AUTORES: Huertas Torre Nicolas Aaron, Ramón Zavala, Ernesto Alejandro, Rodriguez Alferez Bruno Gonzalo, Tome Choque Joaquin Alonso

CON EL APORTE DE: Floriano Verde Jesús Rafael, Limaco Escobedo Sebastian Rogger, Loayza Carrasco Renzo Abel, Urbina Vicuña Camila Frecia,  Vega Martínez Renzo, Bernal Coaquira Ximena

INTRODUCCIÓN:

Los metales y minerales han sido imprescindibles en el desarrollo hacia la modernidad, principalmente por aumentar el panorama de posibilidades hacia innovaciones tecnológicas, en ese sentido la producción de celulares ha significado un gran avance en lo que respecta a las comunicaciones, ya que ha impulsado a la globalización al permitir que los usuarios puedan acceder al mundo virtual desde cualquier parte.

Además, es importante recordar que el Perú es un país cuya principal actividad económica es la minería, es por ello que es una importante fuente de metales y minerales que son exportados para ser empleados con diversos fines, entre ellos se encuentra la producción de celulares. Es debido a esto que en el presente blog trataremos de abordar la interrogante de ¿Qué metales producidos en el Perú son más importantes en el desarrollo de celulares? Tema que será desarrollado después de realizar algunas definiciones.

1. DEFINICIONES

a. Mineral

Los minerales son definidos en términos generales como “Un elemento o un compuesto químico normalmente cristalino y formado como resultado de algún proceso geológico” (Nickel, E 1995: 689). Estos se generan cuando la lava o magma se enfría, ya que de esa forma los minerales se solidifican y aumentan su tamaño, sucede que las soluciones derivadas del magma invaden fisuras dentro de las rocas y esas soluciones se cristalizan formando los minerales. (Monroe, J, Pozo, M y Wicander, R 2008: 85). Existen ciertas características que un material debe tener para ser considerado mineral, “debe formar una unidad material sólida y cristalina; ser de origen natural y pertenecer a la parte sólida de la Tierra, aunque venga del espacio exterior” (Camprubi, A. y Canet, C. 2006: 14).

b. Ley de un mineral

Es la composición porcentual de un elemento presente en un mineral. Este dato es útil para determinar qué tan rentable sería la extracción de un elemento dentro dentro de una mena.

La ley se refiere al grado de pureza en que se encuentra la especie mineral en la roca de un yacimiento. La ley de cobre expresa el porcentaje de cobre que encierra una determinada muestra. Cuando se habla de una ley del 1%, significa que en cada 100 kilogramos de roca mineralizada hay 1 kilogramo de cobre puro.

c. Composición porcentual

Es el porcentaje en masa de cada elemento presente en un compuesto, para su cálculo se deben seguir los siguientes pasos. Primer paso, se tiene que hallar la masa molar del compuesto. Segundo paso, es multiplicar el número de moles de uno de los compuestos por la masa molar de este. Tercer paso, se debe dividir lo obtenido en el segundo paso entre lo obtenido en el primer paso y por último se tiene que multiplicar por cien.

d. Grado de pureza

Se denomina grado de pureza al porcentaje que tiene una muestra dada de una determinada sustancia:

e. Proceso de extracción y refinación

En base a un informe de la Sociedad Nacional de Minería, Petróleo y Energía el proceso de transformación para obtener metales sigue todo un proceso extenso y complejo (proceso denominado metalúrgico), ya que los metales no se encuentran en forma pura en el subsuelo sino esparcido con toda la tierra presente.

Después de la extracción…

Según la SNMPE, una vez terminado el proceso de minado el mineral es enviado hasta la planta de beneficio de mineral. En estas plantas por medio de procedimientos físicos y químicos se separa el contenido valioso que existe en las rocas.

• Chancado: este proceso es necesario para reducir y homogeneizar el tamaño del material.
• Molienda: con el propósito de convertir el material en un polvo muy fino, incluso con un tamaño menor al de una roca.

