LAB-1-PI146B - Caracteristicas del mineral PDF

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA####### FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y TEXTIL####### Área de Ingeniería QuímicaOperaciones en Ingenieria Quimica “ROCAS Y MINERALES: CAOLINITA” PI146B GRUPO 04 Integrantes: ·​ ​Ordoñez Osorio Steven Timothy 20170425G ·​ ​Sotelo Escriban Pool Michel 20102677D ·​ ​C...

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y TEXTIL Área de Ingeniería Química

Operaciones en Ingenieria Quimica “ROCAS Y MINERALES: CAOLINITA” PI146B GRUPO 04 Integrantes: ·

Ordoñez

·

Sotelo

·

Chuecha

·

Quarite

·

Damacio

Osorio Steven Timothy

20170425G

Escriban Pool Michel

Docentes:

20102677D

Oyarce Jenyffer del Carmen

Corzo Rodrigo Efrain

20152172C 20152178A

Tucto Gianmarco

20101199A

Ing. Mario de la Cruz.A Ing. Marcos Surco Alvarez LIMA- PERÚ

2020

Resumen Las partes que se trataron en este laboratorio fueron sobre la composición del feldespato, el cual contiene caolinita (Objeto de estudio), los procesos de obtención de caolinita, y donde podemos encontrarlo en grandes proporciones (Cerro San Cristóbal). También conocimos el Museo de Mineralogía y Paleontología, donde hemos visualizado variedades de minerales raros de diferentes lugares y países, así como los restos fósiles de la prehistoria, para un mayor conocimiento de nuestro planeta. Por último, observamos la caolinita y sus propiedades físicas y químicas, sus aplicaciones más importantes y por qué no se extrae significativamente minerales no metálicos en el Perú.

Abstract The parts that were treated in this laboratory were on the composition of feldspar, which contains kaolinite (Object of study), the processes of obtaining kaolinite, and where we can find it in large proportions (Cerro San Cristóbal). We also visited the Museum of Mineralogy and Paleontology, where we have visualized varieties of rare minerals from different places and countries, as well as fossil remains from prehistory, for a better understanding of our planet. Finally, we look at kaolinite and its physical and chemical properties, its most important applications, and why non-metallic minerals are not significantly mined in Peru.

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ÍNDICE

Resumen

1

Abstract

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Introducción

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1.1.- Rocas y Minerales Industriales : 1.2.- La Caolinita : 1.3.- Caolines Primarios : 1.3.1.- Caolines Residuales : 1.3.2.- Caolines Hidrotermales : 1.4.- Caolines Secundarios : 1.4.1.- Caolines Sedimentarios : 1.5 .- Aplicaciones de la caolinita : 1.5.1- Belleza y Perfumería : 1.5.2.- Industria Farmacéutica : 1.5.3.- Papelería : Procedimiento 2.1. Caolinita, yeso y minerales hidrotermales. 2.2. Observaciones del video 2.3. Comparación / Diferenciación de especies minerales

3 4 5 5 6 6 6 6 6 7 7 7 7 9 10

Discusiones

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Conclusiones

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Referencias Bibliográficas

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Anexo

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1.Introducción En esta sección se desarrolla los conceptos y definiciones de los minerales y técnicas de obtención para la práctica de laboratorio, así como también las reacciones que suceden en la sintetización de la caolinita

