Formación de Yacimientos y Rango del Carbón
Contenido Formación de Yacimientos.
– Acumulación de materias orgánicas (Formación de tuberas)
– Constituyentes de los vegetales.
– Teoría de Carbogénesis: » Diagénesis
» Catagénisis
» Metagénesis
– Tipos de Kerógeno.
– Diagrama de Van Krevelen
Grado de Metamorfismo y Rango del Carbón. – Serie del Carbón:
» Turba / Lignito / Hullas / Antracita.
– Definiciones y naturaleza del carbón.
Formación del CarbónRoca sedimentaria de origen orgánico, formado
a partir de restos vegetales transformados por efectos combinados de la acción microbiana,
presión y calor.
Formación en dos etapas bien definidas:
– Transformación bioquímca
» Diagénesis
– Transformación geoquímica
» Catagénesis
» Metagénesis
The Kentucky Geological Survey, University of Kentucky.
Acumulación de la materia vegetalZona Costera - Marítima
Zona Margosa oLagunar
Zona Forestal Zona Continental
Ambiente anaeróbico. Depósitos no estratificados formandobloque denominado sapropel
Elevada humedad
Suelo neutro oligeramente alcalino.Rico en minerales
Climas cálidos –templados.
Suelos con valoresintermedios deacidez y nutrientes.
Ambiente frío y poco húmedo.
Agua de lluvia con suelospobres en minerales(Ca; K).
Suelos arcillosos parcialmenteácidos (pH ~ 5)
Algas, Exinas, Esporas, Gran variedad forestalEsporas, Cutinas y
Algas
Material fresco.Esporas, Cutinas,
Resinas
Musgos y herbáceas
TURBA LOWMOOR TURBASEDIMENTARIA
TURBA TIPO HIGHMOOR
FUSINITAEXINITA
EXINITAAlguinitas
Esporinitas
EXINITA Esporinita Cutinita Alginita
VITRINITAEXINITA Esporinita
Cutinita Resinita
FusinitaEsporinita
pH O2
Factores esenciales para formación de turbera.
1. Clima– Controla producción de materia vegetal
2. Ambiente tectono-sedimentarios– Subsidencia: Equilibrio entre producción de materia vegetal y hundimiento
– Aporte de detritos: Diluyen concentración de la materia orgánica
– Velocidad de enterramiento: Enterramiento rápido minimiza degradación
bioquímica y preserva la materia orgánica.
3. Ambiente físico-químico– Humedad: Controlada por la altura desde la superficie al nivel freático.
– Acidez: Controla actividad bacteriana, disponibilidad de nutrientes y
descomposición química.
– Potencial oxido-reducción: Condiciones reductoras propician
conservación de la materia orgánica.
Tres factores condicionan el desarrollo de una turbera:
Compuestos orgánicos presentes en
los restos vegetales
Carbohidratos: mono, di y polisacáridos (celulosa)
Glicósidos: Complejos de monosacáridos, aromáticos
hidroxilados o alifáticos. (lignina; hemilcelulosa)
Proteinas: Poliéptidos de alto peso molecular
(diversiad en secuencia de aminoácidos)
Alcaloides; purinas; enzimas; pigmentos.
Grasas, ceras y resinas: Derivados de los terpenos o
productos de su oxidación primaria.
Carbohidratos Especies químicas más abundantes en los
vegetales.Calulosa:
Unidad monomérica
También pertenecientes a este grupo:
Almidón
Pectina
Quintina
Acido alginico
Pentosas
Formula General: Cn(H2O)m
GlicósidosCondensado de naturaleza
aromática con grupos:
oxidrilos (-OH),
metoxilo (-O-CH3),
puentes de oxígeno (-O-)
y cetónicos (-CO-)
Ligninas:
Unidades monoméricas
alcohol coniferílico
alcohol sinapropílico
alcohol p-cumarílico
Otras estructuras propuestas para las ligninas
GlicósidosCompuestos condensados de
carácter aromático y
fenólico.
Alta resistencia química.
Principales Lignanos:
Acido guayarético
Conidendrina
Olivilo
Pinoresinol
Lignanos:
Proteínas
Compustos nitrogenados (15-19% N2)
formados por polimerización de
aminoácidos.
Sufren fácil degradación química por
hidrólisis formando aminoácidos.
Su proporción en las plantas varía en muy
amplios límites.