Terminado este proceso, lo que sigue es el proceso químico, el cual va a depender del contenido metálico con el que se esté trabajando.

• Concentración

En este proceso se obtienen lo que se conoce como concentrado de metales y estos los separa del residuo conocido como relave que resulta del mismo.

Dependiendo del metal y de su costo económico para producirlo se clasifican los procesos físico-químicos:

• Gravimetría (basado en la gravedad).
• Flotación
• Lixiviación
• Microbiológicos

Lo que resultado a todos estos procesos son los concentrados, pero aun esta acompañado de pequeñas cantidades de material residual.

• Fundición

Consiste en separar los metales de aquellos contenidos que no son útiles, para ello se usa el calor.

Este proceso también dependerá del tipo de metal con el que se trabaje.

En las fundiciones se obtienen metales con altos niveles de pureza.

• Refinación

Es el último proceso que puede seguir un metal para aumentar su nivel de pureza. Hay dos tipos de procesos de refinación:

• Refinación pirometalúrgica.
• Refinación por electrodeposición

Siguiendo toda esta serie de procesos se obtienen los metales con más del 95% de pureza, siendo estas las materias primas para las diferentes industrias.

2. METALES Y MINERALES EN EL PERÚ

Desde tiempos ancestrales, las civilizaciones ubicadas en el Perú dominaron las técnicas metalúrgicas básicas y emplearon técnicas para hacerlo bastante complejas. El Perú es un país minero ya que cuenta con un gran potencial geológico, además de una geografía que favorece la formación de los recursos minerales. Entre los metales que en el Perú pueden extraerse están los siguientes: Cobre (Cu), Zinc (Zn), Plomo, Oro (Au), Plata (Ag), Hierro (Fe), Estaño (Sn). (Ministerio de Energía y Minas. 2019: 1).

• COBRE:

Es el metal del cual el Perú tiene las mayores reservas, se extrae de minas de Antamina en Áncash, Toquepala en Tacna, Cerro Verde en Arequipa, Cuajone en Moquegua y Tintaya en Cusco. (Sociedad Nacional de Minería, Petróleo y Energía. 2013:1).

La extracción se realiza a tajo abierto o de manera subterránea, se realiza una perforación y voladura en la zona que va a ser minada, las rocas que se fragmentaron se trasladan hacia las plantas concentradoras. El proceso de refinación se lleva a cabo llevando a unas celdas electrolíticas los ánodos para incrementar la pureza del mineral.

Los usos de este metal son diversos entre ellos tenemos, las llamadas tuberías de cobre para el suministro de agua principalmente; en los sistemas de aire acondicionado, refrigeradoras, además de ser parte importante de los microondas; en las estatuas o estructuras, acuñar monedas, entre otras más. (Ministerio de Energía y Minas. 2009: 2).

• ZINC

Se puede encontrar en las minas de Antamina en Áncash, en Ticlio en la mina de la empresa Volcán Compañía Minera S.A.A y en la mina de la empresa Nexa Resources Perú S.A.A. que se encuentra en Cerro Linda en Ica.

Se extrae primero la roca que contiene al mineral y luego se manda a la planta procesadora de concentrados, ahí se molerá hasta que se convierta en un polvo fino. En la refinación, primero el zinc para por un proceso de tostación, en este proceso se separará el compuesto en ácido sulfúrico y calcina. Luego, la calcina pasará por un proceso de lixiviación para obtener el sulfato de zinc impuro y este pasará por una purificación para obtener los cátodos de zinc refinado.

Los usos son variados, una de ellas es cuando se le adiciona plomo y cadmio para realizar envolturas de pilas eléctricas, con adiciones de aluminio, magnesio y cobre se utiliza en automóviles, cubiertos, candados, entre otras. (Ministerio de Energía y Minas. 2009: 3).

