Copyright © 1997. Depósito legal pp. 76-0010 ISSN 0378-1844. INTERCIENCIA 22(1): 10-23

Forma correcta de citar este articulo: MARCOS E. ESCOBAR N., MANUEL MARTÍNEZ S. Y CARLOS E. ALCIATURI R. 1997. INVESTIGACIONES SOBRE EL CARBÓN MINERAL EN VENEZUELA: CALIDAD, USO Y PROYECCIÓN FUTURA. INTERCIENCIA 22(1): 10-23. URL: http://www.interciencia.org.ve


INVESTIGACIONES SOBRE EL CARBÓN MINERAL EN VENEZUELA: CALIDAD, USO Y PROYECCIÓN FUTURA (*)

MARCOS E. ESCOBAR N., MANUEL MARTÍNEZ S. Y CARLOS E. ALCIATURI R.

Marcos E. Escobar y Carlos E. Alciaturi R. INZIT-CICASI, Km. 15, Vía La Cañada, Apartado Postal 2213, Maracaibo, Venezuela. Departamento de Química, Facultad Experimenta¡ de Ciencias, Universidad de¡ Zulia, Apartado 526, Maracaibo, Venezuela.
Manuel Martínez S. Centro de Geoquímica, Instituto de Ciencias de la Tierra, Facultad de Ciencias, Universidad Central de Venezuela, Apartado 3895, Caracas 1010-A, Venezuela.
* Conferencia dictada por el autor principal en la XLIV Convención Anual de Asovac, Coro, Estado Falcón, Venezuela, y en el III Congreso Nacional de Ciencia y Tecnología del Carbón, Riohacha, Colombia.


RESUMEN

En este trabajo, se desarrollan tres aspectos esenciales referidos al carbón mineral venezolano; sus principales características fisicoquímicas, petrográficas y reológicas, un recuento acerca de la investigación realizada sobre el mismo durante los últimos veinte años, y algunas proposiciones acerca de lo que debería ser la actividad futura en ciencia y tecnología respecto al carbón nacional. Las reservas probadas de carbón venezolano, para 1990, ascendieron a 693 millones de TM. Un 83% de estas se encuentra en la Cuenca Carbonífera del Guasare. El mineral que se produce en estos depósitos, así como el que ha sido estudiado en otros yacimientos y manifestaciones venezolanas, es un carbón bituminoso de alto volátil, con un buen rendimiento energético y baja concentración de cenizas y azufre. Este último elemento limita el aprovechamiento comercial de depósitos importantes, como por ejemplo Fila Maestra, Naricual, Taguay y Pedregal, aunque la aplicación de procesos de beneficio podrían revertir esta situación. El estudio mineralógico de las cenizas de los carbones venezolanos, así como su distribución maceral por petrografía orgánica, permitieron obtener parámetros que discriminan entre los carbones del Paleoceno y aquellos más jóvenes, en todo el país. Este hecho, atribuido a la existencia de distintos regímenes tectónicos durante su depositación, puede tener aplicaciones en la prospección geoquímica del mineral.Un porcentaje importante de la actividad de investigación realizada en los últimos años acerca del carbón mineral venezolano, ha sido dedicada al proceso de coquización o carbonización en atmósfera inerte, así como a la caracterización de sus subproductos, breas y alquitranes. Otras líneas que han atraído la atención de los investigadores nacionales, son la licuación, la gasificación, las extracciones y la obtención de carbón activado o fibras de carbono. El uso del carbón nacional como aditivo para Iodos de perforación, y los estudios geoquímicos acerca de su meteorización, prospección, paleoambientes depositacionales y generación de petróleo a partir de este mineral, también han sido objeto de interés en este período. Se proponen algunas nuevas líneas de investigación en carbón, orientadas a la obtención de monómeros para los nuevos materiales denominados plásticos de ingeniería, así como de fibras de carbono y carbones activados con propiedades catalíticas. Las suspensiones de carbón en agua o aceite, el gas natural incluido en mantos carboníferos, las briquetas preparadas a partir de ácidos húmicos de carbones oxidados, y la biodesulfuración, deberían también ser objeto de atención en los próximos años. Un cambio de políticas en Venezuela, orientado hacia la inversión de una pequeña fracción de las divisas provenientes de la venta del carbón mineral, en actividades de investigación y desarrollo sobre este mineral, puede ser una de las inversiones más productivas que haga la nación, a pocos años del siglo XXI. PALABRAS CLAVE / Carbón Mineral /Venezuela / Análisis Próximos / Ultimos / Químicos de Cenizas / Petrográficos y Reológicos / Líneas de Investigación /


De cara al siglo XXI, Venezuela puede contar con sus reservas de carbón mineral como un recurso energético que proveerá a la nación de un volumen importante de divisas por concepto de su exportación. Esto se explica por la excelente calidad del mineral, las características geológicas favorables de sus yacimientos y su cercanía a puertos marítimos. No obstante, la realidad económica de los países en desarrollo ha demostrado que la generación de divisas no debe ser basada exclusivamente en la exportación de materias primas, cual pareciera ser hasta ahora el destino final del carbón que sale por los puertos venezolanos, sino más bien en la exportación de productos elaborados y de tecnología, como bien han dado el ejemplo los países del sudeste asiático. En este Orden de ideas, el presente trabajo versará sobre tres aspectos esenciales; el estudio de las características del mineral en los principales depósitos y manifestaciones carboníferas en Venezuela; un breve recuento acerca de las principales actividades de investigación realizadas en la nación sobre el carbón mineral, sus usos y aplicaciones; y la presentación de algunas ideas acerca de hacia donde deberían orientarse los esfuerzos en ciencia y tecnología con respecto al carbón venezolano.

Características del Carbón mineral en Venezuela

Las reservas probadas de carbón venezolano, para 1990, ascendieron a 693 millones de toneladas métricas (TM; SENERVEN, 1990), de las cuales un 83% estaba ubicada en la Cuenca Carbonífera del Guasare (Escobar y Martínez, 1993b). La evaluación realizada en el período 1991-92 para los depósitos Mina Norte, Socuy y Cachirí, en la antes mencionada cuenca, así como en el área de San Joaquín (Hato de La Virgen, Edo. Táchira), norte de Lobatera (Edo. Táchira) y Casigua-El Cubo (Edo. Zulia), todas culminadas en 1994-95, y aquellas emprendidas actualmente en los Municipios Democracia (área de Pedregal), Miranda y Bolívar, del Edo. Falcón, probablemente duplicarán esta cifra, para los próximos años. Sin embargo, la estimación hecha en 1990 (SENERVEN, 1990; Escobar y Martínez, 1993b), de 10.374 millones de TM para los recursos carboníferos totales, indica que todavía falta por hacerse mucho trabajo exploratorio, geoquímico y minero, para conocer efectivamente los volúmenes y características del carbón nacional.

La extracción y venta del carbón venezolano para 1994 alcanzó la cifra de 4.629.000 TM, lo cual significó ingresos a la nación de 21.461 millones de bolívares (145,35 millones de US$, a una paridad promedio para todo el año de Bs. 147,65/US$, según datos suministrados por el Banco Central de Venezuela). Un 85% de este total provino de las exportaciones del carbón del Guasare, particularmente de la mina Paso Diablo. Allí, la producción para 1995 se estimó cercana a los 4,3 millones de TM, de los cuales un 75% ha sido colocado en mercados de Europa, y el resto en Estados Unidos y El Caribe. El carbón del Guasare ha sido clasificado corno un carbón "premium", por sus bajos tenores de cenizas y azufre, y alto poder calórico. En tal sentido, y aparte de sus usos como combustible en la industria carboeléctrica, y para fines térmicos en general, un porcentaje considerable del mineral en EE.UU. es utilizado para ser mezclado con carbones locales de inferior calidad, con el fin de cumplir con las severas restricciones ambientales en ese país (Padmanabha y Olen, 1991); mientras que en Europa, se usa en forma pulverizada para su inyección directa en plantas siderúrgicas, las cuales hasta hace poco tiempo empleaban solamente coque (Hoddinott, 1993). Carbones venezolanos de otras áreas podrían tener usos similares, o participar en mezclas de carbones para obtener coque siderúrgico de alta calidad (Asada et al., 1993), como sería el caso de algunos depósitos en el Edo. Táchira (Escobar y Martínez, 1993b).

