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Extracción y procesamiento de materias primas

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by

javierita ramirez

on 5 November 2013

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Extracción y procesamiento de materias primas
Minerales y sus características
Los minerales son sustancias en estado sólido conformadas por elementos o compuestos químicos, que se han originado a través de un proceso
natural. Estos pueden ser Primarios o Secundarios
Minerales Metálicos Y No Metálicos
Los minerales metálicos son aquellos que presentan en su composición átomos de elementos con carácter metálico y son maleables, como la plata y el oro.
Los minerales no metálicos son aquellos de los que se extraen materiales utilizados en la construcción y en la agricultura como el cuarzo y el yeso
Etapas del proceso productivo de materias primas
Procesos Productivos
Tratamientos Fiscos iniciales: La materia se prepara para ser alterada químicamente a través de la trituraron la molienda el calentamiento y la mezcla
Tratamientos Químicos: Las materias primas se someten a reacciones químicas en un reactor. Esto va desde una calcinación de minerales hasta reacciones orgánicas de polimerización.
Tratamientos Físicos Finales: Se realiza la purificación y separación del producto. Estas pueden ser destilación, extracción, cristalización, sedimentación y filtración
Procesos Químicos
Productos Químicos Básicos: Se obtienen engrandes cantidades a partir de materias primas básicas y a través de procedimientos sencillos, como la celulosa o la seda
Productos químicos intermedios: Se consiguen mediante la transformación de los productos químicos básicos. Por ejemplo: cloruro de vinilo,butadieno, ácido fosfórico y fenol.
Productos químicos finales. Poseen las características físicas y químicas apropiadas para el consumo directo. Por ejemplo: fármacos, detergentes y cosméticos.
Factores que influyen en la obtención de un producto
Para la obtención de un producto, se necesita saber si este es viable, el aspecto económico y el rendimiento de las reacciones, Por lo siguiente analizaremos los factores que influyen
Factor estequiométrico: concentración, la presión y la temperatura. Si uno de estos varía, la reacción será disntinta.
Factor Termodinámico: Es el que ve la vialidad de ocurrencia de las reacciones químicas. Su parámetro es la energía libre (G).
Factor cinético: En estos procesos se utilizan catalizadores, que aumentan la velocidad de la reacción química.
Recursos Minerales Metálicos
Procesos metalúrgicos
Los minerales se encuentran presentes en toda la corteza terrestre y disueltos en los mares y océanos; sin embargo, se concentran en sectores asociados a la formación de cordilleras jóvenes.La metalurgia corresponde al conjunto de procesos físicos y químicos destinados a extraer un elemento químico de un mineral.
Exploración y extracción del mineral.
Consiste en determinar
con precisión la extensión y forma del yacimiento y la calidad del
mineral encontrado.
Tratamiento físico
La finalidad es separar el metal (mena) del mineral
sin valor económico (ganga). Además, aumentar la superficie de
contacto. Estos tratamientos suelen ser: chancado, molienda, tamizado
y flotación (proceso físico-químico).
Tratamientos químicos
El propósito de esta etapa es “romper” las
interacciones intermoleculares formadas por los metales, a modo de obtener los minerales en su estado más puro. Existen dos tipos:
Refinación
Última etapa de la metalurgia que consiste en purificar el
mineral extraído. Puede llevarse a cabo por tratamientos vía calor o vía
eléctrica, como pudiste comprobar en la Actividad exploratoria de la
página anterior.
Procesos metalúrgicos
Tratamientos por vía seca
fusión, conversión, reducción, tostación
y calcinación.
Tratamientos por vía húmeda
precipitación, lixiviación y biolixiviación
bacteriana.
El cobre
El cobre (Cu) es un metal de transición que fue descubierto en estado natural (cobre nativo) en Asia Menor, aproximadamente 6500 años a. C. Este metal es un excelente conductor eléctrico. Se utiliza en cables de alambrado publico, partes de computadores, etc.
El cobre es dúctil, ya que es capaz de alargarse y estirarse. También es maleable, pues de él se pueden obtener láminas muy delgadas. Las dos aleaciones más importantes del cobre son el latón
(aleación con cinc) y el bronce (aleación con estaño).
En la naturaleza, el cobre se encuentra combinado con oxígeno o con azufre, es decir, hay minerales de cobre oxidados y sulfurados. Los yacimientos de cobre se relacionan con la presencia de rocas intrusivas, que son rocas ígneas formadas por material magmático que se introdujo a gran temperatura y presión en la corteza terrestre.

