GÉNESIS Y EXPLOTACIÓN DE YACIMIENTOS DE CALIZA TECNOLOGÍA DE NO METÁLICOS
INTEGRANTES LÓPEZ HERRERA, PERSI LÓPEZ OLIVA, JOSÉ ALBERTO
DOCENTE
PEREDA SOLÓRZANO, BRAYAN
Ing. BILMER GAMARRA R.
VÁSQUEZ HONORIO, WILLIAM H. VILLANUEVA PINO, JEFHERSON
30 DE NOVIEMBRE DE 2017 UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO INGENIERÍA DE MINAS – VIII VIII CICLO
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INTRODUCCIÓN Las rocas carbonáticas corresponden a variedades pétreas con una amplia aplicación en la industria, siendo la construcción y la fabricación de cemento los mayores demandantes. El empleo de estas rocas que incluyen no solo las calizas sino también las dolomías, dependerá de las propiedades mineralógicas y características fisico-químicas que posean. La utilización con fines agrícolas de esta variedad de rocas, constituye un porcentaje muy bajo en los países de Iberoamérica. Con referencia a las calizas se debe señalar que este término es de tipo genérico puesto que por su amplitud abarca las rocas que contienen en su composición al menos 80% de los carbonatos de calcio o magnesio. Se acepta denominar con el término caliza aquellas rocas cuya fracción carbonática excede a la no carbonática. Generalmente, la fracción carbonática está compuesta por calcita, reservándose la clasificación de dolomía a las formadas por el mineral dolomita. El origen de las calizas es amplio e involucra a procesos de diferente índole entre los que se cuentan cuen tan los mecánicos, químicos y bioquímicos. A su vez las rocas originadas por tales procesos, pueden sufrir modificaciones como consecuencia de cambios pos-sedimentarios donde los rasgos originales pueden resultar enmascarados o borrados. Aun cuando la denominación de caliza no es la más adecuada desde el punto punt o de vista petrográfico, razones de índole comercial y/o industrial, han contribuido a la persistencia de esta terminología utilizándose frecuentemente.
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I.
GÉNESIS
Las rocas carbonáticas son poligenéticas po ligenéticas y su formación se explica tomando como punto de partida un depósito sedimentario, el cual con tiempo suficiente y acción de la presión y la temperatura llega a transformarse en una roca metamórfica dando lugar a las formas cristalinas de calizas llamadas mármoles. Por otro proceso y en presencia de soluciones portadoras de magnesio, es posible el reemplazo metasomático entre iones de Ca por los de Mg, dando lugar a la formación de dolomías. Una tercera alternativa genética, es la que da lugar a las carbonatitas y está vinculada a las rocas ígneas.
A.
Rocas carbonáticas sedimentarias
La caliza cuyo origen es sedimentario está compuesta compues ta generalmente por la mineral calcita (CaCO3) o por su polimorfo aragonita. La presencia de aragonita debido a su carácter inestable, es un indicador de materiales de formación reciente. La dolomía se corresponde con una roca sedimentaria, pero contiene el mineral dolomita (CaMg(CO3)2). Tal como se ha mencionado más arriba, la formación de este último mineral se realiza por sustitución metasomática del calcio por magnesio como consecuencia de la acción de soluciones ricas del segundo elemento.
3 Existen otros carbonatos que pueden encontrarse asociados tanto a las calizas como a las dolomías, entre ellos siderita (FeCO3), ankerita (Ca2MgFe(CO3)4) y magnesita (MgCO3). Gran parte de los carbonatos sedimentarios han tenido su origen en procesos químicos y bioquímicos; entre estos últimos, se cuentan los formados por esqueletos de microorganismos y moluscos.
B.
