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Minerales, componentes básicos de la Tierra
La estructura y composición de la Tierra es el resultado de su formación en el contexto del Sistema Solar. En este proceso se produjo una diferenciación en capas: atmósfera, hidrosfera y geosfera. Con el paso del tiempo y a partir del desarrollo de la vida, también se formó la biosfera.
La geología es la ciencia que tiene como objeto de estudio la Tierra. Los científicos se centran en el análisis de su composición y estructura, y en establecer la dinámica de sus procesos que tienen lugar tanto en la superficie como en el interior de la Tierra. La geología está estructurada y relacionada con numerosas disciplinas científicas, por ejemplo la geoquímica estudia la composición química de las rocas, la cristalografía y la mineralogía estudian la estructura y composición de la materia cristalina y de los diferentes minerales que conforman las rocas, mientras que la mineralogía aplicada se encarga de: 1) la exploración, identificación, explotación, investigación y desarrollo de los recursos minerales y 2) del análisis, evaluación y control de la repercusión en el medio ambiente de la labores de extracción, tratamiento y almacenamiento de los productos obtenidos de los recursos minerales.
Un mineral es un compuesto químico sólido y homogéneo, de origen natural, formado como consecuencia de un proceso generalmente inorgánico, dotado de una composición química definida, pero fija y con una estructura interna ordenada.
Para que se considere mineral cualquier material terrestre debe presentar las siguientes características:
Aparecer de forma natural, se forman mediante procesos geológicos naturales. Ser un compuesto sólido, a temperatura ambiente de la corteza terrestre, por tanto el hielo es considerado un mineral. Tener una estructura interna ordenada, donde sus átomos deben estar dispuestos según un modelo ordenado y repetitivo denominado cristalino. Algunos sólidos como la obsidiana no presentan estructura cristalina, por lo que no son considerados minerales. Tener composición química definida, por lo que tienen una fórmula química que los identifica, como la pirita (FeS 2 ), sin embargo puede ser que algunos átomos de la estructura cristalina sean sustituidos sin afectar la estructura interna ni las
propiedades. Por lo tanto las composiciones químicas de los minerales pueden variar, pero dentro de unos límites bien definidos y específicos. Ser inorgánico, como la sal de mesa o halita, mientras que el azúcar que se extrae de la caña no es mineral, sin embargo algunos animales marinos excretan compuestos inorgánicos como el carbonato de calcio de las conchas o arrecifes y si se encuentran enterrados en las rocas, son considerados como minerales. Algunos minerales de importancia Oro Plata Calcopirita Fluorita
Feldespato Cuarzo Azufre Yeso
Antimonio Dolomita Barita Galena
Una roca es cualquier masa sólida de materia mineral. Algunas rocas están compuestas casi por completo por un solo mineral, sin embargo la mayoría de las rocas aparecen como agregados de varias clases de minerales, por ejemplo el granito. Otras rocas están compuestas de materia no mineral como las rocas volcánicas obsidiana y pumita que son sustancias vítreas no cristalinas.
Disposición ordenada de catión Na +^ y anión Cl-^ en el mineral halita, obteniendo una forma cúbica
Auguste Bravais estableció la teoría reticular, según la cual las partículas de los cristales están dispuestas en redes tridimensionales, por lo que la cristalografía reconoce que existen 6 celdas unitarias primitivas y si se les agregan partículas en el centro de las caras o en su interior dan como resultado 14 tipos de celdas o también conocidas como redes de Bravais.
Las redes de Bravais: 1) cúbica (isométrica), 2) tetragonal, 3) hexagonal, 4) ortorrombica, 5) monoclínica y 6) triclínica. La variedad se logra si es simple, centrada en la cara, centrada en el cuerpo o centrada en la base. Son un total de 14 diferentes paralelepípedos.
Físico y mineralogista francés Auguste Bravais (1811 - 1863) La forma y la simetría de las celdas unitarias están relacionadas con la forma y la simetría del cristal entero, sin embargo puede ocurrir que dos minerales pueden contener celdas unitarias geométricamente similares y exhibir formas externas diferentes. Por ejemplo, los minerales fluorita, magnetita y granate se conforman de celdas unitarias cúbicas, pero los cristales de fluorita son cúbicos, mientras que los cristales de magnetita son octaedros y los cristales de granate son dodecaedros.