A objeto de tener una idea general acerca de las características fisicoquímicas, reológicas y petrográficas de los carbones venezolanos, se hizo uso de numerosos ensayos realizados durante los 17 años de existencia del Instituto Zuliano de Investigaciones Tecnológicas (INZIT-CICASI), con el propósito de calcular datos promedio para cada yacimiento o manifestación carbonífera en el territorio nacional. El número de valores a promediar varió, desde más de cien para depósitos cuyos análisis evaluativos fueron realizados en el INZIT-CICASI, como los del Guasare o Las Adjuntas, haba un mínimo de cuatro datos para cada determinación realizada sobre muestras de manifestaciones carboníferas de difícil acceso, como por ejemplo el Cerro Impacto en el Edo. Bolívar. Este ejercicio trajo como consecuencia la preparación de un primer informe, publicado en la revista INTERCIENCIA en 1993 (Escobar y Martínez, 1993a) con trece "muestras compuestas", que incluyó yacimientos en explotación, como Paso Diablo, Naricual y Lobatera, depósitos en etapa de evaluación o inactivos, como Fila Maestra, Las Adjuntas y Santo Domingo, y algunas manifestaciones de importancia variable. La incorporación de datos procedentes de otras áreas, y la actualización y revisión de aquellos previamente publicados, ha permitido la ampliación del espectro de este conocimiento hasta 33 localidades, cuya ubicación, estatus y asignación estratigráfica son incluidas en la Figura 1 y Tabla I. De esta forma, se ha dado cabida a los depósitos carboníferos conocidos más importantes, así como a muchas manifestaciones conspicuas en el territorio venezolano. No se ha considerado las importantes acumulaciones de turba que se conoce existen en los deltas de grandes ríos, como el Orinoco y el Catatumbo (Escobar y Martínez 1990) ni los múltiples niveles de lignitos en las unidades geológicas oficina y Chaguaramas, presentes en el subsuelo de la Cuenca Oriental de Venezuela y Faja Petrolífera del Orinoco (Escobar y Martínez 1993b).

La Tabla 11 recoge los resultados de los análisis próximos, poder calórico y rango de los carbones, todos realizados acorde a normas ASTM (American Society for Testing Material, 1992). Los carbones venezolanos son jóvenes, del Cenozoico (Tabla I), lo cual explica su rango evolutivo de bajo a intermedio (un 73% se clasifica como bituminoso de alto volátil). En consecuencia, la mayoría de ellos presenta tenores de materia volátil (base seca, b.s.) de alrededor de 40% en peso, cenizas (b.s.) por debajo del 10% p/p y altos rendimientos energéticos por unidad de masa (poder calórico en el orden de 14.700 BTU/lb ó 34,2 MJ/Kg, base seca libre de cenizas). Estas propiedades, en principio, hacen del carbón venezolano una materia prima excelente para su comercialización con fines térmicos en general, y particularmente en la industria carboeléctrica (Neavel, 1981).

La presencia de niveles elevados de azufre en algunos carbones nacionales, restringe notablemente su uso con propósitos de generación de energía. La producción de óxidos de azufre durante su combustión y las subsiguientes emisiones sulfurosas a la atmósfera, es uno de los principales contribuyentes para la formación y deposición de lluvias ácidas (Spiro y Stigliani, 1980). Las regulaciones ambientales vigentes, incluyendo los carbones establecidos por la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos, exigen carbones con valores inferiores a 1,2 lb SO2/Millones de BTU (Cavallaro y Deurbrouck, 1977), aunque comercialmente se penaliza a lotes con tenores de azufre superiores a 1,0% en peso (Spiro y Stigliani, 1980). La Tabla 111 incluye las concentraciones de azufre total y sus formas, para los carbones venezolanos. Los ensayos se realizaron acorde a normas ASTM (American Society for Testing Materials, 1992).

Los valores mostrados en esta tabla, permiten reconocer que, en promedio, el minera¡ presente en los depósitos de San Joaquín, Pedregal, Taguay, Fila Maestra y Naricual, así como en las manifestaciones de Aricuaisá, Río Chiquito, Palmita¡, Santa Teresa, Río Culegría, San Pedro del Río, Lobatera, Las Delicias, Tamanaco y Cerro Impacto, exceden los límites expuestos en el párrafo precedente. Tal hecho, aunque disminuye su rentabilidad, no impide la explotación de tales carbones, ya que, para la mayoría de estas muestras, la forma predominante de azufre es la pirítica. Esto deja abierta la posibilidad de su beneficiación por varios métodos. como por ejemplo su mezcla con otros carbones de bajo tenor de azufre (Escobar y Martínez, 1993a), la aplicación de procedimientos de lavabilidad (Mitchell y Charmbury, 1963) o flotación con líquidos densos o con espumas (Murata, 1981; Fuerstenau et al., 1983), los tratamientos en reactores de lecho fluidizado (Boodman et al., 1977; Haldipur y Wheelock, 1977), y la desulfuración por el uso de microorganismos (Kilbane, 1989; Fecko et al., 1991), entre otros.


Fig. 1: Principales depósitos carboníferos de Venezuela (Los mayores yacimientos están señalados con puntos en el mapa; para el significado de los números, ver Tabla I; MN= Mina Norte; PD= Paso Diablo; SO= Socuy; IN= Inciarte; CA= Cachirí; FNO= Franja Nororiental; SAN= San Felix; LOB= Lobatera; FIAT= Hato de La Virgen; DEL= Franja de Delicias; SDO= Santo Domingo).


TABLA I LOCALIDAD Y ASIGNACIÓN ESTRATIGRÁFICA DE LOS CARBONES DE VENEZUELA

MUESTRA

LOCALIDAD

FORMACIÓN

EDAD

ESTADO

01

PASO DIABLO

CUENCA DE EL GUASARE, ZULIA

MARCELINA

PALEOCENO

DEPOSITO - EN EXPLOTACIÓN

02

SOCUY

CUENCA DE EL GUASARE, ZULIA

MARCELINA

PALEOCENO

DEPOSITO

03

MINA NORTE

CUENCA DE EL GUASARE, ZULIA

MARCELINA

PALEOCENO

DEP. - PROX. EXPLOTACION

04

CACHIRI

CUENCA DE EL GUASARE, ZULIA

MARCELINA

PALEOCENO

DEPOSITO

05

RIECITO PALMAR

CUENCA DE EL GUASARE, ZULIA

MARCELINA

PALEOCENO

MANIFEST.- EN EVALUACION

06

TOKUKO

LOS ANGELES DEL TOKUKO, ZULLA

CARBONERA

EO-OLIGOCENO

MANIFESTACION

07

ARICUAISA

SIERRA DE PERIJA, ZULIA

CARBONERA

EO-OLIGOCENO

DEPOSITO - EN EXPLOTACION

08

CASIGUA CA

MUNICIPIO CATATUMBO, ZULIA

CARBONERA

EO-OLIGOCENO

MANIFEST.- EN EVALUACION

09

CASIGUA LC

MUNICIPIO CATATUMBO, ZULIA

LOS CUERVOS

PALEOCENO

MANIFEST.- EN EVALUACION

10

RIO CHIQUITO

EMBALSE DE PUEBLO VIEJO, ZULIA

CASTILLO

OLIGO-MIOC.

