unidad i. segunda clase. propiedades de los minerales

UNEXPO

METALÚRGIA EXTRACTIVA I

UNIDAD I Segunda clase

ROCAS Y MINERALES

Ing. Tania GodoyUNEXPO - BARQUISIMETO

Propiedades físicas de los minerales:

La necesidad de reconocer y diferenciar los distintos minerales condujo al desarrollo de distintas técnicas de análisis. las propiedades físicas de cada mineral, proporcionan pistas para una identificación correcta, las mismas se consideran de la manera siguiente:

I.- Dependientes de la luz:

• Color ( Raya).

• Lustre o Brillo.

• Diafanidad: -Transparencia.

- Translucencia.

• Luminiscencia: - Fosforescencia.

- Fluorescencia.

• Valores especiales determinados en minerales tallados.


Color: la capacidad de absorción de los rayos o vibraciones cromáticas que componen la luz y la recepción optica de la interacción luz materia o la respuesta del ojo a la interacción del intervalo de luz visible (350 a 750 μm) del espectro electromagnético.

Espectro electromagnético


Principales tipos de interacción luz-materia:

Reflexión

Difracción


Refracción / Dispersión


Principales tipos de interacción luz-materia:


Factores que influencian la transmisión de color producidas por la interacción de luz visible con la materia (procesos electrónicos):

• Presencia de un elemento de transición

específico.

• Estado de oxidación (determina el número de e-

en los orbitales d).

• Geometría del campo cristalino.

• Fuerza del campo cristalino.

• Sensibilidad del receptor humano.


Raya: Es el color del mineral finamente pulverizado. Aunque el color del mineral puede variar, la raya suele ser constante.

Raya de varios minerales Raya de hematita (Fe2O3)


Lustre o Brillo: Representa la apariencia general de la superficie de un mineral frente a la luz reflejada. Existen dos tipos principalmente: METÁLICO Y NO METÁLICO. Existe una tercera categoría (intermedia) que se conoce como brillo submetálico.

Brillo Metálico:


Submetálico: Reflejo débil.


Brillo No Metálico:


Grados de reflejo del brillo:

Reluciente (Espejo) Luciente ( Espejo Sucio) Empañado (No da la imagen de un objeto) Vislumbre (Brillo débil) Mate (carece de brillo)

Otros rasgos ópticos de la reflexión del Brillo:

Asterismo. Patina. Chatonancia. Iridiscencia.


Asterismo: Cuándo la orientación de las inclusiones se orientan en los ejes basales de un sistema hexagonal se produce el asterismo. Se genera una figura que asemeja una estrella de seis puntas.

Patina: Película delgada superficial, formada en algunos minerales por exposición al aire y que difiere del aspecto o apariencia de una superficie recién fracturada.


Chatonancia: efecto de luz reflejada sobre la superficie de minerales que presentan inclusiones de minerales fibrosos o cavidades orientadas paralelamente. Esta propiedad se le conoce como ojo de gato o tigre.


Iridiscencia: Se produce por difracción y reflexión del haz de luz al chocar con una superficie que presenta rasgos estructurales (fracturas, planos de clivaje, maclados, etc.)cercanamente espaciados.


Diafanidad: Propiedad que poseen algunos minerales de transmitir la luz. Se expresa en los siguientes términos:


Luminiscencia:Cualquier emisión de luz, la cual no surja como resultado directo de procesos de incandescencia. Se debe a la presencia de impurezas denominadas iones “activadores”. Los minerales que luminescen durante la exposición de luz UV, rayos X o catódicos se denominan fluorescentes (fluorita, schellita, calcita, willemita).


Si la luminescencia continua después de retirar la fuente de excitación, el mineral se conoce como fosforescente.

Valores especiales determinados en minerales tallados: existen minerales que tallados cambian sus propiedades ( Opacos)


II.- Carácter Organolépticos:

• Sabor o Gusto.

• Olor.

• Tacto.

