Metalurgia Minera

8/18/2019 Metalurgia Minera

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Apuntes de Metalurgia- Profesor Roberto Alfaro C.

CONCEPTOS FUNDAMENTALESDE METALURGIA

MANUAL Y CUADERNO DEEJERCICIOS DEL ALUMNO


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CONCEPTOS FUNDAMENTALES DEMETALURGIA

MANUAL DEL ALUMNOLISTA DE REVISIONES

REV. SECCIÓN PÁGINA(S) FECHA COMENTARIOS


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MANUAL DEL ALUMNO TABLA DE CONTENIDO

SECCIÓN PÁGINAI MINERALES

1.1 ¿QUE SON LOS MINERALES? 5

1.2 NO SON MINERALES 6

1.3 HISTORIA 8

1.4 PROPIEDADES DE LOS MINERALES

1.4.1 Químicas1.4.2 Físicas1.4.3 Mecánicas1.4.4 Ópticas

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991010

1.5 SISTEMÁTICA MINERAL

1.5.1 Elementos Nativos1.5.2 Sulfuro Y Sulfosales1.5.3 Halogenuros1.5.4 Óxidos e Hidróxidos1.5.5 Carbonatos, Nitratos Y Boratos1.5.6 Sulfatos, Cromatos, Molibdatos y

Wolframatos1.5.6.1 Sulfatos1.5.6.2 Cromatos y Molibdatos1.5.6.3 Wolframatos

1.5.7 Fosfatos, Arseniatos Y Vanadatos1.5.7.1 Fosfatos1.5.7.2 Arseniatos1.5.7.3 Vanadatos

1.5.8 Silicatos1.5.8.1 Nesosilicatos

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121314141516

161717

18181818

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SECCIÓN PÁGINA1.5.8.2 Sorosilicatos1.5.8.3 Ciclosilicatos1.5.8.4 Inosilicatos1.5.8.5 Filosilicatos1.5.8.6 Tectosilicatos

2122232425

II YACIMIENTOS MINERALES 27

2.1 ROCAS

2.1.1 Rocas Endógenas2.1.1.1 Rocas Ígneas o Magmáticas2.1.1.2 Rocas Metamórficas

2.1.2 Rocas Exógenas o Sedimentarias2.1.2.1 Rocas detríticas2.1.2.2 Rocas químicas2.1.2.3 Rocas orgánicas

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303032

35363738

2.2 CARACTERÍSTICAS DE YACIMIENTOS

2.2.1 Aspecto Geoquímico2.2.2 Factor Económico

42

4243

2.3 CONCEPTOS BÁSICOS

2.3.1 Mena2.3.2 Ganga2.3.3 Ley2.3.4 Subproductos

44

44454646


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SECCIÓN PÁGINA2.3.5 Reservas2.3.6 Recurso2.3.7 Factor de Concentración

464747

2.4 ORIGEN DE YACIMIENTOS MINERALES

2.4.1 Trabajo Geológico

2.4.1.1 Explotación Básica2.4.1.2 Explotación Intermedia2.4.1.3 Explotación Avanzada

48

48

484949

2.5 DEPÓSITOS Y YACIMIENTOS

2.5.1 Procesos Hidrotermales2.5.2 Enriquecimiento Supergénico

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5253

III EXPLOTACIÓN DE MINAS 57

3.1 COBRE

3.1.1 Propiedades Del Cobre3.1.2 Procesamiento de Minerales de cobre3.1.3 Clasificación Cobre Explotado

58

596062

3.2 LA EXPLOTACIÓN A CIELO ABIERTO

3.2.1 Perforación3.2.2 Voladura3.2.3 Vibraciones del Suelo

63

636464

IV PLANIFICACIÓN MINERA 66


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SECCIÓN PÁGINA4.1 REPRESENTACIÓN ESQUEMÁTICA DEL

PROCESAMIENTO 68

4.2 PROCESO EXTRACTIVO DE COBRE ENMINERA ESCONDIDA

4.2.1 Extracción

4.2.2 Hidrometalúrgia del Cobre4.2.2.1 Biolixiviación4.2.2.2 Proceso Lixiviación Pilas (LIX)4.2.2.3 Extracción por Solvente (SX)4.2.2.4 Electroobtención (EW)

67

67

6970727477

4.3 MINERAL SULFURADO 79


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I MINERALES

1.1 ¿QUE SON LOS MINERALES?

Hoy en día escuchamos diariamente la palabra mineral, bebemos aguamineral, existen alimentos ricos en minerales, se estudia la riqueza mineralde una región, la importancia de los minerales radiactivos, etc.

Los significados asignados al término mineral en nuestras conversaciones,no siempre coinciden con la definición estricta del término cuando se utilizaen el lenguaje científico.

Definir científicamente a los minerales implica establecer un límite preciso auna diversidad de materiales, cuya complejidad pone a prueba lascompetencias de clasificación humana.

Se han enunciado distintas definiciones del término "mineral", cada una delas cuales tiene sus ventajas y desventajas. La más aceptada actualmenteestablece que:

MINERAL“Los Sólidos Inorgánicos de origen natural que presentan unacomposición química más o menos constante y una estructura

cristalina definida, se denomina minerales”


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1.2 NO SON MINERALES

Entre las sustancias que no son consideradas minerales, a pesar de sernaturales y en algunos casos de tener estructuras cristalinas y fórmulasquímicas definidas podemos mencionar:

SUSTANCIA

Sal ComúnQue se obtiene por cristalización de salmueras en la

industria salinera.

Azufre Comercial Que se obtiene por fusión y recristalización del mineral

azufre extraído de los yacimientos.

Gemas Como los diamantes, esmeraldas y rubíes sintéticos que seobtienen en el laboratorio su cristalización es el resultado de

un proceso instrumentado (artificial).

PetróleoSe lo considera una mezcla natural de hidrocarburos

resultantes de la descomposición de la materia orgánica.

ÁmbarEs una resina vegetal fósil tampoco es un mineral.

Óxido de Silicio, el Fosfato de Calcio y elCarbonato deCalcio

Componen los esqueletos de muchos animales no sonminerales.

PerlasProducto de la actividad biológica.


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NOTA

Hay muchas sustancias biogénicas e incluso artificiales, queno entran en la definición de minerales pero presentan

estructura cristalina, por lo que no deben hacerse sinónimosCristal y Mineral.


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1.3 HISTORIA

Todos los minerales están formados por elementos químicos combinados endeterminadas proporciones.

En la literatura mineralógica existen actualmente, aproximadamente entre2000 y 3000 tipos de minerales distintos y una media de 20 a 30 nuevosminerales cada año, mientras que un reducido número es eliminado de estalista después de exámenes más rigurosos.

Un número tan elevado que suponen unos 14.000 nombres debido a laexistencia de especies antiguos y comerciales, hacen inevitable la necesidadde una clasificación.

Teofrasto (372-287 A.C.), discípulo de Aristóteles, elaboró la primeraclasificación de los minerales en base a criterios puramente físicos.

Posteriormente al desarrollarse la química, el mineralogista y el químicosueco Axel Cronstedt (1722-1765) realizó la primera clasificación en funciónde la composición de las especies minerales.

Luego el geólogo norteamericanoJames Dwight Dana (1813-1895) creó unsistema de clasificación de los minerales en 1837, el cual consistía enclasificar los minerales en 8 grupos principales, según su estructura ycomposición química.

Esta clasificación de Dana más tarde fue aumentada a 9 clases porHugoStrunz (1938), y es la que actualmente se encuentra en uso y se basa en losprincipios cristaloquímicos que consideran los indicios más importantes delas especies minerales:

La Composición Química y laEstructura Cristalina .


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1.4 PROPIEDADES DE LOS MINERALES

1.4.1 PROPIEDADES QUÍMICAS

REACTIVIDAD Capacidad de reaccionar con otras sustancias (como la calcitacon ácido clorhídrico)

SOLUBILIDAD Formación de una disolución en agua (como el yeso)

SABOR Característico de algunos minerales (como la halita)

RADIOACTIVIDADEmisión de partículas atómicas (como la uraninita, de la quese obtiene el uranio)

1.4.2 PROPIEDADES FÍSICA

DENSIDAD Relación entre masa y volumen (labaritina se usa paraaumentar el peso de algunos productos)

FORMA Si reflejan exteriormente la forma cristalográfica, se les llamacristalizados (como lapirita)

CONDUCTIVIDADCapacidad para conducir la electricidad (como elcobre nativo )

MAGNETISMO Cuando pueden ser atraídos por un imán. Lamagnetita además de ser magnético, es un imán natural.

1.4.3 PROPIEDADES MECÁNICAS


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DUREZA Resistencia a ser rayado por otro mineral, eldiamante es elmineral más duro, eltalco es el más blando.

EXFOLIACIÓN Capacidad de partirse en láminas (como lasmicas )

FRAGILIDAD Facilidad para partirse, no es lo mismo que la dureza (eldiamante , siendo el mineral más duro, es muy frágil)

MALEABILIDADPlasticidad, facilidad para moldearse o doblarse (oro)

1.4.4 PROPIEDADES ÓPTICAS

COLOR Importa el color externo y el dejado por el mineral al frotarlo enuna superficie (lapirita es amarilla y deja una raya negra)

BRILLO Aspecto que presenta al reflejar la luz. Puede ser metálico,graso, lechoso, etc.