MANIFESTACION

11

PALMITAL

SANTA CRUZ DE MORA, MERIDA

CARBONERA

EO-OLIGOCENO

MANIFESTACION

12

SANTA TERESA

LA PALMITA, MERIDA

CARBONERA

EO-OLIGOCENO

MANIFESTACION

13

ZEA

HA ZEA - LA POLVOROSA, MERIDA

CARBONERA

EO-OLIGOCENO

MANIFESTACION

14

RIO CULEGRIA

RIO CULEGRIA, MERIDA

CARBONERA

EO-OLIGOCENO

MANIFESTACION

15

FR. NORORIENTAL CA

SEBORUCO - LAS MESAS, TACHIRA

CARBONERA

EO-OLIGOCENO

DEPOSITO

16

FR. NORORIENTAL LC

SEBORUCO - LAS MESAS, TACHIRA

LOS CUERVOS

PALEOCENO

DEPOSITO

17

SAN PEDRO DEL RIO

SAN PEDRO DEL RIO - TACHIRA

LOS CUERVOS

PALEOCENO

MANIFESTACION

18

SAN FELIX

SAN FELIX - TACHIRA

CARBONERA

EO-OLIGOCENO

MANIFESTACION

18

LOBATERA

MINAS DE LOBATERA - TACHIRA

CARBONERA

EO-OLIGOCENO

DEPOSITO - EN EXPLOTACION

20

HATO DE LA VIRGEN

HATO DE LA VIRGEN - TACHIRA

CARBONERA

EO-OLIGOCENO

DEPOSITO

21

SAN JOAQUIN

HATO DE LA VIRGEN - TACHIRA

LOS CUERVOS

PALEOCENO

DEPOSITO - EN EVALUACION

22

LAS ADJUNTAS

LAS ADJUNTAS - TACHIRA

LOS CUERVOS

PALEOCENO

DEPOSITO

23

LAS DELICIAS CA

VILLA PAEZ - TACHIRA

CARBONERA

EO-OLIGOCENO

MANIFESTACION

24

LAS DELICIAS LC

VILLA PAEZ - TACHIRA

LOS CUERVOS

PALEOCENO

MANIFESTACION

25

SANTO DOMINGO

QDA. LA CARBONA - TACHIRA

LOS CUERVOS

PALEOCENO

DEPOSITO

26

PEDREGAL

MINAS DE AGUA CLARA - FALCON

CERRO PELADO

MIOCENO

DEPOSITO - EN EVALUACION

27

SIQUISIQUE

MINAS LOS CABALLOS - LARA

MISOA

EOCENO

MANIFESTACION

28

TAGUAY

MINAS DE TAGUAY - ARAGUA

CHAGUARAMAS

MIOCENO

DEPOSITO

29

EL COROZO

SBANA. GDE. DE ORITUCO - GUARICO

NARICUAL

OLIGOCENO

DEPOSITO

30

TAMANACO

TAMANACO - GUARICO

?

 

MANIFESTACION

31

FILA MAESTRA

FILA MAESTRA - ANZOATEGUI

QUEBRADON

MIOCENO

DEPOSITO

32

NARICUAL

NARICUAL - ANZOATEGUI

NARICUAL

OLIGOCENO

DEPOSITO - EN EXPLOTACION

33

CERRO IMPACTO

CERRO IMPACTO - BOLIVAR

?

 

MANIFESTACION

La consideración global de los resultados de los análisis próximos, poder calórico y azufre, permite concluir que las muestras con mejores propiedades para su uso en la generación de energía, son los carbones ubicados en los depósitos de Paso Diablo, Socuy, Mina Norte, Cachirí (Cuenca del Guasare), Franja Nororiental, Hato de La Virgen Santo Domingo (Edo. Táchira) y en la mina de El Corozo, en el Estado Guárico. Manifestaciones interesantes en este sentido, algunas de las cuales ya son o han sido objeto de evaluación, son las de Riecito Palmar (Cuenca del Guasare), la Formación Los Cuervos en el área de Casigua (Edo. Zulia; Escobar et al., 1994) y en Las Delicias (Edo. Táchira), Palmita¡ y Zea, en el Estado Mérida, y San Félix, en el Táchira. La existencia de volúmenes importantes de carbón en el Estado Falcón (CORPOFALCON, 1990), y la poca cantidad de datos existentes acerca de sus características esenciales, hace imperativa la realización de estudios geoquímicos sistemáticos, tendentes al reconocimiento de sus propiedades y factibilidad de explotación.

El análisis químico de las cenizas del carbón es de suma importancia, en términos de su utilización en calderas (Mitchell y Charmbury, 1963). Las cenizas obtenidas a altas temperaturas, están constituidas esencialmente por óxidos y sulfatos metálicos complejos, como producto de la deshidratación y descomposición de sus minerales constituyentes. Algunos de estos productos pueden catalizar la corrosión de calentadores, economizadores, chimeneas, y otras partes metálicas, así como la formación de escorias. En la Tabla IV se presenta los promedios de análisis realizados, según normas ASTM (American Society for Testing Materials, 1992), para los carbones venezolanos. La gran mayoría de éstos, está dominada por los óxidos de silicio (35-65%) y aluminio (2030%), lo cual implica que son cenizas ácidas, con bajos índices de fouling (corrosión) y slagging (formación de escorias), y concentraciones reducidas de álcalis (Na2O, K2O; Gluskotter et al., 1981). Estos factores favorecen la utilización del carbón venezolano como fuente de energía. La mayoría de las muestras de¡ norte de Venezuela (Falcón, Guárico, Anzoátegui, etc.) presentan valores altos del óxido férrico, ya que estos carbones son ricos en el minera¡ pirita (FeS2). Tal hecho refleja una influencia marina en sus paleoambientes de depositación (Escobar y Martínez, 1993a).

TABLA II ANÁLISIS PRÓXIMOS, PODER CALÓRICO Y CLASIFICACIÓN DE LOS CARBONES DE VENEZUELA

LOCALIDAD

HUMEDAD
+/-0,3%

MATERIA
VOLATIL
b.s.
+/-0,5%

CARBONO
FIJO
b.s.
+/- 0,5%

CENIZAS
b.s.
+/- 0,5%

PODER
CALORICO
b.s.l.c.
+/- 50 BTU/lb

CLASIFICACION
SEGUN ASTM
(D 388-77)