Sabor o Gusto: Propiedad perceptible si la sustancia es soluble en agua:

Salino ( sal común) Alcalino (potasa o soda) Amargo (Sal de higuera) Agrio (acido sulfúrico) Astringente (Alumbre o Al2(SO4)3)


Olor: Se manifiesta al romper golpear, calentar o frotar el mineral:

Aliáceo ( ajo podrido). Sulfuroso (azufre). Fétido (huevo podrido) Refanaceo (rábano podrido). Arcilloso ( tierra mojada)

Tacto: Suave. Graso . Áspero . Basto o Tosco.


III.- Dependientes del estado de Agregación:

• Forma o habito

• Cristaloquímica: - Isomorfismo

- Seudomorfismo.

- Polimorfismo.

• Dureza (H).

• Tenacidad o Cohesión.

• Fractura.

• Exfoliación o clivaje.

• Tensión Superficial.

Forma o habito: Es el aspecto natural en que se presentan los minerales en la naturaleza, depende de la cristalografía y enfriamiento o característica de solidificación del mineral


Cristalografía: definición del cristal ( Cristalizado, cristalino, criptocristalino o amorfo)


Enfriamiento: solidificación de la .estructura del mineral


Isomorfismo. Dos minerales o más son isomorfos cuando presentan un mismo sistema cristalino (igual forma) y distinta composición química.

Son isomorfos la galena [PbS] y la halita [NaCl], su celdilla elemental es cúbica.

Seudomorfismo. Se denomina así al fenómeno que tiene lugar cuando al transformar un mineral en otro(incrustacion, infiltración, sustitución o alteración) cambia su estructura interna, pero no se modifica su forma cristalina externa


Polimorfismo. Dos minerales o más son polimorfos cuando presentan la misma composición química y distinto sistema cristalino.

Composición Química

Mineral Simetría (E.C)

SiO2 Cuarzo Tridimita Cristobalita

Trigonal Hexagonal Cúbico

CaCO3 Calcita Aragonito

Trigonal Ortorrómbico

C Diamante Grafito

Cúbico Hexagonal


-Dureza (H): La dureza es una propiedad mecánica de los materiales consistente en la dificultad que existe para rayar (mineralogía) o crear marcas en la superficie mediante micro-penetración de una punta (penetrabilidad).

La dureza de un mineral puede ser probada de varias maneras:

.- Mediante el uso de equipos calibrados, el cual expresa su magnitud en una escala de dureza con valores absolutos, estas escalas por lo general toman el nombre de su creador.

1.- Escala de Mohs.

2.- Escala de Rosiwal.

3.- Escala de Knoop.

.- Método experimental de campo, se realiza con herramientas sencillas y de fácil maniobrabilidad.

.- A un nivel profesional, se utilizan en mineralogía, las escala de Rosiwal y de Knoop, ya que estas permiten realizar la valoración de medias con una cuantificación absoluta.


Escala Mohs es la mas utilizada debido a su sencillez y facilidad para estimar la dureza de los minerales con medios simples.

Dureza Mineral Comentario Composición química

1 Talco Se puede rayar fácilmente con la uña Mg3Si4O10(OH)2

2 Yeso Se puede rayar con la uña con más dificultad CaSO4·2H2O

3 Calcita Se puede rayar con una moneda de cobre CaCO3

4 Fluorita Se puede rayar con un cuchillo de acero CaF2

5 Apatito Se puede rayar difícilmente con un cuchillo Ca5(PO4)3(OH-,Cl-,F-)

6 Ortoclasa Se puede rayar con una lija para acero KAlSi3O8

7 Cuarzo Raya el vidrio SiO2

8 TopacioRayado por herramientas de carburo de Tungsteno

Al2SiO4(OH-,F-)2

9 Corindón Rayado por herramientas de carburo de Silicio Al2O3

10 Diamante Es el mineral natural más duro C


Tenacidad o Cohesión: es la resistencia que un mineral opone a ser roto, molido, doblado o desgarrado en otras palabras es la capacidad de cohesión que presenta un mineral.


Fractura: Es la tendencia de un mineral a romperse sin generar caras o superficies paralelas o planas. Las fuerzas de los enlaces en la estructura cristalina en estos minerales son similares en todas las direcciones.