Impurezas comunes en rocas carbonáticas
Es frecuente encontrar impurezas junto a las rocas carbonáticas, constituyendo una información importante ya que posee incidencia en el valor económico del yacimiento. Las más comunes están constituidas por materiales arcillosos, los cuales son detectados a partir de los residuos solubles después del ataque ácido. La sílice es también un mineral bastante común en las calizas; puede presentarse como calcedonia en forma de grano fino, esferulitas o como relleno entre los cristales rómbicos de rocas dolomitizadas. También puede aparecer formando nódulos ya como ftanita o pedernal. Cuarzo detrítico se ha observado en calizas y dolomías. La siderita raramente aparece en calizas. El hierro ferroso puede aparecer diseminado; aunque una leve oxidación da como resultado la descomposición de la siderita, siendo observable la distribución de manchas de óxido en los bordes de los cristales y en las superficies de clivaje. Como un componente menor puede aparecer feldespato como cristales de tipo autígeno y raramente sobrepasa el 40% de la composición total de la roca. Glauconita, colofana y pirita entre los componentes menores pueden ser encontrados. La primera se presenta como gránulos redondeados constituyendo localmente, concentraciones abundantes. La segunda es producto de detritos esqueléticos fosfáticos tales como conchas de braquiópodos y espinas de peces. La pirita puede encontrarse como granos dispersos que, por procesos de oxidación, pasa a formar limonita. Raramente una caliza contiene una cantidad de pirita suficiente como para ser calificada de pirítica. El bitumen por su parte, puede ser abundante en algunas calizas a las que le confiere color gris a negro y eventualmente, al partirse exhalar un fuerte olor fétido.
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C.
Clasificación
Tanto la génesis como los procesos a que hayan sido sometidas las rocas carbonáticas, estarán reflejados en la composición mineralógica. El proceso de formación de las calizas junto con el origen y naturaleza del mismo permite definir algunas características de las mismas. Teniendo en cuenta la variedad de los procesos de formación raramente las rocas carbonáticas están constituidas por un único mineral. Normalmente aparece calcita, dolomita y otros materiales cuya composición sea no carbonática. Desde el punto de vista de la aplicación industrial uno de los parámetros que se tienen en cuenta se refieren a la composición química casi más que en la composición mineralógica, razón por la cual se especifica el contenido de CaCO3 ( ó CaO) y MgCO3 (ó MgO) o ambos. Las calizas de grado químico son clasificadas según el contenido de carbonato presente cuadro. CATEGORÍA
COMPOSICIÓN
Muy alta pureza
> 98,5
Alta pureza
> 97,0 – 98,5
Medianamente pura
> 93,5 – 97,0
Baja pureza
85,0 – 93,5
Muy baja pureza
< 85,0
Esta clasificación apunta exclusivamente al contenido de carbonato de calcio y dependiendo de alguna aplicación específica aparte de determinar los componentes mayoritarios (CaO, MgO, SiO2, Al2O3, Fe2O3, Na2O, K2O, P2O5, MnO y S, F, Cu, Pb y Zn) también se analiza la presencia de As, Cr, Co u otros elementos. Relacionado con la pureza se menciona el color, ya que un mínimo contenido de algún material no carbonático produce un marcado cambio del mismo.
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D.
MINERALES PRESENTES EN ROCAS CARBONÍTICAS:
Los principales minerales que componen las rocas carbonáticas y sus propiedades se muestran en el cuadro:
GRUPO DE LA
GRUPO DE LA
GRUPO DEL
CALCITA
DOLOMITA
ARAGONITO
CALCITA (Ca)
Dolomita (CaMg)
Aragonito (Ca)
Magnesita (Mg)
Ankerita (CaFe)
Whiterita (Ba)
Siderita (Fe)
Kutnahorita
Estroncianita
(CaMn)
(Sr)
Rodocrosita (Mn)
II.
