para facilitar su empaque y trasporte hasta el laboratorio de preparación y análisis.
C.
Tomar 1 y 3
Rechazar 2 y4
