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CAPITULO II
REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA
2.1 Presencia en la Naturaleza
Los vidrios no son comunes de encontrarse en la naturaleza por sí solos, ya que para que
exista un vidrio, tiene que existir un proceso de elaboración de los mismos.
Las materias primas, como lo son las arcillas son encontradas en alta proporción en la
tierra, como resultado del desgaste de la misma a través del tiempo,
En México existe una gran cantidad de minas de arcillas, siendo las responsables de la
mayoría de la producción de vidrios en nuestro país3. (Figura 2.1).
Figura 2-1 Principales Estados con minas de arcillas en el país3
2.2 Definición
Morey 1, propone la siguiente definición: un vidrio es una sustancia inorgánica en una
condición análoga a la de su estado líquido y continua con éste, como consecuencia de
un cambio reversible en su viscosidad y durante el enfriamiento, ha alcanzado un grado
de viscosidad tan elevado como para poder considerarse rígida para efectos prácticos.
La definición adoptada por A.S.T.M. (American Society for Testing and Materials)
considera que un vidrio es un producto inorgánico fundido que se ha enfriado hasta un
estado rígido sin experimentar cristalización.
La comisión de terminología de la Academia Rusa de Ciencias (958) no establece
ninguna exclusión basada en la constitución química y enuncia que bajo la
denominación de vidrio se designan todos los sólidos amorfos obtenidos por el
enfriamiento de una masa fundida, cualquiera que sea su composición química y la zona
de temperatura en la que tiene lugar la solidificación y que debido al aumento de
viscosidad durante el enfriamiento adquieren algunas propiedades de los sólidos, otra
característica importante mencionada por esta comisión es que la transición del estado
líquido al estado vítreo ha de ser reversible.
2.3 Generalidades de los Vidrios
Los vidrios son materiales no cristalinos; se denominan como materiales amorfos
(desordenados o poco ordenados), inorgánicos, de fusión que se han enfriado a una
condición rígida sin cristalizarse. El vidrio es una materia inerte compuesta
principalmente de silicatos. Es duro y resistente al desgaste, a la corrosión y a la
compresión.
Anteriormente la materia prima para la fabricación del vidrio eran solamente las arcillas.
Con el paso del tiempo se fueron incorporando nuevos elementos a la fabricación del
vidrio para obtener diferentes tipos.
En la actualidad muchos materiales desempeñan un papel importante, pero las arcillas
siguen siendo fundamentales.
2.3.1 Estructura Atómica
Las estructuras vítreas3 se producen al unirse los tetraedros de sílice u otros grupos
iónicos, para producir una estructura reticular no cristalina, pero sólida (figura 2.2).
Figura 2-2 Estructura cristalina (a), y vítrea (b) de silicato.
2.3.2 Óxidos Formadores de Vidrios
Son los que constituyen la red vítrea y estos óxidos por sí solos forman vidrios.
Los tetraedros SiO4, se encuentran fusionados compartiendo vértices en una disposición
regular produciendo un orden de largo alcance. En un vidrio corriente de sílice los
tetraedros están unidos por vértices formando una red dispersa sin orden de largo
alcance.
El óxido de boro B2O3, es un óxido formador de vidrio y forma sub-unidades que son
triángulos planos con el átomo de boro ligeramente fuera del plano de los átomos de
oxigeno. No obstante, en los vidrios de boro silicato a los que han adicionado óxidos
alcalinos y alcalinotérreos, los triángulos de óxido de BO3-, pueden pasar a tetraedros
BO4-, en los que los cationes alcalinos y alcalinotérreos proporcionan la electro
neutralidad necesaria. El óxido de boro es un aditivo importante para muchos tipos de
vidrios comerciales, como vidrios de boro silicato y aluminio boro silicato. El óxido
alumínico es un óxido formador condicionante ya que depende del óxido que lo
acompañe en sistema vítreo. Otros óxidos formadores son V2O5, TeO2 TiO2 Bi2O3,
As2O3, SbO5 P2O5 entre otros.
2.3.3 Óxidos Modificadores de Vidrios
Los óxidos que rompen la red de vidrio se conocen como modificadores de red4. Óxidos
alcalinos como Na2O y K2O y óxidos alcalinotérreos como CaO y MgO son
incorporados a los vidrios de sílice para reducir su viscosidad y así conseguir trabajar y
modelar más fácilmente. Los átomos de oxígeno de estos óxidos entran en la red de la
sílice en los puntos de unión de los tetraedros, rompiendo el entramado y produciendo
átomos de oxígeno con un electrón desapareado. Los iones Na+ y K+ del Na2O y K2O no
entran en la red pero permanecen como iones metálicos enlazados iónicamente en
intersticios de la red. Estos iones promueven la cristalización del vidrio al llenarse
algunos de los intersticios.
