Metales y Minerales
Integrantes:
- Bardales Giraldo, Max (20192406)
- Castillo Galarza, Cristian (20191567)
- Ramón Negrón, Luis (20192491)
Introducción:
Desde tiempo antiguos, los metales y minerales han sido recursos muy importantes para el desarrollo de una civilización, pues dichos materiales aportaron en gran medida a las diferentes ramas de la ciencia como son medicina, química, metalurgia, geología , física, entre otros; mejorando sus medios de obtención, estos materiales han acompañado de muy cerca la evolución de la tecnología hasta nuestros tiempos. Gracias a estos materiales, es posible la fabricación de objetos desde rubros tan elementales como son los cubiertos o utensilios hasta los más innovadores como es el caso para la exploración espacial.
Cabe resaltar que nuestro país posee como principal actividad económica la minería, dicho aspecto gira entorno a la exportación de metales y minerales nacionales, pues son estos recursos que se necesitan para elaboración de productos, ahora tan cotidianos como son los celulares, autos, refrigeradoras, entre otros; la calidad de nuestros materiales son muy demandados por parte de las potencias mundiales. En este apartado del blog trataremos de abordar temas como la técnicas de obtención de los mismos, los usos que se les dan e información adicional entorno al impacto en nuestro país.
Definiciones importantes:
Antes de continuar con el contenido, debemos tener claro algunas de las siguientes definiciones:
¿Sabes qué son los metales?
Según la ciencia de los materiales, se considera metales a aquellos materiales que poseen un solapamiento (sobreponer) entre un banda de valencia y una banda de conducción, dicha característica genera en el material una gran afinidad a la conducción electrónica y al calor. Más del 80% de los elementos químicos mostrados en la tabla periódica son metales.
¿Sabes qué son los minerales?
Según Chang: “Un mineral es una sustancia de origen natural, con una composición química característica dentro de cierto intervalo.”; recordar que la superficie terrestre cuenta con una gran cantidad de metales, dichos metales se encuentran esparcidos y en mayor concentración cada vez que descendemos por las capas terrestres, pero la forma natural de estos metales yacen como minerales. En su mayoría, para obtener metales puros se realizan procesos de purificación en donde se separan los materiales deseados (metales en específico) de los no deseados (impurezas). Esto se consigue mediante dos principales métodos que serán analizados más adelante y estos son la pirometalurgia y la electrometalurgia.
Matemáticamente, ¿Existe un método para calcular cuanto metal yacen en un mineral?
La respuesta es sí, y se le denomina Composición porcentual”; esta expresión calcula el porcentaje de masa de metal que hay en 100 gramos de mineral.
ejemplo 1:
Se quiere conocer la composición porcentual de masa del hierro (Fe) en una muestra de 1 mol del pirita (FeS2); usamos la expresión anterior:
¿Qué es el grado de pureza?
Se le conoce como grado de pureza al porcentaje que posee una muestra a estudiar con respecto una sustancia que contengan dicha muestra.
Una vez entendido estos conceptos podemos responder la siguiente pregunta:
¿Qué es la ley de minerales?
- Según Iván Cerda Bernal mencionó lo siguiente: “La ley de una especie mineralógica pura es la proporción que tiene un determinado elemento respecto del total de elementos que contiene la especie.
Esta proporción se obtiene a partir de los “pesos atómicos” de cada elemento. “ - Entonces, la ley de minerales no es mas que el grado de pureza que se puede encontrar en una mena o yacimiento para una determinada sustancia que se quiera estudiar; teniendo en cuenta que, si se refiere a una ley de 1% quiere decir que por cada 100 kilogramos de roca mineralizada hay 1 kilogramos de especie mineralógica pura.
A continuación daremos los siguientes ejemplos para comprender a lo que se refieren estos términos:
Para el hierro (Fe):
En un recipiente tienes una muestra de pirita, luego de tostar dicha muestra obtenemos como productos al óxido de hierro (III) y al óxido de azufre (IV).
Calcular:
La composición porcentual del hierro, Fe, en el óxido de hierro (III).
La pureza de Fe si después de la tostación se produjo 15g de óxido de hierro (III).
¿Cómo podemos obtener los metales que yacen en su forma de mineral?