01

PASO HABLO

7,0

37,1

54,8

8,1

14860

BITUMINOSO ALTO VOLATIL A

02

SOCUY

4,7

39,7

57,2

3,1

14700

BITUMINOSO ALTO VOLATIL A

03

MINA NORTE

4,7

36,9

60,9

2,2

15100

BITUMINOSO ALTO VOLATIL A

04

CACHIRI

5,0

38,8

57,7

3,5

14600

BITUMINOSO ALTO VOLATIL A

05

RIECITO PALMAR

7,3

38,7

61,0

3,4

14640

BITUMINOSO ALTO VOLATIL A

06

TOKUKO

8,8

38,7

58,0

4,2

14020

BITUMINOSO ALTO VOLATIL A

07

ARICUAISA

22,4

40,7

49,5

9,8

12550

SUB - BITUMINOSO

08

CASIGUA CA

2,3

61,7

34,2

4,1

15520

BITUMINOSO ALTO VOLATIL A

09

CASIGUA LC

2,1

37,6

57,6

4,8

14940

SUB - BITUMINOSO

10

RIO CHIQUITO

15,8

48,1

38,2

13,7

12980

BITUMINOSO ALTO VOLATIL A

11

PALMITAL

8,1

44,6

53,6

1,8

14250

BITUMINOSO ALTO VOLATIL A

12

SANTA TERESA

4,2

49,3

47,5

3,2

14850

BITUMINOSO ALTO VOLATIL A

13

ZEA CA

5,6

46,4

50,3

3,3

14810

BITUMINOSO ALTO VOLATIL A

14

RIO CULEGRIA

2,9

45,6

41,9

12,5

14270

BITUMINOSO ALTO VOLATIL A

15

FR. NORORIENTAL CA

14,0

31,9

62,2

5,9

15740

BITUMINOSO ALTO VOLATIL A

16

FR. NORORIENTAL LC

5,0

25,6

66,4

8,0

14920

BITUMINOSO ALTO VOLATIL A

17

SAN PEDRO DEL RIO

2,0

33,3

53,8

12,8

15010

BITUMINOSO ALTO VOLATIL A

18

SAN FELIX CA

1,3

41,0

45,4

13,6

15160

BITUMINOSO ALTO VOLATIL A

19

LOBATERA

0,8

49,8

42,7

7,5

14350

BITUMINOSO ALTO VOLATIL A

20

HATO DE LA VIRGEN

4,0

43,5

51,9

4,6

15370

BITUMINOSO ALTO VOLATIL A

21

SAN JOAQUIN

2,4

30,0

59,6

10,4

14720

BITUMINOSO ALTO VOLATIL A

22

LAS ADJUNTAS

2,7

37,3

58,0

4,7

15220

BITUMINOSO ALTO VOLATIL A

23

LAS DELICIAS CA

0,8

54,3

42,9

2,8

14800

BITUMINOSO ALTO VOLATIL A

24

LAS DELICIAS LC

2,8

34,7

53,0

12,3

15180

BITUMINOSO ALTO VOLATIL A

25

SANTO DOMINGO

18,8

43,4

49,6

7,0

12800

SUB - BITUMINOSO

26

PEDREGAL

5,6

43,1

48,3

8,6

12870

SUB - BITUMINOSO

27

SIQUISIQUE

5,2

10,5

55,5

28,8

12860

BITUMINOSO BAJO VOLATIL

28

TAGUAY

15,4

43,8

49,0

7,2

12820

BITUMINOSO ALTO VOLATIL A

29

EL COROZO

8,1

45,0

53,9

1,1

12650

BITUMINOSO ALTO VOLATIL A

30

TAMANACO

1,6

84,1

13,1

2,8

15750

NO APLICA

31

FILA MAESTRA

7,6

43,1

46,6

10,3

13820

BITUMINOSO ALTO VOLATIL C

32

NARICUAL

3,7

42,9

54,0

3,1

13830

BITUMINOSO ALTO VOLATIL C

33

CERRO IMPACTO

8,3

47,3

51,4

1,4

11930

SUB - BITUMINOSO

b.s. base seca; b.s.l.c. = base seca libre de cenizas; CA = Formación Carbonera; LC Formación Los Cuervos

La fracción inorgánica de los carbones está constituida por minerales detríticos y autigénicos. Muchos de ellos han sido incorporados a los silos de acumulación de materia orgánica, durante el proceso de formación de turba (van Krevelen, 1961). Su análisis directo es muy complicado, debido a la dificultad en su separación de la fracción orgánica sin sufrir cambios en su estructura cristalina (Gluskotter et al., 1981). Como una alternativa, la Tabla V muestra los resultados del cálculo de la composición mineralógica de los carbones venezolanos, por medio de análisis normativo (Pollack, 1979; Escobar y Martínez, 1993a). Los datos presentados confirman que los minerales más abundantes en los carbones venezolanos, al igual que en otras partes del mundo (Finkelman, 1993), son cuarzo, caolinita, ¡lita, pirita y calcita.

En un trabajo previo (Escobar y Martínez, 1993a) se utilizó una relación porcentual entre la concentración de cuarzo y la suma de ¡lita más caolinita (índice de cuarzo, IQ), para diferenciar carbones en términos de la composición relativa de los clásticos aportados a las zonas de acumulación de turba. El uso de¡ parámetro IQ permitió la discriminación de los carbones del Paleoceno (formaciones Marcelina y Los Cuervos) en el occidente del país, con aquellos más jóvenes, para ocho muestras. En el presente estudio, con 25 depósitos y manifestaciones en el Estado Zulia y en Los Andes, se mantiene con muy pocas excepciones esta tendencia, confirmando una fuente de aporte de clásticos más silícea, de tipo félsica, para las rocas de¡ Paleoceno, distinta de una fuente de carácter fuertemente arcilloso para las unidades del Eoceno al Mioceno. Esto se atribuyó a diferentes regímenes tectónicos que controlaron de modo distinto la depositación de las principales unidades contentivas de carbón mineral en el occidente de Venezuela (Escobar y Martínez, 1993a; Martínez, 1996). Tal hecho también se vio reflejado en la composición maceral de estos carbones.

TABLA III AZUFRE TOTAL Y SUS FORMAS, CARBONES VENEZOLANOS

LOCALIDAD

AZUFRE
PIRITICO
b.s.
+/- 0,05%

AZUFRE
ORGANICO
b.s.
+/- 0,05%

AZUFRE
SULFATO
b.s.
+/- 0,01 %

AZUFRE
TOTAL
b.s.
+/- 0,05%

Ib SO3
MM BTU

01

PASO DIABLO

0,12

0,45

0,01

0,58

0,84

02

SOCUY

0,08

0,54

0,01

0,66

0,90

03

MINA NORTE

0,04

0,69

0,03

0,76

1,06

04

CACHIRI

0,20

0,42

0,03

0,65

0,93

05

RIECITO PALMAR

--

--

--

0,65

0,96

06

TOKUKO

--

--

--

0,53

0,83

07

ARICUAISA

1,31

1,28

0,01

2,60

4,59

08

CASIGUA CA

0,17

0,27

0,01

0,44

0,59

09

CASIGUA LC

0,02

0,45

0,01

0,47

0,66

10

RIO CHIQUITO

-

--

--

3,90

6,02

11

PALMITAL

0,06

0,83

0,04

0,93

1,42

12

SANTA TERESA

0,91

0,86

0,10

1,87

2,63

13

ZEA CA

0,05

0,61

0,01

0,66

0,95

14

RIO CULEGRIA

5,54

1,79

0,22

7,55

10,9

15

FR. NORORIENTAL CA

0,03

0,46

0,01

0,50

0,64

16

FR. NORORIENTAL LC

0,11

0,74

0,02

0,87

1,23

17

SAN PEDRO DEL RIO

0,05

0,83

0,01

0,89

1,30

18

SAN FELIX CA

0,02

0,49

0,01

0,51

0,67

19

LOBATERA

0,32

0,52

0,02

0,86

1,36

20

HATO DE LA VIRGEN

0,40

0,50

0,03

0,93

1,21

21

SAN JOAQUIN

0,39

0,83

0,11

1,33

1,81

22

LAS ADJUNTAS

0,20

0,49

0,01

0,70

0,92

23

LAS DELICIAS CA

0,14

1,17

0,01

1,31

1,78

24

LAS DELICIAS LC

0,46

0,37

0,01

0,83

1,09

25

SANTO DOMINGO

0,05

0,42

0,03

0,50

0,78

26

PEDREGAL

1,38

0,59

0,03

2,00

3,11

27

SIQUISIQUE

--

--

--

0,97

2,12

28

TAGUAY

1,73

0,75

0,04

2,50

4,30

29

EL COROZO

0,24

0,39

0,02

0,65

1,03

30

TAMANACO

1,96

10,2

0,04

12,2

15,5

31

FILA MAESTRA

0,81

0,44

0,03

1,28

1,85

32

NARICUAL

0,76

0,52

0,02

1,30

1,88

33

CERRO IMPACTO

0,02

0,76

0,07

0,85

1,44

b.s. = base seca; b.s.l.c. = base seca libre de cenizas; CA = Formación Carbonera; LC = Formación Los Cuervos

Datos promedio para los resultados de la petrografía orgánica sobre los carbones de Venezuela, obtenidos acorde a normas internacionales (Escobar y Martínez, 1993a), se muestran en la Tabla VI. Relaciones entre las distintas familias de macerales, y la reflectancia promedio de la vitrinita (Ro), fueron utilizadas para presentar una clasificación petrográfica del rango de los carbones (Karr, 1978), incluida en esta tabla.

De ¡nodo general, el rango establecido por la clasificación petrográfica, se ajusta al obtenido por las normas ASTM (Tabla II), con la ventaja que permite conocer el rango de dos carbones sapropélicos (Casigua-Carbonera y Tamanaco) que no pueden ser clasificados acorde a los criterios establecidos por la ASTM (American Society for Testing Materials, 1992).

Una revisión de la Tabla VI permite reconocer que la gran mayoría de los carbones venezolanos presenta a las vitrinitas como el grupo macera¡ predominante, con concentraciones generalmente superiores al 75% en volumen (base libre de materia mineral, esta última determinada al microscopio). Respecto a los otros dos grupos macerales, se observa que casi siempre predomina uno de ellos sobre el otro. La Figura 2 presenta este hecho de forma gráfica. En ella, se muestra un gráfico triangular cuyos vértices representan a cada uno de los tres grupos macerales: vitrinitas, exinitas e inertinitas. Atendiendo a criterios establecidos previamente por Escobar y Martínez (1993a), se identificaron tres familias de carbones: Los esencialmente húmicos (vitrinitas > 90%) húmico-exiníticos (exinitas entre 0 y 50%, inertinitas < 3%); los sapropélicos (exinitas > 50%); y los húmico-inertiníticos (inertinitas entre 9 y 30%, exinitas < 3%). Es importante resaltar que todos los carbones de¡ Paleoceno de Venezuela se ubican en este último grupo, conclusión alcanzada en el trabajo antes mencionado, aunque con menos depósitos.