Extracción
Los minerales oxidados son extraídos de minas a tajo abierto. Este proceso esta formado por cuatro sub-etapas: Perforación, tronadura, carguío y transporte
Chancro y molienda
Etapa en la cual se reduce el tamano del mineral, obteniéndose fragmentos aproximadamente de 1,27 cm de diámetro
Lixiviación y Extracción
Proceso hidrometalúrgico donde el mineral molido es acumulado en pilas y bañado con una solución acuosa de ácido sufúrico. se obtiene una solución de sulfato de cobre.
Electroobtención
La solución de sulfato de sobre se somete a una electrólisis, obteniendose un cátodo de cobre de 99,99% de pureza, el que se llama cobre electrolítico
Metalurgia del cobre oxidado
Extracción
Los minerales sulfurados son extraídos de minas subterráneas y de minas a tajo abierto
Chancado y Molienda
Se reduce el tamaño del mineral obteniéndose así fragmentos de 1,27 cm de diámetro aproximadamente
Flotación
Proceso físico-químico en donde el material molido es mezclado con una sustancia espumante que produce burbujas de aire, las que atrapan las partículas de cobre y las llevan a la superficie, separándolas de las impurezas
Fundición
El material se calienta a unos 1200 ºC en hornos especiales (Reverberos) Luego el proceso de purificación del cobre continua en hornos convertidores en donde se utiliza el aire para eliminar cualquier impureza así obteniendo el cobre blíster
Metalurgia del cobre oxidado
Electrorrefinación
Ocurre en celdas electrolíticas, endonde se colocan alternadamente un ánodo y un cátodo en una solucion de ácido sulfúrico.
Biolixiviación
Desde hace algún tiempo en nuestro país se han estado utilizando ciertas especies de bactérias en el proceso de lixiviación del cobre. Este proceso recibe el nombre de lixiviación bacteriana o biolixiviación. Estas bacterias oxidan el asufre que contienen los minerales de sulfuro de cobre, se encuentra en un estado sólido obteniendose asi una solución de sulfato de cobre. a partir de esta solución se puere recuperar el cobre como metal
Subproductos del Cobre
El molibdeno: Metal de color gris oscuro que no se encuentra en la naturaleza en estado puro. Las propiedades
que destacan del molibdeno son: gran resistencia a las temperaturas y a la corrosión y alta durabilidad
Ácido sulfúrico :Líquido denso, altamente corrosivo. Tiene la
propiedad de disolver muchos metales y sustanciaEste compuesto también se emplea en la industria productora de
fertilizantes y en las industrias papeleras.
El Hierro
El hierro (Fe) es un metal de transición de color gris, con brillo
metálico. Es maleable y posee propiedades magnéticas. Los
principales yacimientos nacionales se encuentran en las
regiones de Antofagasta y Coquimbo.
El principal uso y aplicación del hierro es la fabricación y
producción del acero. El acero es una aleación del hierro que
contiene entre 0,3 y 1,4% de carbono, y otros elementos; la
aleación resultante es de alta dureza y resistencia.
Metalurgia del hierro: siderurgia
El hierro se prepara
en un alto horno mediante una
reacción de reducción química. Las
materias primas utilizadas son la mena,
el carbón coque, y la piedra caliza
(carbonato de calcio). Estas sustancias
se cargan por la parte superior del alto
horno, mientras que por la parte
inferior, se inyecta aire caliente para
facilitar los procesos químicos.
El Acero
El acero inoxidable es una aleación que, además de hierro y carbono, contiene níquel, cromo y molibdeno. Para obtener el acero se realiza un proceso básico de
oxidación, en el cual las impurezas se eliminan, haciéndolas reaccionar con oxígeno.
El acero fundido es vaciado en un gran recipiente llamado convertidor. Por el fondo del convertidor se introduce aire para oxidar las impurezas que acompañan al metal, el manganeso, el fósforo, el silicio y el exceso de carbono al reaccionar con el oxigeno forman óxidos. Se sabe que el proceso termina por el color de la llama que sale por la abertura del convertidor.
El cinc (Zn)
El cinc es un metal de color gris brillante que, a temperatura
ambiente, es bastante quebradizo, pero que al calentarlo entre
100 y 150 ºC, se vuelve blando y maleable. En forma nativa se
encuentra frecuentemente como sulfuros, óxidos y carbonatos.
La principal aplicación industrial es el galvanizado del acero
Símbolo: Zn
Configuración electrónica: [Ar] 3d10 4s2
Punto de fusión: 419,5 °C
Número atómico: 30
Descubrimiento: 1746
Masa atómica: 65,38 ± 0,002 u