Transparentes Cristales deCalcita o de Halita. Translúcidos Aragonito o la Fluorita.TRANSPARENCIA

Opacos Magnetita o la Pirita.

NOTA

Hay muchos minerales que, a simple vista, se presentan como

opacos, pero si hacemos un corte microscópico de ellos podemosobservar que son translúcidos.


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EJERCICIOS

1. Defina Mineral

2. Nombre 4 ejemplos de No Mineral

3. La exfoliación ¿es una Propiedad Física?

4. ¿Solo el color externo del mineral es importante? Explique porque


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1.5 SISTEMATICA MINERAL

Sistemática mineral es el estudio y descripción ordenada de los mineralesexistentes en la superficie terrestre.

La clasificación más usual agrupa a los minerales de acuerdo con susCaracterísticas Químicas las cuales desglosaremos a continuación.

1.5.1 ELEMENTOS NATIVOS

Se consideran como minerales nativos alPlomo (Pb), Azufre (S), Cobre (Cu), Diamante (Cristales de Carbono C),Grafito el Hierro (Fe), Mercurio (Hg),Oro (Au),Plata (Ag) yPlatino (Pt).


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1.5.2 SULFUROS Y SULFOSALES

Este grupo comprende a las sales de los iones sulfuro, seleniuro ,antimoniuro, arseniuro y telururo.

Ejemplo:Blenda (Sulfuro de Zinc),Calcopirita (Sulfuro de Cobre y Hierro),Galena (Sulfuro de Plomo) yNiquelita (Arseniuro de Níquel)

(ZnS) (CuFeS2)

(PbS) (NiAs)

Y laPirita (sulfuro de hierro) se emplea en la elaboración de ácido sulfúrico,como piedra de ornato, muy común en colecciones mineralógicas.

(FeS2)


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1.5.3 HALOGENUROS

Los Halogenuros agrupan las sales de loselementos halógenos como losfluoruros , cloruros , bromuros y yoduros , siendo los más importantes losdos primeros.

Como ejemplo esta laFluorita (fluoruro de calcio) y laSilvita (cloruro depotasio), pero el ejemplo mas destacado es laHalita o sal común (cloruro desodio).

(CaF2) (KCl) (NaCl)

1.5.4 ÓXIDOS E HIDRÓXIDOS

En este grupo se incluyen aquellas combinaciones de los cationes,generalmente metálicos, asociados al ión oxígeno o agrupos hidroxilos .

Los óxidos más abundantes en la litosfera son elCuarzo (dióxido de silicio)que forma un 12% del peso de la misma.

(SiO2) (SiO2)

Además están los diferentes óxidos de hierro, que en conjunto llegan aformar un 4% del peso de la misma.


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Los nitratos y boratos, por su alta solubilidad sólo pueden encontrarse enaltas concentraciones en las regiones más áridas.

ElBórax (borato de sodio decahidratado) es la mena más importante de boroy boratos para uso industrial y farmacéutico.

Na2B4O5 (OH)4 * 8H2O

1.5.6 SULFATOS, CROMATOS, MOLIBDATOS Y WOLFRAMATOS

En total son más o menos unas 200 especies minerales. De este grupo, sólolos primeros tienen amplia distribución, mientras que los demás constituyencuriosidades mineralógicas.

1.5.6.1 SULFATOS

La Anhidrita (sulfato de calcio) se utiliza para la escultura (alabastro),mientras que su equivalente hidratada elYeso (sulfato de calcio dihidratado)

se usa para la construcción.

ANHIDRITA YESOCaSO4 (CaSO4.2H2O)

Los sulfatos de bario (Barinita) y de estroncio (Celestina) constituyen lasmenas más importantes de ambos elementos químicos, y son, además,usados en las industrias petroleras, farmacéutica y química.


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(BaSO4) (SrSO4)

1.5.6.2 CROMATO Y MOLIBDATO

PbCrO4 PbMoO4

1.5.6.3 WOLFRAMATOS

CaWO4 MnWO4

1.5.7 FOSFATOS, ARSENATOS Y VANADATOS


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Se destaca la Apatita y la Turquesa . En algunos casos son menas deelementos poco comunes como el itrio, el cerio, el torio o el cobalto.

1.5.7.1 FOSFATOS

Ca5 (PO4)3 Cu+2 Al6 (PO4)4 (OH)8 * 4H2O

1.5.7.2 ARSENATOS

Zn2 (AsO4) (OH) CaCu+2 (AsO4) (OH)

1.5.7.3 VANADATOS

PbZn (VO4) (OH) Pb5(VO4)Cl

EJERCICIOS


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5. ¿Según que característica se clasifican los minerales?

6. Nombre 4 elementos nativos

7. Una cada elementos a su grupo correspondiente

CLASIFICACIÓN MINERALElementos Nativos Benda (ZnS)Sulfuros y sulfosales Bórax (Na2B4O5(OH)4*8H2O)Halogenuros Crocoita (PbCrO4)Óxidos e Hidróxidos Mercurio (Hg)Carbonatos Anhidrita (CaSO4)Boratos Calcita (CaCO3)Sulfatos Wulfrenita (PbMoO4)Cromatos Silvinita (KCl)Molibdatos Apatita (Ca5(PO4)3)Wolframatos Vanadita (Pb5(VO4)Cl)Fosfatos Cuarzo (SiO2)Arseniatos Adamita (Zn2(AsO4)(OH)Vanadatos Hubernita (MnWO4)

1.5.8 SILICATOS


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Los silicatos constituyen el grupo más importante, ya que en su conjuntoconforman el 90% de la corteza terrestre por lo cual se consideran como elgrupo más importante deminerales formadores de rocas .

La estructura microscópica de los minerales es tal que los átomos se

disponen geométricamente formando diferentes tipos de cuerposgeométricos.

A estos cuerpos se los suele llamarparalelepípedo elemental o celdaunidad.

La celda unidad es la menor pieza con la que puede construirse en elespacio redes que representan cualquier estructura cristalina natural.

Los átomos que conforman la mínima unidad (celda unidad) de los silicatosse disponen espacialmente formando un tetraedro, llamadotetraedro

elementa l, que constituye la estructura básica de los silicatos en general.Este tetraedro consta de un ión silicio unido a cuatro átomos de oxígeno.

El silicio ocupa el centro del cuerpo, mientras los oxígenos se distribuyen ensus cuatro vértices.

Por la dificultad de subdividirlos de acuerdo a su composición química, se haorganizado su clasificación en función de su estructura iónica. Así sereconocen entonces seis grupos fundamentales:

1.5.8.1 NESOSILICATOS

De "neso" = isla, los tetraedros están aislados


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Gran parte del manto terrestre está constituido porolivinos (silicato demagnesio y hierro) el cual es el mineral más importante de este grupo.

En su estructura aparece el aluminio reemplazando parcialmente al silicio y

se destacan las series que comparten hierro, magnesio y manganeso por unlado y calcio, cromo y hierro por otro.

Otros nesosilicatos de interés son losgranates, el zircón y el topacio .

1.5.8.2 SOROSILICATOS

De "soro"= hermana o grupo, los tetraedros se unen de a dos

Dos tetraedros unidos por un vértice forman un grupo[Si2O6]-2 relacionadosentre sí con cationes distintos al silicio.

El grupo más importante es el Epidota, que comparten en distintasproporciones aluminio, calcio, hierro, manganeso, cerio y torio.

1.5.8.3 CICLOSILICATOS

Como su nombre lo indica se caracterizan por presentar gruposcerrados


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Estos pueden tener tres, cuatro o seis tetraedros que se unen para formar unanillo.

Se destacan el Berilio (portador de aluminio y berilio) y la Turmalina (con

aluminio, boro, hierro, magnesio y sodio).

BERILIO TURMALINA(Variedad Agua Marina)

Be3Al2(Si6O18) (Na,Ca)(Li,Mg,Al)-(Al,Fe,Mn)6(BO3)3(Si6O18)(OH)4

1.5.8.4 INOSILICATOS

De "ino"= cadena o tejido fibroso


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Forman cadenas simples de tetraedros unidos entre sí o bien cadenascompuestas por anillos hexagonales unidos por dos de sus lados.

Los ejemplos más resaltantes son lospiroxenos y anfíboles .

Piroxenos Son silicatos monoclínicos de hierro y de calcio, como laAugita (concalcio, sodio, magnesio, hierro, aluminio y titanio),Espodumeno , quecontiene litio, laBroncita SiO3; aparece en basaltos, la Enstadita y laHiperstena.

(Ca,Na)(Mg,Fe,Al,Ti)(Si,Al)2O6 AlLiSi2O6

Mg2Si2O6 (Fe2+,Mg)2Si2O6

Anfíboles Estructura de cadena cerrada.

Lo conforman la serie Tremolita-Actinolita (que contiene calcio,magnesio, hierro y fluor en proporciones variables) y laHornblenda (con calcio, sodio, potasio, magnesio, hierro, aluminio y flúor).

1.5.8.5 FILOSILICATOS

De "filo"= hoja


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Las Micas (Biotita y Moscovita), el Talco los minerales de laSerpentina (como la Antigorita y crisotilo) y las Arcillas (como cloritas (pennina) ,caolinita) forman parte de este grupo, con importantes aplicacionesindustriales.

