procesos aplicados en la industria minera
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Procesos Aplicados en la
Industria Minera
Metalurgia
Conjunto de procesos físicos y químicos destinados a
extraer un elemento químico de un mineral.
Su objetivo principal es la extracción de los metales de
los minerales que se encuentran como minerales
oxidados y sulfurados.
Procesos Según su origen
En nuestro país existen numerosos yacimientos que se clasifican en
cinco grupos de acuerdo a los procesos geológicos:
Magmáticos: generados por segregación debida al calor producido al
solidificarse el magma.
Sedimentarios: producido por precipitación de sales en medio acuoso.
Metamórficos: generados por variaciones cristaloquímicas mediante
elevación de presión y temperatura.
Alteración: producido por distintos agentes meteorológicos, como la
meteorización.
Hidrotermales: generados por la presencia de agua a alta
temperatura.
Procesos Físicos
Extracción: puede ser a rajo abierto y subterránea, con
explosivos se llega al mineral.
Molienda: la roca mineral se tritura en molinos para disminuir el
tamaño del mineral.
Concentración por flotación: en minerales insolubles en agua.
Concentración por descarbonatación y deshidratación: para
ablandar el mineral.
Concentración por tostación: mediante calentamiento con aire,
los sulfuros se transforman en óxidos.
Procesos Químicos
Hidrometalurgia:
Lixiviación: Se extrae el concentrado regando líquidos
lixiviantes, solución acuosa de un ácido, una base o una
sal, sobre pilas de minerales amontonados sobre
materiales impermeables. Al costado de cada pila las
canaletas recolectan las soluciones.
Biolixiviación: Se emplean microorganismos para
recuperar metales como el cobre y el oro.
Procesos Químicos
Pirometalurgia:
Considera el calentamiento del concentrado a elevada
temperatura.
Tostación: el calentamiento en presencia del oxígeno
atmosférico produce la oxidación del material o la
reducción hasta metal.
Calcinación: el calentamiento descompone la mena y
libera un producto volatíl.
Procesos Químicos
Electrometalurgia:
Refinación de un metal aplicando electrólisis en una sal
fundida o en una solución acuosa del material
procesado.
El Cobre
Propiedades Físicas Posee un color rojizo
Tiene un brillo metálico
Alta conductividad térmica y eléctrica
Permite formar aleaciones
Resiste la corrosión y la oxidación
Sólido a temperatura ambiente
Es dúctil y Maleable
Su Punto de Fusión es de 1083 ºC
Su Punto de Ebullición es de 2350 ºC
Propiedades Químicas
Se identifica con el símbolo Cu
Su nº Atómico es 29 y su nº Másico es 63,54 g/mol
Se clasifica como Metal de transición
Posee bajos estados de oxidación (+2 y +1)
Tiene una electronegatividad de 1,9
Posee una densidad de 8,96
Extracción
El cobre se extrae de dos formas:
A rajo abierto: Se hace cuando una mina presenta una forma
regular y el mineral está ubicado en la superficie y
el material estéril que lo cubre pueda ser retirado con
facilidad. Por medio de detonaciones puede ser separado y
luego ser transportado por estas mismas vías en grandes
camiones.
Subterránea: Se realiza cuando un yacimiento presenta una
cubierta de material estéril muy espesa. Para ello se realizan
distintos tipos de faenas bajo el suelo, las que pueden ser
horizontales en túneles o galerías, verticales en piques o
inclinadas en rampas.
Después de la Extracción
Luego de la extracción directa de la mina, se selecciona
el material en dos:
Mena: Es la piedra mineral de la cual se puede extraer
un elemento mediante procesos. Es la llevada al proceso
de molienda.
Ganga: Material que no presta utilidad a la hora de
extraer elementos o bien la extracción de este a partir
de la piedra es muy costosa. Se descarta para llevar a
molienda.
Chancado y Molienda
Chancado es la etapa en la cual grandes molinos
reducen las rocas a un tamaño uniforme de no más de
1,2 cm. Luego viene un segundo proceso, la Molienda,
en el cual se continua reduciendo el material, hasta
llegar a unos 0,18 mm.
En esta parte, el proceso del cobre puede tomar dos
caminos: si el mineral es tipo súlfuros, va a ser
procesado por fundición y electrorrefinación o si el
mineral es del tipo óxido se va a procesar a través de
lixiviación y electro-obtención.