2.3.4 Óxidos Intermedios en Vidrios
Algunos óxidos no pueden formar vidrios por sí mismos, pero pueden incorporarse a una
red existente. Estos óxidos son conocidos como: óxidos intermedios4. Los óxidos
intermedios son adicionados al vidrio de sílice para obtener propiedades especiales. Por
ejemplo, los vidrios de alumino-silicato pueden resistir mayores temperaturas que el
vidrio común. El óxido de plomo es otro óxido intermediario que se incorpora a algunos
vidrios de sílice. Dependiendo de la composición del vidrio, hay óxidos intermedios que
deben actuar a veces como modificadores de la red, y otras como parte constitutiva de la
red del vidrio.
2.4 Propiedades Físicas
2.4.1 Color
En los vidrios, el color es originado por los elementos que se agregan en el proceso de
fusión, llamados colorantes4 (Tabla 2.1).
Tabla 2-1 Elementos que dan coloración al vidrio
ELEMENTO COLOR
Óxido de cobalto Rojo azulado
Óxido ferroso Azul
Óxido férrico Amarillo
Óxido de cromo Verde grisáceo
Trióxido de cromo Amarillo
Óxido de cobre Verde azulado
Óxido de uranio Verde amarillento fosforescente
Selenio elemental Rosa
Sulfuro de cadmio coloidal Amarillo
2.4.2 Textura
La superficie de los vidrios puede variar en cuestiones de brillo, esto depende del
proceso de fundido en el que se haya quedado. Un vidrio completamente fundido
presenta un brillo, porque el vidrio se nivela y aplana cuando se funde, formando una
superficie extremadamente lisa, dicha homogeneidad es una muy buena característica
del material pues lo hace mas fácil de limpiar.
Cuando un vidrio no se funde completamente en el proceso de cocción o en su defecto
su viscosidad es todavía alta, la superficie resulta ser rugosa y por lo tanto con tendencia
a mate; el vidrio mate es a la vez opaco por el defecto en la aspereza de su superficie
haciendo que no haya transparencia.
El vidrio mate puede hacerse a propósito si se somete al vidrio a un enfriado lento. Los
vidrios mate son muy atractivos para usos artesanales, con la única desventaja que son
difíciles de limpiar.
2.4.3 Composición
El peso en los vidrios difiere de acuerdo a su composición de los vidrios típicos según su
uso4 (Tabla 2.2).
Tabla 2-2 Composición de vidrios típicos (en porcentaje en peso).
Componente Porcentaje en
peso %
SiO2 68,0 – 74.5%
Al2O3 0,0
Fe2O3 0,0
CaO 9,0-4.0%
MgO 0,0-4.0%
Na2O 10,0–16%
K2O 0,0-4%
SO3 0,0-0.3%
2.4.4 Maleabilidad
Los vidrios presentan maleabilidad cuando se encuentran en su etapa de fundición pues
pueden ser moldeados y es la etapa de maleabilidad del vidrio, pues es donde se les da
las formas deseadas ya sea por moldes o por cualquier otro método. Los principales
métodos empleados para moldear el vidrio son el colado, el soplado, el prensado, el
estirado y el laminado.
2.5 Propiedades Químicas
2.5.1 Densidad
Debido a los distintos tipos de vidrios que pueden ser fabricados, las densidades varían
de acuerdo a la sustancia con la que sean complementados4; normalmente un vidrio
puede tener densidades relativas (con respecto al agua) de 2 a 8, lo cual significa que
hay vidrios que pueden ser más ligeros que el aluminio y vidrios que puedan ser más
pesados que el acero.
La densidad en un vidrio aumenta al incrementar la concentración de óxido de calcio y
óxido de titanio. En cambio si se eleva la cantidad de alúmina (Al2O3) o de magnesia
(MgO) la densidad disminuye. (Figura 2.3).
Figura 2-3 Variación de la densidad dependiendo de la composición química.4
2.5.2 Viscosidad
La viscosidad es definida como la propiedad de los fluidos que caracteriza su resistencia
a fluir4, debida al rozamiento entre sus moléculas; generalmente un material viscoso es
aquel que es muy denso y pegajoso.
La viscosidad en materia de vidrios es muy importante porque esta determinará la
rapidez de fusión.
La viscosidad es una propiedad de los líquidos, lo cual parecerá confuso para el estudio
del vidrio, pero la realidad es que un vidrio es realmente un líquido sobre enfriado, lo
cual significa es un líquido que llega a mayores temperaturas que la de solidificación. La
viscosidad va variando dependiendo de los componentes del vidrio (figura 2-4). Para
lograr una mayor dureza, la viscosidad debe ser invariable, que no baje ni suba, así sus
moléculas tienen una atracción fija y por lo tanto dureza.
Figura 2-4 Variación de la viscosidad (en poises) a 1000°C, de acuerdo a la composición.4
2.5.3 Corrosión
El vidrio tiene como característica muy importante la resistencia a la corrosión, en el
medio ambiente son muy resistentes y no desisten ante el desgaste, por lo cual los
vidrios son utilizados para experimentos químicos. Aunque su resistencia a la corrosión
es muy buena no quiere decir que sea indestructible ante la corrosión, existen cuatro
sustancias que logran esta excepción.