K(Mg,Fe+2)(Al,Fe+3)Si3O10(OH,F)2 KAl2(Si3Al)O10(OH,F)2

Mg3Si4O10(OH,F)2

(Mg,Fe+2)3Si2O5(OH)4 Mg3Si2O5(OH)4


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(Mg,Fe+2)5Al(Si3Al)O10(OH)8 Al2Si2O5(OH)4

.5.8.6 TECTOSILICATOS

De "tecto"= estructura

Los feldespatos pertenecen a este grupo y son los minerales másimportantes de la litosfera, se encuentran presentes en gran parte de lasrocas más comunes.

Como ejemplo se puede nombrar Ortosa , Sanidina y Microclino que formanparte de los Feldespatos Potásicos.

Mientras que Albita, Oligoclasa, Andesina, Labradorita, Bytownita yAnortita forman una serie que comparte sodio y calcio en proporcionesvariables y que se agrupa bajo el nombre genérico dePlagioclasas .

KAlSi3O8 (K,Na)Al Si3O8 KAlSi3O8

NaAlSi3O8 CaAl2Si2O8EJERCICIOS


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8. ¿Por qué los Silicatos son los minerales más importantes?

9. Nombre un Nesolicatos

10.La Epidota ¿es del grupo de los Ciclosilicatos?

11.¿Qué significa Ciclosilicato?

12.¿Cuáles son los 2 ejemplos más importantes de los Inosilicatos?

13.¿A que grupo pertenecen las Micas y el Talco?

II YACIMIENTOS MINERALES


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Los elementos químicos que componen nuestro planeta están distribuidos detal forma que a grandes rasgos es muy regular, ya que depende de dosgrandes factores:

Su abundancia en cada una de las capas que componen el planeta.

La naturaleza y composición de las rocas presentes en cada sectorconcreto que analicemos.

El interior de la Tierra consta de roca y metal, y posee 4 capas principales:

NÚCLEO INTERNOUn núcleo sólido de metal de níquel y hierro (1200Km. de diámetro)

NÚCLEO EXTERNOUn núcleo fundido líquido de níquel y hierro.

MANTO Denso, básicamente roca de silicato de Mg y Fe.

CORTEZA Material rocoso de silicato delgado

YACIMIENTOS MINERALES

"Son depósitos de minerales o rocas con interés económico y

cuya explotación resulte rentable"


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0,8

1,5

2,3 2,9 56,3

8,2

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OTROS POTASIO SODIO MAGNESIO CALCIOHIERRO ALUMINIO SILICIO OXIGENO

ELEMENTOS DE LA CORTEZA TERRESTRE

La mayor complejidad de los procesos geológicos que operan en la cortezaproduce fenómenos muy variados de enriquecimiento o empobrecimiento decarácter local, que afectan a la concentración de los distintos elementosquímicos de diferentes maneras.

Se han encontrado, hasta ahora, en la Corteza Terrestre 30 elementosquímicos en estado nativo, es decir, en estado de oxidación0.

La mayor parte de estos elementos son metales , aunque puedenencontrarse sin dificultad ciertos elementos, como el azufre y el grafito.

En la Corteza podemos observar Rocas Ígneas que independientemente desu lugar de origen (manto astenosférico, manto litosférico, corteza) vandesde composiciones peridotíticas hasta las graníticas.

Es en la corteza donde, además, encontraremos las Rocas Sedimentarias YMetamórficas.


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2.1 ROCAS

Cualquier roca sometida a un proceso geológico diferente puede convertirseen una roca distinta.

ROCA MAGMÁTICAALTA Tº FUNDE ENFRIA

ROCA METAMÓRFICAALTA Tº PRESIÓN ENFRIA

ROCA SEDIMENTARIA

ROCA

“Material formado como consecuencia de un proceso geológicoconcreto: volcanes, sedimentación en los ríos, transformaciones

de otras rocas, etc .”


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Las rocas están compuestas por minerales, pero hay rocas formadas por unúnico mineral (la roca caliza solo está formada por el mineral calcita).

Si se analizan las Condiciones Físicas Y Químicas de la formaciónestaremos hablando delMineral: calcita.

Si nos fijamos en el Proceso Geológico que lo ha formado("sedimentación") estaremos hablando de laRoca: caliza.

Por supuesto, cuando una roca está formada por varios minerales, cadacomponente es un mineral diferente, mientras que el conjunto será la roca.

2.1.1 ROCAS ENDÓGENAS

Rocas Endógenas son aquellas que no se originan en la superficie terrestre

y, por tanto, en su formación interviene el calor interno de la Tierra y lapresión.

2.1.1.1 ROCAS ÍGNEAS O MAGMÁTICAS

Cuando en estas condiciones los materiales terrestres se funden, las rocasque se forman tras la solidificación de dicho fundido (magma) se denominanRocas Magmáticas o Ígneas.

El magma solidifica al enfriarse y esto puede ocurrir de dos maneras:

VELOCIDAD RÁPIDA

El magma encuentra una salida al exterior, dando lugar a un volcán.

Las rocas magmáticas originadas se llamanROCAS VOLCÁNICAS OEFUSIVAS.

MAGMA MAGMA MAGMA


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El enfriamiento es tan rápido que a los diferentes minerales que se van aformar no les da tiempo a ordenar sus elementos, de modo que no formancristales.

VELOCIDAD LENTA

El Magma se abre paso entre las rocas.En este caso la disminución detemperatura es tan lenta que sí se forman los cristales de los distintosminerales.

A estas rocas se les llamaROCAS PLUTÓNICAS o INTRUSITAS, como,por ejemplo, el Granito

La composición de las Rocas Magmáticas o Ígneas depende de lacomposición del magma original y de la evolución que éste haya tenidodurante la solidificación (por ejemplo, entrada de otros materiales).

2.1.1.2 ROCAS METAMÓRFICAS

MAGMAMAGMA

MAGMA


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Las Rocas Metamórficas se originan a partir de cualquier tipo de roca, quesometidas a grandes presiones y temperaturas, se transformansin llegar afundirse.

El resultado de esta transformación es una roca diferente a la de origen, quellamamos Roca Metamórfica y al proceso de transformación le llamamosMetamorfismo.

Cuando una roca metamórfica vuelve a la superficie, suele conservar lascaracterísticas que adquirió durante el metamorfismo, no volviéndose, enningún caso, a la roca original.

El metamorfismo se puede producir por distintas causas, dando lugar a lostipos de metamorfismo los cuales lleva asociado un tipo de rocacaracterística:

METAMORFISMO TÉRMICO O DE CONTACTO

Influye más el calor que la presión.

Esto ocurre en el entorno de los magmas de modo que es frecuenteque se asocien estas rocas con las plutónicas.

Una roca típica son las denominadascorneanas .

ROCA CORNEANA

DINAMOMETAMORFISMO

Influye más la presión que la temperatura.

Se produce en las fallas (grandes bloques de roca que se rompen y sedesplazan).

Da lugar a dos tipos de rocas, que son Milonitas y Brechas De Falla.


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BRECHAS DE FALLA (KATACLASITA)

Por la energía del movimiento algunasveces las rocas en la zona de falla se

rompen y se quiebran, para formar unabrecha tectónica o brecha de falla.

Morfológicamente una brecha de falla se vecomo depresión.

MILONITA

Roca metamórfica que se formó por lasfuerzas tectónicas.

Los minerales (cuarzo) se ven elongadoshacia la dirección principal del movimiento.Milonitas son generalmente duras y bien

resistentes contra la meteorización.

METAMORFISMO DE ENTERRAMIENTO

Se produce cuando sobre unos materiales se depositan otros y asísucesivamente hasta que, por un lado, soportan el peso de todo lo quetienen encima y, por otro, se van hundiendo, de modo que latemperatura que soportan es cada vez mayor.

Las rocas que se forman son laminadas (esquistosidad), como, porejemplo pizarras y esquistos.

PIZARRA ESQUISTOS

METAMORFISMO REGIONAL


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Llamado "verdadero" y es consecuencia de la actuación de lasgrandes fuerzas internas de la Tierra.

Se da en los límites de las placas tectónicas.

La temperatura y presión alcanzadas son muy grandes.

Según avanza el metamorfismo se dan series de rocas, como son:Pizarras - Esquistos - Gneises - Migmatitas.

GNEISES MIGMATITAS

Cuando la roca de origen tiene características muy definidas puede dar lugara rocas particulares, como es el caso del mármol, que procede delmetamorfismo de la caliza.

MARMOL

2.1.2 ROCAS EXÓGENAS O SEDIMENTARIAS


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Se forman por acumulación de materiales sobre la superficie terrestre.

En este caso no hay ni presiones ni temperaturas excesivas que influyan enla formación de la roca, sino sólo la Compactación y reacciones producidas

por esta acumulación de material.Este proceso tiene el nombre de Diagénesis.

COMPACTACIÓNPor efecto de la presión los materiales se vancomprimiendo

DISOLUCIÓN El agua va escapando disolviendo los materialessolubles.

CEMENTACIÓN Las sales que quedan cristalizan aumentando lacohesión de la roca.

Se clasifican en función del mecanismo de acumulación sobre la superficie.

2.1.2.1 ROCAS DETRÍTICAS

COMPACTACI N DISOLUCI N CEMENTACI N

DIAGÉNESIS


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Cuando un agente geológico (ríos, viento, glaciares) pierde velocidad, losmateriales que transporta caen por gravedad.