• PLOMO

Se puede extraer en Arequipa, Antamina en Áncash, las Bambas en Apurímac, en Moquegua, Tacna y Antapaccay en Cusco. (Sociedad Nacional de Minería, Petróleo y Energía. 2013:1).

Primero, se extrae la mena donde está el material y se da un proceso de operación de flotación diferencial para dividir la mena de plomo, se le aplica un tostado aglomerante para juntar las partículas finas y se lo lleva a un horno de fundición en el cual va a ser transformado en un líquido y moldeado formando los ánodos de plomo impuro. En la refinación, el plomo es separado de cobre, zinc, arsénico, entre otros electrolíticamente.

Sus usos son variados, entre ellos se encuentran la fabricación de baterías y la fabricación de plomo tetraetilo para las gasolinas de alto octanaje. Sus aleaciones sirven para revestimiento y soldadura de tanques en automóviles y en motores de vehículos mayormente. (GUTIÉRREZ, Víctor. 2020: 12).

• ORO

Se puede extraer principalmente en Cajamarca, La Libertad, Arequipa, Moquegua, en esas 4 regiones se encuentran la mayoría de las reservas auríferas. (Sociedad Nacional de Minería, Petróleo y Energía. 2013:1). El oro mayormente se encuentra en estado libre o combinado con otro material.

El oro se extrae cuando se acumula el mineral y se riega con cianuro de sodio que ayudará a disolver los dos metales, luego se la lleva a una planta de tratamiento para clarificar, desoxigenar y precipitarlo con polvo de zinc. El refinamiento del oro se da mayormente mediante dos procesos, los cuales son el refinamiento químico y el electroquímico, en la primera se emplea ácido clorhídrico o ácido sulfúrico para separar para separar el hierro. Para separar otros metales tales como plata, zinc o cobre se emplea ácido clorhídrico o nítrico para realizar el proceso de separación y se hace en repetidas ocasiones para obtener el oro puro.

Los usos del oro son variados entre ellos podríamos destacar en las joyas, en la salud en la rama de la odontología, en las computadoras y en la electrónica, además sirve como respaldo financiero en bancos. (Outlet Minero. 2016: 1).

• PLATA

Se puede extraer principalmente de regiones como Junín, Lima, Ancash y Huancavelica en las minas de Antamina, Buenaventura, Minera Ares, Volcán y Chinalco Uchucchacua y Julcani principalmente.

La plata, al igual que el oro, se extrae cuando se acumula el mineral y se riega con cianuro de sodio que ayudará a disolver los dos metales, luego se le lleva a una planta de tratamiento para clarificar, desoxigenar y precipitarla con polvo de zinc. El proceso de refinación es la química más empleada, en el cual primero se le somete a una tostación para que se oxiden las impurezas que contiene, luego se realiza la fundición con carbonato de sodio, bórax y sílice. Luego se realizan fusiones y escarificaciones para poner en un molde al metal en forma de ánodos para una refinación electrolítica o barras que serán laminadas para su refinación química.

Sus usos son variados, por ejemplo, en componentes electrónicos debido a que es un gran conductor eléctrico, forma las sales foto sensitivas para la industria de la fotografía, en la refrigeración y en aparatos domésticos, soldaduras y joyerías. (Ministerio de Energía y Minas. 2009: 5).

• HIERRO

Se puede encontrar en Arequipa (Pampa de Pongo), Ica (Marcona). (Sociedad Nacional de Minería, Petróleo y Energía. 2013:1). La mena del hierro está constituida por magnetita y hematita, el hierro tiene propiedades magnéticas, debido a esto su concentración magnética es elevada por sus leyes. Este concentrado, que se acumula en pellets, va a ser el insumo para fabricar acero.

La refinación de este metal se da mayormente con la técnica del pudelado que consiste en calentar a altas temperaturas lingotes de hierro en un horno reverbero, para purificarlo del carbono y escorias que había adquirido en el momento de su fundición. Luego de esto, se realizará el pudelado en el cual se remueve la parte líquida con un espetón para poder oxidar a las escorias del metal.