Procesos para Cobre Oxidado
Existen 2 procesos ocupados si se tiene como base cobre
oxidado
La Lixiviación: A partir del material de la molienda se
generan pilas de lixiviación, compuestas por mineral
fino de cobre oxidado y regado por una solución de
ácido sulfúrico (durante 45 a 60 días), la cual se mezcla
con el cobre pulverizado, luego se filtra esta solución de
sulfato de cobre y se realiza una extracción por
solventes donde se purifica y concentra más la solución
de sulfato de cobre mediante una resina que genera una
solución electrolito
Procesos para Cobre Oxidado
Electro-Obtención: La solución electrolítica que contiene el
cobre en forma de sulfato de cobre (CuSO4) es llevada a las
celdas de electro-obtención. Estas placas corresponden
alternadamente a un ánodo y un cátodo. Los ánodos son placas
de plomo que hacen las veces de polo positivo, ya que por
éstos se introduce la corriente eléctrica, en tanto que los
cátodos son placas de acero inoxidable, que corresponde al
polo negativo, por donde sale la corriente.
El cobre en solución (Cu+2) es atraído por el polo negativo
representado por los cátodos, por lo que migra hacia éstos
pegándose partícula por partícula en su superficie en forma
metálica (carga cero). Así se obtienen cátodos de cobre con un
99,99% de pureza.
Proceso para Cobre Sulfatado
Para el cobre sulfatado existen 3 grandes procesos de
obtención, la flotación, la fundición y la electro-refinación.
En la Flotación, una vez realizada la molienda se vierte el
contenido en una solución con reactivos y detergentes,
generando espuma que atrapan el cobre y algunos minerales
sulfatados para poder llevarlos al siguiente proceso.
Fundición: Mediante este proceso se separa el cobre de
otros elementos e impurezas, debido a la alta temperatura
de ebullición de este, el proceso se debe llevar a altas
temperaturas, las cuales generan moldes de cobre llamados
ánodos.
Proceso para Cobre Sulfatado
Electro-refinación: Mediante la aplicación de corriente
eléctrica el cobre del ánodo es depositado en un cátodo
, el cual resulta con un 99,97% de pureza.
El Hierro y el Acero
El Hierro
Propiedades Físicas:
Es un metal maleable, de color gris plateado y presenta propiedades magnéticas; es ferromagnético (atraído por imanes) a temperatura ambiente y presión atmosférica.
Su Punto de Fusión es de 2080 ºC
Su Punto de Ebullición es de 3300 ºC
Propiedades Químicas:
Se simboliza con Fe
Es un metal de Transición, su numero atómico es 26 y su numero másico es de 55,85, presenta una electronegatividad de 1,83 y estados de oxidación (+2 y +3)
Minerales de Hierro y Refinación
El Hierro se encuentra formando parte de numerosos
minerales, entre los que destacan la hematites (Fe2O3),
la magnetita (Fe3O4), la limonita (FeO (OH)), la siderita
(FeCO3), la pirita (FeS2), la ilmenita (FeTiO3).
Para refinarlos es necesario realizar un proceso de
fundición a altas temperaturas en un alto horno, en el
cual ocurren unas series de reacciones que permiten
separar el hierro de los otros oxidos y elementos que lo
acompañan.
Obtención del Hierro
En el Alto Horno se alternaba una carga de mineral de
Hierro y Carbonato de Calcio y luego una de Carbón.
Dentro del Alto Horno se forzaba la entrada de aire con
un fuelle ocurriendo las siguientes reacciones:
Obtención del Hierro
Aceros Son aleaciones de Hierro con un contenido de Carbono inferior
al 2%
Se clasifican según su contenido de Carbono en:
Acero bajo en carbono: menos del 0,25% de C en peso. Son
blandos pero dúctiles. Se utilizan en vehículos, tuberías,
elementos estructurales.
Acero medio en carbono: entre 0,25% y 0,6% de C en peso. Para
mejorar sus propiedades son tratados térmicamente. Son más
resistentes que los aceros bajos en carbono, pero menos
dúctiles; se emplean en piezas de ingeniería que requieren una
alta resistencia mecánica y al desgaste.
Aceros
Acero alto en carbono: entre 0,60% y 1,4% de C en peso. Son
aún más resistentes, pero también menos dúctiles. Se añaden
otros elementos para que formen carburos, por ejemplo, con
wolframio se forma el carburo de wolframio, WC; estos
carburos son muy duros. Se emplean principalmente en
herramientas.