El manganeso es un metal blanco grisáceo parecido al hierro,
duro y muy frágil, fácilmente oxidable. Está presente es muchos
minerales, como: la pirolusita (MnO2), la manganita
(MnO(OH)) y la braunita (3 Mn2O3
· MnSiO3). A
Nombre, símbolo, número Manganeso, Mn, 25
Serie química Metales de transición
Grupo, período, bloque 7, 4, d
Masa atómica 54,938049 u
Configuración electrónica [Ar]3d54s2
Electrones por nivel 2, 8, 13, 2 (imagen)
Manganeso (Mn)

La plata es un metal blanco grisáceo, brillante, blando, dúctil
y maleable. En forma nativa se encuentra frecuentemente
como sulfuro de plata (Ag2S, argentita). Este metal es poco
abundante en la naturaleza y su obtención es básicamente a
partir de los barros anódicos y concentrados provenientes
de la metalurgia del cobre. la plata es el mejor
conductor eléctrico.
Plata (Ag)
Nombre, símbolo, número Plata, Ag, 47
Serie química Metales de transición
Grupo, período, bloque 11, 5, d
Masa atómica 107,8683 u
Configuración electrónica [Kr]4d10 5s1
Electrones por nivel 2, 8, 18, 18, 1
Oro (Au)
El oro es un metal amarillo brillante y denso se caracteriza por su gran ductilidad y maleabilidad. Es un buen conductor eléctrico y ademas es resistente a la oxidación
Nombre, símbolo, número Oro, Au, 79
Serie química Metales de transición
Grupo, período, bloque 11, 6, d
Masa atómica 196,966569(4) u
Configuración electrónica [Xe]4f145d106s1
Electrones por nivel 2, 8, 18, 32, 18, 1
Desarrollo sustentable
Cuando utilizamos los recursos renovables en un volumen mayor que el apropiado para su recuperación, estamos comprometiendo su disponibilidad para las próximas generaciones; lo mismo ocurre al extraer en forma indiscriminada recursos no renovables,
El desarrollo sustentable es un modelo reconocido y acepta mundialmente como la única salida a los problemas medioambientales generados por el crecimiento económico.
Ley de Bases del Medioambiente (1994).
La Ley Nº 19300, artículo 2º, señala: “g) Desarrollo Sustentable: el proceso de mejoramiento sostenido y equitativo de la calidad de vida de las personas, fundado en medidas apropiadas de conservación y protección del medio ambiente, de manera de no comprometer las expectativas de las generaciones futuras“.

