01 Minerales y estructuras

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1 01 Minerales y estructuras Año /08/ Contenido Minerales metales Mena, ganga, ley mineral Tipo de minerales Estructura de los materiales Tipo de enlaces: iónico, covalente, metálico, van der Waals, hidrógeno 2

2 Minerales Minerales sustancia de origen natural con un rango de composición química característica (Chang, 2000) de aquí se obtienen el metal Mena depósito mineral cuya concentración es adecuada económicamente para extraer un dado metal (Chang, 2000) Ganga mena - minerales, casi siempre arcillas y silicatos (Chang, 2000) 3 Minerales Ley media: Es la concentración que presenta el elemento químico de interés minero en el yacimiento. Se expresa como tantos por ciento, o como gramos por tonelada (g/t) Ley de corte o cut-off: Es la concentración mínima que debe tener un elemento en un yacimiento para ser explotable, es la concentración que hace posible pagar los costos de su extracción, tratamiento y comercialización. Es un factor que depende a su vez de otros factores, ejemplo puede ser su proximidad o lejanía a vías de transporte, avances tecnológicos en la extracción, etc. 4

3 Minerales Tipo Mineral Metales sin combinar Carbonatos Halogenuros Ag, Au, Bi, Cu, Pd, Pt BaCO 3 (whiterita), CaCO 3 (caliza), MgCO3 (magnesita), CaCO 3. MgCO 3 (dolomita), LiCO 3 CaF 2 (fluorita), NaCl (halita), NaCl, PCl, LiCl Óxidos Al 2 O 3. H 2 O (bauxita), Al 2 O 3 (corindon), Fe 2 O 3 (hematita), Fe 3 O 4 (magnetita), TiO 2 (rutilo), Cu 2 O (cuprita), ZnO (cincita) Fosfatos Ca 5 (PO 4 ) 3 OH (hidroxiapatita) Silicatos Sulfuros ZrSiO 4 (zircón), Mg 2 (Si 4 O 10 )(OH) 2 (talco) Ag 2 S (argentita), Cu 2 S (calcocita), ZnS (blenda), PbS (galena) 5 Minerales en Argentina Agua Rica, Catamarca Au y Cu Bajo la Alumbrera, Catamarca Cu, Au, Mo, Ag Cerro Vanguardia, Santa Cruz Au, Ag Pascua Lama, San Juan Au, Ag Río Colorado, Mendoza K Sierra Grande, Chubut Fe Salar del Hombre Muerto, Salta Li 6

4 Extracción Trituración Separación Transporte Metalurgia Reducción Tecnología minera 7 Extracción A cielo abierto Por túneles Tecnología minera 8

5 Trituración Tecnología minera 9 Trituración Tecnología minera 10

6 Trituración Tecnología minera 11 Separación zarandas Tecnología minera 12

7 Separación magnética Tecnología minera 13 Transporte Camiones Tecnología minera Cañerías mineraloducto 14

8 Mineral Metal 3Fe 2 O 3 (s) + CO(g) 2F 3 O 4 (s) + CO 2 (g) Fe 3 O 4 (s) + CO(g) 3FeO(s) + CO 2 (g) FeO(s) + CO(g) Fe(l) + CO 2 (g) CO, CO 2 Fe 2 O 3 Fe 3 O 4 + impurezas (Al 2 O 3 y SiO 2 Coque CaCO 3 CaSiO 3 y Ca(AlO 2 ) 2 15 Fe +4%C +S+P+Mn+Si Estructura Las propiedades de las sustancias dependen en gran del tipo de enlace que los une y, en el caso de los sólidos, de la disposición de sus átomos en el espacio Los metales, generalmente, son sólidos cristalinos con propiedades típicas debidas al ordenamiento de sus átomos Para el estudio de la metalurgia es indispensable conocer la estructura intima del cristal metálico y el enlace típico que aparece entre sus átomos, para deducir luego las propiedades de un dado metal 16

9 Estructura Enlace iónico Enlace covalente Enlace metálico Fuerzas de van der Waals Puente de hidrógeno 17 Enlace iónico Enlace iónico es la fuerza electrostática que mantiene unidos a los iones en un compuestos iónico Anión ión negativa halógenos y O Catión ión positivo 1A y 2A Ejemplo LiCl Li + + Cl - CaO Ca 2+ + O 2- Li 2 O 2Li + + O 2-18

10 Enlace iónico Celda del LiCl op8 Celda del K 2 O cf12 8/8 + 12/4 + 6/2 + 1/1 = 8 Na- Li+ 19 Nomenclatura de Pearson 20