TABLA IV ANÁLISIS QUÍMICO DE LAS CENIZAS, CARBONES VENEZOLANOS

#

LOCALIDAD

SiO2
+/-2%

Al2O3
+/-1%

TiO2
+/-2%

Fe2O3
+/-1%

CaO
+/-0,5%

MgO
+/-0,2%

K2O
+/-0,1%

Na2O
+/-0,1%

SO3
+/-0,1%

P2O5
+/-0,2%

MnO2
+/-0,02%

01

PASO DIABLO

55

26

0,9

6

3,6

2,8

0,8

0,6

4,3

0,2

0,05

02

SOCUY

58

22

1,0

11

1,9

1,2

0,7

0,8

2,4

0,6

0,03

03

MINA NORTE

46

25

1,3

11

9,1

2,0

0,4

0,7

5,2

0,3

0,09

04

CACHIRI

54

23

1,2

14

2,7

1,3

0,9

0,9

2,2

0,4

0,04

05

RIECITO PALMAR

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

06

TOKUKO

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

07

ARICUAISA

44

27

0,8

23

0,9

1,0

1,9

0,2

1,0

0,3

0,02

08

CASIGUA CA

9

6

0,3

19

37,5

2,4

0,4

0,5

20,1

0,4

0,28

09

CASIGUA LC

55

37

1,1

3

0,9

0,3

0,4

0,3

0,6

0,2

0,02

10

RIO CHIQUITO

50

36

1,4

3

1,4

0,9

0,8

0,3

0,9

0,3

0,02

11

PALMITAL

22

21

0,7

15

13,0

3,5

0,4

2,8

19,1

0,2

0,04

12

SANTA TERESA

17

13

0,5

28

15,7

1,3

0,9

1,4

20,1

1,0

0,15

13

ZEA CA

38

26

1,5

7

8,5

0,8

0,5

0,7

14,5

0,1

0,10

14

RIO CULEGRIA

19

15

0,2

60

1,0

0,2

0,3

0,2

1,6

1,1

0,02

15

FR. NORORIENTAL CA

39

26

1,1

25

1,9

1,6

0,4

0,5

1,5

0,1

0,03

16

FR. NORORIENTAL LC

67

23

1,7

5

0,5

0,4

0,8

0,3

0,3

0,2

0,02

17

SAN PEDRO DEL RIO

64

29

2,0

1

0,6

0,6

0,8

0,3

0,8

0,1

0,02

18

SAN FELIX CA

53

29

1,4

8

2,8

0,2

0,9

0,1

1,1

0,3

0,06

19

LOBATERA

40

27

0,1

22

2,7

1,4

0,8

0,4

4,0

0,5

0,17

20

HATO DE LA VIRGEN

43

29

0,9

23

1,2

0,6

0,9

0,5

< 0,1

0,6

0,03

21

SAN JOAQUIN

55

23

1,3

11

1,3

0,6

0,7

0,3

1,5

0,4

0,03

22

LAS ADJUNTAS

48

30

1,6

11

3,1

0,8

0,4

0,4

3,6

0,3

0,02

23

LAS DELICIAS CA

7

11

0,7

11

44,2

4,6

0,1

1,1

15,0

0,3

0,08

24

LAS DELICIAS LC

53

35

1,3

3

3,1

0,4

0,4

0,1

1,3

0,2

0,02

25

SANTO DOMINGO

32

16

0,8

8

21,4

4,0

0,5

1,9

12,4

0,3

0,07

26

PEDREGAL

39

25

1,0

23

0,5

0,5

2,0

0,4

7,8

0,4

0,03

27

SIQUISIQUE

79

4

0,1

3

1,4

0,6

0,7

0,4

2,5

0,2

0,11

28

TAGUAY

44

24

0,7

18

2,0

1,4

2,1

2,1

2,2

0,5

0,04

29

EL COROZO

4

22

0,9

49

6,1

3,2

0,6

1,0

11,4

0,7

0,03

30

TAMANACO

28

24

0,8

15

11,1

2,0

1,4

1,4

14,7

1,2

0,21

31

FILA MAESTRA

35

22

0,7

25

4,1

2,7

1,4

1,1

5,2

0,7

0,19

32

NARICUAL

36

21

0,7

28

3,2

1,1

1,7

1,1

5,3

0,7

0,17

33

CERRO IMPACTO

6

19

2,2

49

4,9

0,6

0,1

0,3

4,2

2,1

0,43

CA = Formación Carbonera; LC = Formación Los Cuervos

Una de las consecuencias más importantes de este hallazgo, es que la petrografía orgánica de los carbones venezolanos, puede ser empleada como un parámetro de identificación y correlación de unidades. Los valores relativamente altos de inertinitas en los carbones de las formaciones Los Cuervos y Marcelina, del Paleoceno, contrastan con las concentraciones más elevadas de exinitas, que se reportan en las unidades sedimentarias venezolanas más jóvenes (Eoceno al Mioceno, ver Tabla I). En áreas objeto de exploración actual, como por ejemplo los Municipios Catatumbo y Jesús E Semprún del Estado Zulia, se sabe que afloran tanto carbones del Paleoceno (Formación Los Cuervos) como más jóvenes (Fm. Carbonera; Escobar et al., 1994). Esta es una región generalmente de difícil acceso, y su geología estructura¡ es compleja, lo cual dificulta el reconocimiento de la unidad geológica contentiva de carbón en un punto dado. Un simple análisis petrográfico sobre los carbones puede resolver este problema.

La Tabla VI incluye una versión simplificada del índice de gelificación de los tejidos (IGT; Diessel, 1986; Gentzis y Goodarzi, 1991), que se calculó como un cociente entre las concentraciones de vitrinitas e inertinitas (Harvey y Dillon, 1985). Este parámetro representa una medida del grado de preservación de los materiales orgánicos precursores del carbón. La gran mayoría de los carbones paleocenos (IGT<30) se diferencian de aquellos más jóvenes (IGT>60). Tal resultado, aunado con los datos del índice de cuarzo (IQ) discutidos anteriormente, apuntan hacia condiciones notablemente diferentes de acumulación de la turba durante las dos etapas geológicas bajo consideración, lo cual indudablemente implica distintos controles tectónicos (McCabe, 1991). Un razonamiento aplicado al caso de los carbones venezolanos, que explica estas diferencias, y que es igualmente válido para el mayor número de depósitos y manifestaciones carboníferas incorporadas en el presente estudio, fue presentado por Escobar y Martínez (1993a).