1.1.- Rocas y Minerales Industriales : En nuestra vida cotidiana habremos visto que las materiales que utilizamos en nuestra casa está hecho de minerales en su mayoría, por ejemplo el suelo está hecho de carbonato cálcico, al escribir nuestros apuntes en clases estamos usando el papel, el cual está hecho de pulpa de celulosa y caolinita, este último mineral es el más importante para tener una superficie suave. En la sociedad también se puede presenciar estos minerales y rocas, en el subsuelo de las pistas se encuentran la arena y grava, el techo de las casas está compuesto de hormigón y arcilla. (Manuel Regueiro, 2008) Los recursos minerales, en la actualidad, se pueden clasificar en rocas y minerales industriales, recursos energéticos (fósiles y combustibles nucleares), combustibles nucleares, menas metálicas y líquidos. En lo que son combustibles nucleares se puede encontrar también a los minerales radiactivos las cuales se tendrá que considerar prevención y cuidado. La roca consiste en un conjunto de minerales, también puede estar constituido por un solo mineral (Monomineral), se obtienen de la cristalización por la disminución de la temperatura del magma fundido, por ejemplo en los volcanes que expulsan rocas ígneas, también estas rocas se pueden obtener de forma natural, por la acumulación y consolidación de rocas pasadas dando así la obtención de rocas sedimentarias. En casos particulares estas rocas pueden ser sometidas a varios de presión y temperatura, formando así a las rocas metamórficas. (Diaz Valdiviezo & Ramirez Carrion,2009) En las fabricaciones de vidrio, se necesita una mezcla de varios compuestos químicos denominados vitrificantes, el componente de mayor envergadura es la arena silícea ya que abarca la mayoría de compuestos químicos de la mezcla, como lo es el anhídrido fosfórico, ulexita y ácido bórico.

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Aparte se necesitan otros componentes para completar la fundición del vidrio, tenemos al carbonato sódico, óxido de litio, dolomita o la barita. Ahora esta reacción es inestable, por que se le añadirán estabilizantes de caolín, óxido de plomo y por último el feldespato. Se puede añadir componentes complementarios si queremos vidrios opalinos, en ese caso usamos la fluorita. (Manuel Regueiro, 2008)

1.2.- La Caolinita : El mineral caolinita se puede obtener en el subsuelo de la corteza terrestre. Se puede encontrar completamente en los feldespatos junto con el cuarzo, plageoclasa y ornablenda. En algunos yacimientos tiene escasez de algunas propiedades originales del caolín, por qué se debe analizar bien antes de explotar el yacimiento. La caolinita pertenece al grupo de la arcilla, silicatos hidratados, etc. El caolín viene a ser un mineral que contiene un gran porcentaje de caolinita, entonces se podría describir al caolín a cualquier roca de grandes proporciones que contiene un porcentaje variable con respectos a los compuestos químicos que los conforman o que tengan una fórmula química parecida al “2SiO2.Al2O3.2H2O”. (Bartolomé 1997)

Fig 1 : Caracterización mineralógica de los planos de caolinita (Liliana Usuga 2015)

La caolinita es un aluminosilicato hidratado, de la cual el compuesto químico de mayor porcentaje es el SiO2, seguido del óxido de aluminio y agua. Es una familia mineralógica de mucha envergadura en la actualidad debido a su diversidad y creciente aumento de sus aplicaciones industriales, hoy en día este mineral está muy cotizado en las industrias extractivas e investigaciones tecnológicas. El elemento clave de la caolinita, es decir, el silicio, es el átomo central del tetraedro de sílice, entonces en este conjunto de tetraedros están enlazados entre sí con sus 3

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esquinas respectivas, esta unión forma una estructura laminar que tiene un orden determinado formándose así una malla hexagonal. Por otro lado, el aluminio es el átomo central de cada octaedro respectivo, que se encuentra unido en las caras laterales del plano basal. (Liliana Usaga, 2015) Fig 2 : Estructura de la Caolinita (Liliana Usaga, 2015)

Los cristales de caolinita están conformados en su mayoría por laminas, sus dimensiones oscilan entre 6,5 um de diámetro y 15 um de ancho, estas mediciones dependen de la clase de reacción que se aplique en el concentrado, molienda o chancado. Además de que se producen sustituciones isomórficas por parte de otros elementos químicos que tengan una significativa estabilidad electrostática. La unión entre moléculas se divide según el tipo de enlace que haya entre los átomos, por ejemplo se puede observar enlaces iónicos, enlaces de hidrógeno o de Van Der Walls. (Coles & Yong , 2002)