Alcaloides, porfirinas y pigmentos
Nicotina
Quinina
Cafeína
Clorofila
caroteno
Grasas, Ceras y Resinas
Grasas:
– Ésteres carboxílicos derivados de ácidos grasos y glicerina o alcoholes superiores. Predominio del C16 (palmítico) y C18 (esteárico)
Ceras:
– Ésteres sólidos de bajo punto de fusión y elevado peso molecular.
Resinas:
– Estructuras no condensadas de anillos susceptibles a polimerización espacial con enlaces transversales formando estructuras irregulares y
rígidas. Muy resistentes al ataque químico. (Látex)
Teoría de Carbogénesis
Diagénesis
La materia orgánica pierde la mayor parte de los grupos funcionales asociados.
Duración: 106 años
Fermentación Aerobia:
HONGOS Lignina pH < 7
BACTERIAS Celulosa pH act. aeróbica (nula a pH 3)
Fermentación Anaerobia:
pH > 7 y subsidencia ( > 0,5 m)
Productos:
Gas Biogenético (CH4; CO2 y H2S)
Acidos húmicos
Sustancias bituminosas (a partir de ceras, resinas y grasas)
Transformación de restos orgánicos por reacciones bioquímicas.
Resistencia a la degradaciónSegún Waksman & Stevens el orden de descomposición de
los componentes de las plantas en las turberas es el siguiente:
– Protoplasma
– Clorofila
– Aceites
– Carbohidratos (Almidón; Celulosa; Lignina)
– Membranas o paredes celulares
– Cubiertas de semillas
– Pigmentos
– Cutículas
– Esporas, polén y exinas
– Ceras
– Resinas
Au
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Subsidencia: Etapa indispensable en la formación del carbón
Catagénesis
Las transformaciónes de la materia orgánica inducidas por aumento de presión litostática y la temperatura (> 200-250°C)
Pérdidas de volátiles
Reacciones principales:
Deshidratación y descarboxilación / Pérdidas de grupos -OH
Las RESINAS funden ~ 90°C y CUTICULAS y ESPORAS se descomponen ~ 250°C
Productos:
Hidrocarburos líquidos y gaseosos
(Pueden migrar hasta rocas almacen para formar yacimientos de gas húmedo y/o petróleo)
Residuo sólido
(Materia húmica no ácida soluble en álcalis. Ej. Lignito)
Transformación de restos orgánicos por reacciones geoquímicas.
Metagénesis
La presión juega papael determiannte en las trasnformaciones de la materia orgánica y la temperatura supera los 350°C
Reacciones principales:
Craqueo térmico
Predomionio de reacciones de aromatización
Productos:
Hidrocarburos gaseosos (Metano)
(Pueden migrar hasta rocas almacen para formar yacimientos de gas termogénico)
Residuo sólido
(No biodegradable y de naturaleza altamente aromática)
Transformación de restos orgánicos por reacciones geoquímicas.
Proceso evolutivo de la materia vegetal en la formación de la hulla
MATERIA ORIGINAL % C ~ 44 % O ~ 50 %H ~ 6
Celulosa: 50 – 60% Lignina: 25 – 30%Ceras, resinas y grasas: 1 – 1,5%Agua y cenizas: Diferencia a 100%
TURBA % C ~ 59 % O ~ 35 %H ~ 6
Celulosa: 20 - 25% Disminuye considerablementeLignina: 30 – 35% Sufre un ligero incrementoCeras y resinas: 1 – 6%Acidos húmicos: 17 – 20% (Aparecen ácidos húmicos solubles en bases)Cenizas: Diferencia a 100%Agua embebida: Puede llegas hasta 90%
LIGNITO % C ~ 71 % O ~ 24 %H ~ 5
Celulosa: Ausencia total Lignina: 3 – 4%. Muy pocaCeras y resinas: 2 – 15%Acidos húmicos: 70 – 80% (20 a 50% no solubles en medio básico)Cenizas: Diferencia a 100%Agua embebida: Puede llegas hasta 30%
HULLAS % C ~ 74 – 84 % O ~ 21 - 11 %H < 5
Ausencia total de celulosa y ligninaMaterias húmicas insolubles en medio básicoAgua y Cenizas: Diferencia a 100%
ANTRACITA % C > 85 % O ~ 3 %H ~ 3
Serie del Carbón.
turba lignito bituminoso antracita
El azufre en el carbón.
