Cărbunele metalurgic, cunoscut și sub denumirea de cărbune cocsificabil, este folosit pentru a produce cocs, sursa primară de carbon utilizat în siderurgie. Cărbunele este o rocă sedimentară naturală formată de-a lungul a milioane de ani pe măsură ce plantele și alte materiale organice sunt îngropate și supuse forțelor geologice. Căldura și presiunea provoacă modificări fizice și chimice care duc la cărbune bogat în carbon.
Cărbunele metalurgic
Cărbunele metalurgic diferă de cărbunele termic, utilizat pentru energie și încălzire, prin conținutul său de carbon și capacitatea sa de coacere. Coacerea se referă la capacitatea cărbunelui de a fi transformat în cocs, o formă pură de carbon care poate fi utilizată în cuptoarele de oxigen de bază. Cărbunele bituminos - clasificat în general ca un grad metalurgic - este mai dur și mai negru. Conține mai mult carbon și mai puțină umiditate și cenușă decât cărbunii de rang inferior.
Gradul cărbunelui și capacitatea sa de aglomerare sunt determinate de rangul cărbunelui - o măsură a materiei și gradului volatil a metamorfismului - precum și a impurităților minerale și a capacității cărbunelui de a se topi, umfla și rezolva atunci când încălzit. Cele trei categorii principale de cărbune metalurgic sunt:
- Cărbuni de cocsificare tare (HCC)
- Cărbune semi-moale de cocsificare (SSCC)
- Injecție de cărbune pulverizat (PCI) cărbune
Cărbunii de cocsificare tari precum antracitul au proprietăți de cocsificare mai bune decât cărbunii de cocsificare semi-moi, permițându-le să câștige un preț mai mare. HCC australian este considerat ca reper al industriei.
În timp ce cărbunele PCI nu este adesea clasificat drept cărbune cocsificabil, acesta este totuși folosit ca sursă de energie în procesul de fabricare a oțelului și poate înlocui parțial cocsul în unele furnale.
Coca-Cola
Fabricarea cocsului este efectiv carbonizarea cărbunelui la temperaturi ridicate. Producția are loc în mod normal într-o baterie de cocs situată lângă o fabrică de oțel integrată. În baterie, cuptoarele de cocs sunt stivuite în rânduri. Cărbunele este încărcat în cuptoare și încălzit în absența oxigenului până la temperaturi de aproximativ 1.100 grade Celsius (2.000 grade Fahrenheit).
Fără oxigen, cărbunele nu arde. În schimb, începe să se topească. Temperaturile ridicate volatilizează impuritățile nedorite, cum ar fi hidrogen, oxigen, azot și sulf. Aceste gaze arse pot fi colectate și recuperate ca subproduse sau arse ca sursă de căldură.
După răcire, cocsul se solidifică sub formă de bulgări de carbon poros, cristalin, suficient de mare pentru a fi folosit de furnalele. Întregul proces poate dura între 12 și 36 de ore.
Proprietățile inerente cărbunelui de intrare inițial influențează puternic calitatea finală a cocsului produs. Lipsa unei aprovizionări fiabile de tipuri individuale de cărbune înseamnă că producătorii de cocs folosesc adesea amestecuri de până la 20 de cărbuni diferiți pentru a oferi producătorilor de oțel un produs consistent.
Aproximativ 1,5 tone metrice de cărbune metalurgic sunt necesare pentru a produce o tonă metrică (1.000 kilograme) de cocs.
Coca-Cola în siderurgie
Cuptoarele de oxigen de bază (BOF), care reprezintă 70% din producția de oțel la nivel mondial, necesită minereu de fier, cocs și fluxuri ca materie primă în producția de oțel.
După ce furnalul este alimentat cu aceste materiale, aerul fierbinte este suflat în amestec. Aerul determină arderea cocsului, ridicând temperaturile la 1.700 grade Celsius, ceea ce oxidează impuritățile. Procesul reduce conținutul de carbon cu 90% și are ca rezultat un fier topit cunoscut sub numele de metal fierbinte.
Metalul fierbinte este apoi drenat din furnal și trimis la BOF, unde se adaugă fier vechi și calcar pentru a face oțel nou. Alte elemente, cum ar fi molibdenul, cromul sau vanadiul, pot fi adăugate pentru a produce diferite grade de oțel.
În medie, sunt necesare aproximativ 630 de kilograme de cocs pentru a produce o tonă metrică de oțel.
Eficiența producției în procesul de furnal depinde în mare măsură de calitatea materiilor prime utilizate. Un furnal furnizat cu cocs de înaltă calitate va necesita mai puțin cocs și flux. Utilizarea unui produs de înaltă calitate reduce de fapt costurile de producție și are ca rezultat un metal fierbinte mai bun.
În 2013, industria siderurgică a utilizat aproximativ 1,2 miliarde de tone metrice de cărbune. China este cel mai mare producător și consumator de cărbune cocsificat din lume, reprezentând aproximativ 527 milioane de tone metrice în 2013. Urmează Australia și Statele Unite, producând 158 milioane și, respectiv, 78 milioane tone.
Nu este surprinzător faptul că piața internațională a cărbunelui de cocsificare este foarte dependentă de industria siderurgică.
Printre producătorii principali se numără BHP Billiton, Teck, Xstrata, Anglo American și Rio Tinto.
Peste 90% din totalul comerțului cu cărbune metalurgic pe mare este reprezentat de transporturile din Australia, Canada și S.U.A.
Surse
Valia, Hardarshan S. Producția de cocs pentru fabricarea fierului în furnal. Siderurgie.
URL: www.steel.org
Institutul Mondial al Cărbunelui. Coal & Steel (2007).
URL: www.worldcoal.org