1.3.- Caolines Primarios : Este tipo de mineral se forma producto de una afloración depositandose en los yacimientos, esto es de forma natural o libre, se producen alteraciones en el feldespato, dependiendo de los factores externos, los caolines pueden ser :

1.3.1.- Caolines Residuales : Esta clase de caolines es el más opimo en los yacimientos. Son rocas que fueron erosionadas con el paso del tiempo, convirtiéndose en rocas meteorizadas en el ambiente, se pueden encontrar abajo del subsuelo debido a que fueron sellados. Esta materia es amorfa, su superficie es la misma que la roca original erosionada determinando grados de saprolizacion significativos. Feldespato Potásico 2K.Al.Si3 . O 8  +

Agua  H 2 O →

Caolinita Al 2 . Si2 . O 5 ( OH)4 

+

Sílice 4SiO2 

+

Potasa 2KOH

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1.3.2.- Caolines Hidrotermales : El caolín hidrotermal se forma debido a que se mezcla con agua a elevadas temperaturas. Esto se debe más que todo por la ascensión de variedades de masas intrusivas o un gran flujo de agua en el subsuelo. Estas formaciones son comunes en zonas que son permeables, es decir, hay una facilidad a que los fluidos se transporten alrededor del subsuelo o zonas más bajas. (Bartolomé 1997)

1.4.- Caolines Secundarios : Este tipo de caolín se forma mayormente por diagénesis, es decir, alteración “in situ” de los feldespatos generando arenas caoliníticas. También se puede originar por la meteorización, el cual tiene efecto en arcillas de baja calidad transformándose en un gran depósito de caolín, este depósito puede tener caolín primero así como también secundarios, la distinción de estos tipos es difícil ver a simple vista, por lo que se aplican otras técnicas de caracterización.

1.4.1.- Caolines Sedimentarios : Actualmente se exporta esta clase de caolín en más del 60%, debido a que mediante algunas reacciones artificiales o tratamientos pueden ser utilizados en la industria papelera, por su suavidad y calidad de percepción. El yacimiento más representativo radica en Estados Unidos, Georgia. (Bartolome, 1997)

1.5 .- Aplicaciones de la caolinita : Como ya se había mencionado antes, la caolinita puede tener varias funciones industriales, en diversas áreas de uso cotidiano, etc. Lo cual hace que este mineral sea imprescindible en nuestra vida diaria y podamos mejorar nuestro futuro con nuevas innovaciones tecnológicas. A continuación se detallaran las diversas aplicaciones de este mineral.

1.5.1- Belleza y Perfumería : La caolinita se encuentra en la composición de la mascarilla, la cual sirve para eliminar manchas, granos, y así mejorar la estética de las personas en general. Además de que tiene propiedades adsorbentes, es decir, se depositan sustancias como colorantes, compuestos artificiales,etc. (Jimenez, 2008)

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1.5.2.- Industria Farmacéutica : Se aplica como excipientes en comprimidos, también como astringentes. Cabe recalcar que al igual que en la anterior aplicación, la caolinita sigue conservando su propiedad adsorbente, a veces se suele combinar con esmectitas ya que tienen propiedades parecidas con respecto a lo farmaceutico.

1.5.3.- Papelería : Este mineral aumenta la calidad y gramaje del papel, incrementa la suavidad del papel debido a que la caolinita tiene tamaños tan microscópicos que se depositan en los poros del papel o en espacios libres en el ordenamientos de las moléculas. (Jimenez, 2008)

2. Procedimiento 2.1. Caolinita, yeso y minerales hidrotermales. Para determinar diferencias entre los distintos minerales, es necesario cuando menos conocer las propiedades de los mismos, así: Caolinita: la caolinita es un mineral de arcilla de silicato en capas que se forma a partir de la erosión química del feldespato u otros minerales de silicato de aluminio. Tiene una consistencia suave y terrosa, bastante fina al tacto, además se rompe fácilmente y puede ser moldeado, especialmente cuando está mojado. Este mineral es soluble en ácido sulfúrico concentrado caliente y pierde agua cuando se encuentra entre 390 °C y 450 °C.