TABLA V MINERALOGÍA DE CARBONES VENEZOLANOS, VÍA ANÁLISIS NORMATIVO (IQ = INDICE DE CUARZO; CONCENT. DE MINERALES EN % P/P)

LOCALIDAD

ILITA

CAOLINITA

GIBBSITA

CUARZO

PIRITA

SIDERITA

YESO

CALCITA

ANATASA

APATITO

IQ

01 PASO DIABLO

11

54

0

20

3

5

1

6

1

0

31

02 SOCUY

10

45

0

27

4

10

1

3

1

1

49

03 MINA NORTE

5

51

0

13

3

11

5

12

1

1

23

04 CACHIRI

12

44

0

20

8

8

3

3

1

1

36

05 RIECITO PALMAR

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

06 TOKUKO

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

07 ARICUAISA

24

45

0

3

17

9

1

1

1

0

4

08 CASIGUA CA

5

11

0

0

6

18

0

59

0

1

0

09 CASIGUA LC

5

78

0

10

1

3

0

2

1

0

12

10 RIO CHIQUITO

12

80

0

5

-

-

-

0

1

0

5

11 PALMITAL

6

40

4

0

5

18

9

19

1

0

0

12 SANTA TERESA

12

19

2

0

33

2

10

21

1

1

0

13 ZEA CA

8

61

0

5

2

7

0

15

2

0

7

14 RIO CULEGRIA

5

31

0

0

43

18

3

0

0

2

0

15 FR, NORORIENTAL CA

6

54

0

3

1

30

1

3

1

0

5

16 FR, NORORIENTAL LC

11

47

0

33

2

4

1

1

2

0

57

17 SAN PEDRO DEL RIO

11

61

0

25

1

0

0

1

2

0

35

18 SAN FELIX CA

13

65

0

13

0

8

0

4

1

0

17

19 LOBATERA

11

61

0

4

6

13

1

4

0

1

6

20 HATO DE LA VIRGEN

11

53

0

4

11

15

2

1

1

1

6

21 SAN JOAQUIN

10

47

0

22

5

8

4

1

1

1

39

22 LAS ADJUNTAS

5

64

0

10

6

8

1

4

0

0

15

23 LAS DEUDAS CA

3

12

5

0

6

8

0

67

1

0

0

24 LAS DELICIAS LC

6

78

0

9

4

0

0

5

1

0

11

25 SANTO DOMINGO

7

34

0

10

1

9

2

36

1

0

24

26 PEDREGAL

27

42

0

1

9

17

2

0

1

1

1

27 SIQUISIQUE

11

5

0

72

-

-

-

3

0

0

450

28 TAGUAY

30

43

0

6

20

0

2

3

1

1

8

29 EL COROZO

7

1

19

0

23

35

6

7

1

1

0

30 TAMANACO

19

35

5

0

18

0

2

17

1

2

0

31 FILA MAESTRA

19

39

0

3

11

19

1

6

1

1

5

32 NARICUAL

21

34

0

3

30

2

2

6

1

1

5

33 CERRO IMPACTO

2

9

13

0

2

54

15

2

2

2

0

CA = Formación Carbonera; LC Formación Los Cuervos

A objeto de completar la presentación de las características de los carbones venezolanos, la Tabla VII incluye las propiedades reológicas promedio más relevantes de algunos depósitos, a efectos de su uso con fines de obtención de coque. La gran mayoría de los carbones nacionales presenta concentraciones de materia volátil superior al 30% p/p, por lo que sus coques poseerán una resistencia mecánica pobre para fines de siderurgia (Zimmerman, 1979; Asada et al, 1993). Este es el caso del carbón del Guasare (Tabla VII), con rangos plásticos inferiores a 70º C, y bajos porcentajes de dilatación total Gieseler (15%; PEMC, 1991). Los carbones venezolanos con mejores propiedades plásticas están ubicados en el Estado Táchira (Escobar y Martínez, 1993b; Tabla VII). Estas muestras pueden ser mezcladas con otros carbones extranjeros de mayor rango evolutivo (bituminosos de medio y bajo volátil), para obtener un coque siderúrgico que alcance los estándares de calidad requeridos en el mercado norteamericano. Tal conclusión se extrae de un estudio presentado recientemente por las compañías japonesas Unico International Corporation y Mitsui Mining Engineering, ante el Fondo de Inversiones de Venezuela (UNICO y MITSUI, 1994).

A continuación, se presentará un breve recuento acerca de los principales proyectos de investigación realizados en Venezuela, respecto a la utilización de los carbones minerales nacionales.

Actividad de Investigación sobre el Carbón Venezolano

Los principales centros de investigación que han dedicado parte o toda su actividad al estudio de¡ carbón mineral venezolano, sus usos y aplicaciones, han sido el antiguo INMETAL (Instituto de Investigaciones Metalúrgicas) del Dpto. de Procesos y Sistemas (hoy Dpto. de Procesos Químicos) de la Universidad Simón Bolívar (USB), el Centro de Investigaciones Carboníferas y Siderúrgicas CICASI (conocido desde 1985 como Instituto Zuliano de Investigaciones Tecnológicas, INZIT-CICASI), el Laboratorio de Carboquímica de la Escuela de Química de la Universidad Central de Venezuela (UCV), el Laboratorio de Carbón de la Escuela de Ingeniería Química de La Universidad de¡ Zulia (LUZ) y, desde los últimos ocho años, la sección de Geoquímica Orgánica del Centro de Geoquímica del Instituto de Ciencias de La Tierra de la UCV.

TABLA VI DISTRIBUCIÓN MACERAL, REFLECTANCIA DE LA VITRINITA (RO), INDICE DE GELIFICACIÓN DE LOS TEJIDOS (IGT) Y CLASIFICACIÓN PETROGRÁFICA

LOCALIDAD

%
VITRINITA
b.l.m.m.

%
EXINITAS
b.l.m.m

%
INERTINITAS
b.l.m.m.

%
Ro

IGT

CLASIFICACION
PETROGRAFICA

01

PASO DIABLO

87,4

0,9

11,7

0,60

7

BITUMINOSO ALTO VOLATIL A

02

SOCUY

87,3

0,9

11,8

0,60

7

BITUMINOSO ALTO VOLATIL A

03

MINA NORTE

96,7

1,4

11,9

0,72

7

BITUMINOSO ALTO VOLATIL A

04

CACHIRI

87,4

1,0

11,6

0,58

8

BITUMINOSO ALTO VOLATIL A

05

RIECITO PALMAR

-

-

-

-

-

-

06

TOKUKO

-

-

-

-

-

-

07

ARICUAISA

94,6

4,9

0,2

0,42

475

SUB - BITUMINOSO

08

CASIGUA CA

33,6

65,9

0,5

0,38

67

LIGNITO

09

CASIGUA LC

71,0

1,0

28,0

0,69

3

BITUMINOSO ALTO VOLATIL A

10

RIO CHIQUITO

87,8

7,9

4,3

0,32

20

LIGNITO

11

PALMITAL

90,1

9,8

0,2

0,63

451

BITUMINOSO ALTO VOLATIL A

12

SANTA TERESA

81,8

17,5

0,7

0,58

117

BITUMINOSO ALTO VOLATIL A

13

ZEA CA

511

206

113

019

3

BITUMINOSO ALTO VOLATIL A

14

RIO CULEGRIA

88,9

10,5

0,6

0,55

148

BITUMINOSO ALTO VOLATIL A

15

FR. NORORIENTAL CA

95,2

4,4

0,4

0,91

238

BITUMINOSO ALTO VOLATIL A

16

FR. NORORIENTAL LC

74,5

1,0

24,5

1,15

3

BITUMINOSO MEDIO VOLATIL

17

SAN PEDRO DEL RIO

96,2

0,1

3,7

0,74

26

BITUMINOSO ALTO VOLATIL A

18

SAN FELIX CA

91,5

7,5

1,0

0,59

92

BITUMINOSO ALTO VOLATIL A

19

LOBATERA

916

18

16

156

151

BITUMINOSO ALTO VOLATIL A

20

HATO DE LA URGEN

9T5

3,3

0,2

0,56

483

BITUMINOSO ALTO VOLATIL A

21

SAN JOAQUIN

81,4

3,3

15,4

0,94

5

BITUMINOSO ALTO VOLATIL A

22

LAS ADJUNTAS

97,0

3,6

9,4

0,74

9

BITUMINOSO ALTO VOLATIL A

23

LAS DELICIAS CA

53,6

45,0

1,4

0,46

38

SUB - BITUMINOSO

24

LAS DELICIAS LC

7T5

Z4

211

018

4

SUB - BITUMINOSO

25

SANTO DOMINGO

9T2

18

To

138

13

LIGNITO

26

PEDREGAL

9í6

Z7

16

016

161

BITUMINOSO ALTO VOLATIL A

27

SIQUISIQUE

           

28

TAGUAY

98,4

1,5

0,1

0,55

984

BITUMINOSO ALTO VOLATIL A

29

EL COROZO

93,0

5,0

2,0

0,63

47

BITUMINOSO ALTO VOLATIL A

30

TAMANACO

34,7

65,2

0,1

0,43

347

SUB - BITUMINOSO

31

FILA MAESTRA

93,2

5,9

0,9

0,53

104

BITUMINOSO ALTO VOLATIL C

32

NARICUAL

96,8

2,3

0,9

0,64

108

BITUMINOSO ALTO VOLATIL A

33

CERRO IMPACTO

85,1

14,7

0,2

0,35

426

LIGNITO

b.l.m.m. = Base Libre de material mineral, determinada por petrografia; CA = Fm. Carbonera; LC = Fm. Los Cuervos

Dentro de las transformaciones que se realizan del carbón mineral, a objeto de estudiarlo y obtener subproductos de mayor valor agregado, se pueden mencionar los procesos de carbonización o pirólisis en atmósfera inerte (mejor conocidos como coquización), la licuación, las destilaciones destructivas, la hidrogenación, las extracciones de distinta naturaleza, y la electrólisis. Algunos de estos han sido objeto de atención por los investigadores venezolanos durante los últimos 20 años.