1. Ácido Hidrofluorhídrico
2. Ácido fosfórico de alta concentración
3. Concentraciones alcalinas a altas temperaturas
4. Agua a altas temperaturas
2.6 Propiedades Mecánicas
2.6.1 Torsión
La resistencia a la torsión de un material se define como su capacidad para oponerse a la
aplicación de una fuerza que le provoque un giro o doblez en su sección transversal. Los
vidrios en su estado sólido no tienen resistencia a la torsión, en cambio en su estado
fundido son como una pasta que acepta un grado de torsión que depende de los
elementos que le sean adicionados.
2.6.2 Compresión
El vidrio tiene una resistencia a la compresión muy alta, su resistencia promedio a la
compresión es de 1000 MPa; lo que quiere decir que para romper un cubo de vidrio de 1
cm por lado es necesaria una carga de aproximadamente 10 toneladas.
La figura.2.5. Indica los distintos porcentajes de compresibilidad para los distintos
vidrios dependiendo de las temperaturas.
Figura 2-5 Gráfica de porcentajes de compresibilidad dependiente de temperaturas en los diversos tipos de vidrios.
2.6.3 Tensión
Durante el proceso de fabricación del vidrio comercial, éste va adquiriendo
imperfecciones (grietas) no visibles, las cuales cuando se les aplica presión acumulan en
esfuerzo de tensión en dichos puntos, aumentando al doble la tensión aplicada. Los
vidrios generalmente presentan una resistencia a la tensión entre 3000 y 5500 N/cm2,
aunque pueden llegar a sobrepasar los 70000 N/cm2 si el vidrio ha sido especialmente
tratado.
2.6.4 Flexión
La flexión de los vidrios es distinta para cada composición del vidrio. Un vidrio
sometido a flexión presenta en una de sus caras esfuerzos de compresión, y en la otra
cara presenta esfuerzos de tensión (figura 2.6). La resistencia a la ruptura de flexión es
de 40 MPa (N/m2) para un vidrio pulido y recocido de 120 a 200 MPa (N/m2) para un
vidrio templado (según el espesor, forma de los bordes y tipos de esfuerzo aplicado). El
elevado valor de la resistencia del vidrio templado se debe a que sus caras están
fuertemente comprimidas, gracias a el tratamiento al que se le somete.
Figura 2-6 Vidrio sometido a flexión.
2.7 Propiedades Ópticas
Las propiedades ópticas se pueden decir de manera concisa, que una parte de la luz es
“refractada”, una parte es “absorbida”, y otra es “transmitida”.
Cada una de ellas llevará un porcentaje de la totalidad del rayo de luz que hizo contacto
con el vidrio. El prisma de color que se crea del otro lado del vidrio va del color rojo al
color violeta, de los cuales los extremos dan lugar también a las luces no perceptibles
por el ojo humano, infrarrojo y el ultravioleta. Es el color de la luz que “sale” del vidrio
la cual pasa a través de este, y todos los demás colores del prisma son absorbidos por el
vidrio, claro que, son vidrios muy particulares los cuales logran solamente dejar pasar la
luz ultravioleta o la infrarroja, pero gracias a la tecnología actual se han logrado las
condiciones precisas para lograr esto.
2.8 Propiedades Térmicas
2.8.1 Calor Específico
Se define como el calor necesario para elevar una unidad de masa de un elemento un
grado de temperatura. En los vidrios el calor específico es de 1.03 J/lbm°k
aproximadamente.
2.9 Conductividad Térmica
La conductividad térmica del vidrio es de aproximadamente 1.200 -05J/in°k Cifra mucho
más baja que la conductividad de los metales, no obstante el vidrio tiene una variable
que no se aplica a los demás materiales, la radiación causada por el almacenamiento de
luz infrarroja y ultravioleta, la cual es muy variable y puede provocar en ocasiones que
el vidrio transmita el calor de manera mucho más efectiva que los metales, es por esto
que esta característica es raramente tomada a consideración para el diseño.
2.10 Propiedades Eléctricas
Para las propiedades eléctricas se manejan en lo vidrios dos medidas en especiales las
cuales son: La constante dieléctrica y la resistividad eléctrica superficial.
La resistividad eléctrica superficial, es la resistencia que presenta el vidrio al paso de la
corriente eléctrica, la cual es muy alta en este material, 108 veces más alta que en el
cobre, lo cual hace al vidrio muy popular en el diseño de partes y máquinas eléctricas.
La constante dieléctrica es la capacidad de almacenar energía eléctrica, la opacidad y la
constante dieléctrica están relacionadas de manera inversamente proporcional, siendo
que mientras más transparente sea el vidrio, mayor será su capacidad para almacenar
energía.