Densidad

2.6 kg/m3

Sistema cristalino

Triclínico

Fórmula química

Al2 Si2O5(OH)4

Aplicaciones

Industria de la pintura, papeles

Dureza

2

Fluorescencia

No presenta Cuadro 1: Propiedades de la caolinita

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Yeso: el yeso, es un mineral perteneciente al grupo de los sulfatos, más aún es el que goza de mayor abundancia dentro de esta clasificación, los colores en los que se le puede encontrar son distintos (incoloro, rojo, amarillo, etc.) y se deben en la mayoría a los distintos procesos de formación del mismo. Este mineral se forma generalmente en capas de depósitos sedimentarios asociados con anhidrita, halita, calcita, dolomita y azufre; la formación de este mineral se debe principalmente a la evaporación de salmuera, así como también por afectación de vapores sulfurosos sobre regiones calizas.

Densidad

2.32 kg/m3

Sistema cristalino

Monoclínico

Fórmula química

CaSO   4·2H2O

Aplicaciones

Fabricación de loza, fertilizante

Dureza

2

Fluorescencia

No presenta Cuadro 2: Propiedades del yeso

Minerales hidrotermales: esta clase de minerales son formados a partir de fluidos calientes gaseosos-líquidos en contacto con rocas. Los geólogos atribuyen a los procesos hidrotermales la gran variedad de depósitos minerales metálicos que proporcionan la mayoría de nuestros metales usados en la actualidad. De dichos depósitos se obtienen la mayor parte del oro, plata, cobre, plomo y zinc, mercurio, antimonio y molibdeno, la mayoría de los metales menores y muchos minerales no metálicos. Por consiguiente, estos depósitos han sido explotados, investigados y estudiados mucho más que los de ningún otro grupo. Factores esenciales para la formación de depósitos hidrotermales: 1) Disponibilidad de soluciones mineralizadoras susceptibles de disolver y transportar materia mineral 2) Presencia de aberturas en las rocas las cuales puedan canalizarse las soluciones 3) Presencia de lugares emplazamiento para la deposición del contenido mineral 4) Reacción química cuyo resultado sea la deposición 5) Suficiente concentración de materia mineral depositada para llegar a constituir depósitos explotables.

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2.2. Observaciones del video Una pregunta interesante de las que se formularon al ingeniero Pinto: ¿Cuáles son los principios en los cuales se basa la búsqueda de un mineral? Esta búsqueda ya está sistematizada tanto para el nivel de campo, como en nivel laboratorio; los geólogos de exploración, buscan metales y no metales, indagan cuestiones tales como si existe la sustancia, además, la proporción en la que está, la ley de la misma y el volumen de ellas; el volumen nos indica si hay rentabilidad en la explotación. Un principio que usan los geólogos para la detección de minerales, es la del magnetismo; pues existen minerales con una alta respuesta magnética (ej. magnetita) Caolinita en el Cerro San Cristóbal Según el ingeniero Pinto, la caolinita es un mineral de origen hidrotermal; es decir, fluidos a altas temperaturas y presiones, al contacto con rocas resulta en la formación de minerales. Para el caso de la caolinita, estos minerales son hidratados. En el lugar, mediante exploración de los alumnos, se pudo ver una roca con las distintas etapas de formación de la caolinita

