Minerales y estructura 18/08/2016 - Ciencia de los … · del tipo de enlace que los une y, en el caso de los sólidos, de la disposición de sus átomos en el espacio • Los metales,

Minerales y estructura 18/08/2016

01 – Minerales y estructuras

Año 2017

15/08/2017 1

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Contenido

• Minerales � metales• Mena, ganga, ley mineral• Tipo de minerales

• Estructura de los materiales• Tipo de enlaces: iónico, covalente,

metálico, van der Waals, hidrógeno


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Minerales

• Minerales � sustancia de origen natural con un rango de composición química característica (Chang, 2000) � de aquí se obtienen el metal

• Mena � depósito mineral cuya concentración es adecuada económicamente para extraer un dado metal (Chang, 2000)

• Ganga � mena - minerales, casi siempre arcillas y silicatos (Chang, 2000)

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Minerales

• Ley media: Es la concentración que presenta el elemento químico de interés minero en el yacimiento. Se expresa como tantos por ciento, o como gramos por tonelada (g/t)

• Ley de corte o cut-off: Es la concentración mínima que debe tener un elemento en un yacimiento para ser explotable, es la concentración que hace posible pagar los costos de su extracción, tratamiento y comercialización. Es un factor que depende a su vez de otros factores, ejemplo puede ser su proximidad o lejanía a vías de transporte, avances tecnológicos en la extracción, etc.


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MineralesTipo Mineral

Metales sin combinar Ag, Au, Bi, Cu, Pd, Pt

Carbonatos BaCO3 (whiterita), CaCO3 (caliza), MgCO3(magnesita), CaCO3 . MgCO3 (dolomita), LiCO3

Halogenuros CaF2 (fluorita), NaCl (halita), NaCl, PCl, LiCl

Óxidos Al2O3 . H2O (bauxita), Al2O3 (corindon), Fe2O3

(hematita), Fe3O4 (magnetita), TiO2 (rutilo), Cu2O(cuprita), ZnO (cincita)

Fosfatos Ca5(PO4)3OH (hidroxiapatita)

Silicatos ZrSiO4 (zircón), Mg2(Si4O10)(OH)2 (talco)

Sulfuros Ag2S (argentita), Cu2S (calcocita), ZnS (blenda), PbS(galena)

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Minerales en Argentina

• Agua Rica, Catamarca � Au y Cu• Bajo la Alumbrera, Catamarca � Cu, Au,

Mo, Ag• Cerro Vanguardia, Santa Cruz � Au, Ag• Pascua Lama, San Juan � Au, Ag• Río Colorado, Mendoza � K• Sierra Grande, Chubut � Fe• Salar del Hombre Muerto, Salta � Li


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Tecnología minera

• Extracción• Trituración• Separación• Transporte• Metalurgia

– Reducción

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Tecnología minera

• Extracción– A cielo abierto– Por túneles


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Tecnología minera

• Trituración

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Tecnología minera

• Trituración


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Tecnología minera

• Trituración

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Tecnología minera

• Separación– zarandas


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Tecnología minera

• Separación– magnética

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Tecnología minera

• Transporte– Camiones– Cañerías � mineraloducto


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Mineral � Metal

Coque

CaCO3

CO, CO2

Fe +4%C +S+P+Mn+SiCaSiO3 y Ca(AlO2)2

Fe2O3

Fe3O4 + impurezas (Al2O3 y SiO2

3Fe2O3(s) + CO(g) � 2F3O4(s) + CO2(g)

Fe3O4 (s) + CO(g) � 3FeO(s) + CO2(g)

FeO(s) + CO(g) � Fe(l) + CO2(g)

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Estructura

• Las propiedades de las sustancias dependen en gran del tipo de enlace que los une y, en el caso de los sólidos, de la disposición de sus átomos en el espacio

• Los metales, generalmente, son sólidos cristalinos con propiedades típicas debidas al ordenamiento de sus átomos

• Para el estudio de la metalurgia es indispensable conocer la estructura intima del cristal metálico y el enlace típico que aparece entre sus átomos, para deducir luego las propiedades de un dado metal


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Estructura

• Enlace iónico• Enlace covalente• Enlace metálico• Fuerzas de van der Waals• Puente de hidrógeno

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Enlace iónico

• Enlace iónico � es la fuerza electrostática que mantiene unidos a los iones en un compuestos iónico– Anión � ión negativa � halógenos y O– Catión � ión positivo � 1A y 2A

• Ejemplo � LiCl � Li+ + Cl-

CaO � Ca2+ + O2-

Li2O � 2Li+ + O2-


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Enlace iónico

Celda del LiCloP8

8/8 + 12/4 + 6/2 + 1/1 = 8Na- �Li+ �

Celda del K2OcF12

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Nomenclatura de Pearson

http://www.iupac.org/fileadmin/user_upload/databases/Red_Book_2005.pdf


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Enlace covalente

• Enlace covalente � es el enlace en el cual dos electrones son compartidos por dos átomos