2.11 Generalidades de las escorias de cobre
2.11.1 Definición
La escoria puede ser definida como un agregado rugoso de origen mineral, formado por
silicatos de calcio y ferritas combinados con óxidos fundidos de hierro, aluminio,
manganeso, calcio y magnesio. (ASTM, 2006).
Sancho et al 6. definen a la escoria como una mezcla de óxidos metálicos fundidos (SiO2,
CaO, MgO, Al2O3, FeO, Fe2O3, Na2O/K2O) con pequeñas proporciones de alguno de los
siguientes compuestos: sulfuros, fluoruros, fosfatos, carburos, boratos o nitruros.
2.11.2 Proceso de producción de las escorias de cobre
Algunos minerales de los cuales se puede obtener cobre son bornita (Cu5FeS4),
calcopirita (CuFeS2), tetraedrita (Cu12SbS13), tenanita (Cu12As4S13), calcocita (Cu2S),
covelita (CuS), cuprita (Cu2O), tenorita (CuO), malaquita (CuCO3 Cu(OH)2), azurita
(2CuCO3 Cu(OH)3), brocantita (Cu4SO4(OH)6) (Kirk–Othmer, 1993).
El mineral de cobre debe recibir un tratamiento para poder obtener el metal. Este consiste
fundamentalmente en la extracción del mineral de la mina, concentración de la mena,
fundición, y afinación, lograda por refinación electroquímica.
La escoria de cobre se produce durante la fundición de la mata y en las diferentes etapas
de la producción pirometalúrgica de cobre. Específicamente, Chile reporta diferentes
etapas de producción de escoria en sus diversas fundiciones de cobre, dependiendo del
proceso manejado en cada una.7
Las diferentes etapas de la producción pirometalúrgica en las fundiciones chilenas
involucran básicamente hornos reverberos, hornos flash, convertidores Teniente y Peirce
Smith, hornos de limpieza de escoria, hornos eléctricos, hornos de ánodos y hornos de
refino a fuego, entre otros.
En general, la escoria producida en el horno flash contiene de 1.8 a 2.5% de cobre y de 10
a 14% de Fe3O4, la escoria del convertidor Teniente tiene 6 a 8% de cobre y 18 a 28% de
Fe3O4 mientras que el convertidor Peirce Smith produce una escoria que contiene 3 a 5%
de cobre y 20 a 25% de Fe3O4. Finalmente la escoria que es dispuesta en los tiraderos o
sitios de disposición final tiene un contenido de cobre de 0.8 a 0.9 % 7
El proceso en el cual se producen las escorias y la forma en la que se recupera el cobre
remanente en dichas escorias se presenta en la figura 2.7
Figura 2-7 Proceso pirometalúrgico de producción de cobre y formas más usuales de recuperación del cobre en la escoria14 .
De acuerdo con Demetrio et al 7, una de las fundiciones de cobre más grande a nivel
mundial, es la de Chuquicamata en Chile que emplea dos convertidores Teniente seguido
de un horno flash y cuatro convertidores Peirce Smith. De manera adicional, se utilizan
dos sistemas de limpieza de la escoria a través de un horno de limpieza de escoria y una
planta de flotación.
El proceso realizado en esta fundición es el siguiente: la escoria proveniente del horno de
ánodos es alimentada al convertidor Peirce Smith. La escoria producida en éste
convertidor y en el convertidor Teniente se procesa en el horno de limpieza de escoria
realizando una reducción rápida y un ciclo de sedimentación como primer paso para
recuperar el cobre contenido en estas escorias.
Por otra parte, la escoria producida en el horno de limpieza de escoria y el horno flash es
tratada empleando el proceso de flotación después de que la escoria es enfriada,
produciendo un concentrado de 30% de cobre que es reenviado al proceso de fundición.
Demetrio et al7., también reportan a continuación el principio de funcionamiento de los
métodos de limpieza de escoria más utilizados en la minera mexicana del cobre.
La principal característica de la tecnología empleada en el horno reverbero es el alto
contenido de azufre en la mata, que se utiliza como reductor debido a las altas cantidades
de FeS para mejorar la reducción de la concentración de cobre en la escoria que se envía
al sitio de disposición final. Además mantiene alta la temperatura de la escoria al utilizar
quemadores oxígeno-combustible. La escoria que es enviada al sitio de disposición final
tiene un contenido menor o igual a 1 % de cobre.
La tecnología empleada en el horno sedimentador y la planta de flotación se basa en la
temperatura de la escoria final, el contenido de Fe3O4 y el tamaño de las gotas de metal
obtenido. Al utilizar este proceso para la limpieza de escoria, un horno sedimentador con
quemadores oxi-combustible no es suficiente. Particularmente, cuando el contenido de
Fe3O4 es alto, como los encontrados en las escorias provenientes de los convertidores
Teniente y Pierce-Smith es necesario emplear un reductor.