Fig 3 : Distintas etapas de formación de caolinita

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En la imagen se observa, de derecha a izquierda, como la roca tiene distintos colores debido a las distintas presencias de minerales, luego del proceso hidrotermal, mediante el cual se van “sedimentando” las otras sustancias, se va purificando hasta que finalmente se hidrata y así se ha formado la caolinita. Explotación de caolinita Debido a la urbanización de la zona, es obvio que no resulte viable una explotación de la misma; sin embargo, el Cerro San Cristóbal no es la única fuente de caolinita, así, encontramos en el país las siguientes fuentes de explotación: La providencia I (Cajamarca) y Flor de Loto (Pasco)

2.3. Comparación / Diferenciación de especies minerales El yeso en su forma mineral tiene un aspecto fibroso que puede ser fácilmente diferenciado del caolín. Cuando está en estado de polvo se necesita de un especialista (Geólogo y/o Mineralogista) para poder diferenciarlo. La diferenciación de yeso parte de poner en un tubo de ensayo 1 g de mineral para un posterior calentamiento, debido a que la muestra de yeso contiene agua, se puede percibir el agua evaporada y condensada en las paredes del tubo de ensayo. Una roca original que contiene caolín, en la parte donde se encuentra la caolinita, es la zona menos dura y en la zona intermedia se puede encontrar caolinita semihidratada. De la roca del cerro San Cristóbal se puede percibir 3 colores, los cuales nos dan una idea de que tipo de minerales contiene. Los minerales según su color, son: ● ● ●

Cuarzo (color ahumado). Este mineral no se transforma en el mineral blanco observado, ya que el ácido no lo ataca. Ortosa ( color rosado) Plagioclasa (color blanco)

Diferencia de la ingeniería Química con otras carreras como la Metalurgia Biólogos: Se encarga de realizar exploraciones con el fin de ubicar el mineral. Ingenieros de Minas: Se encargan de la extracción y transporte del mineral. Metalurgista: Realiza la concentración de minerales antes de la comercialización Ingenieros químicos: Se encargan de procesar conocimientos de los elementos químicos que se dan en los minerales.

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Fig 4: Descripción general de actividades realizadas en un proyecto minero

Museo de mineralogía y paleontología de la UNI El museo cuenta con una sala de rocas y minerales y otra de paleontología; la sala de minerales abarca una gran variedad de minerales los cuales fueron extraídos de diferentes yacimientos del Perú, en el caso de paleontología se tienen fósiles minerales de diferentes partes del mundo. La mayoría de piezas con que cuenta el museo son donaciones de egresados y con salidas a campo que realizan los estudiantes en los diferentes cursos. Tipos de fósiles que cuenta el museo: ● ●

Invertebrados: Vertebrados

El museo está organizado por clases mineralógicas y por los principales minerales que sirven como base para la industria minera.

3. Discusiones ●

La metalurgia tiene un antecedente químico; es decir, el ingeniero metalúrgico basa su carrera en dos grandes hitos la composición de las cosas(química) y el conocimiento de minerales. Por ende, en un inicio de la industria minera el ingeniero químico desempeñaba tales funciones, pero por la necesidad de una especialización surge el ingeniero metalúrgico. Viendo este pequeño análisis histórico lo más adecuado sería que la especialidad de ingeniería química tenga en su malla curricular de forma obligatoria un curso de geología general, y yendo más allá como cursos

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electivos un curso de geología general II. Con el fin de tener profesionales más preparados ya que la ingeniería metalúrgica partido de la ingeniería química. ●

Perú a pesar de ser un país arraigadamente minero y cumplir con estándares internacionales, y prácticamente exportar profesionales en el rubro de la minería respecto a la región de América del sur padece de una desventaja tecnología a comparación de países como estados unidos, lo cual a largo plazo puede traer grave consecuencias.

●

La problemática de la falta de explotación de los minerales no metálicos presentes en el territorio peruano, se origina debido a que históricamente el Perú se dedica a la explotación de minerales metálicos debido a que tienen este recurso en abundancia y además la demanda de minerales metálicos es grande, por ende, la explotación de minerales no metálicos está limitado por los antecedentes históricos y la demanda internacional. Aunque este panora...