A estos materiales se les llama sedimentos y cuando se compactan formanlas Rocas Sedimentarias Detríticas.

Los sedimentos se clasifican por su tamaño y, por tanto, las rocas detríticasse clasificarán por el tamaño de los sedimentos que las componen:

TAMAÑO SEDIMENTO TIPO SEDIMENTO ROCA DETRÍTICA> 2 mm Gravas Conglomerado

2 mm - 1/16 mm Arenas Arenisca< 1/16 mm Arcillas Lutitas

CONGLOMERADO ARENISCA LUTITAS

2.1.2.2 ROCAS QUÍMICAS


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La acumulación de material sobre la superficie terrestre es consecuencia deuna Reacción Química.

Rocas carbonatadas Precipita carbonato, generalmente cálcico y magnésico.

Las más frecuentes son las rocas Calizas (carbonato cálcico) y lasDolomías (carbonato calcimagnésico).

CALIZA HEMATITICA DOLOMIAS

Un gran porcentaje de las calizas tiene origen orgánico.

La mayor parte de los caparazones y exoesqueletos de los animalesmarinos son de carbonato cálcico. Cuando estos animales mueren, susrestos se acumulan en el fondo marino, formando rocas calizas.

Rocas silíceas Lo que precipita es sílice (SiO2). Son menos frecuentes que lascarbonatadas, aunque algunas son tan conocidas como elSílex o lasÁgatas.

SÍLEX ÁGATAS

Rocas evaporíticas Cuando el clima es muy árido, las aguas superficiales se evaporan, demodo que las sales que llevan disueltas precipitan, formando rocas detipo salino.


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Este es el caso de la Halita o Sal Gema (es la sal común que se usa paralos alimentos), o delYeso.

SAL GEMA YESO

2.1.2.3 ROCAS ORGÁNICAS

Los seres vivos también formamos parte de la Tierra y, por tanto, nuestrosrestos pasan a formar parte del conjunto de sus materiales.

Cuando la materia orgánica procedente de los seres vivos y cae en zonasricas en oxígeno, se oxida, transformándose en CO2, pasando a la atmósfera,y el H2O pasa a la hidrosfera.

Sin embargo, cuando cae en ambientes sin oxígeno o muy pobres en él, seenriquece en carbono, dando lugar a Rocas Orgánicas, que sonCarbón yPetróleo.

Carbón Se forma a partir de restos vegetales, por ejemplo en un lugar pobre enoxígeno donde pueden caer restos vegetales en zonas pantanosas(marismas, tablas, charcas, etc.).

Petróleo Su color varía entre ámbar y negro. La palabra petróleo significa aceitede piedra.

Se le considera la única roca líquida.

Es una mezcla en la que coexisten en fases sólida, liquida y gas,compuestos denominados hidrocarburos

Estos compuestos están constituidos por átomos deCarbono eHidrogeno y pequeñas proporciones de heterocompuestos con


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presencia de nitrógeno, azufre, oxígeno y algunos metales, ocurriendoen forma natural en depósitos de Roca Sedimentaria.

CARBÓN PETROLEO

EJERCICIOS

14.Defina Yacimiento Mineral


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15.¿La mayor parte de los elementos existentes en la corteza soncristales?

16.¿Qué es Roca?

17.Nombre como se clasifica Roca según su proceso geológico

18.Si se analizan las Condiciones Físicas y Químicas hablamos de Mineral.Si nos fijamos en el Proceso Geológico hablamos de la Roca. ¿O es alrevés?

19.¿Cuál es la diferencia entre Rocas Volcánicas y Rocas Plutónicas?

20.¿Las rocas Metamórficas se originan a alta presión y baja temperaturahasta fundirse?

21.Las Rocas Exógenas ¿se originan en un ambiente sin presión nitemperatura excesiva?

22.En las rocas Dendríticas ¿bajo que criterio se clasifican los sedimentos?


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23.¿Cómo se clasifican las Rocas Químicas?

24.Nombre una Roca Orgánica

2.2 CARACTERÍSTICAS DE LOS YACIMIENTOS

Los procesos que llevan a la diferenciación de un magma, o a la formaciónde una roca sedimentaria o metamórfica implican en ocasionestransformaciones profundas químico-mineralógicas.


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Es durante el curso de esos procesos que algunos elementos o mineralespueden concentrarse selectivamente, muy por encima de sus valores"normales" para un tipo determinado de roca, dando origen concentraciones"anómalas" que de aquí en adelante denominaremos "Yacimientos

Minerales". El carácter "anómalo" de estas concentraciones hace que los yacimientosconstituyan singularidades en la corteza terrestre.

2.2.1 ASPECTO GEOQUÍMICO

Todos los elementos químicos están distribuidos en la corteza de forma muyamplia, pero su concentración en las rocas es demasiado baja como parapermitir que su extracción de las rocas resulte rentable.

Para dar lugar a un yacimiento mineral se debe producir algún procesogeológico (ígneo, sedimentario o metamórfico) que provoque laconcentración del elemento.

Por ejemplo, el oro que se encuentra concentrado en los yacimientossedimentarios puede proceder del oro diseminado en áreas de granextensión regional.

En esas áreas el oro estará presente en las rocas, pero en concentracionesdemasiado bajas como para poder ser extraído con una rentabilidad

económica.Sin embargo, el proceso sedimentario produce su concentración en losaluviones o en playas, posibilitando en algunos casos su extraccióneconómica.

En definitiva, para que un elemento sea explotable en un yacimiento mineral,su concentración debe ser muy superior a su concentración media (clark) en la corteza terrestre.

2.2.2 FACTOR ECONÓMICO

Esas concentraciones podrán ser o no de interés económico, lo que delimitael concepto de Yacimiento explotable o no explotable, en función de factoresmuy variados, entre los que a primera vista destacan algunos como:


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Valor económico del mineral o minerales extraídos

Su concentración o ley

Volumen de las reservasLa mayor o menos proximidad de puntos de consumo

La evolución previsible del mercado, etc.

Esta conjunción de factores geológicos y económicos hace que el estudio delos yacimientos minerales sea una cuestión compleja y problemática, ya queincluye desde:

Los factores que afectan a la prospección o búsqueda de estas

concentracionesSu evaluación

El diseño y seguimiento de su explotación minera

El estudio de la viabilidad económica de la explotación

El análisis del mercado previsible para nuestro producto

Factores políticos (estabilidad económica y social de un país)

Cuestiones medioambientales, como la recuperación de los espaciosafectados por esta actividad.

El término de yacimiento mineral se he venido utilizando tradicionalmentepara referirnos únicamente a los yacimientos de minerales metálicos, que seemplean para obtener una mena, de la que se extrae un metal.

No obstante, el auge de las explotaciones de minerales y rocas industriales, yla similitud de los procesos que dan origen a los yacimientos metálicos y derocas y minerales industriales hacen que esta precisión no tenga ya sentido.

2.3 CONCEPTOS BÁSICOS

Hay una serie de conceptos que tienen una gran importancia para elentendimiento claro del tema de Yacimientos Minerales, los más importantesson los siguientes:


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2.3.1 MENA (Ore)

Son Minerales de valor económico e interés minero. Constituyen entre un 5 y10% del volumen total de la roca.

Corresponden a minerales sulfurados y oxidados, que contienen el elementode interés, por ejemplo Cobre, Molibdeno, Zinc, etc.

Para poder aprovechar mejor la mena, suele ser necesario su tratamiento,que en general comprende dos etapas:

Tratamiento a pie de mina para aumentar la concentración del mineralen cuestión (procesos hidrometalúrgicos, flotación, etc.)

Tratamiento metalúrgico final, que permita extraer el elemento químicoen cuestión (tostación, electrolisis, etc.).

En el caso de los minerales de mena ocurre lo inverso. La descomposiciónquímica del mineral mediante un tratamiento adecuado es sencilla, y de ellospueden extraerse fácilmente los cationes.

La mena son los minerales que contienen la especie útil a recuperar, porejemplo: laAtacamita es una mena de cobre.

CuCl2 3Cu (OH)2

2.3.2 GANGA (gangue)

Comprende a los minerales que acompañan a la mena, pero que nopresentan interés minero en el momento de la explotación.


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Algunos minerales considerados como ganga en determinado momento sehan transformado en menas al conocerse alguna aplicación nueva para losmismos.

Son los minerales, generalmente silicatos, que forman la roca y sualteración (cuarzo, feldespatos, micas, arcillas, etc.), los que ocupan entre

el 90 y 95% del volumen total de la roca.

CUARZO GRUPO FELDESPATOS GRIPO MICAORTOCLASA MOSCOVITA

(KAlSi3O8) KAl(Si3Al)O10(OH,F)2

2.3.3 LEY

Proporción entre mena y ganga de un determinado yacimiento.

LEY MEDIA

MENA

GANGA


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Concentración que presenta el elemento químico de interés minero en elyacimiento. Se expresa como tantos por ciento, o como gramos portonelada (g/t u onzas por tonelada (oz/t).

LEY DE CORTE O CUT-OFF Concentración mínima que debe tener un elemento en un yacimiento paraser explotable, es decir, la concentración que hace posible pagar loscostos de su extracción, tratamiento y comercialización.