11 Enlace covalente Enlace covalente es el enlace en el cual dos electrones son compartidos por dos átomos Ejemplos: H 2 H + H H H CO 2 O=C=O cada O tiene 4 e libres H 2 O H O H H + + OH - 21 Iónico vs Covalente Propiedad NaCl CO 2 H 2 O Aspecto sólido blanco gas incoloro líquido incoloro Punto de fusión Calor de fusión (kj/mol) 30,2 9 6,2 Punto de ebullición ( C) Calor de vaporización (kj/mol) ,6 Densidad (g/cm 3 ) 2,17 0, Solubilidad en agua (g/l) 370 3,4 --- Conductividad eléctrica sólido pobre pobre pobre líquido buena pobre pobre 22

12 Enlace metálico Átomos con e - valencia = 1, 2, 3 Los átomos tienden a desprender estos electrones y los iones positivos que quedan se disponen en una estructura geométrica ordenada y simétrica, denominada estructura cristalina Con retículos cristalinos simples y regulares se alcanzan valores muy bajos de energía interna del sistema, o sea un estado de equilibrio estable FCC, BCC, HCP 23 Enlace metálico Átomos con e - valencia = 1, 2, 3 Li, Na, K, Rb, Cs 1 Be, Mg, Ca, Sr, Ba 2 Sc, Y, La 1 Ti, Zr, Hf 2 V, Nb, Ta 3, 2 Cr, Mo, W 1 y 2 Mn, Tc, Re 2 Fe, Ru, Os 2 y 1 Co, Rh, Ir 2 y 1 Ni, Pd, Pt 2 y 1 Cu, Ag, Au 1 Zn, Cd, Hg 2 (B), Al, Ga, In, Tl 1 Sn, Pb 4 (5,6s 2 5,6p 2 ) 24

13 Enlace metálico Electrones deslocalizados gran fuerza de cohesión resistencia mecánica alta electrones conducen electricidad y calor 25 Enlace metálico Sistema Cúbico Tipo de Red: centrado en las caras centrado en el cuerpo Sistema Hexagonal 26

14 Enlace metálico 27 van der Waals Fuerza de 2do orden más débil que iónico, covalente y metálico entre átomos y moléculas origen electroestático evidente en los gases nobles y en moléculas de compuestos covalentes 28

15 Puente de hidrógeno Es un tipo especial de los enlaces de van der Waals H F, H O, H N HF, H 2 O y NH 3 El dipolo se forma por el H + +H O- 29 Enlaces 30

16 Preguntas 1. Defina: mineral, mena y ganga. 2. Qué se entiende por ley de corte de un yacimiento? 3. Cuáles son las etapas típicas del procesado de un mineral? 4. Cuál es el elemento metálico más abundante en la corteza terrestre? Cuál es su mineral asociado? 5. Qué metales pueden encontrarse en estado metálico en la naturaleza? 6. Qué significa reducir un elemento químico? 7. Describa los enlaces iónico, covalente y metálico. 8. Describa la unión puente de hidrogeno. De ejemplos de sistemas donde esta unión es importante. 9. Cuántos sistemas cristalinos existen? Cuántas redes de Bravais? 10. Realice un esquema de las celdas unitarias de las redes P, F e I del sistema cúbico. Preguntas 11. Mena es: a. Una sustancia de origen natural con un rango de composición química característico b. Casi siempre arcillas o silicatos c. Un depósito mineral cuya concentración es adecuada económicamente para extraer un dado metal d. Una sustancia constituida por la ganga y los desperdicios 12. Qué es enlace iónico? a. es la fuerza que mantiene unidos a los iones positivos en un compuestos iónico b. es la fuerza electrostática que mantiene unidos a los iones en un compuestos iónico c. es el tipo de enlace que comparte electrones entre los elementos sujetos del enlace d. es una fuerza de segundo orden e. es el enlace que se da entre los elementos del grupo IA o IIA

17 Preguntas 13. Cuál de las siguientes grupos no esperaría que tuviese enlace metálico? Use una tabla periódica a. VIIIA b. VIII c. IIB d. IVA 14. Con cuál de los siguientes elementos el H no forma enlaces puente de hidrógeno? a. O b. F c. C d. N 15. Qué tipo de enlace mantiene unidos a los átomos de los Ar? a. metálico b. covalente c. iónico d. fuerzas de van der Waals e. puente de hidrógeno