Definición y Origen de los Minerales
Los minerales son sustancias en estado sólido formadas por elementos químicos que se han originado a través de un proceso natural. Los minerales aparecen en depósitos o yacimientos como rocas o rellenos de grietas.
Clasificación de Minerales según su Origen
- Minerales Primarios: Corresponden a depósitos originales.
- Minerales Secundarios: Se forman a partir de reacciones químicas que sufren los minerales preexistentes.
Tipos de Sólidos: Cristalinos y Amorfos
De acuerdo a cómo se originan los átomos y moléculas que forman los sólidos, se encuentran:
- Sólidos Cristalinos: Tienen partículas ordenadas y regulares, como el cuarzo.
- Sólidos Amorfos: No están agrupados de forma regular, como la roca volcánica.
Clasificación de Minerales por Propiedades y Usos
Según las propiedades y usos de las sustancias que se extraen de los minerales, se clasifican en:
- Minerales Metálicos: Son aquellos que presentan en su composición átomos de elementos con carácter metálico, como por ejemplo: cobre, plata, hierro, oro. Las propiedades más importantes de estos metales son la maleabilidad (formación de láminas), la ductilidad (formación de alambres e hilos), y su capacidad de ser conductores de electricidad y calor.
- Minerales No Metálicos: Son aquellos de los que se extraen materiales usados con frecuencia en la construcción y agricultura, como por ejemplo: nitrato, azufre, yeso, cuarzo, sal común.
Proceso Productivo en la Industria Química
Para obtener productos químicos a partir de las materias primas, las industrias realizan procesos físicos y químicos en la transformación:
Tratamientos Físicos Iniciales
Las materias primas que van a reaccionar se preparan y acondicionan para su transformación química a través de la trituración, la molienda, el calentamiento y la mezcla.
Tratamientos Químicos
Las materias primas ya procesadas se someten a una serie de reacciones químicas que tienen lugar en un reactor y que las transforman en productos. Estas reacciones pueden ser productos térmicos, como la calcinación y polimerización.
Tratamientos Físicos Finales
Concluida la fase anterior, se realiza la purificación y separación de los productos obtenidos. Para ello se utiliza generalmente la destilación, cristalización, filtración, etc.
Factores Clave en Procesos Químicos
- Factor Estequiométrico:
- La cantidad a ocupar.
- Factor Termodinámico:
- Entregar o quitar calor.
- Factor Cinético:
- (Información incompleta en el original)
Etapas de la Metalurgia
La metalurgia corresponde al conjunto de procesos químicos y físicos destinados a extraer un elemento químico de un mineral. Existen diferentes procesos, como por ejemplo: la hidrometalurgia, pirometalurgia, electrometalurgia, pero todas tienen las mismas etapas:
Exploración y Explotación del Mineral
Consiste en determinar con precisión la extensión y forma del yacimiento y la calidad del mineral encontrado.
Tratamiento Físico
La finalidad de este proceso es separar el metal (mena) del mineral sin valor económico (ganga).
Tratamientos Químicos
El propósito de esta etapa es romper las interacciones moleculares formadas por los metales para poder obtener los minerales en su estado más puro. Existen dos tipos:
- Tratamientos por Vía Seca: Fusión, conversión, reducción, tostación, calcinación.
- Tratamientos por Vía Húmeda: Precipitación, lixiviación y biolixiviación.
Refinación
Es la última etapa y consiste en purificar el mineral extraído. Se puede hacer por tratamiento por vía seca o vía eléctrica. El contenido del metal mena se llama ley del mineral y se expresa en porcentaje (%), y su valor se determina en proporción.
El Cobre en Chile: Minas y Procesos
Las menas chilenas de cobre tienen un alto contenido de metal (1,5% de Cu y 0,03% de molibdeno), lo que ubica a Chile como el primer país productor de cobre y segundo en la producción de molibdeno.
En nuestro país, el cobre se encuentra combinado con oxígeno y azufre, formando minerales oxidados y sulfurados, respectivamente.
Procesos de Concentración del Mineral de Cobre
El proceso de reducción de tamaño del mineral se divide en:
- Seca o Chancado: Reduce el tamaño del mineral a unos 12 mm de diámetro.
- Húmeda: Se obtienen partículas de 0,2 mm.
Concentración del Mineral de Cu
- Flotación:
El mineral molturado se mezcla con agentes espumantes que producen burbujas a las que se adhieren las partículas de mineral, rebasando los canales que rodean la parte superior de la celda de flotación.
Luego, el mineral se somete a filtración y secado para que el concentrado quede libre de agua.
- Lixiviación:
El mineral oxidado previamente molido se acumula en bateas para tratarlo con una solución de ácido sulfúrico (H2SO4) para extraer el cobre del mineral en forma de sulfato de cobre (CuSO4) de una concentración cercana a los 9 gramos por litro.
La solución obtenida se trata con solventes orgánicos que capturan al ión Cu+2 de forma selectiva, eliminando la impureza.
El cobre se recupera con una solución ácida, alcanzando una concentración de 45 gramos por litro.
Refinación del Cobre
Refinación Electrolítica
La solución de sulfato de cobre concentrada se somete a electrólisis y, al cabo de 5 días, se obtiene un cátodo de 70 kg y un 99,98% de pureza.
Refinación a Fuego (RAF)
El cobre Blíster se lleva a hornos de refinación para eliminar el oxígeno que contiene. Se obtiene un cobre con un 99,9% de pureza.
Finalmente, este cobre se puede someter a electrorefinación para obtener un cobre de una pureza de 99,99%.
Aleaciones del Cobre
- Bronce: 80% Cu y 20% Sn. Usado en llaves, tubos y utensilios de gasfitería.
- Latón: 45% Zn y 55% Cu. Utilizado en armamento, soldadura y construcción de barcos.
- Cobre-Níquel: 2 partes de cobre por una de níquel. Aplicado en telecomunicaciones y artículos de grifería.
- Cobre-Aluminio: 90% cobre y 10% de aluminio. Presente en trenes de aterrizaje, joyería, monedas y medallas.
- Cobre-Cromo: Destaca por su resistencia a altas temperaturas.
Propiedades del Cobre
- Metal rojizo.
- Densidad: 8,9 gr/cm³.
- Funde a 1.083 °C.
- Resistente a la corrosión.
- Resistencia mecánica (dúctil y maleable).
- Conductor de electricidad.
- Conductor térmico.