Aceros aleados: Para conseguir determinadas características de
resistencia al desgaste, dureza y resistencia a determinadas
temperaturas deberemos recurrir a estos. Mediante la acción de
uno o varios elementos de aleación en porcentajes adecuados
se introducen modificaciones químicas y estructurales
cambiando sus características mecánicas, resistencia a
oxidación y otras propiedades.
Aceros
Aceros inoxidables: uno de los inconvenientes del hierro
es que se oxida con facilidad. Añadiendo un 12% de
Cromo se considera acero inoxidable, debido a que este
crea una capa de óxido de cromo superficial que
protege al acero de la corrosión o formación de óxidos
de hierro.
Molibdeno, Zinc
Manganeso, Plata y Oro
Molibdeno
Propiedades:
Metal de Transición
Simbolizado con Mo
Posee un color blanco plateado
Su numero atómico es el 42 y su numero másico es 95,94 g/mol
Tiene gran importancia en las aleaciones con hierro así como en
la composición de algunas enzimas descomponedoras de
nitrógenos.
Presenta los estados de oxidación de -2, 0, +1, +2, +3, +4, +5 y
+6
Molibdeno
Proviene de la Molibdenita (MoS2) en su mayoría, la cual
en Chile se presenta por lo general como sub-producto
de la extracción del Cobre.
Zinc Propiedades
Es un metal de transición
Simbolizado con Zn
Su numero atómico es 30, su numero másico es65,4 g/mol
Esta en grandes cantidades en la Tierra
Se utiliza para galvanizado del Acero y generación de corriente en baterías.
Tiene un rol fundamental en el desarrollo del cuerpo humano, sobretodo en el crecimiento.
Obtención del Zinc
Extracción:
Se puede extraer a parir del mineral Calamina o
Hemimorfita Zn4Si2O7(OH)2·H2O
Manganeso
Propiedades
Es un metal de transición
Simbolizado con Mn
Su número atómico es 25
Su numero másico es 54,94 g/mol
Sus estados de oxidación mas comunes son 2+, 3+, 4+, 6+ y +7.
Esta presente en muchas enzimas del cuerpo humano y se utiliza como catalizador de reacciones metabólicas
Obtención del Manganeso
El manganeso es extraído principalmente de la mena de
Rodocrosita (MnCO3) y Pirolusita (MnO2) las cuales se
encuentran de forma natural.
Plata
Propiedades:
Es un metal de transición
Se simboliza con Ag
Su numero atómico es 47 y su numero másico es 107,86 g/mol
Es un metal dúctil y maleable
Alta conductividad eléctrica y térmica
Es brillante, de color blanco plateado y es blando
Sus estados de oxidación son +1, +2, +3, +4
Obtención de la Plata La forma mas común de obtención de la plata es
mediante sus menas de Argentita (Ag2S) y Clorargirita
(AgCl)
El proceso más utilizado para la obtención de Plata es la
Cianuración, la que responde a la siguiente ecuación
para el caso de la Argentita:
Ag2S + 4 KCN → K2S + 2 KAg(CN)2
Oro Propiedades:
Metal de Transición
Se simboliza con Au
Su numero atómico es 79 y su numero másico es 196,9 g/mol
Es blando, brillante, amarillo, pesado, maleable y dúctil.
No reacciona frente a la mayoría de los productos químicos
salvo el agua regia y el cloro.
Se puede encontrar en formas de pepitas de oro en la
naturaleza.
Obtención del Oro El oro se puede encontrar como pepitas de oro, las cuales se
funden para formar lingotes.
Puede ser encontrado también como Calaverita (AuTe2),
Por medio de la cianuración se puede separar el Oro de otros
componentes, una vez terminado el proceso quedará Au(CN)2
como anion (-2) el cual en una mezcla con Zinc permite reducir
el Oro y separarlo del Cianuro.
Minerales no Metálicos
El Litio
Propiedades Físicas
Metal Blando
Presenta un color blanco plata
Es es elemento sólido mas ligero
Su punto de Fusión es 736,69 ºC
Su punto de Ebullición es 1890 ºC
Es utilizada en aleaciones conductoras de calor y baterías
eléctricas.
Es utilizada en tratamientos médicos de enfermedades
relacionadas a la mente
Propiedades Químicas
Su numero atómico es 3
Su numero másico es 7 g/mol
Su electronegatividad es de 0,98
Pertenece al grupo de los metales Alcalinos
Se simboliza con Li
Tiene una densidad de 0,53 g/ml
Obtención del Litio
Se obtiene principalmente a partir de menas de Petalita
(LiAlSi4O10), Espodumena (LiAlSi2O6) y Ambligonita
(LiAlPO4F).
