El coque de petróleo calcinado se produce como residuo de la destilación del petróleo. Los coquificadores de petróleo se controlan cuidadosamente para lograr un producto uniforme. Según el proceso empleado, el coque de petróleo puede producirse en distintos tamaños, formas y otras carac- terísticas. El coque de petróleo tiene una resistividad muy alta en la forma “verde” o “as-produced'', por lo que no resulta aceptable como relleno. Pa- ra mejorar las características eléctricas del coque, es preciso someterlo a un tratamiento térmico (calcinarlo). Según el tipo de calcinador empleado, el coque se expone a temperaturas que van de los 510oC (950oF) hasta los 1204oC (2200oF). Cuanto mayor sea la temperatura, más conductor y uniforme resultará el coque.
Los rellenos de carbón se instalan alrededor de los ánodos de corriente impresa para:
• Reducir la densidad de corriente anódica, limitando así la reducción del pH
• Reducir la resistencia del ánodo a tierra, aumentando el tamaño del ánodo
• Reducir la polarización anódica, el bloqueo por gases y el secado por electro-ósmosis mediante el aumento de la superficie anódica reactiva • aumentar la vida útil del ánodo desplazando la reacción anódica (co-
rrosión) hacia la superficie del relleno.
Para lograr estos objetivos, el relleno de carbón debe ser conductor de electricidad. De hecho, si analizamos los posibles pasos para la descarga de la corriente desde la superficie del ánodo, se hace evidente que exis- ten dos pasos paralelos: la corriente circulará tanto por el paso electrónico del relleno de carbón como por el paso electrolítico (iónico) del agua con- tenida en el relleno. Seleccionando un carbón de menos resistividad y mayor compactación, el paso electrónico se vuelve más conductor, redu- ciendo la tendencia de la corriente a descargarse a través del paso elec- trolítico. Como resultado, se desplaza la reacción de oxidación desde la superficie ánodo/relleno hacia la superficie relleno/suelo.
Teniendo en cuenta los objetivos del relleno, existen varios factores que deben considerarse al seleccionar un relleno de carbón: resistividad, gra- vedad específica, contenido de carbono y tamaño y forma de las partícu- las.
Ya hablamos antes de la necesidad de que el relleno de carbón tenga ba- ja resistividad. La resistividad que hay que considerar para esta aplicación es la resistividad del conjunto (bulk resistivity) in situ. En otras palabras, la resistividad específica de las partículas de carbón, así como la resistencia de contacto entre partículas. La primera está en función de los contami- nantes en el carbón (cenizas, volátiles, etc.), junto con el grado de trata- miento térmico a la que se lo ha sometido. El tratamiento térmico de las partículas de carbón produce la pérdida de volátiles, aumenta la densidad de partícula, activa la superficie de las partículas y aumenta la grafitiza- ción.
Los efectos del tratamiento térmico dependen de la relación tiempo- temperatura. A medida que las partículas pierden volátiles y se vuelven semi-grafitizadas, disminuye su resistividad específica.
Además, la activación de la superficie resulta en una menor resistencia de contacto entre una partícula y otra. Por último, la resistencia de contacto entre partículas puede mejorarse mediante tratamientos a la superficie y compactación.
Como el relleno de carbón se coloca alrededor de un ánodo en la tierra, la condición in situ generalmente involucra la presencia de agua. De hecho, el relleno de carbón con frecuencia queda completamente sumergido en agua, especialmente en sistemas de ánodo profundo. Como la resistencia de contacto entre partículas es sensible a la presión, cuanto mayor sea el peso de las partículas bajo el agua, menor será la resistividad del conjun- to (bulk resistivity) in situ. Por lo tanto, la resistividad in situ depende del peso específico de las partículas de carbón. Además de seleccionar ma- teriales con mayor gravedad específica, hay que considerar la posibilidad de que quede aire atrapado sobre la superficie de las partículas debido a grietas o irregularidades de la superficie. Pueden usarse surfactantes pa- ra reducir la tensión sobre la superficie de la partícula, lo que liberará el aire atrapado en la superficie y aumentará el peso efectivo bajo el agua. La forma y tamaño de las partículas de carbón también es importante pa- ra obtener un rendimiento óptimo. Las partículas esféricas se compac- tarán naturalmente, sin necesidad de apisonarlas mecánicamente, como en el caso de las partículas de formas irregulares. Además, cualquier gas generado puede permear a través de los rellenos de carbón compuestos de partículas esféricas, con mucha mayor facilidad que a través de relle- nos compuestos de partículas planas o de formas irregulares. Esto redu- cirá la tendencia a la aparición de problemas por bloqueo de gases. El tamaño de partículas debe elegirse en base al diámetro del ánodo. El ta- maño de partícula promedio debe ser pequeño en comparación con el diámetro del ánodo, para garantizar una superficie máxima de contacto.
Sin embargo, las partículas muy pequeñas (menos de 75 micrones o ma- lla 200 en la escala Tyler) no son recomendables, y que tienen mucho mayor contenido de ceniza, mayor resistividad y son polvorientas.
Por último, el contenido de carbono es un factor importante, ya que es el carbono el que se sacrifica en la reacción anódica necesaria para producir la corriente de protección catódica. En otras palabras, cuanto mayor sea el peso del carbono por unidad de volumen, mayor será la capacidad am- perio-año. El contenido de carbono puede indicarse como porcentaje de carbono por peso o como porcentaje fijo de carbono. Este último es, por definición, cien por ciento menor el porcentaje de ceniza, humedad y volá- tiles.
Además de seleccionar adecuadamente el relleno, para maximizar el ren- dimiento y vida útil del ánodo, es importante el procedimiento usado para colocar el relleno alrededor del ánodo. Lo ideal es colocar relleno de car- bono limpio alrededor del ánodo, cuidando de no dejar vacíos. Para áno- dos superficiales, la colocación adecuada del relleno requiere solamente un poco de atención para evitar la contaminación del relleno con el suelo y el apisonamiento, si no se utiliza un relleno con partículas esféricas. Pe- ro en un sistema de ánodo profundo, la colocación correcta del relleno se vuelve mucho más crítica. El apisonamiento es imposible, y el pozo mu- chas veces está lleno de lodo de perforación para mantener la estabilidad. En este caso, se bombea un lodo compuesto por agua y backfill desde el fondo del pozo hacia arriba, desplazando cuidadosamente los fluidos de perforación de la parte superior del pozo; así se logra una columna de carbón más limpia y compacta. Aunque en pozos completamente secos o que contienen agua muy limpia puede resultar aceptable verter el relleno directamente desde la parte superior del pozo, es recomendable evitar este procedimiento en la mayor parte de los sistemas de ánodo profundo. Los ánodos pre-empaquetados deben hacerse vibrar para maximizar el contenido de coque dentro del contenedor.