Cerusita (Pb)
PRODUCCIÓN DE CALIZA EN EL PERÚ
En el Perú definitivamente el mayor volumen de producción de caliza corresponde a las canteras de las fábricas de cemento y el resto es producido por la mediana, pequeña y la minería artesanal, que extraen en un año una cantidad aproximada a la que se extrae en dos días en las canteras para la industria del cemento. Por otro lado, es un negocio rentable debido a que se utilizan todos los residuos del procesamiento para producir cal y sus derivados. El volumen de producción de caliza en el Perú durante 1995-2010 incluye; calizas, carbonato de calcio blanco, dolomitas y coquinas. Esta producción fue desarrollada por grandes, medianas, pequeñas empresas y productores artesanales, relacionadas con la producción de cemento, cal y carbonato de calcio, siendo la industria del cemento el mercado más importante que consume más del 70% del total de producción de caliza. El segundo gran mercado corresponde a la actividad minera metalúrgica y siderúrgica, que consume cal y carbonatos de calcio para la fundición de hierro y cobre, y que consumió entre 20 y 25% del total producido. En la siguiente figura se muestra la producción de caliza por regiones, destacando la región Lima con alrededor del 37.14% del total de la caliza peruana, con aproximadamente 4 millones de T.M. al año, debido a que allí se encuentra instalada la fábrica más grande de cemento del país, así como otras industrias que consumen este recurso y sus derivados.
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Estructuras de la producción de la caliza por regiones año 2016
Otros Puno 5% 6% Arequipa 10%
Lima Cajamarca
Lima 37%
Junin La Libertad
La Libertad 12%
Arequipa
Junin 14% Cajamarca 16%
Puno Otros
Estructura de la producción de caliza por regiones del Perú.
A.
Ubicación de Principales Productores
El territorio peruano cuenta con grandes extensiones de superficies en las que afloran las calizas, por lo que estas rocas tienen gran disponibilidad y son explotadas por grandes empresas dedicadas a la fabricación de cemento. En la tabla 01 se muestran los principales productores de caliza en el Perú y su respectiva ubicación. Tabla 01. Ubicación de principales productores de caliza en el Perú
N° 1 2 3 4 5
Principales productores de calizas Calcáreos 2004 S.A.C. Calera Cut Off S.A.C. Casapino Del Castillo, Víctor Raúl Cemento Andino S.A. Cemento Sur S.A.
6
Cementos Lima S.A.
7 8 9 10
Cementos Pacasmayo S.A.A. Cementos Selva S.A CMD S.A.C. Compañía Minera Bunyac S.A.C
Departamento La Libertad Junín Cusco Junín Puno Lima Lima Cajamarca San Martín La Libertad Junín
Provincia Distrito Trujillo Simbal Yauli La Oroya Urubamba Chinchero Tarma La Union San Román Caracoto Lima VMT Lima Pachacamac Contumaza Yonan Rioja Rioja Trujillo Simbal Tarma Tarma
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B.
DESCRIPCIÓN DEL PROCESO
Debido a que la industria cementera es la que más utiliza la piedra caliza, en esta sección se explicara el proceso de elaboración de cemento para luego describir los requerimientos de tamaño de partícula en la etapa de trituración que es la etapa donde entrara a tallar nuestra planta móvil.
1.
Proceso de trituración en la fabricación del cemento
Los materiales que integran la composición del crudo que, tras su paso por el horno se convertirá en Clinker son principalmente la caliza, la arcilla y la arena. El proceso de fabricación del cemento comienza con la extracción de materias primas que se encuentran en yacimientos, estas canteras se explotan mediante voladuras controladas o por arranque directo dependiendo si son de fácil o difícil extracción debido a su naturaleza. Para que se puedan producir las reacciones químicas que formaran el Clinker dentro del horno, en primer lugar, es necesario reducir el tamaño de las materias primas, con objeto de obtener una elevada homogenización en las mezclas, facilitar los procesos físico-químicos posteriores y poder manejar estos materiales adecuadamente. En el caso de la caliza, el material de mayor tamaño pasa por un proceso de trituración y molienda hasta dejarlo con una granulometría adecuada y posteriormente se almacena en las naves de pre homogenización y de homogenización. Mediante dosificadores en una cinta se agrega arcilla triturada, arena y correctores (hierro, flúor) en la proporción fijada según el crudo que se vaya a fabricar y se apila mediante un transporte de fajas. El proceso de molienda de crudo comienza con la mezcla de materiales antes descritos en las proporciones justas y en la reducción granulométrica de dicha mezcla hasta la finura deseada para su alimentación al horno.