Forma geométrica de algunos minerales
Fluorita (cubo)
Magnetita (octaedro)
Granate (dodecaedro) La composición química de algunos minerales varía con cierta facilidad debido a que ciertos iones de tamaño similar pueden sustituirse fácilmente entre sí sin alterar la estructura cristalina del mineral. Por ejemplo en el mineral olivino su fórmula es (Mg,Fe)SiO 4 porque que el catión magnesio y el catión fierro son similares en el tamaño y con la misma carga eléctrica, y pueden formar la fosferita MgSiO 4 así como la fayalita FeSiO 4 que se localizan de forma alternada en el mineral olivino.
Existen algunos minerales que entre sí contienen la misma composición química pero estructuras internas diferentes y por tanto presentan formas externas diferentes. Estos minerales son considerados como polimorfos. Por ejemplo el grafito y el diamante son polimorfos probablemente debido a las condiciones bajo las cuales fueron formados.
Cambios de color en el mineral cuarzo
La dispersión y reflexión de la luz provoca el brillo del mineral. Se clasifican como brillo metálico, no metálico, mate o terroso. A su vez el brillo no metálico se clasifica en: adamantino, vítreo, resinoso, nacarado, perlado, sedoso, céreo o grasoso.
Brillo en algunos minerales
Metálico Calcopirita
Adamantino Diamante
Vítreo Fluorita
Resinoso Esfalerita
Nacarado Baritina
Perlado Selenita
Sedoso Ulexita
Grasoso Malaquita A simple vista a veces es complicado determinar el tipo de brillo que se presenta en un mineral, por lo que se puede auxiliar de la prueba de la raya que consiste en frotar el mineral sobre una placa de porcelana no vidriada, de tal manera que se produzca una raya de color sobre ella. Si la raya es densa y oscura, entonces el brillo se clasifica como metálico y si la raya es suave y clara entonces el brillo es no metálico.
Propiedades mecánicas
La facilidad o la dificultad para que un mineral se rompa o deforme está relacionada con el tipo y la fuerza de los enlaces químicos que mantienen juntos a los cristales. Las
propiedades mecánicas que se utilizan para evaluar a los minerales son: tenacidad, dureza, exfoliación, y fractura.
La tenacidad describe la firmeza o la resistencia de un mineral a romperse o deformarse. Los minerales con enlaces iónicos tienden a ser quebradizos, los minerales con enlaces metálicos son maleables o fáciles de cambiar su forma, los minerales séctiles son aquellos que pueden cortarse en finas viruta con facilidad, mientras que otros minerales tienen la posibilidad de ser elásticos y pueden deformarse y recuperar su forma.
La dureza es la resistencia de un mineral a la abrasión o al rayado. Se determina frotando un mineral de dureza desconocida contra otro mineral de dureza conocida. La evaluación de diversos minerales permitió diseñar la escala Mohs de dureza, la cual es relativa y no significa que el mineral 2 sea dos veces más duro que el mineral 1. Otra escala propuesta en 1939 por Knoop tiene unidades que permiten una mejor comparación entre materiales.
Geólogo y mineralogista alemán Carl Friedrich Christian Mohs (1773 - 1839)
Dureza de algunos minerales Mineral Otros materiales^ Escala Mohs
Escala Knoop (kg/mm 2 ) Talco 1 1 Yeso Uña de mano (2.5) 2 32 Calcita 3 69 Fluorita Moneda de cobre (3.5) 4 135 Apatita Uña metálica (4.5) 5 163 Ortoclasa Vidrio (5.5) 6 430 Cuarzo Placa cerámica (6.5) Navaja de acero (6.5)
Topacio 8 1300 - 1400 Corundo 9 2000 – 2480 Diamante 10 8000 - 8500 La exfoliación es la tendencia de un mineral a romperse a lo largo de planos donde se localizan enlaces débiles. Solo algunos minerales presentan esta propiedad, por ejemplo el mineral mica es característico por su exfoliación.