El proceso de transformación del carbón venezolano sobre el cual se han realizado los mayores esfuerzos, ha sido la coquización. Los primeros estudios fueron orientados a establecer la factibilidad del uso de los carbones, particularmente de Guasare, Lobatera y Naricual, para obtener coque metalúrgico y siderúrgico (Miranda, 1977; SOFREMINES, 1978; Goñi et al., 1980; Quinto et al., 1980a; Peleato y Jiménez, 1981b); trabajos más recientes (KRUPP-KOPPERS, 1989; PEMC, 1991; UNICO y MITSUI, 1994), se abocaron al estudio de muestras de Guasare, Las Adjuntas y Franja Noroccidental, para tales fines. Esto incluyó la evaluación del proceso desde un punto de vista teórico (Ruette et al., 1988) y práctico (Meléndez y Manief, 1976; Goñi y Polanco, 1977; Delgado y Melean, 1980; Pérez et al., 1980; Quinto et al., 1980b; Hoyer, 1981; Delgado y García, 1981; Rametta y Delgado, 1982; Haage et al., 1982; INZIT-CICASI, 1985; Alciaturi et al., 1991, 1995a, 1995b). Un aspecto muy importante de estos trabajos, fue la caracterización de los subproductos de la carbonización de este mineral en atmósfera inerte, particularmente las breas y los alquitranes (Pérez y Díaz, 1981; Lazaga y Pérez, 1981; Rincón et al., 1983, 1988, 1990; Montero y Iqbal, 1986; Chirinos et al., 1987a, 1987b; Iqbal et al., 1987; Montero et al., 1990), incluyendo su estudio molecular (Escobar et al., 1995a).

Otras modificaciones químicas que han sido ensayadas en el país sobre el carbón mineral, orientadas hacia la obtención de subproductos, incluyeron la licuación catalítica (Becerra et al., 1982), la gasificación (Haman et al., 1980; Galligmani et al., 1981), la degradación oxidativa (Rojas y Roberts, 1986a, 1986b), las extracciones o disoluciones con distintos solventes y bajo presión atmosférica o condiciones supercríticas (Polanco y Williams, 1982; Martínez et al., 1984, Díaz et al., 1987), la obtención de carbón activado (Peleato y Jiménez, 1981a; Pérez y Guerrero, 1991, 1996) o fibras de carbono (Requena, 1994), el aprovechamiento de los "finos" (fracción de diámetro de partículas inferior a 0,5 mm) de¡ carbón (Martiz y Cuenca, 1989) y el mejoramiento de la calidad del carbón por flotación con espumas o lavado con líquidos densos (Zapata y Saponara, 1977; Mora y Martínez, 1989; Boscán, 1990).

La meteorización, u oxidación natural del carbón ha sido objeto de estudio por varios investigadores (Martínez y Escobar, 1995), debido entre otras razones a que este proceso altera las propiedades que definen el uso tecnológico del mineral (Martínez, 1992), y puede promover la autoignición de mantos o pilas de carbón (Moticska, 1977; Urbani et al., 1990). Una aplicación importante que se le ha encontrado al carbón oxidado, y que ha servido para sustituir importaciones, es el uso de estos materiales como aditivos para los Iodos de perforación que emplea la industria petrolera nacional (INZIT-CICASI, 1989, 1991). Otro tópico relacionado con el tema, objeto de investigación actual (Martínez et al., 1995b), es la reducción del tenor de azufre en carbones, vía oxidación natural.

El carbón mineral también ha sido objeto de estudio geoquímico. La determinación de la concentración de elementos metálicos en esta roca (Urdaneta et al., 1987; Martínez y López, 1988a, 1988b; Martínez y Mora, 1991), ha sido propuesta como una herramienta, tanto de prospección geoquímica de carbón, como de correlación entre capas o mantos. Las aplicaciones de la geoquímica orgánica van desde el reconocimiento de su paleoambiente depositacional (Martínez, 1990; Isturiz et al., 1993; Dell¡ Compagni et al., 1995; Escobar et al., 1995b; Martínez et al., 1995a; Moreno et al., 1995; Martínez, 1996), hasta la proposición de ciertos carbones venezolanos ricos en macerales del grupo de las exinitas, como rocas madres de hidrocarburos líquidos (Escobar et al., 1991; Tocco et al., 1995).

Para culminar con esta breve reseña acerca de la actividad de investigación sobre el carbón venezolano, se señalan tres trabajos recientes, que tratan acerca de la espectroscopia de Infrarrojo con Transformadas de Fourier, y sus aplicaciones en las determinaciones de propiedades de interés del carbón, como materia volátil, cenizas, poder calórico, hidrógeno y reflectancia promedio de la vitrinita (Alciaturi y Escobar, 1994; Alciaturi et al., 1996a, 1996b).

A continuación, se presentarán algunas ideas acerca de posibles líneas de investigación, nuevas o en estado incipiente, que podrían involucrar al carbón mineral venezolano, con la idea de propiciar su transformación en productos de mayor valor agregado.

Ideas acerca de Investigaciones a Futuro Sobre el Carbón venezolano

La lenta, pero progresiva, recuperación de los precios del petróleo durante el año de 1996, así como el agotamiento de las reservas mundiales de carbón bituminoso bajo en azufre, y las cada vez más exigentes normas ambientales internacionales, arrojan un futuro promisorio para la colocación de volúmenes cada vez mayores de carbón venezolano, en los mercados internacionales. Parte de las divisas que ingresarán al país por este concepto, deberían ser invertidas en proyectos de investigación tendentes a obtener derivados de mayor valor agregado, a partir del carbón mineral. En los siguientes párrafos, se proponen algunas líneas de investigación orientadas a este fin.


Fig. 2: Gráfico triangular de distribución maceral (Para el significado de los números, ver Tabla I).


El petróleo, y por ende la industria petroquímica, tienen una larga tradición en Venezuela. Durante las décadas de los años 50 y 60, éste fue el insumo básico para el desarrollo de los sectores industrial y eléctrico, incorporándose posteriormente la hidroelectricidad. Otros países industrializados basaron su desarrollo en el carbón mineral. Pensar en la creación de una industria Carboquímica en Venezuela, dedicada a obtener combustibles o energía del carbón mineral por hidrogenaciones, licuaciones, combustiones en lechos fluidizados circulantes y burbujeantes, a presión atmosférica, o presurizados, ciclos combinados con gasificación del mineral, u otros procesos (Fouhy, 1991, Vega, 1995), es muy poco factible en un país petrolero. No obstante, no todos ¡Os subproductos posibles del carbón pueden ser obtenidos a partir del petróleo.

Una alternativa a las rutas tradicionales de generación de líquidos (breas, alquitranes, etc.) del carbón, por diversos procesos químicos a presiones y temperaturas elevadas, podría ser el bioprocesamiento del mineral por solubilización enzimática usando hongos (Pacheco et al., 1995).

A diferencia de los derivados del petróleo, los cuales son de naturaleza alifática, las macromoléculas del carbón, y por ende sus productos, son esencialmente oxigenados y de carácter aromático. Muchos de estos hidrocarburos aromáticos oxigenados, constituyen monómeros para la producción de productos químicos especiales y materiales de tecnología avanzada denominados plásticos de ingeniería, los cuales compiten hoy en día con metales, cerámicos y vidrios (Szmant, 1989; Allcock y Lange, 1990).