Es un factor que depende a su vez de otros factores, como puede ser suproximidad o lejanía a vías de transporte, avances tecnológicos en laextracción, etc., por ejemplo.

2.3.4 SUBPRODUCTOS (o by-products)

Son minerales de interés económico, pero que no son el objeto principal de laexplotación, si bien aumentan el valor económico de la producción.

Por ejemplo, el Cd o el Hg contenido en yacimientos de sulfuros, o elmanganeso contenido en los pórfidos cupríferos.

2.3.5 RESERVAS

Cantidad (masa o volumen) de mineral susceptible de ser explotado.

Depende de un gran número de factores:

Ley mediaLey de corteCondiciones técnicasCondiciones medioambientales y de mercado existentes en el momentode llevar a cabo la explotación.

2.3.6 RECURSO

Cantidad total de mineral existente en la zona, incluyendo el que no podráser explotado por su baja concentración o ley.


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2.3.7 FACTOR DE CONCENTRACIÓN

Grado de enriquecimiento que tiene que presentar un elemento con respectoa su concentración normal para que resulte explotable, es decir:

Clark Cortede Ley

F c__

=

En la Tabla 1 se muestran losFactores De Concentración de una serie deelementos

Se aprecia que para elementos escasos este valor es mucho másalto quepara los elementos más comunes y abundantes en el conjunto de lacorteza.

Elemento Factor deconcentración ElementoFactor de

concentraciónAl 3.8 Ag 1300

Fe 4.5 Pb 2000

Cu 88 Mo 2100

Ni 150 Au 2800

Zn 300 W 15000

Pt 600 Hg 100000

U 1100

TABLA 1. Factor De Concentración De Algunos Elementos

2.4 ORIGEN DE LOS YACIMIENTOS MINERALES

El origen de los yacimientos minerales puede ser tan variado como lo son losprocesos geológicos los cuales puede dar origen a yacimientos minerales.

Se deben considerar dos grandes grupos de yacimientos:


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1. Los de minerales, ya sean metálicos o industriales, que suelen tener suorigen en fenómenos locales que afectan a una roca o conjunto de éstas.

2. Los de rocas industriales, que corresponden a áreas concretas de esaroca que presentan características locales que favorecen su explotación

minera.2.4.1 TRABAJO GEOLOGICO

La búsqueda y definición de nuevos yacimientos son realizadas por unequipo de profesionales, encabezado por geólogos.

Éstas consideran las siguientes etapas:

2.4.1.1 EXPLORACIÓN BÁSICA.

Se efectúa un reconocimiento general de un área extensa para identificaralgunas características favorables de las rocas.

Se estudian diferentes antecedentes y técnicas específicas para seleccionarlas áreas donde desarrollar la exploración básica.

Se registran las características de las rocas (color, textura, estructura,presencia de minerales indicativos) y su ubicación, recogiendo muestras paradeterminar el contenido de los elementos interesantes en una explotación.

2.4.1.2 EXPLORACIÓN INTERMEDIA

El objetivo es confirmar la existencia de mineralización en profundidad.

Localizada el área de interés se realizan trabajos geofísicos (magnetometría,gravimetría, resistividad, etc.) y trabajos geoquímicos (obtención y análisisquímicos de muestras de superficie)


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Se interpretan las características que interesan en diferentes mapas, lo quepermite aumentar la precisión y reducir el radio de búsqueda del mineral.

La información recolectada permite diseñar la perforación de algunossondajes exploratorios, para extraer muestras de distintas profundidades y

determinar la posible continuación de la mineralización bajo la superficie.En esta etapa de exploración intermedia se identifica un posible yacimiento,ubicado en un área más o menos definida, de dimensiones aproximadasentre 500 m y 5 Km. por lado.

2.4.1.3 EXPLORACIÓN AVANZADA

Se determina con mayor precisión la forma y extensión del yacimiento y lacalidad del mineral encontrado (Ley de mineral)

Mediante los sondajes, se pueden reconocer características del yacimiento:Ley de cobre y de otros elementos, los tipos de mineral, alteración,estructuras, densidad, dureza, fracturamiento, etc.

Lo anterior constituye la primera información fundamental para el diseño deuna futura explotación, ya que permiten estimar el comportamientogeotécnico y geometalúrgico, y el posible rendimiento económico del mineral.

Además permite hacer una estimación de los recursos de mineral contenidosen el cuerpo mineralizado, en miles o millones de toneladas.

Esta información es analizada por los ingenieros de minas, quienes mediantemetodologías especializadas determinan el sistema de explotación, realizanun diseño preliminar de la mina e instalaciones de planta y calculan lasexpectativas económicas y la vida útil de la futura operación.

Una vez localizado el yacimiento, se determinan la geología de la mina, esdecir el tipo de mineralización, la estructura, tipo de roca, etc.

La decisión de llevar adelante el proyecto de explotación es tomadaconsiderando las características del yacimiento, el diseño de la operación ylas proyecciones a futuro del mercado internacional del cobre (demanda yprecio).


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De demostrarse que se trata de un negocio con una atractiva rentabilidad, secontinúa con las etapas siguientes, correspondientes a la ingeniería.

Los yacimientos de cobre, cuya explotación es económicamente atractiva,

son en general de gran tamaño, del orden de los cientos de millones detoneladas y tienen leyes promedio entre 0,4 y 1,0 % de cobre total.

EJERCICIOS

25.Explique con sus palabras que entendió del Aspecto Geológico de unYacimiento

26.Nombre 2 factores que deciden si un yacimiento es explotable o no.

27.Defina


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Mena

Ganga

LeyFactor de Concentración

28.Explique brevemente las etapas de trabajo geológico

2.5 DEPÓSITOS Y YACIMIENTOS

Bajo algunas condiciones geológicas los minerales útiles se acumulan en undeterminado sector, esto se denominaDepósito Mineral.

Si la concentración y características de este depósito es tal que se puede

beneficiar económicamente, se está en presencia de unYacimiento.Existen diferentes mecanismos geológicos que explican la formación dedepósitos minerales y casi todos ellos tienen estrecha relación con el magmao con fenómenos magmáticos, como cristalización fraccionada,desprendimiento de líquidos, gases y soluciones desde cuerpos magmáticos,relleno de cavidades, etc.


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También existen fenómenos que ocurren con posterioridad al procesomagmático, entre ellos los procesos de enriquecimiento supergénica,concentración mecánica y procesos evaporíticos.

Por su importancia para la minería del cobre se comentarán exclusivamente

los Procesos Hidrotermales y de Enriquecimiento Secundario.

2.5.1 PROCESOS HIDROTERMALES.

Estos procesos están asociados a Soluciones Acuosas cargadas de ionesque se desprenden desde el magma.

Estas soluciones, a muy alta temperatura y presión, al ascender a capassuperiores de la corteza se enfrían, produciendo con ello la precipitación delos iones disueltos en la forma de compuestos químicos, en particular para el

caso que interesa se formaron los sulfuros primarios: pirita (FeS2) ycalcopirita (CuFeS2).

El transporte y la precipitación de estos minerales tuvieron lugar en algunossitios que presentaban condiciones geológicas apropiadas, relacionada conla estructura de fallas de la corteza y la permeabilidad de las rocasexistentes.

Las fallas facilitaron el transporte de las soluciones y es corriente encontrarvarios yacimientos asociados a una misma falla, por ejemplo la falla Oeste enla II Región.

Las soluciones fueron rellenando cavidades en la roca y precipitando losminerales. Cuando ellas se encontraron con rocas permeables, tipo pórfidos,impregnaron un gran volumen de roca, dando origen a losYacimientosPorfídicos.

Debe indicarse que un pórfido es una roca que se caracteriza por tenercristales grandes, fenocristales, en una matriz de cristales más finos.

2.5.2 ENRIQUECIMIENTO SUPERGÉNICO

Una vez que se formó el depósito de cobre, empezaron a actuar los agentesmeteorológicos externos.

El agua de lluvia cayó sobre el depósito escurriendo a través de la corteza, yfue reaccionando con los minerales existentes.


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La pirita reaccionó con el agua y el oxígeno, generando soluciones ácidas desulfato férrico.

4SO2H+4FeSO=O2H+2O27

+2FeS

O2H+3)4(SO2Fe=2O21

+4SO2H+4FeSO2

Tales soluciones ácidas reaccionaron con la calcopirita generando solucionescúpricas:

O2H+4FeSO5+4CuSO=3)4(SO2Fe2+2CuFeS

Cuando se produjeron cambios en el pH precipitaron los sulfatosAntlerita(CuSO4 2Cu (OH)2), Brochantita (CuSO4 3Cu (OH)2) y Chalcantita (CuSO4 5H20)

ANTLERITA BROCHANTITA CHALCANTITA

En presencia de cloruro precipitó laAtacamita (CuCl2 3Cu (OH)2).

Cuando hay carbonatos disuelto desde la atmósfera o existente en la roca,

precipita laMalaquita (CuCO3 Cu (OH)2) y Azurita (2CuCO3 Cu (OH)2).

1

2

3


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MALAQUITA AZURITA

En contacto con la sílice de las rocas precipita una familia de silicatos que sedenominan bajo el nombre genérico deCrisocola (CuSiO3 2H2O).