Fe3+^ 0.64 Cl^1 -^ 1. Mg2+^ 0.65 S^2 -^ 1. Ti4+^ 0. Na1+^ 0. Ca2+^ 0. K1+^ 1. Densidad de algunos minerales Nombre Fórmula Densidad (g/cm 3 ) Silvina KCI 2. Yeso CaSO 4 ·2H 2 O 2. Pirrotita Fe 7 S 8 4. Baritina BaSO 4 4. Pirita FeS 2 5. Cinabrio HgS 8. Si se compara la densidad de algunos minerales carbonatados se puede distinguir que la densidad se incrementa si se aumenta la masa molar del catión.
Densidad de algunos minerales carbonatados Nombre Fórmula Masa molar (g/mol)
Densidad (g/cm 3 ) Aragonito CaCO 3 100.08 2. Estroncianita SrCO 3 147.62 3. Witerita BaCO 3 197.34 4. Cerusita PbCO 3 267.19 6. Algunos minerales presentan solubilidad en agua con diferente grado. Por ejemplo la halita (NaCl), otros minerales presentan reactividad frente a los ácidos, por ejemplo los minerales carbonatados (CO 3 ) 2-^ pueden reaccionar con el ácido clorhídrico produciendo efervescencia debido al dióxido de carbono (CO 2 ) que se produce.
Algunos minerales presentan un sabor característico, por ejemplo la halita tiene sabor salado, otros minerales son tóxicos, por lo que no se recomienda hacer pruebas de identificación con los sentidos del tacto, sabor u olor.
Propiedades de los minerales
Indicaciones. Resuelve los ejercicios siguientes:
- Incluye una imagen que demuestre el color de los siguientes minerales que contienen iones Cu2+^ :
a) Azurita Cu(OH) 2 ·2(CuCO 3 )
b) Malaquita Cu(OH) 2 ·CuCO 3
- Realiza una tabla con todas las propiedades que caracterizan a 3 minerales que te interesen:
Nombre Fórmula Imagen Color Brillo Tenacidad Dureza Exfoliación Fractura Densidad Solubilidad Reactividad Sabor
Clasificación de los minerales
Se conocen por su nombre como 4000 minerales y se siguen identificando en promedio 30 minerales cada año. Sólo unos centenares tienen algún valor económico, por la cual se realiza su extracción y beneficio, mientras que aproximadamente 25 minerales son tan abundantes que se denominan formadores de rocas. Casi todos estos minerales tienen en común contener silicio y oxígeno, por lo que se denominan silicatos.
Solo ocho elementos constituyen el 98.3% de la masa total de la corteza terrestre: silicio, oxígeno, aluminio, magnesio, hierro, calcio, sodio, potasio. Del total de minerales en la corteza terrestre se estima que el 92% son minerales silicatos, mientras que solo 8% son minerales no silicatos.
Abundancia relativa de elementos en la corteza terrestre Elemento Abundancia (%) Oxígeno 46. 6 Silicio 27. 7 Aluminio 8. 1 Hierro 5. 0 Calcio 3. 6 Sodio 2. 8 Potasio 2. 6 Magnesio 2. 1 Total 100. En 1819 Berzelius propuso unos criterios basados en la composición química para poder clasificar a los minerales. Estos se dividen en clases de acuerdo con el anión dominante
Carbonatos Metal con carbonato (CO 3 ) 2-^
Magnesita Calcita
MgCO (^3) Ca CO (^3) Nitratos Metal con nitrato (NO 3 ) 1-
Nitro Nitratina
KNO (^3) NaNO (^3) Boratos Varios elementos con boro
Bórax B 4 O 7 Na 2 .10H 2 O
Fosfatos (incluyevanadatos, arseniatoscromatos, y wolframatos, molibdatos)
Varios elementos con el anión (ZO 4 ) 2-^ donde Z=P, As, V, Cr, W, Mo
Apatito Ca 5 (PO 4 ) 3 (OH,F,Cl)
Silicatos Metal con silicato (SiO 4 ) 4- Tetraedros de silicatos (SiO 4 ) 4-^ unidos
Ortosa Cuarzo
KAlSi 3 O (^8) SiO (^2)
Orgánicos Sales de ácidos orgánicos, hidrocarburos
Succinita
Clasificación de los minerales
Indicaciones. Resuelve los ejercicios siguientes:
1. Selecciona un mineral de cada clase que sea de tu interés en la base de
datos de mindat ubicada en la siguiente dirección www.mindat.org/strunz.php
y completa la siguiente tabla:
Clase # Clasificación (Nickel – Strunz)10th
Nombre Fórmula Imagen
Elementos nativos Óxidos Hidróxidos Sulfuros Haluros o halogenuros Sulfatos Carbonatos Nitratos Boratos Fosfatos Silicatos Orgánicos
La industria minera, actividad económica de gran importancia
Los recursos son bienes o materias primas que tienen una cierta utilidad con relación a un objetivo y que permiten satisfacer necesidades particulares, de tal modo que, los recursos minerales están compuestos por aquellos minerales que se explotan con alguna finalidad o para aprovechar sus propiedades o alguno de los elementos y compuestos químicos que contienen.