Factores en la formación del carbón mineral
• Tipo de vegetación.
• Era geológica de
fomación del depósito.
• Diagénesis.
• Catagénesis.
• Temperatura.
• Profundidad (presión).
En la carbogénesis, las
condiciones que más influyen
son las paleográficas y tipo de
plantas depositadas en la fase
diagenética, más que las
geodinámicas y el tiempo.
Período geológico y tipo de carbón.
Tipos de Kerógeno.
Kerógeno
Tipo I: Relacionado con medios lacustres. Constituido por lípidos y cadenas alifáticas, con baja proporción de estructuras cíclicas, aromáticas y heteroatómicas. Relación H/C muy alta.
Tipo II: Cadenas alifáticas cortas y mayor abundancia de estructuras cíclicas, con nucleos poliaromáticos, cetonas y ácidos carboxílicos; azufre como heteroátomo o enlace sulfuroso. Menor relacion H/C que en Tipo I.
Tipo III: Predominio de nucleos poliaromáticos, cetonas y ácidos
carboxílicos.Cadenas alifáticas minoritarias. Posee la menor relación H/C.
Materia orgánica fosilizada
Bitumen Soluble en benceno y disolventes orgánicos.Hidrocarburos alifáticos. Precursor del peróleo.
KerogenoInsoluble en disolventes orgánicos. Heteropolímero de alto peso molecular
Diagrama de Van Krevelen.
Implicaciones:La caracterización del tipo de madurez de la materia orgánica exige de dos medidas independientes y complementarias
En el carbón, el Diagrama de Van Krevelen se reduce al Kerógeno tipo III
H/C = [%H] / [%C]:12
O/C = [%O]:16 / [%C]:12
Durante la Carbogénesis:
Pérdida de CO2 O/C & H/C
Pérdida de H2O O/C & H/C
Pérdida de -CH2 H/C
Implicaciones:La caracterización del tipo de madurez de la materia orgánica exige de dos medidas independientes y complementarias
En el carbón, el Diagrama de Van Krevelen se reduce al Kerógeno tipo III
Diagrama de Van Krevelen.Carbón mineral.
Transformaciones producidas en carbogénesis
Aumento progresivo del porcentaje en carbono.
Disminución muy considerable (hasta carbones bituminosos medios en
volátiles) del porcentaje en oxígeno
Disminución del porcentaje en hidrógeno. (carbón bituminoso medio en
volátiles a antracita).
Disminución progresiva de las materias volátiles.
Aumento del poder calorífico.
Variación de las propiedades ópticas: Aumento con el rango de la
reflectancia y la anisotropía de la vitrinita.
Aumento de la vitrificación y gelificación, conjuntamente con el lustre
y color.
Disminución de la porosidad y aumento de la densidad, dureza y
resistencia mecánica.
Aromatización y condensación de las estructuras moleculares.
Variación de parámetros del rango con la profundidad
Carbón alemán en el distrito de Ruhr
% C% H
Análisis Elemental
Poder calorífico
Análisis Inmediato
Variación de parámetros del rango con la profundidad
Carbón alemán en el distrito de Saar
Poder Calorífico % C
Materias Volátiles
Variación del rango con el tiempo
Relación entre parámetros que afectan el rango del carbón.
Teorías químicas de carbonificación
Teoría de la Celulosa (Bergius)
– Transformación de celulosa a elevada T y P.
Teoría de la Lignina (Fischer & Schräder 1922)
– Transformación de lignina en ácidos húmicos.
Teoría de Waksman (1938)
– Importancia de las proteínas en la formación de ácidos húmicos.
Teoría de Enders
– Formación del carbón a partir de celulosa y lignina.
Tratan de explicar la aparición de compuestos policíclicos aromáticos
predominantes en el carbón y que están ausentes en las plantas.
Variación del análisis inmediato con el Rango del carbón.
Lig
nito B
Lig
nito A
Sub-b
itum
inoso A
Sub-b
itum
inoso B
Sub-b
itum
inoso C
Bitum
inoso
Alto V
olá
til A
Bitum
inoso
Alto V
olá
til C
Bitum
inoso
Alto V
olá
til B
Bitum
inoso
Medio
Volá
til
Bitum
inoso
Bajo
Volá
til
Sem
i-antr
acita
Antr
acita
Meta
-antr
acita
Variación del Poder Calorífico con el Rango del carbón.
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