CRISOCOLA

Este fenómeno de disolución de los sulfuros primarios y precipitación deminerales no sulfurados, tuvo lugar hasta el nivel de las aguas freáticas. Bajodicho nivel no hay oxígeno disuelto por lo cual no puede tener lugar ladisolución de los sulfuros.

Sin embargo, las soluciones que escurrían reaccionaron dando origen a los

sulfuros secundarios:Calcocita (Cu2S), y Covelita (CuS), de acuerdo a lasreacciones que a modo de ejemplo se indican:

4SO2H4+4FeSO4+CuS7=O2H4+4CuSO7+2FeS4

4SO2H8+4FeSO5+S2Cu8=O2H8+4CuSO11+2CuFeS5

CALCOCITA COVELITAEl proceso anteriormente descrito, enriquecimiento secundario osupergénico, al permitir una reprecipitación de los minerales originó que ellos

4

5


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se acumularan preferentemente en algunos puntos del depósito, dandoorigen a yacimientos.

FIGURA 1 ENRIQUECIMIENTO SUPERGÉNICO

Al formarse el depósito sólo se encuentran sulfuros primarios, pero en tiempogeológico se ha producido el enriquecimiento.

Se puede observar que los minerales de mena se modifican actuando sobrelos minerales de la roca, produciendo una serie de alteraciones en losfeldespatos los que se descomponen en dirección de la arcilla.

EJERCICIOS

29.¿Qué es Depósito Mineral?

30.Explique brevemente que entendió por Proceso Hidrotermal

31.¿Al formarse depósito mineral se encuentran sulfuros secundarios quecon el tiempo metereológico produce el enriquecimiento?

SOMBRERO DE HIERRO

ZONA DE OXIDOS

ZONA DE MIXTOS

ZONA DE SULFUROSENRIQUECIDOS

ZONA DE SULFUROSPRIMARIOS

FORMACIÓNINICIAL

ESTADO DEENRIQUECIMIENTO

ZONA DESULFUROSPRIMARIOS

TIEMPOGEOLOGICO

A medida que se profundiza en la explotación de un yacimientodisminuye su ley.


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III EXPLOTACIÓN DE MINAS

Las evidencias de la existencia de la minería se remontan a la Edad dePiedra, acompañando al hombre en toda su evolución pasando por la Edadde Hierro y la de Bronce (que es una aleación de Cobre y Estaño).


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Espadas yLanzas De Hierro

Broche Cinturón yFíbula De Hierro Hachas de Bronce

EDAD DE PIEDRA EDAD DE HIERRO EDAD DE BRONCE

La búsqueda de los mismos le permitió encontrar otros metales como elcobre y el hierro que le permitieron fabricar, con más facilidad y mejoresresultados, aquellos artículos que antes realizaba con la piedra. Así habríacomenzado a desarrollarse la minería.

La actividad minera siempre ha destacado a Chile como actor fundamentalde la vida y desarrollo nacional, desde la conquista española hasta nuestrosdías.

Chile se sitúa en el primer lugar como productor de oro, plata o Cobre

además es productor de hierro, salitre, carbón, hidrocarburos, y recursosmetálicos y no metálicos lo cual hacen de Chile una nación esencialmenteminera.

3.1 COBRE

Símbolo CuDensidad 8.96 (g/ml)

Peso atómico 63.54 (gr/mol)

Punto de Fusión 1083º CNúmero Atómico 29

Punto de Ebullición 2595º C

En la vida cotidiana existen muchos objetos que contienen cobre, tales como:

Ampolletas comunes tienen filamentos de cobre.


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Relojes tienen piezas interiores de aleación de cobre.

Calculadoras con pequeños circuitos hechos en cobre.

Computadores que poseen sofisticados circuitos eléctricos en cobre,necesarios para poder funcionar.

Teteras, ollas y otros utensilios de cocina hechos de cobre.

Circuitos eléctricos de los automóviles comunes tienen cerca de 20 kilosde cobre en promedio.

Componentes estructurales de candados y otras piezas de cerrajería.

Gran parte de los mecanismos electrónicos de las cámaras fotográficas

poseen pequeñísimas piezas de cobre.

3.1.1 PROPIEDADES DEL COBRE

Es un muy buen conductor eléctrico

Es un muy buen conductor térmico

Tiene excelentes cualidades para el proceso de maquinado.

Tiene una alta capacidad de aleación metálica.

Tiene una buena capacidad de deformarse en caliente y en frío.

Mantiene sus propiedades en el reciclo.

Permite recuperar metales de sus aleaciones.


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Es un elemento básico para la vida humana.

Evita la proliferación de ciertas bacterias.

Puede usarse en artículos de decoración y piezas de arte.Ees uno de los metales conductores de electricidad con el menor índice deresistencia, más del 50% del cobre se utiliza en el sector eléctrico.

Es muy usado en la fabricación de cables, enchufes y terminales, así comoen los componentes de casi todos los artículos alimentados por electricidad.

El resto se destina a la construcción, a la arquitectura y al arte.

Se esta empleando en las tecnologías de información donde los chips de

cobre que favorecen una más rápida transmisión de datos en la Web.

3.1.2 PROCESAMIENTO DE MINERALES DE COBRE

El procesamiento de minerales, algunas veces llamadotratamiento demenas , preparación de minerales o proceso , se dedica a la extracción delmineral y prepara la mena para la extracción del metal valioso, para produciruna porción enriquecida, oconcentrado , que contiene la mayor parte de losminerales valiosos y una descarga ocola, compuesta principalmente por losminerales de la ganga.

Esta concentración o proceso de enriquecimiento, reduce el volumen dematerial que debe manejar la metalurgia extractiva, reduciendo así a niveleseconómicos las cantidades de energía y reactivos que se necesitan paraproducir el metal puro.

El procesamiento de minerales reduce la masa y peso del material que setransporta a la fundición, reduciendo así los costos de embarque y manejo;


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Después que los minerales han sido liberados de la ganga, la mena sesomete a algún proceso de concentración que separa los minerales en dos omás productos.

La separación por lo general se logra utilizando alguna diferencia específica

en las propiedades físicas o químicas entre el mineral valioso y los mineralesde la ganga presentes en la mena.

En algunas oportunidades se usa el tratamiento térmico para hacer la menamás apropiada para el procesamiento subsiguiente; por ejemplo:

1. La tostación se usa para efectuar cambios químicos, como la conversiónde minerales de hierro no magnéticos a una forma ferromagnética.

2. La calcinación se usa para destruir los enlaces coloidales de losminerales de arcilla y descomponer los hidratos y carbonatos, facilitando

el manejo y tratamiento de la mena.Las dos operaciones primarias en el procesamiento de minerales son lareducción de tamaño y concentración, pero muchas otras operacionesimportantes están implicadas y entre ellas está la clasificación por tamañosde la mena en las diferentes etapas del tratamiento, mediante el uso decribas y clasificadores y el desaguado de las pulpas minerales, usandoespesadores, filtros y secadores.

3.1.3 CLASIFICACIÓN DEL COBRE EXPLOTADO

Los minerales de cobre explotados para la obtención de metal se clasificanen tres categorías:

MINERALES DE COBRE NATIVO

Sus principales yacimientos actualmente contienen aproximadamente un1% de cobre puro. En Bolivia hay yacimientos de cobre nativo, rico en

cobre puro.MINERALES OXIDADOS

Este tipo de mineral se utiliza muy poco.

Los principales minerales son : cuprita ( óxido rojo ), mela-conita ( óxidonegro ), malaquita ( carbonato verde hidratado ), azurita ( carbonato azul


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hidratado ), crisocola ( silicato hidra-tado ), y atacamita ( oxiclorurohidratado ) y se encuentran en E.U.A., Chile, Rhodesia y Extremo oriente.

MINERALES SULFURADOS

Estos son los más utilizados.

El principal es la calcopirita o pirita cuprosa, cuyo contenido de cobrellega por lo general al 4%.

Los demás minerales sulfurados explotados son la calcosina, latetraedrita, la bornita y la energita.

Estos minerales se explotan en E.U.A., Japón, Rusia y, a escala máslimitada, en Alemania y España.

3.2 EXPLOTACIÓN A CIELO ABIERTO.

Estas minas se explotan en la superficie utilizando una línea de explosivos.

Luego de la tronadura, que remueve el material mineralizado, se realiza elcarguío en camiones o en cintas transportadoras, usando cargadoresfrontales o palas mecánicas, que lo llevan hasta la Planta de Chancado parainiciar el proceso de concentración.

Este método se emplea cuando los depósitos minerales económicos ocurrendirecta o cerca de la superficie.

El yacimiento trabajado a Cielo Abierto se divide en bancos horizontalessucesivos descendentes, explotados con el avance de los bancos superioresde los inferiores. Por eso, los bordes de cada banco tienen formaescalonada.


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MINERA ESCONDIDA

Cada banco se explota por separado y tiene su propio equipo, cual constade: vagones perforadores de grandes diámetros (hasta 38 mm), palasmecánicas y cargadoras de gran capacidad.

También, cintas transportadoras de hasta 20.000 ton/hr en 15 Km. Camionesde gran porte de mas de 250 ton/viaje.

3.2.1 PERFORACIÓN

En la perforación se realizan agujeros circulares cilíndricos en la roca,generalmente de arriba hacia abajo, verticales o con cierta inclinación, en loscuales se alojan las cargas explosivas.