Exfoliación o clivaje: Es la tendencia de un mineral a romperse o separarse en caras paralelas (condicionado por zonas de debilidad de planos atómicos), las cuales pueden ser identificadas por índices de Miller.


METALURGIA EXTRACTIVA I

Tensión Superficial: Como el trabajo que debe realizarse para mover las moléculas de la superficie, venciendo la resistencia de las fuerzas de cohesión y poder penetrar dicha superficie o La energía necesaria para crear una mueva área superficial.

Cuando un líquido está en contacto con un sólido se ponen de manifiesto la cohesión (fuerzas liquido-líquido) y la adherencia (fuerzas sólido-líquido):

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Si la primera es mayor que la segunda, el líquido NO MOJA al sólido.

Si por el contrario es mayor la segunda, el líquido MOJA al sólido.


IV.- Dependientes del calor:

- Fusibilidad

V.- Caracteres Especiales:

- Magnetismo.

- Radiactividad.

- Electricidad.

. Piezoelectricidad.

. Piroelectricidad.

VI.- Peso Especifico(G) y/o Densidad Relativa(ρ).

Se denomina peso específico de un mineral al cociente entre su peso y el peso de un volumen equivalente de agua a 4ºC (condiciones de máxima densidad del agua), siendo un valor adimensional. Por el contrario, la densidad relativa es un valor equivalente correspondiente a la masa por unidad de volumen y viene expresado en unidades tales como g/cm3, Kg/m3, Lib/ pie3.


El peso específico es una propiedad intrínseca y constante para un mineral de composición química determinada, se basan en el principio de Arquímedes y depende básicamente de dos factores:

• De los átomos que constituyen el mineral. • Del tipo de empaquetamiento de los átomos.

Métodos para el Calculo del Peso Especifico:

Los métodos de medida del peso específico se basan en el principio de Arquímedes y consisten en medir el peso en aire del mineral ρ(seco) y posteriormente el peso de dicho mineral sumergido en agua ρ(agua).

Para el calculo de esta propiedad, las técnicas se dividen en tres tipos:

a.- Experimental de campo u ordinaria: para aplicar estas técnicas el mineral debe ser Puro y Homogéneo, Sin Grietas, y Tener un volumen equivalente a 1 cm3


a.1- Balanza Jolly: se miden los pesos en función del alargamiento de un muelle helicoidal.

Formula:

G = N1 – n / N1 – N2

n: Blanco

N1: Peso de la muestra

en seco (al aire)

N2 : Peso de la muestra

sumergida (humeda)


a.2.- La balanza de Brazo o Penfield: donde el peso específico se determina por la posición de pesas en el brazo derecho graduado, es un instrumento de gran exactitud y debido a su sencillez es de fácil construcción muy utilizada en la medición de peso o densidad de las gemas.

G= Wa / (Wa –Ww) Wa: peso del mineral en aire

Ww: peso del mineral sumergido

en agua


Picnómetro (mineral Pulverizado):

La medición de la gravedad específica de sólidos que tienen una masa homogénea de gránulos pequeños se puede realizar con gran exactitud por medio del Picnómetro.

El Picnómetro es una pequeña botella de vidrio con tapón de vidrio esmerilado que termina en un capilar; la operación de medición tiene los siguientes pasos:

1. Se pesa el Picnómetro limpio y seco (P)

2. Se introducen los fragmentos de la muestra en el Picnómetro, se tapa y se pesa (M).

3. Se llena parcialmente el Picnómetro con agua destilada, se calienta para eliminar las posibles burbujas de aire, se deja enfriar y se termina de llenar con agua destilada, luego se se tapa teniendo el cuidado que el capilar quede


totalmente lleno de agua, se seca cuidadosamente retirando todos los excesos y por último se pesa (S).

4. Se desocupa el Picnómetro y se limpia lavando cuidadosamente para que no queden partículas de muestra en éste, luego se vuelve a llenar con agua destilada, cuidando que el capilar quede totalmente lleno al taparlo, se seca y se pesa (W).