En caso de que el tamaño de las gotas de metal dentro del baño sea muy pequeño, se
requiere agitación para obtener un mejor desempeño. Las colas de la escoria provenientes
del horno sedimentador que tienen un contenido de cobre de 0.9% o menor. son enviadas
al proceso de flotación de escoria.
Un horno de limpieza de escoria recibe lotes de escorias con altos niveles de cobre y
magnetita (Fe3O4). Durante el primer paso para la limpieza de la escoria se disminuye el
contenido de magnetita hasta un valor entre el 6-7% inyectando de manera continua
carbón, aceite o gas natural, de esta manera se baja la viscosidad de la escoria.
Posteriormente, se continúa inyectando estas sustancias pero de forma discontinua,
permitiendo que el cobre sedimente para obtener una fase mate y una escoria limpia.
Utilizar el horno de limpieza de escoria es considerado una buena alternativa para reducir
el contenido de Fe3O4, obteniendo escorias finales con un contenido de cobre de 0.95%
en lotes y de 0.85% de cobre en forma semicontinua.
El horno eléctrico es una de las tecnologías más atractivas debido a su flexibilidad para
reducir la magnetita (Fe3O4) a un valor de 5% o menos, además de reducir el cobre
oxidado y recuperar las gotas pequeñas de metal en el baño. La clave está en el potencial
del horno para reducir el contenido de magnetita a niveles menores o iguales a 5%,
aumentar la temperatura del baño, y la agitación para obtener un mayor tamaño de gota
de metal.
2.11.3 Características de las escorias
En una fundición no ferrosa, como es el caso del cobre y del plomo, el proceso está
diseñado para la eliminación del hierro y la sílice presente en estos minerales los cuales
se separan en forma de escoria.
La escoria de cobre producida en los diversos procesos pirometalúrgicos presenta
diferentes características, según Lovera Dávila et al8., durante el reciclaje de las escorias
de reverberos ocurre una reducción de los óxidos de hierro y cobre mediante sulfuros
contenidos en el mate del horno. Además en este horno, las pérdidas mecánicas en las
escorias van desde un 65 a un 80% del total, el resto corresponde al cobre oxidado y
sulfurizado soluble. En lo que se refiere a las escorias procedentes del horno flash y de
los procesos de fusión-conversión continuos, cuando el cobre se produce directamente a
partir del concentrado en una sola etapa, las escorias contienen desde 9 a 12% de cobre;
cerca de la mitad está disuelto como óxido y el resto atrapado como mata o cobre
metálico.
Finalmente, tal como en el caso de la fusión, las escorias de conversión tienen cobre
disuelto como sulfuros y óxidos, mata y cobre atrapados mecánicamente. En algunas
fundiciones, se emplean métodos de limpieza de escoria como flotación y hornos
eléctricos. Un factor importante en la operación de convertidores con la finalidad de
obtener una buena escoria en la adición apropiada de fundentes relativas al flujo de aire
utilizado 10
En la Tabla 2-3 se presentan las propiedades físicas y mecánicas típicas de las escorias de
cobre y en la Tabla 2-4 se muestra la composición química de diferentes escorias de
cobre.
Tabla 2-3 Características físicas y mecánicas típicas en escoria de cobre9
Apariencia Negra, vidriosa, más vesicular cuando es granulada
Peso unitario 2800-3800 kg/m3
Absorción, % 0.13
Densidad aparente 144-162 lb/ft3
Conductividad 500 µs/cm
Gravedad específica 2.8-3.8
Dureza 6-7 Moh
Humedad < 5%
Cloro soluble en agua < 50 ppm
Pérdida por abrasión, % 24.1
Pérdida de solidez con Na2SO4, % 0.90
Ángulo de fricción interna 40-53
Tabla 2-4 Composición química de diferentes escorias de cobre11
Origen Cu CuO SiO2 Fe2O3 MnO CaO MgO Al2O3 S SO3
Copper
Queen 1.4 0 15.9 64.2 0.3 7.0 1.1 10.0 0.2 0
Detroit 0 0 24.9 51.9 5.8 7.3 1.7 8.4 0 0
Prince 1.2 0 19.1 54.1 0.3 12.3 2.5 10.3 0.2 0
Origen Cu CuO SiO2 Fe2O3 MnO CaO MgO Al2O3 S SO3
Old
Dominion 0 2.4 17.1 71.5 1.0 3.2 1.6 3.3 0 0
United
Verde 0.1 1.8 24.7 58.2 0 9.0 0.5 5.7 0 0
Bisbee 0.3 0 21.7 50.0 0 7.0 0 21.0 0 0
Quebec 0.4 0 34.5 49.5 0.1 2.2 1.5 6.6 1.2 0
Quebec 0.4 0 36.8 50.0 0.09 1.9 1.5 7.2 1.1 0
Ontario 1.1 0 26.5 60.1 0.1 2.1 1.6 3.7 1.3 0
España 0 0.9 18.4 76.9 0.02 0.32 0 3.0 0 0.5
Polonia 0 0 43.1 13.4 0 19.3 5.6 15.8 0 0.7
Taiwán 0 0 34.3 53.7 0 7.9 0.9 3.8 0 3.8
Arizona 0 0.7 35.2 52.8 0 3.3 0.6 5.0 0 2.5
Las escorias de cobre pueden llegar a tener diferentes aplicaciones por sus características
físicoquímicas y mecánicas.