Para esta sección, mostraremos las dos principales técnicas para la obtención de metales.
Método Pirometalúrgico:
La metalurgia es la forma de extraer metales de los menas, se puede extraer un elemento para refinarlo y prepararlo para su uso.
Este proceso consiste en modificar su composición química de los minerales y separar el metal de sus compuestos sulfúricos, óxidos, silicatos o carbonatos.
Esto dependerán del tipo de mena y de su composición química de los minerales, los metales obtenidos en los diferentes métodos de metalurgia extractiva, por lo general, contiene impurezas, tales como otros metales , elementos no metálicos e inclusos algunos gases disueltos.
La remoción de dichas impurezas es el refinamiento o beneficio de los metales, paso necesario para permitir que el metal sea trabajado posteriormente.
Muchas de las propiedades de los metales importantes por el orfebre como maleabilidad, dureza, color, brillo, ductilidad, etc. se ven afectado o favorecido por las impurezas.
El separar y extraer los metales de las concentraciones de minerales es un trabajo delicado. En la actualidad se desarrolla en casas de fundición o refinerías, con métodos de la pirometalurgia, electrometalurgia y hidrometalurgia.
Los carbonatos suelen estar en la parte superior de los yacimientos mineros y su reducción es relativamente sencilla, por lo que se piensa que estos debieron ser los primeros minerales en ser explotados.
El carbón, con la acción del calor, produce la descomposición de gases de carbono (monóxido y dióxido de carbono) y el cobre queda libre (como metal líquido puro) y se deposita en el fondo del crisol formando un botón.
Este es el proceso conocido como reducción. Los desechos líquidos adicionales se conocen como escoria.
Las menas más profundas están formadas por sulfuros, que son compuestos de diversos minerales combinados con el azufre. Para el refinamiento se requieren procesos más dispendiosos.
Los sulfuros deben ser sometidos a tostación o calentamiento al aire. Por acción del calor, el azufre de los sulfuros se desprende y pasa a formar óxidos de azufre (anhídrido, sulfuroso y sulfúrico), mientras que el cobre se oxida y forma óxidos de cobre como la cuprita y tenorita.
La tostación debe seguir hasta que se desprendan todos los gases y entonces los óxidos resultantes se pueden reducir al mezclarlos con carbón y someterlos a calor, en un proceso igual al de la reducción de carbonatos.
Las temperaturas necesarias para realizar a cabalidad estos procesos de reducción o fundición dependen de los puntos de fusión de cada metal. El oro funde a 1,063°C; el cobre, a 1.083°C, la plata a 963°C y el platino a 1,773°C.
Para fundir y separar los metales de la ganga o materiales adicionales considerados como inservibles, es necesario lograr las temperaturas suficientes para derretir los metales deseados.
Método Electrometalúrgico:
Este proceso se realiza mediante la intervención de energía eléctricas para poder “limpiar” o separar los metales de impurezas. Es uno de los últimos procesos que se aplica para obtener mejores resultado en cuanto a metales puro se refiere.
Sirve también para rescatar de las impurezas otros metales valiosos que vienen impregnados en la los metales que deseamos obtener.
La electrólisis es un proceso de purificación y se pueden diferenciar dos distintivos grupos:
a) Electroobtención:
Este proceso consiste en conectar dos electrodos a una fuente eléctrica, los otros extremos de los electrodos se sumergen en una disolución donde poseen iones tanto positivos como negativos. Los cationes se transfieren al electrodo con un exceso de electrones (cátodo), y los aniones, son transferidos hacia el electrodo con escasos electrones (ánodo).
bibliografía
Cerda Bernal, Iván (2021) LEYES Y DENSIDAD DE MINERALES. http://www.sonami.cl/images/stories/pdf/Leyes_y_Densidad_de_Minerales
CHANG, Raymond y GOLDSBY, Kenneth 2013 Química General. Decimo Segunda edición. New York: McGraw Hill Education. García J, Franco. Proceso pirometalúrgico y electrometalúrgico para recuperación de metales preciosos. https://ruc.udc.es/dspace/bitstream/handle/2183/5790/CA-2.2-3.pdf?sequence=1&isAllowed=y MINING works.GTLa metalurgia y el refinamiento de los metales