El carbón: origen, atributos, extracción y usos actuales en Colombia

Luis Jorge Mejía Umaña

• Editorial: Universidad Nacional de Colombia
• Año: 2014
• ISBN:
  9789587619591
• Categoría: Ciencias físicas
• Categoría: Geología y ciencias de la Tierra

El desarrollo de un libro sobre el carbón, y su utilización es una tarea compleja, pues implica abordarlo como un producto de la naturaleza que posee características variables, diversas propiedades y multiples usos, el cual ha sido objeto de gran cantidad de estudios e investigaciones. Así, el hecho de que sea un combustible fósil lleva a recapitular las condiciones ambientales y geológicas que lo formaron en el remoto pasado, de manera tal que podemos aprovecharlo en el presente.

Capítulo I
Naturaleza y propiedades del carbón

1. Naturaleza del carbón

1.1 Características generales

La mineralogía considera los materiales como ordenados, caso en el cual forman cristales, o como desordenados, denominándose así mineraloides como el vidrio, que por no cumplir ciertas condiciones fisicoquímicas, no puede cristalizar y solidifica de forma desordenada. Estos materiales se forman a partir de coloides, y solidifican como geles. Sin embargo, para considerarlos mineraloides tienen que cumplir la condición de tener una fórmula química definida.

En este sentido, el carbón tiene una serie de aspectos que llaman la atención y que permiten formarse una idea de lo que es. En primer lugar, no es un material elaborado por el hombre sino de origen natural, o sea, que se encuentra en la naturaleza, en el grupo de materiales que pertenece a los minerales. Por no tener una fórmula química definida se considera como un agregado de diferentes componentes, lo cual aunque no coincide con la definición de mineral sí corresponde con la definición de roca, que es un agregado de minerales que se forma bajo condiciones específicas de medioambiente, presión y temperatura.

De esta manera, el carbón es una roca sedimentaria que, según el medio donde se forma, permite la acumulación tanto de materia mineral como de materia orgánica, correspondiendo, entonces, a una roca de origen biogénico.

En segundo lugar, una característica del carbón es su color negro que le otorga poca capacidad de reflejar la luz, lo cual se debe al elemento carbono que predomina en su composición. Por otro lado, la tercera cualidad sobresaliente es su capacidad de producir calor, siendo considerado así un material combustible, que se oxida liberando energía, tanto por su contenido de compuestos alifáticos como de compuestos aromáticos.

Con base en las anteriores consideraciones, podemos definir al carbón como una roca sedimentaria, biogénica, compuesta predominantemente por materia orgánica, de color negro y combustible.

1.2 El carbón como roca

Al partir de la premisa de que el carbón es una roca, la formación de todas las rocas depende de las condiciones fisicoquímicas del medio donde se forman y de los componentes presentes en dicho medio. Es decir, cada roca tiene características específicas de formación.

Para el caso del carbón, sus componentes son la materia orgánica y la materia mineral y su medio de formación es el de un ambiente acuoso, con poca oxigenación y alto pH; ambiente que se da en condiciones lagunares, bien sean marinas o continentales denominadas turberas, o sea ambientes donde se puede formar la turba que da origen al carbón. Estos ambientes favorables se encuentran en las zonas costeras o continentales y corresponden a pantanos y a ciénagas.

Así, siendo el medio acuoso indispensable para la formación del carbón, debemos pensar que los componentes vienen o se desarrollan en ese medio, por tanto, deben llegar en forma de detritos, coloides o soluciones. En ese sentido, se hace necesario considerar los componentes minerales que pueden llegar a la turbera para formar la roca. El tamaño de los detritos o clastos que transporta el agua depende de su energía, y se considera que en las zonas de las turberas la energía es baja, lo cual hace que predominen los fragmentos pequeños de tamaños limo y arcilla; pero cuando el aporte es de clastos tamaño arena, el ambiente favorable para el depósito, formación y degradación de la materia orgánica se suspende.

De esta manera, se considera que el carbón está formado por partículas tamaño limo, arcilla y menores, compuestas por materia orgánica y materia mineral. Ahora bien, para que se forme el carbón, es necesario que la materia orgánica sea mayor del 50% en volumen, en relación con la materia mineral, a partir de lo cual existen diversas clasificaciones para el carbón como roca. Alpern (1980) clasifica las rocas carbonosas como carbón, cuando la materia orgánica es mayor del 80%; carbón arcilloso o mixto, cuando la materia orgánica está entre 80% y 40%; arcillolita carbonosa, cuando la materia orgánica varía entre 40% y 20%, y arcillolita negra, cuando la materia orgánica varía entre 20% y 2%.

Por otra parte, la clasificación tradicional de rocas sedimentarias (Pettijohn, 1957) considera al carbón como una roca con amplia influencia de los procesos químicos sobre los procesos sedimentarios, por lo que lo clasifica como carbón, cuando la materia orgánica es mayor del 50% en volumen con relación a la materia mineral; como carbón arcilloso cuando la materia orgánica está entre 50% y 25% y como arcillolita negra cuando está entre 25% y 5%.