Debido a su contenido de CaO, SiO2, Al2O3 y Fe2O3 y elementos minoritarios como Zn,
Cu, Pb, Mo, Na, K y S; las escorias finales de cobre pueden ser empleadas en la
producción de cemento clínker. De igual manera, el alto contenido de hierro y silicio en
la escoria pueden llegar a sustituir la ignimbrita y la hematita en la fabricación de este
tipo de cemento12
Según Medina et al12 la presencia de metales (Zn, Cu, Ti, Mo y Pb) pueden mejorar la
reactividad de las mezclas crudas debido a que pueden actuar como mineralizantes y/o
fundentes.
Por otra parte, gran parte del hierro presente en este tipo de escorias se encuentra como
FeSiO3 vítreo, que tiene un bajo punto de fusión que logra reducir la temperatura de
calcinación del cemento. Finalmente, al agregar la escoria como agregado fino en el
cemento se aumenta la resistencia a la abrasión de los materiales producidos con el
mismo13
Las escorias de convertidor que tienen menor contenido de hierro (20.70%) y mayor
contenido de cobre (1.43%) que las escorias finales, generalmente son enviadas a un
horno eléctrico para realizar el proceso de limpieza y recuperar la mayor cantidad de
cobre posible.
De acuerdo con Carranza et al14.,cerca del 90% del cobre recuperado por estos procesos
se encuentra ocluido en partículas de escoria menores a 5 µm y en partículas mayores a
100 µm se ocluye casi el 75% del cobre.
Por su alta estabilidad, resistencia a la abrasión y características de solidez pueden ser
empleadas en la producción de cemento mezclado, abrasivos, pavimento y concreto 15
Específicamente, Kambham et al16., reportan que algunas de las características de la
escoria de cobre como la dureza, alta densidad y bajo contenido de sílice libre son útiles
en la remoción de óxido metálico y otorgan un alto perfil a la superficie final.
2.11.4 Aprovechamiento de las escorias
Hasta hace unos años atrás, las escorias eran confinadas y desechadas en rellenos
sanitarios y tiraderos a cielo abierto.
En diversos estudios realizados sobre dichos materiales se encontró que estos
subproductos pueden ser reutilizados17 en otros procesos de uso industrializado como:
• Fabricación de hormigón o cementos, agregados de concreto, como base para la
pavimentación, para obras de saneamiento de caminos, autopistas,
estacionamientos, relleno y nivelación de terrenos
• Auxiliar en la remediación y acondicionamiento de suelos sulfato-ácidos, como
fertilizante y agente neutralizante en los mismos
• Balastro de ferrocarril
• Abrasivo para limpieza de superficies y desgaste de telas como pana y mezclilla
• Auxiliar en el tratamiento de aguas residuales; como lecho filtrante y adsorbente.
Algunos datos sobre los tipos y porcentajes de usos o aplicaciones de aprovechamiento de
escorias en diferentes países se presentan en la Tabla 2-7 Usos de escorias a nivel
mundial.
La producción de escorias de cobre en Chile para el año 2005 fue cercana a 3.5 millones
de toneladas. Además se estima que más de 30 millones de toneladas de escorias han sido
almacenadas en este país en los últimos años. La mayor parte de estas escorias producidas
son dispuestas en un tiradero para escorias. Sólo un pequeño porcentaje de la escoria de
cobre en Chile es retratado, principalmente con procesos de flotación para producir
concentrado de cobre, el cual es reenviado a la fundición. También, pequeñas cantidades
de escoria de cobre son utilizadas como materiales abrasivos, materiales para
construcción de caminos y producción de lana de vidrio18
Por otra parte la producción mundial de cobre a partir de minas es de unos 15,6 millones
de toneladas al año (2007). El principal país productor es Chile, con más de un tercio del
total, seguido por Perú y Estados Unidos36.
Tabla 2-5 Producción mundial de cobre.
Rango Estado Producción
(en mill. ton/año)
1 Chile 6,23
2 Perú 1,20
3 Estados Unidos 1,19
4 China 0,92
5 Australia 0,86
6 Indonesia 0,78
7 Rusia 0,73
8 Canadá 0,59
9 Zambia 0,53
10 Polonia 0,47
11 Kazajistán 0,46
12 México 0,40
Fuente: USGS 2008
De entre las diez mayores minas de cobre del mundo, cinco se encuentran en Chile
(Escondida, Codelco Norte, Collahuasi, El Teniente y Los Pelambres), dos en Indonesia,
una en Estados Unidos, una en Rusia y otra en Perú 19
Se estima que la corteza terrestre contiene más de 3000 millones de toneladas de cobre,
de las cuales 700 millones están en el lecho marino. Las reservas demostradas, según
datos de la agencia estadounidense de prospecciones geológicas (US Geological
Survey), son de 940 millones de toneladas, estando casi el 40% de ellas en Chile36.
