Aplicación de espectroscopía Micro-Raman para el análisis cuantitativo de la reflectancia de vitrinita en carbones colombianos de medio y alto rango

Resumen

Los cambios estructurales y el grado de madurez de tres carbones colombianos de las provincias de Santander y Antioquia se estudiaron utilizando un método de ajuste de curva simple y rápido de los parámetros RBS (la distancia entre la banda G y la banda D), FWHM-G (ancho total en la mitad del máximo de la banda G) y AR (área del espectro Raman), obtenido por deconvolución y resolución de banda de los espectros Micro-Raman. Los resultados fueron comparados mediante análisis morfológicos y químicos utilizando un microscopio electrónico de barrido SEM acoplado con un detector EDS de rayos X de estado sólido. Se obtuvo un porcentaje de reflectancia de vitrinita (%Ro) de 4.3 %, 3.8 % y 0.07 %, un porcentaje de carbono por análisis EDS de 91.47 %, 87.78 %, 73.4 %, una descripción morfológica por análisis SEM presentando superficies lisa, rugosa y rugosa-grumosa y tamaño de poro entre 0.7 µm - 0.8 µm, 1.3 µm - 1.5µm y 0.2 µm - 0.7 µm para las muestras de tipo antracita, semi-antracita y bituminoso, respectivamente. Los resultados mostraron que, con base en este método, fue posible obtener un modelo que permite analizar y caracterizar rápidamente el carbón. Los resultados se comparan muy bien con los de los carbones colombianos normalizados por otros métodos para mejorar la precisión de la medición. Sin embargo, el método modificado no ofreció un ajuste apropiado para el carbón de rango inferior y produjo valores de reflectancia extremadamente bajos. Este efecto posiblemente esté relacionado con la estructura molecular de la materia orgánica en el carbón o la presencia de interferencia de fluorescencia.

Palabras clave

análisis de macerales, cambios estructurales, deconvolución, espectroscopía Raman, rango de carbón, reflectancia, segunda derivada

Biografía del autor/a

Ruben Dario Urbano-Noguera, M.Sc. (c)

Roles: Conceptualization, Methodology, Investigation, Formal Analysis, Validation, Writing – original draft.

Hugo Armando Estupiñan-Duran, Ph. D.

Roles: Formal Analysis, Validation, Writing – review & editing.

Gustavo Neira-Arenas, Ph. D.

Roles: Formal Analysis, Writing – review & editing.

Citas

[1] Y. Zhang, Z. Li, “Raman spectroscopic study of chemical structure and thermal maturity of vitrinite from a suite of Australia coals,” Fuel, vol. 241, pp. 188-198, 2019. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2018.12.037

[2] UPME - MinMinas. "La cadena del carbón". 2012. https://www.anm.gov.co/sites/default/files/DocumentosAnm/carbon.pdf

[3] L. Schernikau, Economics of the International Coal Trade. 2010. 10.1007/978-90-481-9240-3

[4] A. Cardoso, “Valuation Languages Along the Coal Chain From Colombia to the Netherlands and to Turkey,” Ecological Economics, vol. 146, pp. 44-59, 2018. https://doi.org/10.1016/j.ecolecon.2017.09.012

[5] Q. Huang, A. Noble, J. Herbst, R. Honaker, “Liberation and release of rare earth minerals from Middle Kittanning, Fire Clay, and West Kentucky No. 13 coal sources,” Powder Technology, vol. 332, pp. 242-252, 2018. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2018.03.063

[6] Q. Huang, D. Talan, J. H. Restrepo, O. J. R. Baena, V. Kecojevic, A. Noble, “Characterization study of rare earths, yttrium, and scandium from various Colombian coal samples and non-coal lithologies,” International Journal of Coal Geology, vol. 209, pp. 14-26, 2019. https://doi.org/10.1016/j.coal.2019.04.008

[7] S. Massari and M. Ruberti, “Rare earth elements as critical raw materials: Focus on international markets and future strategies,” Resources Policy, vol. 38 (1), pp. 36-43, 2013. https://doi.org/10.1016/j.resourpol.2012.07.001

[8] W. Zhang, X. Yang, R. Q. Honaker, “Association characteristic study and preliminary recovery investigation of rare earth elements from Fire Clay seam coal middlings,” Fuel, vol. 215, pp. 551-560, 2018. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2017.11.075

[9] S. Dai, D. Ren, C. L. Chou, R. B. Finkelman, V. V. Seredin, Y. Zhou, “Geochemistry of trace elements in Chinese coals: A review of abundances, genetic types, impacts on human health, and industrial utilization,” International Journal of Coal Geology, vol. 94, pp. 3-21, 2012. https://doi.org/10.1016/j.coal.2011.02.003

[10] K. Kavouridis, “Lignite industry in Greece within a world context: Mining, energy supply and environment,” Energy Policy, vol. 36 (4), pp. 1257-1272, 2008. https://doi.org/10.1016/j.enpol.2007.11.017

[11] A. A. Azni, W. A. W. A. K. Ghani, A. Idris, M. F. Z. Ja’afar, M. A. M. Salleh, N. S. Ishak, “Microwave-assisted pyrolysis of EFB-derived biochar as potential renewable solid fuel for power generation: Biochar versus sub-bituminous coal,” Renewable Energy, vol. 142, pp. 123-129, 2019. https://doi.org/10.1016/j.renene.2019.04.035

[12] Y. Huang, N. Wang, Q. Liu, W. Wang, X. Ma, “Co-pyrolysis of bituminous coal and biomass in a pressured fluidized bed,” Chinese Journal of Chemical Engineering, vol. 27 (7), pp. 1666–1673, 2019. https://doi.org/10.1016/j.cjche.2019.03.012

[13] G. S. Simate, N. Maledi, A. Ochieng, S. Ndlovu, J. Zhang, L. F. Walubita, “Coal-based adsorbents for water and wastewater treatment,” Journal Environmental Chemical Engineering, vol. 4 (2), pp. 2291-2312, 2016. https://doi.org/10.1016/j.jece.2016.03.051

[14] R. Hinrichs, M. T. Brown, M. A. Z. Vasconcellos, M. V. Abrashev, W. Kalkreuth, “Simple procedure for an estimation of the coal rank using micro-Raman spectroscopy,” International Journal of Coal Geology, vol. 136, pp. 52-58, 2014. https://doi.org/10.1016/j.coal.2014.10.013

[15] D. G. Henry, I. Jarvis, G. Gillmore, M. Stephenson, "Assessing low-maturity organic matter in shales using Raman spectroscopy: Effects of sample preparation and operating procedure," International Journal of Coal Geology, vol. 191 (15), pp. 135-151, 2018. https://doi.org/10.1016/j.coal.2018.03.005

[16] C. R. Ward, "Analysis, origin and significance of mineral matter in coal: An updated review," International Journal of Coal Geology, vol. 165, pp.1-27, 2016. https://doi.org/10.1016/j.coal.2016.07.014