Caratterizzazione del carbone

La caratterizzazione del carbone è lo studio analitico finalizzato alla determinazione della composizione chimica del carbone.

Questa è estremamente complessa ed è tuttora oggetto di studio. In generale si distinguono componenti organiche (che sono prevalenti) dette, "macerali", ed inorganiche (costituenti minori), dette "minerali".

Esistono due tipi di analisi per caratterizzare il carbone:

• analisi immediata (o approssimata)
• analisi elementare.

Analisi immediata o approssimata

Consente di determinare umidità, ceneri, sostanze volatili e carbonio fisso secondo le seguenti metodologie:

• umidità: perdita in peso percentuale in seguito a riscaldamento a 104-110 °C prolungato fino a peso costante;
• ceneri: percentuale di peso residua dopo combustione completa;
• sostanze volatili: perdita in peso percentuale in seguito a riscaldamento del campione essiccato in assenza di aria fino a 950 °C per 7 minuti;
• carbonio fisso: si ottiene per sottrazione dal peso totale di tutti gli altri contributi.

Le grandezze sopra descritte hanno un'influenza diretta sulla combustione

Grandezza	Influenza su
umidità	potere calorifico
ceneri	residuo incombustibile
sostanze volatili	modalità di combustione e stabilità
carbonio fisso	classe di appartenenza

Analisi elementare

Consente di determinare il tenore in peso dei principali costituenti atomici del carbone: carbonio, idrogeno, ossigeno, zolfo e azoto. Tale determinazione si effettua su materiale essiccato e non tiene conto delle ceneri. Viene quindi accoppiata con quella del contenuto di ceneri e di umidità.

I risultati dell'analisi elementare consentono di stimare:

• potere calorifico
• rango di carbonificazione
• quantità prodotta di alcuni degli inquinanti che si formano durante la combustione (ossidi di azoto e di zolfo).

Nella lettura dei dati di analisi occorre prestare attenzione alla base di calcolo con cui vengono forniti. Ci sono più possibilità: peso totale, base secca, base umida priva di ceneri, base secca priva di ceneri.

Altre analisi

Sono spesso effettuate le seguenti analisi:

• distribuzione dello zolfo: minerale (FeS₂, solfati) ed inorganico (20 - 80% del totale). Il contenuto di zolfo definisce il grado del carbone (S<1% basso zolfo, S=1-3% medio zolfo, S>3% alto zolfo);
• analisi del contenuto minerale (SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, CaO, MgO, Na₂O, K₂O, BaO, TiO₂, P₂O₅) e valutazione del comportamento a fusione delle ceneri.

Il carbone viene utilizzato anche per vulcanizzazione.