En relación con la materia mineral en el carbón, se encuentra que está formada predominantemente por minerales de arcilla y pirita. Es relevante señalar que algunas rocas sedimentarias se forman como el carbón, pues tienen un componente químico, uno clástico y uno biogénico.

Por otra parte, muy similares al carbón son las rocas silíceas que varían entre la porcelanita o lidita pura, la lidita arcillosa y las arcillolitas silíceas. En cuanto a las calizas, la roca fosfórica y las ferritas, estas tienen un componente detrítico más alto que los carbones y pueden mezclar clastos arenosos o limosos y cementos calcáreos o silíceos.

A partir de los estudios microscópicos de secciones pulidas de carbón desarrollados en Alemania a comienzos del siglo XX y de secciones delgadas estudiadas en los Estados Unidos, posteriormente se pudo observar que el carbón estaba compuesto por fragmentos tamaño lodo y más pequeños, imbuidos en una matriz homogénea. A dichos componentes se les denominó ‘macerales’.

De este modo, es muy importante definir el tamaño del grano, pues esto implica que si la materia orgánica está formada por fragmentos tamaño limo o arcilla, la materia mineral que la acompaña tendrá tamaño igual o menor debido a su mayor densidad, de manera tal que la mayor parte de dicha materia mineral estará formada de arcillas, con algo de micas y cuarzo muy escaso.

1.3 Los litotipos del carbón

Cuando se observa a simple vista, el carbón presenta capas delgadas o láminas que lo forman, denominadas ‘litotipos del carbón’. Estos fueron reconocidos por los mineros en los mantos de carbón en Europa, principalmente de edad carbonífera y se utilizaron para describir y reconocer los diferentes mantos de carbón en las minas. Así, no solo se describía el espesor de la capa de carbón, sino también sus variaciones en aspecto, espesor y continuidad.

La descripción de los litotipos se atribuye a Marie Stopes (1935) quien contribuyó también al estudio petrográfico del carbón. Esta científica reconoció las láminas de carbón según su aspecto: denominó vitreno a las láminas más brillantes y con fractura concoidea; a las láminas más opacas y de aspecto polvoriento las denominó fuseno; a las láminas más duras, pero opacas, las nombró como dureno y a aquellas que mostraban algo de brillantez, sin llegar a ser vítreas, las llamó clareno.

1.4 Las secuencias del carbón

Se conocen como secuencias del carbón a las rocas que acompañan generalmente a las capas de carbón. En este sentido, se define al carbón, en primer lugar, como una roca compuesta por macerales, es decir, las diferentes formas como se presenta la materia orgánica; el término ‘maceral’ surge del paralelo con los “minerales” o componentes de las rocas, o también de la posibilidad de separar y macerar la materia orgánica; con este concepto se sientan las bases para el estudio microscópico de los carbones.

Así, se encuentra que existen algunos tipos de carbón que no son verdaderos carbones húmicos, es decir, derivados de materiales vegetales que producen ácidos húmicos en el lugar de su formación. Dentro de dichos carbones tenemos los carbones “cannel” compuestos predominantemente de esporas, y los carbones bogheads conformados principalmente por algas. Existen también rocas con contenidos variables de materia orgánica, como los shales petrolíferos que contribuyen a la generación de hidrocarburos.

Es importante subrayar el hecho de que la mayor parte de los estratos de carbón están infra y suprayacidos por arcillolitas grises a cafés con restos vegetales carbonizados y, algunas veces, con conjuntos de esporas y polen que son estudiados por la palinología. En una proporción menor se encuentran las capas de carbón en contacto con areniscas y, raramente, con conglomerados. En estos casos, los límites estratigráficos o contactos del carbón son netos, a diferencia de los contactos con las capas de arcillolitas que son transicionales.

Ahora bien, dentro de las capas de arcillolitas es común encontrar variaciones a limolitas, muchas veces ferruginosas con concreciones y nódulos arcillosos o ferruginosos, dependiendo de los ambientes de formación. Asimismo, es muy común encontrar secuencias rítmicas, en las que se intercalan arcillolitas, limolitas y areniscas de manera repetitiva. Ultimamente estos ciclos se están estudiando dentro de la estratigrafía secuencial, pues su variación sirve para interpretar diferentes eventos dentro de los ciclos de sedimentación.

Por último, se observa que en algunos yacimientos el carbón se intercala con una roca arcillosa,...

Índice

• Portada
• Portadilla
• Página legal
• Agradecimientos
• Introducción
• Capítulo I Naturaleza y propiedades del carbón
• Capítulo II El carbón en Colombia
• ATLAS DEL CARBÓN Descripción de las microfotografías
• Bibliografía
• Índice temático
• Página institucional
• Créditos