Las materias primas minerales se clasifican con base en su utilización en: metálicas (preciosas, industriales no ferrosas y siderúrgicas), no metálicas y energéticas.
Un depósito mineral es una parte de la corteza terrestre, en la cual ha habido una acumulación de materia prima mineral, debido a procesos geológicos y se denomina yacimiento cuando por sus características de cantidad, calidad y condiciones de depósito es económicamente rentable su explotación, es decir porque puede producir un beneficio económico en un momento determinado.
Los depósitos de minerales pueden estar casi en la superficie o aparecer a gran profundidad. En función de la ubicación de los minerales en la corteza terrestre se utilizan distintos métodos de extracción: minas de superficie o minas subterráneas.
Mina a cielo abierto Mina subterránea La minería es el conjunto de técnicas que el hombre utiliza para extraer los minerales de la corteza terrestre y debido a que proporcionan empleo se les conoce como industrias mineras. Comprende los trabajos de prospección, reconocimiento y exploración de los yacimientos, el arranque, transporte y concentración de los minerales.
Las tareas que constituye la minería se agrupan en cuatro fases que se desarrollan en forma consecutiva: exploración, evaluación, minado o extracción y beneficio del mineral.
Geólogo y químico estadounidense Frank Wigglesworth Clarke (1847 – 1931) El beneficio del mineral es el conjunto de operaciones físicas, químicas y/o físico- químicas que se realizan para separar el metal de la mena. En cada etapa se pretende elevar la concentración del metal mediante la eliminación de la ganga hasta lograr obtener la mayor pureza posible del metal. Algunas operaciones son:
Lavado. Para eliminar el lodo y material orgánico de los minerales.
Trituración. Disminución del tamaño de los grandes trozos de roca a partículas gruesas mediante maquinaria conocida como quebradora que ejerce fuerza de rompimiento por compresión o impacto.
Tamizado. Clasificación de tamaño de las rocas mediante un cribado para preparar la mena al tamaño requerido en el siguiente proceso. La criba puede estar accionada por dispositivos que produzcan sacudidas, vibraciones, oscilaciones o trepidaciones, por lo que las partículas más gruesas son detenidas en la parte superior de su malla y las partículas más finas atraviesan los orificios de la malla.
Molienda. Reducción del tamaño de partículas gruesas a partículas finas mediante maquinaria denominada molino y que ejerce fuerza de restregamiento o impacto.
Homogenización. Mezcla de la molienda para compensar las variaciones de la granulometría y composición química.
Sedimentación. Consiste en la extracción de partículas sólidas de distintos tamaños suspendidas dentro de una corriente de líquido mediante el asentamiento por gravedad. En el recipiente utilizado se formarán capas donde las partículas más grandes quedarán en el fondo, las intermedias encima de ellas, y las partículas más finas en la parte superior.
Flotación. Consiste en adicionar las partículas del mineral finamente molidas en un líquido para que la materia que contiene el metal flote y la ganga se hunda, la cual posteriormente es separada.
Atracción magnética. Se basa en la atracción de ciertos minerales hacia un campo magnético.
Celda de flotación Quebradora de mandíbula
Molino de bolas Criba
La industria minera, actividad económica de gran importancia
Indicaciones. Resuelve los ejercicios siguientes:
- Investiga para el aluminio:
a) Principal mineral: nombre y fórmula. b) Principales yacimientos: ubicación, tipo de mina.