TABLA VII PROPIEDADES PLÁSTICAS RELEVANTES PARA ALGUNOS CARBONES VENEZOLANOS

DEPOSITO

INDICE DE HINCHAMIENTO

PLASTOMETRIA

DILATOMETRIA

 

LIBRE (FSI)
MAXIMA

FLUIDEZ
(log DDPM)

RANGO
PLÁSTICO
(oC)

DILATACION TOTAL
(%)

Guasare (manto 4)

6,5

2,00

60

15

Franja Norocc. (manto 25)

9,0

2,27

66

69

Franja Norocc. (manto 30)

9,0

2,83

91

146

Lobatera (Los Cuervos)

9,0

3,16

72

108

San Joaquín (manto 20)

8,0

4,23

123

247

Las Adjuntas (manto 25)

7,0

4,14

84

201

Dentro del mismo orden de ideas, el carbón mineral venezolano, y sus alquitranes, podrían ser utilizados para preparar productos carbonáceos como fibras de carbono, plásticos reforzados con fibras de carbono, materiales en base de grafito, carbones activados, y fullerenos.

Las fibras de carbono son conocidas desde la década de los 50, y utilizan poliacrilonitrilo como material de partida. Las primeras fibras sintetizadas a partir de residuos de destilación de petróleo, fueron reportadas en 1970 (Treuling y Hone, 1990). El interés en estos materiales consiste en que reúnen en un solo componente las propiedades de conductividad térmica y eléctrica de los metales, la estabilidad térmica y resistencia química de la cerámica, y el bajo peso, lubricidad y biocompatibilidad de los polímeros orgánicos (Donnet y Bansal, 1984). Su obtención a partir de carbón mineral, o sus breas, requerirá de un tratamiento catalítico previo con hidrógeno para eliminar parte de¡ oxígeno y nitrógeno, y modificar parte de la estructura de estos materiales de partida. Las breas mesofásicas resultantes, sometidas a un proceso de carbonización e hilado, producirán un material reforzado, útil como fibras de carbono, o como materia prima para electrodos de grafito o carbón activado (Baquero et al., 1991; Bermúdez, 1995).

Dentro de los productos de partida para la obtención de carbón activado, se ha señalado recientemente que aquel producido a partir de carbón bituminoso, posee la mayor habilidad para eliminar compuestos orgánicos volátiles, a niveles de traza (Sorrento, 1994). Carbones activados con actividad catalítica, se están preparando a partir de carbones bituminosos, por un proceso que está en vías de ser patentado (Samdani, 1994). Además, se ha patentado hace muy poco tiempo la obtención de carbón activado a partir de leonardita (carbón oxidado en la naturaleza), el cual es económicamente competitivo con el carbón activado comercial (Knudson, 1994).

Como una manera de aprovechar aquellos carbones oxidados naturalmente, tanto en afloramientos como en pilas, así como las turbas y lignitos, se puede proponer la extracción acuosa de sus ácidos húmicos, y posterior polimerización por un mecanismo de pol¡condensación con aminas (Senftle y Hackney, 1986), con el propósito de obtener un combustible sólido de bajo tenor en cenizas y azufre, el cual podría ser comercializado en forma de briquetas (Arsenejevis et al., 1987). Un posible uso de este material, el cual habría que evaluar, es su posterior sulfonación con el propósito de aprovecharlo como una resina intercambiadora de iones o purificadora de aguas (Machado et al., 1991).

Las suspensiones (o "slurries") de carbón-agua o carbón-aceite, son conocidas desde la década de los años 50 (Funk, 1981). Permiten la transformación de un combustible sólido, en uno líquido, fácil de transportar, limpiar y quemar para obtener energía, y son ambientalmente favorables (Wasp, 1983). Presentan una alternativa para el aprovechamiento de las enormes cantidades de finos de carbón que se producen durante la explotación, transporte y beneficio, por lavado o flotación, del carbón mineral (Basta et al., 1994; Pulido et al., 1995). Se fundamentan en el uso de aditivos capaces de disminuir la tensión superficial en la interfase carbón-agua o carbón-aceite, haciendo la suspensión estable (Sisley, 1964). Existen compañías especializadas en la selección del aditivo específico para preparar suspensiones con algún carbón determinado; podría ser una buena opción el investigar acerca de aditivos surfactantes de fabricación nacional que permitan la disminución en los costos de producción de mezclas carbón-agua con el mineral venezolano.

Se conoce desde hace mucho tiempo (van Krevelen, 1961) que muchos mantos de carbón mineral no solamente generan (Rice y Claypool, 1981), sino que también actúan como depósitos de gas metano, el cual se presenta adsorbido en microporos o como gas libre dentro de fracturas en el mismo carbón (Jüntgen y Karweil, 1966). La explotación comercial de tal recurso energético comenzó en la década de los 70 en los Estados Unidos de América, y se extendió posteriormente a Canadá, México, Australia, República Popular de China y Alemania, entre otros (Dekker et al., 1991). Su importancia se ha venido incrementando en el tiempo, a tal punto que las expectativas de producción en EE.UU. para los años 2.000, 2.010 y 2.030, indican que esta fuente aportará valores de 17, 22 y 59%, respectivamente, del total del gas natural requerido en ese país (Brown et al., 1996). El ejercicio exploratorio de revisar la posibilidad de volúmenes comerciales de gas natural asociado a los mantos carboníferos de las unidades geológicas Marcelina, Los Cuervos y Carbonera, en el subsuelo de Venezuela Occidental, debería ser objeto de atención en los próximos años, no sólo como fuente de energía, sino también como materia prima para el Complejo Petroquímico de El Tablazo, o en procesos de recuperación secundaria de petróleo.

En términos ambientales, la gran limitante al uso tecnológico del carbón mineral es su contenido de azufre. Uno de los grandes problemas que presentan los distintos métodos físicos y químicos de remoción de azufre en el carbón, es el que no logran eliminar la forma orgánica de este elemento (Mitchell y Charmbury, 1963; Haldipur y Weelock, 1977). Una alternativa reciente es la desulfuración microbiana (Monticello y Finnerty, 1985; Eligwe, 1988; Kilbane, 1989; Fecko et al., 1991; Acosta et al., 1995). El principal objetivo de los procesos de biodesulfuración debe ser la remoción del azufre enlazado orgánicamente, con muy pocas alteraciones sobre los elementos carbono e hidrógeno, de modo de conservar el valor combustible del mineral.

Finalmente, deben conocerse a fondo las tecnologías tradicionales de control de emisiones de polvo y gases durante la explotación, transporte y utilización del carbón, a fin de investigar acerca de los posibles efectos ambientales y sus soluciones (Sosa de Borrego, 1994; Sosa de Borrego et al., 1995). El manejo del recurso agua en la minería, a cielo abierto (León, 1995) O subterránea (Orozco et al, 1995), así como la rehabilitación de los ecosistemas intervenidos por la minería del carbón (Gualdrón, 1995), deben ser objeto de atención permanente. No debe descartarse la prevención de lluvias ácidas, frente a la posibilidad de establecer nuevos proyectos de consumo de carbón (plantas siderocarboníferas, cementeras, etc.) en el país (Sanhueza, 1992; Morales et al., 1995)

Las expectativas venezolanas de producción de carbón mineral para el año 2000, están en el orden de 25 millones de toneladas métricas (Escobar y Martínez, 1993; U.S. Bureau o Mines, 1994). Esto representará un ingreso de divisas en el orden de 1-2 mil millones de dólares americanos, solamente por concepto de exportación del carbón como materia prima. Muchos de los subproductos o patentes que podrían generarse de las ideas de investigación expresadas en líneas precedentes, u otras más, producirán mucho más a aquellas naciones que las impulsen, como bien lo ha demostrado la historia. Invertir una pequeña fracción de los recursos obtenidos por la venta del carbón mineral, en proyectos orientados a su transformación y mejor aprovechamiento, puede ser a mediano plazo una inversión productiva, como lo ha demostrado en el tiempo la creación de INTEVEP, S.A. por parte de la Industria Petrolera Nacional, hace ya veinte años.

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