MINERIA Y METALURGIA

Transcripción

1 MINERIA Y METALURGIA

2 MINERAL Son sustancias en estado sólido conformadas por elementos o compuestos químicos, que se han originado a través de un proceso natural

3 Los minerales se encuentran en depósitos o yacimientos y según su origen se clasifican en: Primarios Secundarios

4 De acuerdo a como se organizan los átomos, iones y moléculas en los sólidos, los minerales pueden ser cristalinos o amorfos

5 SISTEMAS CRISTALINOS

6 EJEMPLOS DE SISTEMAS CRISTALINOS SISTEMA CUBICO PIRITA

7 TIPOS DE SISTEMAS CRISTALINOS SISTEMA TETRAGONAL

8 TIPOS DE SISTEMAS CRISTALINOS HEXAGONAL BERILO

9 TIPOS DE SISTEMAS CRISTALINOS TRIGONAL CORINDON

10 TIPOS DE SISTEMAS CRISTALINOS ROMBICO DIOPTASA

11 TIPOS DE SISTEMAS CRISTALINOS MONOCLINICO ORTOCLASA

12 TIPOS DE SISTEMAS CRISTALINOS TRICLINICO CIANITA

13 PROPIEDADES FISICAS DE LOS MINERALES

14 ESCALA DE MOHS

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17 MINERALES METALICOS Son aquellos que presentan en su composición elementos metálicos como hierros, cobre, plata y oro.

18 MINERALES NO METALICOS Son aquellos de los que se extraen materiales utilizados con frecuencia en la construcción y en la agricultura.

19 METALURGIA DEL COBRE EN CHILE

20 CONCEPTOS CLAVES Mineral Mena Ganga Ley Material esteril Veta botadero

21 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 en el primer país productor de cobre y segundo en la producción de molibdeno.

22 En nuestro país el cobre se encuentra combinado con oxígeno y azufre, minerales oxidados y sulfurados, respectivamente.

23 RESERVAS MUNDIAL DE COBRE

24 PRODUCCION MUNDIAL DE COBRE

25 Minerales Oxidados Cuprita Cu 2 O Tenorita CuO

26 Malaquita Azurita CuCO 3 xcu(oh) 2 2CuCO 3 xcu(oh) 2

27 Atacamita Crisocola CuCl 2 x3cu(oh) 2 CuSiO 3 x2h 2 O

28 Brocantita Calcantita CuSO 4 x3cu(oh) 2 CuSO 4 x5h 2 O

29 Minerales Sulfurados Calcosina Cu 2 S Covelina CuS

30 Calcopirita CuFeS 2 Bornita Cu 5 FeS 4

31 METALURGIA DEL COBRE OXIDADO EXTRACCION Los minerales oxidados son extraídos de minas a tajo abierto. El proceso de extracción contempla cuatro fases: perforación, tronadura, carguío y transporte

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33 Chancado El mineral es triturado en una chancadora hasta obtener tamaños que van desde los 2 mm a 1 pulgada

34 Molienda Seca : reduce el tamaño del mineral a unos 12 mm. de diámetro.

35 Húmeda: se obtienen partículas de 0,2 mm.

36 LIXIVIACION Y EXTRACCION Proceso hidrometalurgico, donde el mineral molido es acumulado en pilas y regado con una solución de acido sulfúrico. Se obtiene una solución de sulfato de cobre según la ecuación:

37 En el norte de Chile la técnica consiste en la lixiviación en pilas, en donde el mineral es apilado y regado periódicamente con una solución de acido sulfúrico durante un tiempo de semanas o meses

38 La solución obtenida se trata con solventes orgánicos que capturan al ión Cu +2 en forma selectiva eliminando la impureza. El cobre se recupera con una solución ácida alcanzando una concentración de 45 gramos por litro.

39 ELECTROOBTENCION La solución de sulfato de cobre se somete a electrolisis, obteniéndose un cátodo de cobre de 99,99% de pureza, el cobre se llama cobre electrolítico

40 Electroobtención: La solución electrolítica de cobre es llevada a las celdas de electroobtención, que tienen en su interior sumergidas unas placas metálicas. Estas corresponden alternadamente a un ánodo y un cátodo. depositándose en su superficie.