El carbonato de litio es un compuesto muy
abundante en la naturaleza. Se puede encontrar
formando rocas, como constituyente del esqueleto de
muchos organismos y también presente en salmueras
Las salmueras son aguas que contienen una alta
concentración de sólidos disueltos (sales).
El proceso de extracción comienza con el bombeo de
las salmueras (soluciones acuosas de sales), ubicadas a
unos 30 m de profundidad. Conducidas por cañerías,
se reciben en unos estanques donde, con ayuda del
calor solar, el agua se evapora y el mineral de litio se
concentra
Obtención carbonato de litio y de litio
El litio (Li) es un metal alcalino, blando, maleable y el más ligero
y reactivo de todos los metales. Tiene la propiedad de transferir
electrones a otras especies.
Este metal no se encuentra en la naturaleza en estado libre, sino
formando compuestos oxidados
El litio metálico se obtiene por electrólisis del cloruro de litio
(LiCl).
El carbonato de litio se utiliza en productos como: vidrios y cerámicas
especiales por su alta resistencia a los cambios de temperatura y calidad y
para fabricar esmaltes cerámicos, lubricantes y grasas sintéticas de alto
rendimiento; en la industria farmacéutica
Es un mineral no metálico que, en estado nativo, se encuentra
en depósitos de origen volcánico, y formando minerales.
Algunas aplicaciones del azufre en la industria química
son: la vulcanización del caucho, la fabricación de papel, la síntesis decolorantes y ácido sulfúrico y en el tratamiento de algunas afecciones a la piel
Existen dos métodos utilizados para obtener azufre.

El azufre (S)
Nombre, símbolo, número Azufre, S, 16
Serie química No metales
Grupo, período, bloque 16, 3, p
Masa atómica 32,065(5) u
Configuración electrónica [Ne] 3s2 3p4
Electrones por nivel 2, 8, 6

Métodos para obtener azufre
Método Calcaroni. Se realiza cuando el depósito mineral se encuentra
en la superficie. El azufre se separa del yeso y del resto de la roca. Se calienta hasta que ocurre la fusión. Como el piso del horno es inclinado, el azufre líquido fluye y se recoge en moldes de madera, donde se solidifica, obteniéndose el llamado “azufre de cañón"
Al azufre que, al chocar con las paredes frías de la parte superior del horno, pasan directamente al estado sólido se denomina “flor de azufre”.
Método Frasch. Este método se emplea en la extracción de azufre
desde los yacimientos que se encuentran a unos 150 m de profundidad. Se trata de colocar tres tubos concéntricos hasta alcanzar los depósitos subterráneos. Por el tubo externo se inyecta agua a presión, a unos 120 °C, lo que hace que el azufre se funda. Por el tubo central se inyecta aire comprimido, el cual ejerce presión sobre el azufre líquido, permitiendo que suba a la superficie por el tercer tubo.

El ácido sulfúrico (H2SO4) es el producto químico de mayor consumo en el mundo y el ácido inorgánico de menor costo de producción. Se utiliza en la elaboración de fertilizantes, en la refinación del petróleo, en la metalurgia del cobre, hierro y manganeso, y en la fabricación de pigmentos, entre otros. El proceso de producción empleado en la actualidad es el método de contacto.

El ácido sulfúrico
El Salitre
El salitre es un mineral constituido principalmente por nitrato de sodio
(NaNO3). Se deposita en forma de agujas o polvo blanquecino en zonas
húmedas y saladas. En los yacimientos aparecen naturalmente tres nitratos
diferentes: el nitrato de potasio (KNO3), el nitrato de sodio (NaNO3) y
el nitrato de calcio (Ca(NO3)2

Alrededor de 1880 y 1920, el salitre fue el principal producto minero de nuestro país, lo que convirtió a Chile en el único exportador de salitre a nivel mundial,
A fines de 1930, la Primera Guerra Mundial y la invención del salitre
sintético en Europa, se produjo un descenso en la demanda del salitre.