• Ejemplos:H2 � H· + ·H � H―HCO2 � O=C=O � cada O tiene 4 e libresH2O � H―O―H � H+ + OH-

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Iónico vs Covalente

Propiedad NaCl CO2 H2O

Aspecto sólido blanco gas incoloro líquido incoloro

Punto de fusión 801 -78 0

Calor de fusión (kJ/mol) 30,2 9 6,2

Punto de ebullición (°C) 1413 -57 100

Calor de vaporización (kJ/mol) 600 --- 40,6

Densidad (g/cm3) 2,17 0,001842 1

Solubilidad en agua (g/L) 370 3,4 ---

Conductividad eléctrica

sólido pobre pobre pobre

líquido buena pobre pobre


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Enlace metálico

• Átomos con e- valencia = 1, 2, 3• Los átomos tienden a desprender estos

electrones y los iones positivos que quedan se disponen en una estructura geométrica ordenada y simétrica, denominada estructura cristalina

• Con retículos cristalinos simples y regulares se alcanzan valores muy bajos de energía interna del sistema, o sea un estado de equilibrio estable �� FCC, BCC, HCP

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Enlace metálico

• Átomos con e- valencia = 1, 2, 3– Li, Na, K, Rb, Cs 1– Be, Mg, Ca, Sr, Ba 2– Sc, Y, La 1– Ti, Zr, Hf 2– V, Nb, Ta 3, 2– Cr, Mo, W 1 y 2– Mn, Tc, Re 2– Fe, Ru, Os 2 y 1– Co, Rh, Ir 2 y 1– Ni, Pd, Pt 2 y 1– Cu, Ag, Au 1– Zn, Cd, Hg 2– (B), Al, Ga, In, Tl 1– Sn, Pb 4 (5,6s2 5,6p2)


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Enlace metálico

• Electrones � deslocalizados

� gran fuerza de cohesión � resistencia mecánica alta

� electrones conducen electricidad y calor

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Enlace metálico

Sistema CúbicoTipo de Red:centrado en las carascentrado en el cuerpo

Sistema Hexagonal


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Enlace metálico

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van der Waals

• Fuerza de 2do orden– más débil que iónico, covalente y metálico– entre átomos y moléculas– origen electroestático– evidente en los gases nobles y en moléculas

de compuestos covalentes


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Puente de hidrógeno

• Es un tipo especial de los enlaces de van der Waals

• H―F, H―O, H―N � HF, H2O y NH3

• El dipolo se forma por el H+ � +H―O-

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Enlaces


Preguntas1. Defina: mineral, mena y ganga.2. ¿Qué se entiende por ley de corte de un yacimiento?3. ¿Cuáles son las etapas típicas del procesado de un mineral?4. ¿Cuál es el elemento metálico más abundante en la corteza

terrestre? ¿Cuál es su mineral asociado?5. ¿Qué metales pueden encontrarse en estado metálico en la

naturaleza?6. ¿Qué significa reducir un elemento químico?7. Describa los enlaces iónico, covalente y metálico.8. Describa la unión puente de hidrogeno. De ejemplos de sistemas

donde esta unión es importante.9. ¿Cuántos sistemas cristalinos existen? ¿Cuántas redes de

Bravais?10. Realice un esquema de las celdas unitarias de las redes P, F e I

del sistema cúbico.

Preguntas11. Mena es:

a. Una sustancia de origen natural con un rango de composición química característico

b. Casi siempre arcillas o silicatosc. Un depósito mineral cuya concentración es adecuada

económicamente para extraer un dado metald. Una sustancia constituida por la ganga y los desperdicios

12. ¿Qué es enlace iónico?a. es la fuerza que mantiene unidos a los iones positivos en un

compuestos iónicob. es la fuerza electrostática que mantiene unidos a los iones en un

compuestos iónicoc. es el tipo de enlace que comparte electrones entre los elementos

sujetos del enlaced. es una fuerza de segundo ordene. es el enlace que se da entre los elementos del grupo IA o IIA


Preguntas13. ¿Cuál de las siguientes grupos no esperaría que tuviese enlace

metálico? Use una tabla periódicaa. VIIIAb. VIIIc. IIBd. IVA

14. ¿Con cuál de los siguientes elementos el H no forma enlaces puente de hidrógeno?

a. Ob. Fc. Cd. N

15. ¿Qué tipo de enlace mantiene unidos a los átomos de los Ar?a. metálicob. covalentec. iónicod. fuerzas de van der Waalse. puente de hidrógeno

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