Utilidades del Litio Por su elevado calor específico, el litio se emplea en aplicaciones de
transferencia de calor, y por su elevado potencial electroquímico constituye un ánodo adecuado para las baterías eléctricas.
El carbonato de litio (Li2CO3), se emplean en el tratamiento de la manía y la depresión bipolar, aunque últimamente, se ha extendido su uso a la depresión unipolar.
El cloruro de litio y el bromuro de litio tienen una elevada higroscopicidad por lo que son excelentes secantes. El segundo se emplea en bombas de calor de absorción, entre otros compuestos como el nitrato de litio.
El litio es un agente altamente empleando en la síntesis de compuestos orgánicos, usado para la coordinación de ligandos a través del intermedio litiado.
El hidróxido de litio se usa en las naves espaciales y submarinos para depurar el aire extrayendo el dióxido de carbono.
Carbonato de CalcioCaliza
Propiedades Físicas
De aspecto blanco.
Es blando
Posee una gran porosidad.
Resistente a la meteorización, salvo la del agua.
Abundante en la naturaleza.
Causante de las aguas duras.
Utilizado para la creación de Cemento
Esta presente en conchas, cáscaras y
esqueletos de moluscos
Propiedades Químicas
Compuesto por Calcio, Carbono y Oxígeno
Su fórmula es CaCo3
Es un sólido a temperatura ambiente
Su densidad es de 2,7 g/ml
Su masa molar es de 100,1 g/mol
Posee alta reacción en presencia de ácidos, generando
efervescencia.
Obtención
Se puede encontrar en forma natural como Caliza
(Acompañado de arcillas y/o Cuarzo) y como Calcita
(Pura), no es necesario realizar grandes procesos pues
se encuentra en estado nativo.
Utilidades
Se utiliza como fuente reservoria de petróleo debido a
su alta porosidad.
Permitió a los antiguos realizar construcciones y
esculturas que se conservan hasta nuestros días debido
a la resistencia que presenta frente a la meteorización
(salvo la del agua)
Se utiliza para la generación de cemento gris, utilizado
en construcción y la creación de algunas pastas para
estuco
El Yodo y el Azufre
Yodo
Propiedades:
Simbolizado como I
Su numero atómico es 53
Su numero másico es 126,9 g/mol
Sus principales estados de oxidación son -1, +1, +3, +5,
+7.
Pertenece al grupo de los Halógenos
Obtención del Yodo
Se obtienen a través de los yoduros (anión) presentes en el agua de mar y algas marinas o en forma de yodatos IO3 (anión).
El primer método para la separación del yodo del salitre fue descubierto por el chileno don Pedro Gamboni, en su oficina salitrera Sebastopol, ubicada en la Región de Tarapacá.
En el caso de partir de yodatos, una parte de estos se reducen a yoduros, y los yoduros obtenidos se hacen reaccionar con el resto de yodatos, obteniédose yodo:
IO3- + 5I- + 6H+ → 3I2 + 3H2O
Aplicaciones
El yodo es esencial para el cuerpo humano pues es un
regulador de hormonas metabólicas, como lo son las
secretadas por la tiroides (T3 y T4)
Se emplea también como colorante para exámenes
médicos y también para procesos de fotografía.
Azufre
Propiedades:
Su numero atómico es 16
Su numero másico es 32 g/mol
De un color amarillento fuerte
Posee un olor característico que puede causar picazón en la
nariz
Clasificado como No Metal
Insoluble en Agua
Sus estados de oxidación son -2, +2, +4 y +6.
Obtención del Azufre
Se encuentra en grandes cantidades en la naturaleza como
Pirita (FeS2), Galena (PbS) y Yeso natural (CaSO4·2H2O)
Se separa de la impureza inyectando vapor de agua
sobrecalentado para fundir el azufre que posteriormente es
bombeado al exterior utilizando aire comprimido.
Usos del Azufre
Para generar ácido sulfúrico en baterías.
Fabricación de Pólvoras.
Utilizado como fungicida.
Creación de fosfatos fertilizantes para las plantas.
Se utilizan los Sulfitos para blanquear el papel
El tiosulfato de sodio se utiliza en la fotografía para fijación de
la imagen.
Se utiliza el Sulfato de Magnesio para efectos laxantes y
suplemento alimenticio para plantas.