Elmineral de donde se extrae el salitre, llamado caliche, es una mezcla
formada por varias sales, como sulfatos, yodatos y nitratos.
El salitre, también llamado oro blanco, se obtiene por un tratamiento bastante simple: primero se muele elcaliche y es reducido a trozos más pequeños; luego, se somete a un proceso de lixiviación en agua caliente. A esta etapa le sigue la cristalización, donde el salitre cristaliza por enfriamiento, separándose de la solución
Extracción del salitre
Salitre sintético
El amoníaco (NH3) se origina a partir de la reacción entre el hidrógeno y
el nitrógeno gaseosos. Este compuesto es utilizado como reactivo en la
síntesis de nitrato de sodio (salitre sintético) y en etapas intermedias de
proceso ocurre la formación de ácido nítrico.
La siguiente secuencia de ecuaciones representa la formación de
salitre sintético.
1. 4 NH3(g) + 5 O2(g) 4 NO(g) + 6 H2O(g)
2. 2 NO(g) + O2(g) 2 NO2 (g)
3. 2 NO2(g) + H2O(l) HNO2(ac) + HNO3(ac)
4. HNO3(ac) + NaCl
(ac) HCl
(ac) + NaNO3(ac)
El yodo
El yodo es un elemento que se encuentra escasamente en la naturaleza , lo podemos encontrar en el agua de mar en forma de yoduros. Entre sus propiedades esta la solubilidad en solventes. El yodo también se encuentra en yacimiento mineros se extrae como subproducto de la purificación del salitre
Nombre, símbolo, número Yodo, I, 53
Serie química Halógenos
Grupo, período, bloque 17, 5, p
Masa atómica 126,90447 u
Configuración electrónica [Kr]4d105s25p5
Electrones por nivel 2, 8, 18, 18,
Funciones del yodo
Como nutriente interviene en el normal funcionamiento de la toroide. En el atea médica debido a su capacidad como desinfectante

Las cerámicas son materiales sólidos no metálicos e inorgánicos, constituidos por elementos metálicos, como calcio, magnesio y
aluminio, y otros no metálicos, tales como el oxígeno, carbón y nitrógeno. Estos elementos están unidos principalmente por enlaces iónicos y/o covalentes. Las materias primas utilizadas en la fabricación de este material son la arcilla y el caolín.
Los materiales cerámicos son duros, frágiles y quebradizos, difíciles de transformar. Presentan gran resistencia a la penetración y a la deformación de su superficie. Son resistentes al fuego y a las altas temperaturas, a la degradación física (erosión) o química (corrosión)
La cerámica
Proceso de fabricación
1. Amasado. La materia prima, arcilla o caolín, se mezcla con
aditivos (sustancias que mejoran sus propiedades) y se
amasan con agua.






2. Conformado. Con ayuda de un torno u otra técnica, se le da forma
3. Secado. Con el propósito de que la mezcla pierda agua, se deja a
temperatura ambiente.
4. Primera cocción. Se cuece en un horno a temperaturas cercanas a los 1000 ºC.
5. Revestimiento. Una vez cocido, se recubre con barniz o esmalte.
6. Segunda cocción. Se introduce en el horno para vitrificarlo.
Proceso de fabricación
Proceso de fabricación
Proceso de fabricación
Proceso de fabricación
Proceso de fabricación
Proceso de fabricación
7. Acabado. Es el paso final, y consiste en decorar el material.
Si se desea, se puede introducir nuevamente en el horno.

El vidrio
El vidrio es un material solido inorgánico, rígido, frágil, transparente y amorfo. Las materias primas utilizadas en la fabricación del vidrio son silicatos y carbonato. Por sus características el vidrio es utilizado para fabricar vasos espejos, botellas e instrumentos ópticos
Los primeros indicios en la fabricación de vidrio se remontan al antiguo Egipto y Mesopotamia, unos 2500 años a. C. Sin embargo, su fabricación a gran escala comenzó hace 2000 años, en Roma y Grecia, a través de la técnica del vidrio soplado, la cual se difundió a todo Occidente y fue utilizada hasta la era moderna
El cemento
Con el transcurso del tiempo, la
composición fue mejorando desde el que usaban los romanos: una mezcla
de cenizas volcánicas y cal (CaO) hasta el cemento actual: una mezcla
formada básicamente por rocas calcáreas y arcilla.
La cal se obtiene de la piedra caliza (CaCO3), cuyos depósitos se
encuentran en toda la corteza terrestre. El carbonato de calcio se
descompone a altas temperaturas en óxido de calcio (CaO) y dióxido de
carbono (CO2), según la siguiente ecuación:
CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g)
Fabricación del cemento
La fabricación del cemento se lleva a cabo combinando cantidades determinadas de caliza y arcilla cuyos principales componentes son sílice y óxidos de hierro III y de aluminio
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