41 Los ánodos son placas de plomo que hacen las veces de polo positivo, ya que por estos 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. Así, el cobre del solución de sulfato de cobre migra hacia el cátodo, luego de siete dias se retiran las placas, con un cobre con un 99,99% de pureza

42 NVAi8 Q2XHoY KU1xj8

43 LIXIVIACION BACTERIANA Es un proceso hidrometalurgico que se emplea para extraer metales desde minerales de baja ley. El proceso utiliza bacterias como Ferrooxidans thiobacillus, thiooxidans y sulfolobus acidocaldarius. Estos microorganismos actúan sobre compuestos sulfurados oxidandolos hasta sulfato cúprico.

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45 Utilizando cobre chileno como materia prima, la NASA construyó un proyectil que fue lanzado por la sonda denominada Deep Impact (Impacto Profundo), que se estrelló contra el cometa Tempel 1. Esto, con el objetivo de estudiar a fondo de qué están hechos estos astros y, además, obtener nuevos datos sobre el origen del Sistema Solar. En la mina El Salvador (III Región) se elaboraron las siete planchas de cobre (cátodos de alta pureza), de unos 350 kilos, con las que se construyó dicho proyectil. La idea de usar cobre para este artefacto se basó en que, al producirse el impacto, el cobre no crearía interferencias ni mezclas con las observaciones espectrales de los materiales que surjan desde el cráter del cometa

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47 Minerales Sulfurados de cobre Los minerales sulfurados son explotados en minas subterraneas, siguiendo las vetas de cobre El proceso consiste en el chancado del mineral para luego ser sometido a molienda y posterior flotacion

48 FLOTACION

49 Concentración del Mineral de Cu Flotación: Es un proceso físico-químico en donde el mineral triturado 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. En este proceso se separa el Molibdeno

50 Luego el mineral se somete a filtración y secado para que el concentrado quede libre de agua.

51 REFINACION A FUEGO

52 TOSTACION El mineral de cobre se somete a tostación en hornos de reverbero con oxigeno inyectado. En este proceso el sulfuro de hierro se oxida y el sulfuro de cobre permanece como tal 4FeS + 7 O 2 4 SO Fe 2 O 3

53 El oxido de hierro formado se elimina utilizando arena (SiO 2 ), formando una escoria de silicato ferrico que no se funde y se separa del sulfuro de cobre al quedar flotando sobre el.

54 El sulfuro de cobre recibe el nombre de mata o eje de cobre y continua su tostación en hornos de reverbero hasta obtener un cobre de pureza entre 95-98%, denominado cobre blíster Cu 2 S + 2 O 2 2CuO + SO 2 2CuO + Cu 2 S 4Cu + SO 2

55 El cobre blíster es tratado para oxidar sus impurezas hasta obtener cobre RAF, que alcanza una pureza de 99,6%. Con este tipo de cobre se fabrican materiales de construcción o maquinarias industriales

56 RAF:.

57 REFINACION Electrolítica: La solución de sulfato de cobre concentrada se somete a electrólisis y al cabo de 5 a 7 días se obtiene un cátodo de 70 kg y un 99,98 % de pureza.

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59 Sinopsis Producción de Cu

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64 Este cobre se emplea en maquinaria industrial

65 Y también en materiales de construcción

66 Finalmente este cobre se puede someter a electro refinación para obtener un cobre de una pureza de 99,99%.

67 Aleaciones del cobre Bronce: 80% Cu y 20% Sn. Llaves, tubos y utensilios de gasfitería. Latón: 45% Zn y 55% Cu. Armamento, soldadura, construcción de barcos. Cobre-níquel: 2 partes de cobre por una de níquel. Telecomunicaciones y artículos de grifería. Cobre-Aluminio: 90% cobre y 10% de aluminio: trenes de aterrizaje, joyería, monedas, medallas. Cobre-Cromo: resistencia a altas Temperaturas

68 ALEACIONES DE COBRE

69 Propiedades del cobre Metal rojizo. Densidad 8,9 gr/cc, Funde a 1,083 ºC. Resistente a la corrosión. Resistencia mecánica (dúctil y maleable). Conductor de electricidad. Conductor térmico.

