Elementos Mayores, Menores y Oligoelementos
Los elementos del carbón se muestran en la siguiente tabla. Los elementos principales son elementos que constituyen más del 1 por ciento del carbón en peso: carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y azufre. El porcentaje relativo de carbono aumenta con el rango, mientras que los porcentajes de oxígeno e hidrógeno disminuyen con el rango.
Elementos menores elementos ae que constituyen del 1,0 al 0,01 por ciento de un carbón en peso. Los elementos menores comunes en el carbón son sodio, magnesio, aluminio, silicio, fósforo, potasio, calcio, titanio, manganeso y hierro. La mayoría de los elementos menores están asociados con los minerales del carbón, aunque el fósforo también está asociado con la matriz orgánica del carbón. Los elementos menores son relativamente comunes en el carbón. No todos estos elementos menores ocurren en todas las vetas de carbón, y los que sí ocurren lo harán en diferentes concentraciones en diferentes vetas. De hecho, las concentraciones de elementos menores pueden cambiar vertical y lateralmente dentro de un solo lecho de carbón (ver, por ejemplo, Finkelman, 1981, 1995; Schweinfurth y Finkelman, 2003; Swaine, 2013).
El resto de los elementos descritos en la tabla periódica ocurren en concentraciones de 100 partes por millón o menos. Estos se llaman oligoelementos. No todos los carbones contienen estos elementos, y sus concentraciones varían mucho entre y dentro de los lechos de carbón. Al igual que la materia mineral, los oligoelementos pueden introducirse durante la peatificación (singenética) o en cualquier etapa de la coalificación (diagenética).
Un aspecto importante de los oligoelementos es la asociación química. Los oligoelementos pueden unirse orgánicamente a la matriz de carbón o asociarse con materia mineral. El antimonio, el berilio, el boro, el galio y el germanio generalmente están unidos orgánicamente; esto significa que están íntimamente unidos a la matriz de carbón. El arsénico, el cromo, el níquel, el selenio, el titanio, el uranio y el vanadio, entre otros elementos, pueden estar unidos orgánicamente o encontrarse en la materia mineral, dependiendo del carbón (Gluskoter y otros, 1977; Miller y Given, 1986; Given y Miller, 1987; Goodarzi, 1988; Finkelman, 1995; Swaine, 2013).
Comprender las asociaciones químicas de oligoelementos en un carbón puede ayudar a determinar (1) si los elementos pueden o deben eliminarse o disminuirse del carbón antes de la utilización, (2) dónde terminarán los elementos (emisiones, residuos sólidos) durante y después de la utilización del carbón, y (3) los mejores mecanismos para mitigar cualquier problema tecnológico o ambiental potencial que un elemento pueda tener en el proceso de utilización basado en las mejores prácticas y regulaciones.
De los oligoelementos en el carbón, 15 están enumerados como contaminantes atmosféricos peligrosos por la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos. El mercurio es actualmente el único elemento HAPs regulado y monitoreado de las emisiones de centrales eléctricas de carbón en los Estados Unidos (Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos, 1997, 1998, 2016b). Muchos de los otros HAPs (arsénico, cadmio, cobalto, mercurio, plomo, algo de selenio y antimonio) están comúnmente asociados con minerales de sulfuro como la pirita, por lo que la eliminación (o al menos la reducción) de minerales de sulfuro del carbón antes de la combustión en plantas de preparación, y la eliminación o transformación de los gases de combustión sulfurosos después de la combustión, ayuda a la mitigación.
El carbón y los productos de beneficio de carbón también son fuentes potenciales de oligoelementos útiles. Recientemente se ha investigado el carbón como fuente potencial de minerales de tierras raras. Los minerales de tierras raras incluyen muchos elementos de los que la mayoría de la gente no ha oído hablar, incluidos los elementos de la serie de lantánidos (cerio a lutecio) e iterbio. Aunque relativamente inauditos, los minerales de tierras raras son muy importantes en nuestro mundo tecnológico moderno, porque se utilizan en una variedad de productos que se usan todos los días, incluidos televisores y teléfonos celulares. Los científicos están buscando nuevas fuentes de estos elementos a medida que aumenta la demanda.
