Estudio del mecanismo de grafitización de antracitas sudafricanas
- Autores: Marley Vanegas Chamorro
- Directores de la Tesis: Amelia Martínez Alonso (codir. tes.), Juan Manuel Diez Tascón (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Oviedo ( España ) en 2012
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Jose Rodriguez Garcia (presid.), Silvia María Villar Rodil (secret.), María del Carmen Clemente Jul (voc.)
- Materias:
- Texto completo no disponible (Saber más ...)
- Resumen
El objetivo principal de esta tesis doctoral es contribuir al conocimiento del mecanismo de la grafitización de antracitas producida mediante tratamientos térmicos a altas temperaturas en atmósfera inerte Para la realización de esta investigación se seleccionaron dos antracitas sudafricanas, Hlobane (H) y Somkhele Duff (S), dado el interés que existe en dicho país en el desarrollo, a partir de este tipo de carbón, de reductores para minerales de Fe-Cr y Fe-Mn en sustitución del coque metalúrgico, que actualmente se utiliza como principal reductor en este sector.
A lo largo del desarrollo de este trabajo se caracterizaron detalladamente las antracitas seleccionadas, dedicando especial atención a la naturaleza de la materia mineral presente en las mismas. Se desmineralizaron las muestras de partida con HCl y a un nivel más profundo con HCl seguido de HF, para poder establecer el efecto de la presencia o ausencia de la materia mineral sobre la evolución estructural producida por tratamiento de estas muestras a temperaturas crecientes.
Las antracitas de partida y desmineralizadas en distinto grado se carbonizaron a 900 ºC y posteriormente se expusieron a tratamientos térmicos bajo atmósfera de Ar en el intervalo de temperatura comprendido entre 1400 y 2800 ºC. Se analizó la evolución de la estructura cristalina de los materiales resultantes del tratamiento térmico mediante las técnicas de difracción de rayos X (DRX) y espectroscopía Raman.
Como regla general, se obtuvo un mejor grado de grafitización en la antracita H, lo cual puede ser atribuido, entre muchos otros factores, a un mejor grado de mezcla entre los componentes minerales y la matriz carbonosa en esta antracita. Alrededor de 1600 y 1800 ºC, en las antracitas H y S, respectivamente, los minerales asociados a cada una de ellas ejercieron un claro efecto catalítico sobre el proceso de grafitización. Como característica principal se identificó la formación de carburo de silicio y moissanita a partir de una temperatura de tratamiento de 1400 ºC en ambas antracitas.
La textura porosa de los materiales se analizó mediante el uso de la técnica de adsorción en CO2 a 0 ºC, determinándose los parámetros texturales por aplicación del modelo de Dubinin-Radushkevich. Se encontró que los parámetros texturales se incrementaron con el tratamiento térmico a 900 ºC y con la desmineralización con HCl seguido de HF.
Los espectros Raman de las muestras tratadas térmicamente a 900 ºC presentan dos regiones. En la región de primer orden se presentan bandas superpuestas y de mucha anchura, pero a medida que la temperatura de tratamiento se incrementa las bandas presentes se van definiendo hasta distinguirse por completo unas de otras, y a temperaturas más altas finalmente algunas de ellas desaparecen por completo. En la región de segundo orden, a bajas temperaturas las bandas se presentan solapadas en una señal muy ancha de la cual sobresale la banda a 2900 cm-1. Por encima de 1600 ºC aparece bien definida la banda G¿ a ¿2700 cm-1 en las muestras de partida, mientras que en las muestras desmineralizadas ésta aparece a 1800 ºC.
Se seleccionó la relación de intensidades R = ID/I(D+G) como el parámetro principal de indicación del grado de desorden estructural por espectroscopía Raman, y se encontró que en estas antracitas, R disminuye de una forma aproximadamente lineal a medida que se incrementa la temperatura. Sin embargo, en las antracitas no desmineralizadas se registró una considerable disminución en R (¿40%) en el intervalo de temperaturas entre 1600 y 2200 ºC en H mientras que en S se da entre 1800 y 2200 ºC.
A fin de comparar los resultados proporcionados por las técnicas DRX y Raman, se analizó la variación del espaciado interplanar d002 en función de la relación de intensidades R = ID/I(D+G), obteniéndose una correlación razonable para las series desmineralizadas que abarca todo el rango de temperaturas utilizado en esta investigación. Sin embargo, las muestras no desmineralizadas presentaron un salto a un valor de R de aproximadamente 58% para ambas antracitas. Por debajo de este valor, el espaciado interplanar cae repentinamente de 0.359 a 0.338 nm en H y de 0.355 a 0.341 nm en S. Ello ocurre en el intervalo de temperatura en el que se comienza a observar el efecto catalítico de la materia mineral.
Por último, se observó que la temperatura de máxima reactividad de las antracitas en atmósfera oxidante presenta una tendencia clara a desplazarse hacia valores más altos a medida que los materiales son más ordenados y a medida que su contenido de cenizas es menor. Todo ello indica que su reactividad disminuye progresivamente hasta 2400 ºC, siendo la disminución especialmente notable en el intervalo de 900-1400 ºC.