Por otro lado, dado que es posible reciclar el cobre indefinidamente sin alterar su
composición ni sus propiedades, se puede considerar que el cobre actualmente en uso en
el mundo forma parte de las reservas del metal.
Tabla 2-6 Consumo mundial de Cobre.
Rango Estado Consumo de cobre refinado (en mill. ton/año )
1 Unión Europea 4,32
2 China 3,67
3 Estados Unidos 2,13
4 Japón 1,28
5 Corea del Sur 0,81
6 Rusia 0,68
7 Taiwan 0,64
8 India 0,44
9 Brasil 0,34
10 México 0,30
Fuente: World Copper Factbook 200736
Los principales productores de mineral de cobre son también los principales
exportadores, tanto de mineral como de cobre refinado. Los principales importadores
son los países industrializados: Japón, China, India, Corea del Sur y Alemania para el
mineral y Estados Unidos, Alemania, China, Italia y Taiwan para el refinado.39
Las escorias de cobre tienen además otras aplicaciones sugeridas, aunque todavía se
encuentran a nivel prototipo y no tienen líneas de investigación definidas, entre las que se
pueden mencionar: la extracción de metales pesados presentes en tierra y en agua,
utilización como reactivo de complejación organometálica para extracción de materia
orgánica, como auxiliar en el proceso de desulfurización en la industria petroquímica,
como matriz en la fabricación de materia prima para baldosas industriales y piezas para
máquinas; se trata de substituir materiales cerámicos tradicionales o avanzados22 .
Tabla 2-7 Usos de escorias a nivel mundial
Destino Alemania
(IBF,2000)E.U.A (Kelly et al.,2004)
Europa (Euroslag,
2003)
Japón (NSA, 2005)
1 Aprovechamiento 100% 99% 100% 94%
1.1 Industria de la construcción 98% 98% 79% 75%
1.2 Agricultura 1% 1% 2% 0%
1.3 Otras 1% 0% 19% 19%
2 Disposición final en rellenos 0% 1% 0% 6%
3 Estabilización y confinamiento 0% 0% 0% 0%
Producción Anual Total (millones de toneladas)
13.3 21 25 24
En cuanto a su empleo como catalizadores hay relativamente poca información, por
ejemplo, para el tratamiento de compuestos orgánicos clorados, Wan-Hyup Kang et al23.,
evaluaron el uso de escorias como material reactivo para la decloración del agua. Se
obtuvieron buenos resultados en la decloración de tricloroetileno. También se desarrolló
un adsorbente compuesto por óxido de titanio y óxido de hierro en escoria fundida. Este
catalizador fue empleado para la remoción de arsenito del agua. En este estudio se obtuvo
la oxidación del arsenito a arsenato, el cual es removido posteriormente por adsorción. El
proceso de oxidación es rápido, especialmente si la reacción es asistida por luz UV,
mientras que el proceso de adsorción del arsenato es lento.
2.11.5 Normatividad Ambiental
Actualmente, la legislación ambiental aplicable en materia de escorias está enfocada
básicamente a la disposición final y aprovechamiento de las escorias estabilizadas o que
no representan un riesgo al ambiente. Estas regulaciones marcan como objetivo promover
la valoración y reciclamiento basados en la caracterización fisicoquímica de las escorias.
De la misma manera, se busca establecer las bases, entre otras cosas, para fomentar la
valorización de residuos así como el desarrollo de mercados de subproductos. Las
legislaciones nacional e internacional, clasifican a las escorias de acuerdo a sus
características y el proceso productivo del cual provienen.
En el Anexo A se mencionan las principales regulaciones particulares enfocadas a la
aplicación de escorias que están vigentes actualmente en países como México, Estados
Unidos y Chile. También, se presenta la posición internacional ante la disposición y la
reutilización de escorias de cobre a través de los lineamientos del Convenio de Basilea.
2.11.6 Disposición de residuos peligrosos en México
Debido al creciente volumen de residuos peligrosos generados en nuestro país y a las
capacidades existentes para su manejo, frecuentemente se presenta la disposición
clandestina de éstos en diversos sitios (tiraderos municipales, terrenos baldíos, patios de
empresas, drenajes), ocasionando así un aumento de sitios contaminados con sustancias
peligrosas de naturaleza tanto orgánica como inorgánica. Por ejemplo, en 1980 en la
mina Rosicler (Nuevo Mercurio, Zacatecas), se encontraron abandonados cientos de
tambores que contenían residuos peligrosos como cloruro de mercurio, mezclas de
químicos y BPC’s (Bifenilos policlorados). Se tiene información de que el contenido de
varios de los tambores se ha derramado accidental o deliberadamente.