Sus usos son variados entre ellos tenemos el uso en las autopartes, estructuras de barcos y tanques de depósito en la industria automotriz. El acero al combinarlo con titanio se usa en la industria aeronáutica para los álabes de aviones y cuando se mezcla con cromo y níquel forman el acero inoxidable y cuando es con manganeso en la industria minera. (Ministerio de Energía y Minas. 2009: 6).

• ESTAÑO

Se puede encontrar solo en Puno, ahí la empresa Minsur S.A en su mina San Rafael lo explota. Este metal no existe en forma nativa, sólo se encuentra en la forma de metal casera, que al fusionarla con coque a altas temperaturas da como producto al estaño.

Su refinación se da a través de la piro-metalurgia. Los usos se dan en el ámbito de la soldadura aleado con plomo, en productos químicos, en la fabricación de hojalata en la que se utiliza para darle mayor resistencia contra la corrosión, entre otros usos. (MINSUR. 2017: 1).

3. POSTURA

Habiendo visto los metales anteriores, ahora procederemos a explicar cuáles de estos son, en nuestra opinión, los más destacables para su uso en la tecnología celular. Por un lado, tenemos el oro y el hierro que son usados para la manufactura del procesador, cableado, micrófonos y otros componentes. Mientras que, por otro lado, tenemos el estaño que es usado tanto para la fabricación de los componentes de la pantalla como para el cableado interno.

Por un lado, el oro (Au) es utilizado en conexiones entre componentes electrónicos en celulares por su gran capacidad de conducir electricidad (45.5 × 10⁶ S/m). Por ejemplo, se usa en circuitos impresos, también llamados obleas, que son las placas donde se unen los microchips. En primer lugar, las placas son bañadas en oro para reducir la resistencia de estas al paso de la corriente eléctrica y para que se suelden mejor los microchips. Asimismo, la ductilidad del oro le permite formar finos hilos que unen el silicio de un chip con cualquier otro componente. De esta manera, el fabricante tiene la opción de alargar la vida útil de los componentes al establecer las conexiones a partir de este material.

En cualquier caso, el oro no es algo indispensable. Si bien es uno de los mejores materiales para conectar el silicio en el interior de un procesador, es bastante caro. Afortunadamente, existen alternativas como el estaño (Sn), que es usado en la fabricación de los propios componentes electrónicos, pues también es bueno conductor eléctrico, no es tan caro (18,75 dólares por kilo) no necesita muy altas temperaturas (505.05K) para fundirse y proporciona buenas soldaduras con otros metales.

El estaño es usado en celulares como el iphone 12 o Iphone 12 pro max, este mineral suele estar presente en las pantallas de los celulares, pues estas están hechas de vidrio, pero recubiertas con una película conductiva especial llamada ITO que está hecha de óxido de indio y estaño. ITO proporciona a la pantalla no solo dureza, sino además transparencia, estabilidad y conductividad eléctrica.

Por otro lado, el Iphone Xr y el Google pixel 3a contienen hierro. El hierro es usado generalmente para construir los imanes necesarios para los micrófonos, altavoces y la unidad de vibración. Además, este elemento también es usado para complementar los procesadores, ya que se coloca una tapa que hace contacto con el disipador, lo que ayuda a evitar el sobrecalentamiento del procesador.

En síntesis, nuestro grupo considera importante trabajar como proyecto de desarrollo el hierro, oro y estaño. Por una parte, el hierro es uno de los elementos más abundantes en el mundo y es usado para evitar el sobrecalentamiento del procesador y para construir algunos componentes internos del celular. Por otro lado, el oro, al no oxidarse tan rápido como otros metales, es usado para alargar la vida útil del celular. Finalmente, el estaño al ser barato y tener un bajo punto de fusión, es muy usado para soldar chips en el PCB.

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