70 El Hierro Metal mas importante de nuestra civilización Utilizado desde el siglo XIV a. C. Por los Hititas

71 Hierro en la naturaleza Cuarto elemento en abundancia En el núcleo su abundancia es del 88,6% En la corteza se encuentra como óxidos, carbonatos, hidróxidos, sulfuros y silicatos.

72 Minerales mas comunes de hierro Pirita FeS 2 Magnetita Fe 3 O 4 Siderita FeCO 3 Hematita Fe 2 O 3

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74 Pirometalurgia del Hierro El proceso que se lleva a cabo en la actualidad se conoce como ALTO HORNO, en donde se funde juntos el mineral de hierro, carbón coque y piedra caliza. En un proceso que comprende reacciones de oxido-reducción y acido-base.

75 La altura del horno es aprox. 40 metros y un diametro de 14 metros. Su interior esta cubierto de material refractario.

76 Por la parte superior se introduce la mena, el coque y la piedra caliza. Por la parte inferior ingresa aire caliente que reacciona con el coque formando CO

77 A 200 C: Reduccion parcial del Fe 3Fe 2 O 3 + CO 2 Fe 3 O 4 + CO 2 Fe 3 O 4 + CO 3FeO + CO 2 CaCO3 CaO + CO 2

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79 A 700 C: Reducción final C(S) + CO2 (g) 2CO(g) FeO(s) + CO (g) Fe (l) + CO2 (g) A 1200 C: Hierro fundido con escoria CaO(s) + SiO 2 (s) CaSiO 3 (l) A 1700 C 2C(s) + O 2 (g) 2CO(g)

80 Acero El hierro bruto obtenido en el alto horno se conoce como arrabio, que contiene un 95% de hierro, entre 3 a 4% de carbono y el resto de impurezas (Si,P,S,Mn). El arrabio se transforma en acero en un horno especial en donde se oxidan las impurezas

81 Con este procedimiento se obtiene un acero que contiene un 99% de Fe y 1% de C. Las distintas calidades de acero se diferencian en el contenido de otros metales.

82 Otros metales de importancia nacional Molibdeno Zinc Manganeso Plata Oro

83 MINERALES NO METALICOS El litio Es el metal alcalino mas liviano que se conoce, de baja densidad y alto bajo punto de fusión. El litio es el elemento mas reductor que se conoce y por ello no se encuentra en estado nativo en la naturaleza, formando compuestos oxidados.

84 El metal en presencia del aire forma los siguientes compuestos 2Li(s) + H 2 (g) 2LiH(s) 4Li(s) + O 2 (g) 2Li 2 O(s) 6Li(s) + N 2 (g) 2Li 3 N(s)

85 Al reaccionar con agua lo hace en forma violenta según la ecuación 2Li(s) + 2H 2 O(l) 2LiOH(ac) + H 2 (g) El litio metálico se obtiene mediante electrolisis de cloruro de litio fundido, en una atmosfera inerte.

86 SALAR DE ATACAMA

87 Los nitratos El nitrógeno se encuentra en la naturaleza en estado gaseoso como la molécula de N 2 Constituye aprox. Un 78% del aire Forma parte de todos los organismos vivos. Se utiliza como refrigerante industrial y en medicina. El nitrato de potasio se utiliza en la fabricación de pólvora a fines del sigloxix

88 Salitre Se encuentran entre la primera y segunda región de nuestro país, en forma de nitratos, formando parte del caliche. Primeros usos: Fabricación de explosivos. Fertilizantes.

89 Composición química Químicamente esta compuesto por nitrato de sodio (NaNO 3 ) y nitrato de potasio (KNO 3 ) Se encuentra asociado a los depósitos de yeso, cloruro de sodio, otras sales y arena, formando el caliche