En la siguiente tabla se muestra una relación de sitios ilegales y/o abandonados, que se
detectaron por la PROFEPA en el periodo 1995-1997, en donde se han desechado
residuos peligrosos provenientes de diversas industrias.
Tabla 2-8 Tipos de residuos peligrosos que se encuentran como principales contaminantes en sitios abandonados y/o ilegales en varios Estados de México.
Estado Número de
sitios
Principales residuos*
Baja California
Norte
8 Aceites, metales, polvo de fundición, solventes
Estado Número de
sitios
Principales residuos*
Baja California
Sur
2 Escorias de fundición, jales
Campeche 4 Aceites, lodos de perforación
Chiapas 17 Hidrocarburos, plaguicidas, solventes
Chihuahua 13 Aceites, hidrocarburos, químicos
Coahuila 15 Aceites, hidrocarburos, jales, metales, químicos
Durango 3 Hidrocarburos, insecticidas
Estado de
México
10 Aceites, escorias de fundición, químicos
Guanajuato 10 Aceites, escorias de fundición, lodos, metales,
compuestos organoclorados
Hidalgo 6 Escorias de fundición, pinturas
Jalisco 7 Diesel y combustible, baterías, lodos, químicos
Nayarit 5 Hidrocarburos, jales
Nuevo León 22 Aceites, cianuros, escorias de fundición,
hidrocarburos, metales
San Luis Potosí 10 Asbesto, escorias de fundición, lodos, metales,
pinturas
Sinaloa 4 Agroquímicos
Tamaulipas 8 Aceites, escorias de fundición, químicos
Veracruz 8 Azufre, hidrocarburos
Estado Número de
sitios
Principales residuos*
Zacatecas 9 Jales, metales, químicos
TOTAL 161
* No se mencionan residuos biológico-infecciosos
Fuente: PROFEPA, Informe Trianual 1995 -1997, 1998.
2.12 Telurio.
Elemento químico de símbolo Te, número atómico 52 y peso atómico 127.60. Existen
ocho isótopos estables del telurio. El telurio constituye aproximadamente el 10-9 % de la
roca ígnea que hay en la Tierra. Se encuentra como elemento libre, asociado algunas
veces con selenio, y también existe como telururo de silvanita (teluro gráfico), nagiagita
(telurio negro), hessita, tetradimita, altaita, coloradoita y otros telururos de plata y oro,
así como el óxido, telurio ocre.
Fue descubierto en 1782 por el científico Alemán Franz Joseph Muller Von
Reichenstein y más tarde en el año de 1798. Otro químico alemán Martín Heinrich
Klaproth lo identifico como un elemento dándole su nombre actual
2.12.1 Propiedades
Existen dos modificaciones alotrópicas importantes del telurio elemental: la forma
cristalina y la amorfa. La forma cristalina tiene un color blanco plateado y apariencia
metálica. Esta forma se funde a 449.5ºC (841.6ºF). Tiene una densidad relativa de 6.24 y
una dureza de 2.5 en la escala de Mohs. La forma amorfa (castaña) tiene una densidad
relativa de 6.015.
El telurio se quema en aire despidiendo una flama azul y forma dióxido de telurio, TeO2.
Reacciona con los halógenos, pero no con azufre o selenio, y forma, entre otros
productos, tanto el anión telururo dinegativo (Te2-), que se asemeja al selenuro, como el
catión tetrapositivo (Te4+), que se parece al platino (IV).
El teluro ocupa el lugar 78 en abundancia entre los elementos de la corteza terrestre. Se
encuentra en estado puro o combinado con oro, plata, cobre y niquel en minerales como
la silvanito, la patcita, y la tetradimita. También puede encontrarse en rocas en forma de
telurita ( o dioxido de teluro, TeO2 ).
Las principales fuentes comerciales de teluro se encuentran en los fangos de las
refinerías de plomo y cobre así como en el polvo de los con.ductos de los depósitos de
oro. También se obtiene por reducción del óxido de teluro, formando un polvo metálico
de color blanco grisáceo. Los principales depósitos de teluro se encuentran en México.
Oeste de Australia y en Canadá.
2.12.2 Aplicaciones.
El telurio se utilizó inicialmente como aditivo del acero para incrementar su ductilidad,
como abrillantador en electroplateados, como aditivo en catalizadores para la
desintegración catalítica del petróleo, como material colorante de vidrios y como aditivo
del plomo para incrementar su fuerza y resistencia a la corrosión.
Otras aplicaciones actuales son
• Es un semiconductor.
• Aleado con plomo previene la corrosión de este último.
• Se alea con hierro colado, acero y cobre para favorecer su mecanizado.
• El telurio se emplea en cerámica.
• El telururo de bismuto se emplea para dispositivos termoeléctricos.