Los taladros varían en diámetro, pero en las grandes voladuras normalmenteson mayores a los 200 mm.

Las grandes máquinas perforadoras tienen incorporados sistemas decaptación de polvos.

La perforación no es contaminante.

La perforación sigue a estrictos programas de diagramación, ya que de ello,depende el arranque del mineral y/o estéril.

Ninguna mala perforación puede arreglarse con explosivos.

3.2.2 VOLADURA

Se cargan los taladros hasta una determinada altura con uno o dos tipos deexplosivos, colocando los explosivos iniciadores de la explosión, los que a lavez, son detonados con sistemas eléctricos o no eléctricos de iniciación.


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La iniciación y la secuencia de detonación con los tiempos de retardo, debeser cuidadosamente realizada, sobre todo en voladuras de filas múltiples, conel propósito demaximizar el arranque de rocas yminimizar las vibracionesdel suelo, ondas aéreas, proyecciones de bloques y emisiones de polvos.

PERFORACIÓN TRONADURA CARGUÍO TRANSPORTE

3.2.3 VIBRACIONES DEL SUELO

La magnitud de las vibraciones del suelo y aéreas, es según la cargaexplosiva que es detonada y la distancia de dicho punto a la voladura, siendomuy importantes, la secuencia y el retardo entre taladros y/o filas.

Son las vibraciones la que influye directamente y no la carga total empleadaen las voladuras, ya que pasan a dominar en las características de las ondaslos medios rocosos de transmisión y los terrenos de recubrimiento.

EJERCICIOS

32.de 3 ejemplos de objetos que contiene cobre?

33.Nombre 2 propiedades del cobre

34.Nombre las operaciones fundamentales en el procesamiento deminerales

35.¿Qué métodos se utilizan para separa los minerales en 2 co mas


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productos?

36.¿Cómo se clasifica el cobre explotado?

37.Relate brevemente la explotación de cobre a cielo abierto.

IV PLANIFICACIÓN MINERA

Los yacimientos son cuerpos geológicos irregulares y para asegurar subeneficio económico se requiere de sistemas de planificación que permitanasegurar el máximo de vida útil de la mina.

Esta tarea la desarrollan los departamentos de Planificación Mina, quienesprograman la operación en el tiempo, incluso para varios años, de laoperación de la mina.

El ritmo de explotación de la mina hace que el material que se alimenta a laplanta tenga una homogeneidad relativa respecto de la ley, lo cual puedediferir otras propiedades importantes para su beneficio (dureza, tipo deganga, y asociación mineralógica, tamaño de partícula, etc. )

Existiran materiales que presentaran diferentes grados de dificultad detratamiento, por lo cual debe existir un buen nivel de comunicación entre


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mina y planta, ademas de una adecuada caracterización de los materialesrespecto de su respuesta metalúrgica.

4.1 REPRESENTACIÓN ESQUEMATICA DEL PROCESAMIENTO

En este caso la conminución comprende toda la trituración, molienda yrechazo inicial.

El siguiente bloque, identificado comoseparación , agrupa los variadostratamientos dirigidos a la producción del concentrado y las colas.

El tercer bloque, denominadomanejo del producto , cubre la obtención delos productos finales.

DIAGRAMA DE FLUJO 1 OPERACIONES DE UNA PLANTA4.2 PROCESO EXTRACTIVO DEL COBRE EN MINERA

ESCONDIDA

A continuación se muestra el proceso que realiza Minera Escondida:

MINERAL BRUTO

SEPARACI N

MANEJO DEL PRODUCTO

MINA

MINERALSULFURADO

(Concentrado de Cu)

EMBARQUEDE CATODOS(Antofagasta)

EMBARQUECONCENTRADO(Puerto Coloso)

EXTRACCIÓN

MINERALOXIDADO

(Cátodos de Cu)


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DIAGRAMA DE FLUJO 2. OPERACIÓN DE MINERA ESCONDIDA4.2.1 EXTRACCIÓN

Minera Escondida es un yacimiento que es explotada por medio de laextracción a rajo abierto a través de unos bancos o cortes escalonados.

Se realizan explosiones controladas para romper la roca que contiene elmineral Sulfurado y Oxidado. Así posteriormente con palas electromecánicasse recoge el mineral y se deposita en camiones de transporte de carga.

DIAGRAMA DE FLUJO3. FASES DE LA EXTRACCIÓNEJERCICIOS

38.¿Quien realiza y para que se desarrolla la planificación minera?

39.Nombre las 3 etapas del procesamiento de operación de la planta?

40.¿En que consta la extracción?

EXTRACCIÓN

TRONADURA

CARGUÍO

CHANCADO


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4.2.2 HIDROMETALURGIA DEL COBRE

Los procesos fundamentales de la vía hidrometalúrgica para extraer el cobre,donde se involucran cambios químicos en medio acuoso, son los siguientes:

El Mineral Oxidado de los yacimientos de cobre se trata a través de cuatroprocesos: Biolixiviación, Lixiviación, Extracción por Solvente y Electro-Obtención para la posterior producción de cátodos de cobre.

MINERALOXIDADO

(Cátodos de Cu)

ACOPIO

EXTRACCI N PORSOLVENTE (SX)

LIXIVIACIÓN (LIX)


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DIAGRAMA DE FLUJO4. FASES OBTENCIÓN MINERAL SULFURADO

4.2.2.1 BIOLIXIVIACIÓN: OBRERAS INVISIBLES DEL COBRE

Bacterias, diminutos organismos que han revolucionado la industriametalúrgica por su capacidad de acelerar los procesos de obtención delcobre.

El desarrollo tecnológico ha llevado a mejorar la lixiviación de algunasespecies sulfuradas, desde minerales de baja ley, a través del uso debacterias eminentemente del tipoThiobacillus ferrooxidans , quienes encondiciones ácidas y rangos de temperaturas cercanas a los 30 º C, oxidaniones ferrosos y compuestos azufrados, facilitando así la disolución del metalen la solución lixiviante.


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Requieren oxígeno y dióxido de carbono, los que obtienen del aire, y otrosnutrientes necesarios para su crecimiento, como pequeñas cantidades denitrógeno y fósforo.

Debido a sus propiedades metabólicas resultan fuerzas químicas y biológicas

que se refuerzan en un plan común que explota la biotecnología: degradarlos sulfuros metálicos a formas solubles, a velocidades de a lo menos medioa un millón de veces más rápidas que si estos minerales estuvieranexpuestos al aire y al agua en ausencia de bacterias.

Se ha determinado que existen tres poblaciones distintas de bacteriaslixiviantes de cobre:

Thiobacillus ferrooxidans

Se desarrollan bien en medios ácidos.

Requiere de fuentes nutricionales para su óptimo desarrollo como N2 (amonio), Fosfato, de Azufre (S), iones metálicos (como Mg+), etc. Magnesio,es necesario para la fijación de CO2 y el fósforo es requerido para elmetabolismo energético.

Los Thiobacillus ferrooxidans utilizan como fuente primaria de energía losiones ferroso y azufre inorgánico.

FOTO AMPLIADA DEL THIOBACILLUS FERROXIDANS.

Thiobacillus thiooxidans

Se encuentran en depósitos de azufre y sulfurosos, donde es fácil aislarlos.

Se caracteriza porque sólo es capaz de oxidar azufre. Son aerobios estrictos.

Leptospirillum ferrooxidans

Son pequeñas y de color marrón rojizo debido a la formación de fierro férrico.


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Son aerobios estrictos y quimioautotróficos obligados. Utiliza Fe+2 y FeS2 como fuente energética.

Es un microorganismo de los más simples sólo necesita para vivir aire, aguay algunas sales minerales, entre ellas pirita de la que obtiene la energía

MICROORGANISMO Fuente Energética Ph T(ºC)

Thiobacillus ferrooxidans Fe+2

, U+4

, Sº 1.5 25 - 35Thiobacillus thiooxidans Sº 2.0 25 - 35

Leptospirillum ferrooxidans Fe+2 1.5 25 - 35

4.2.2.2 PROCESO DE LIXIVIACIÓN EN PILAS (LIX)

Los procesos de lixiviación de minerales han existido desde siempre, perosólo en las últimas décadas la industria de la minería ha comenzado acontrolarlos.

Este proceso se divide en tres fases:

CHANCADO

El material que se extrae de la mina y que contiene minerales oxidadosde cobre, es fragmentado mediante chancado primario y secundario(eventualmente terciario), con el objeto de obtener un material

mineralizado de un tamaño máximo de 1,5 a ¾ pulgadas.Este tamaño es suficiente para dejar expuestos los minerales oxidados decobre a la infiltración de la solución ácida.


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FORMACIÓN DE LA PILA

El material chancado es trasladado a través de correas transportadorashasta el lugar donde se formará la pila.

En el transcurso el material es sometido a una primera irrigación con unasolución de agua y ácido sulfúrico, conocido como proceso de curado, demanera de iniciar ya en el camino el proceso de sulfatación del cobrecontenido en los minerales oxidados.

En su destino, el mineral es descargado mediante un equipo esparcidorgigantesco, que lo va depositando ordenadamente formando un terrapléncontinuo de 6 a 8 m de altura: la pila de lixiviación.

Sobre esta pila se instala un sistema de riego por goteo y aspersores quevan cubriendo toda el área expuesta.