G = (M-P)/W+(M-P)-S

P: Peso de botella vacía + tapa

M: Peso de botella + tapa + muestra

S: Peso de botella + tapa + muestra + agua

W: Peso de botella + tapa + agua


b.- Valores Técnicos o Preestablecidos: Son equipos que utilizan tablas o codificaciones normalizadas, básicamente se usan para pulpas minerales.

b.1.- Balanza Marcy:

Este equipo es el más ampliamente usado en el control de circuitos de molienda en la industria minera pequeña y mediana. Es análogo a una pesa tipo percha, en cuyo gancho cuelga un recipiente dotado con un rebalse para mantener un volumen de 1000 cm3. (1 lit.).

La lectura se realiza en el visor donde una aguja registra el valor medido, sobre una escala circular. La escala superior corresponde al peso específico de la pulpa. Las escalas siguientes corresponden a porcentajes de sólidos, que difieren entre sí, básicamente en el peso específico del sólido.


Balanza Marcy


Balanza Berman:

Se conoce como la balanza de torsión, fue adoptada por Harry Berman (U. Harvard), para obtener los pesos específicos en partículas con un peso menor de 25mg., es particularmente útil, ya que frecuentemente solo es posible obtener fragmentos pequeños de mineral libre de impurezas; En las medidas, se deben realizar correcciones por efecto de la temp. así como utilizar un liquido de baja tensión superficial.


c.- Método teórico ( Estructura Cristalina):

ρ = (Z x M)/(N x V)

M: peso atómico del elemento químico

N: número de Avogadro

V: volumen de la celda unitaria

Z: número de átomos en la celda unitaria.

Para aplicar este método debemos conocer el tipo de estructura cristalina y su distribución, el mismo se puede realizar de 2 formas:

1.- Conociendo el valor del parámetro de red (a).

2.- Calculando el valor del parámetro de red (a).

En ambos casos dicho valor nos va a permitir calcular el volumen de la celda unitaria.


Dicho calculo a la vez dependerá también, de la cantidad de elementos químicos (binarios, ternarios, cuádruples, etc.) y del tipo de asociación que tengan los átomos que conforman la composición química del mineral ( sustitucional o intersticial).

Estructura cubica: para el calculo se toman los valores de los radios iónicos.

Redes de Bravais:

B.C.C.: Sustitucional

F.C.C.: Intersticial: Tetraédrico.

Octaédrico.

Solo tomaremos elementos binarios.


B.C.C.: ( sustitucional)

Numero de Átomos:

Z1(vértices) : 8* (1/8= 1

Z2(sustitucional) : 1


B.C.C.: ( sustitucional):

Calculo del parámetro de red:

1.- X2= a2+a2

X= √2*a

2.- (XI)2=(√2*a)2 + a2

XI=√3*a

3.- XI= r1+2*R2+r1 =

2(r1+R2)

Igualando 2 y 3 tenemos que: √3*a = 2(r1+R2)

Por lo tanto: a = 2(r1+R2)/ √3


Celda F.C.C


F.C.C.: (Intersticios tetraédricos)

Numero de atomos:

Z1(vértices y centro de las caras) : 8* (1/8)+6*(1/2)= 4

Z2(interstecial) : 8




1.- X2= a2+a2

X= √2*a

2.- (XI)2=(√2*a)2 + a2

XI=√3*a

3.- XI= r1+2*R2+2*r1+2*R2+r1

XI= 4(r1+R2)

Igualando 2 y 3 tenemos que: √3*a = 4(r1+R2)

Por lo tanto: a = 4(r1+R2)/ √3


F.C.C.: (Intersticios octaédricos)

Numero de atomos:

Z1(vértices y centro de las caras) : 8* (1/8)+6*(1/2)= 4

Z2(interstecial) : 12*(1/4)+1= 4


F.C.C.: (Intersticios octaédricos)


a = 2r1+2R2 = 2*(r1+R2)


unidad i. segunda clase. propiedades de los minerales

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