Bajo las pilas de material a lixiviar se instala previamente una membranaimpermeable sobre la cual se dispone un sistema de drenes (tuberíasranuradas) que permiten recoger las soluciones que se infiltran a travésdel material.

Las pilas deben ser regadas con una solución de ácido sulfúrico, la quecircula por cañerías distribuidas homogéneamente.

SISTEMA DE RIEGO

A través del sistema de riego por goteo y de los aspersores, se viertelentamente una solución ácida de agua con ácido sulfúrico en la superficiede las pilas.

Esta solución se infiltra en la pila hasta su base, actuando rápidamente.La solución disuelve el cobre contenido en los minerales oxidados,formando una solución de sulfato de cobre, la que es recogida por elsistema de drenaje, y llevada fuera del sector de las pilas en canaletasimpermeabilizadas.


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El riego de las pilas, es decir, la lixiviación se mantiene por 45 a 60 días,después de lo cual se supone que se ha agotado casi completamente lacantidad de cobre lixiviable.

El material restante o ripio es transportado mediante correas a botaderosdonde se podría reiniciar un segundo proceso de lixiviación para extraerel resto de cobre.

De la lixiviación se obtienen soluciones de sulfato de cobre (CuSO4) conconcentraciones de hasta 9 gramos por litro (gpl) denominadasPLS queson llevadas a diversos estanques donde se limpian eliminándose laspartículas sólidas que pudieran haber sido arrastradas.

Estas soluciones de sulfato de cobre limpias son llevadas a planta deextracción por solvente.

4.2.2.3 EXTRACCIÓN POR SOLVENTE (SX)

Los aspersores riegan el material mineralizado acumulado en las pilas conuna solución de ácido sulfúrico, durante 45 días.

La extracción por solventes consiste en un proceso de purificación yconcentración de soluciones basada en la separación del elemento de interés(cobre), desde las soluciones de lixiviación.

Para ello se utiliza un medio extractante también líquido de alta especifidad alelemento a separar, pero que al mismo tiempo es inmiscible en dichasolución.


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En el proceso global de la extracción por solventes se distinguen tresmomentos fundamentales que consisten en:

1. El líquido extractante se agrega a la solución primaria, y se conecta con elión metálico, el que queda entonces formando parte del extractante.

2. Enseguida, este complejo extractante - ión metálico es separado de lasolución y llevado a una solución secundaria pobre en el ión metálico.

3. En esta solución secundaria se produce la reextracción. Es decir, elelemento de interés es nuevamente devuelto a la solución, la que al estarexenta de impurezas es óptima para el proceso siguiente deElectrobtención que se explica mas adelante.

En general en el proceso de extracción por solvente se reconocen dosetapas fundamentales, Etapa de extracción propiamente tal y reextracción o

stripping.PROCEDIMIENTO BÁSICO

Los sistemas de extracción por solvente tienen tres componentesbásicos que son:

Soluto a extraer Solvente acuoso Extractante orgánicoEl proceso de extracción por solvente se basa en la reacción reversible deintercambio iónico que tiene lugar entre dos fases inmiscibles:

1. Fase Orgánica: Reactivo con extractante afín al ion metálico a recuperar

2. Fase Acuosa: Solución de Lixiviación

A continuación se muestra un diagrama explicativo del proceso.

Mezcla y AgitaciónVi orosa

El Ion Metálico pasa deFase Acuosa a Orgánica


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DIAGRAMA PROCESO EXTRACCIÓN POR SOLVENTE (SX)

En la extracción por solvente se pone en contacto laSolución DeLixiviación (fase acuosa) con un Reactivo Orgánico (fase orgánica)mezclándose fuertemente por agitación.

La solución acuosa, es una solución rica de lixiviación, y corresponde a lafase portadora del metal o de los metales que interesa procesar porextracción, se denomina PLS ("Pregnant Liquor Solution").

Luego de ser procesada por X (extracción), cambia de denominación asolución pobre o solución de refino (RF de "reffinate") y suele ser enviada deregreso a la lixiviación.

El reactivo orgánico contiene una molécula extractante (fase orgánica) quetiene una alta afinidad por el ión metálico que se quiere recuperar, el cual estransferido desde la fase acuosa (solución de lixiviación) a la orgánica, através de la interfase de dos líquidos no miscibles.

La mezcla resultante por la agitación se deja decantar, para que se separeen dos capas o fases.

La Fase Superior corresponde a laCapa Orgánica , también conocida comofase cargada o fase extracto que es donde se encuentra retenido el iónmetálico de interés formando un complejo órgano-metálico.


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La capa acuosa inferior, denominada fase acuosa o de Refino, es unasolución estéril respecto de iones metálicos, y tiene un peso específico mayoral de la fase orgánica.

Al mezclarse las fases acuosa y orgánica, el equilibrio se irá dandopaulatinamente.

El equilibrio de la reacción es el factor más importante en el proceso deintercambio, y esto depende del tamaño de los equipos utilizados, la energíaconsumida en la agitación y otros factores que afecten en la totalidad de loscostos del proceso.

Desde este punto de vista, las dos etapas en que se puede subdividir elproceso, extracción y reextracción, pueden ser considerados uno como elinverso del otro. Por ello solo será analizar una etapa.

4.2.2.4 ELECTROOBTENCIÓN (EW)

PLANTA DE ÓXIDOS DE ESCONDIDA

La solución de cobre producto de la lixiviación se recoge en canaletas y selleva al proceso de extracción por solvente y luego a electroobtención.

La solución resultante del proceso de extracción por solvente, ingresa a lasceldas de electrolíticas, donde se aplica una corriente eléctrica para precipitarel cobre, contenido en la solución. Los cátodos son cosechados en formaperiódica para recuperar el cobre metálico depositado.

Es un proceso electrometalúrgico mediante el cual se recupera el cobre deuna solución electrolito concentrado para producir cátodos de alta pureza decobre (99, 99%) muy cotizados en el mercado.


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La solución electrolítica que contiene el cobre en forma de sulfato de cobre(Cu SO4) es llevada a las celdas de Electrobtención que son estanquesrectangulares, que tienen dispuestas en su interior y sumergidas en solución,unas placas metálicas de aproximadamente 1 m2 cada una.

Estas placas corresponden alternadamente a un ánodo y un cátodo. Losánodos son placas de plomo que hacen las veces de polo positivo, ya quepor éstos se introduce la corriente eléctrica, en tanto que los cátodos sonplacas de acero inoxidable, que corresponde al polo negativo, por donde salela corriente.

Todas las placas están conectadas de manera de conformar un circuito por elque se hace circular una corriente eléctrica continua de muy baja intensidad,la que entra por los ánodos y sale por los cátodos.

El cobre en solución (catión, de carga positiva +2: Cu+2

) es atraído por el polonegativo representado por los cátodos, por lo que migra hacia éstospegándose partícula por partícula en su superficie en forma metálica (cargacero).

Una vez transcurridos seis a siete días en este proceso de electroobtención,se produce la cosecha de cátodos. En este tiempo se ha depositado cobrecon una pureza de 99,99% en ambas caras del cátodo con un espesor de 3 a4 cm, lo que proporciona un peso total de 70 a 80 kg por cátodo.

Cada celda de electroobtención contiene 60 cátodos y la cosecha se efectúa

de a de 20 cátodos por maniobra. Los cátodos son lavados con agua calientepara remover posibles impurezas de su superficie y luego son llevados a lamáquina despegadora, donde en forma totalmente mecanizada se despeganlas hojas de ambos lados, dejando limpio el cátodo permanente que sereintegra al ciclo del proceso de electroobtención.

Los cátodos de cobre son apilados y embalados mediante zunchos metálicospara su transporte final al puerto de embarque, mediante camiones oferrocarril.

Previamente, se efectúa un muestreo sistemático de algunos cátodos para

determinar su contenido de cobre, que debe ser de 99,99%, e impurezas(menos de 0,01%, principalmente azufre).

Los cátodos obtenidos del proceso de electrorefinación y de electroobtenciónson examinados cuidadosamente para asegurar la calidad, y aquellosseleccionados son apilados, pesados y enzunchados para su despacho.


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4.3 MINERAL SULFURADO

El mineral sulfurado se trata por medio del proceso de Flotación.

MINERALSULFURADO

(Concentrado deCu)

ACOPIO

MOLIENDA

FLOTACI N


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En la planta concentradora de cobre es separado de la roca estéril,comenzando por reducir el tamaño del mineral para liberar las partículas quelo contienen ingresando el mineral a dos máquinas chancadorassemimóviles, que están dentro del rajo, este proceso descrito se llama

MOLIENDA.Así el mineral es transportado a través de correas transportadoras al área deacopio cubiertas, para posteriormente ser concentrados vía flotación.

El mineral triturado se envía a través del circuito de flotación primaria y luegopasa a un circuito de limpieza produciendo el concentrado en forma de pulpaespesa.

EJERCICIOS

41.¿Cuáles son los 4 procesos para tratar el mineral oxidado?

42.Explique simplemente en que consiste la biolixiviación

43.Nombre las 3 fases que conforman la Lixiviación

44.Relate brevemente que entendió por extracción por solvente

45.Explique de que se trata la electroobtención


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46.¿Con que proceso se trata el mineral sulfurado?

Metalurgia Minera

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