2.
Requerimientos de la Trituración
Como se describe en la sección anterior la trituración es la primera etapa de la operación de reducción de tamaño de las materias primas en el proceso de producción de cemento y tiene por objetivo obtener un producto fácilmente transportable, que se preste bien a la operación de pre homogeneización en montones y cuyo tamaño sea lo más fino posible y, en cualquier caso, cuyo tamaño superior sea aceptable como alimentación de los molinos de crudo, que, generalmente, es del orden de 25-30 mm o incluso 50 mm De este modo se mejora la eficacia de la operación de molienda. Por lo tanto, para el presente trabajo se intentará reducir el tamaño de la caliza a 25 mm o menos.
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3.
Proceso A
El proceso A es el proceso más sencillo y de menos eficacia de las alternativas propuestas para la planta de trituración. Su esquema se puede apreciar en la Figura
Descripción del Proceso El proceso empieza con la alimentación de la caliza explotada de las canteras hacia una tolva de alimentación que luego alimentará una trituradora donde se realiza la reducción del tamaño hasta el tamaño indicado en una sola etapa, es decir que la trituradora debe ser capaz de reducir el tamaño hasta un máximo de 25mm. Por ultimo una faja de salida deposita el material en un lugar indicado.
4.
Proceso B
El proceso B a diferencia del proceso A cuenta con una clasificación de tamaño requerida para la planta de trituración y una realimentación de material en caso la trituración no sea efectiva. Su esquema se puede apreciar en la Figura
Descripción del proceso El proceso empieza con la alimentación de la caliza explotada de las canteras hacia una tolva de alimentación que luego alimentará una trituradora que realizara la reducción de tamaño, luego el material pasara a una zaranda vibratoria para su respectiva clasificación en caso la trituradora no proporcione siempre la medida deseada, posterior a esto el material clasificado con la medida
9 correcta saldrá del proceso mientras que el material que no pasa la clasificación, es decir no tiene la medida correcta, será realimentado hacia la trituradora para pasar otra vez por el proceso de trituración hasta que tenga el tamaño adecuado. Esta realimentación se hará por medio de un elevador. Por último, una faja de salida deposita el material en un lugar indicado.
5.
Proceso C
El proceso C a diferencia de los 2 procesos anteriores presenta la novedad de realizar la trituración en 2 etapas, es decir utilizando 2 trituradoras debido al reducido tamaño que se tiene como requerimiento. Además, posee una clasificación de material entre las trituradoras. Su esquema se puede apreciar en la Figura
Descripción del Proceso El proceso empieza con la alimentación de la caliza explotada de las canteras hacia una tolva de alimentación que luego alimentara una trituradora que realizara la primera etapa de reducción de tamaño. Esta alimentación está protegida por una malla de protección que evitará que las rocas muy grandes puedan ingresar a la trituradora y puedan atorarla. Luego el material pasará a una zaranda vibratoria para su respectiva clasificación. El material clasificado con la medida correcta pasará a otra trituradora que realizara la segunda etapa de reducción de tamaño, mientras que el
10 material que no pasa la clasificación, es decir no tiene la medida correcta, será realimentado hacia la primera etapa de reducción de tamaño hasta que tenga el tamaño adecuado. Esta realimentación se hará por medio de un elevador. A la salida de la segunda etapa una faja de salida depositara el material en un lugar indicado.
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III.
EXPLOTACIÓN DE CANTERAS DE CALIZA
A.
MÉTODO DE EXPLOTACIÓN GENERAL
La explotación de caliza se realiza principalmente a cielo abierto, este sistema consiste en la eliminación de las capas superiores del suelo para la extracción de minerales de yacimientos cercanos a la superficie, por lo que existe un orden lógico en el sentido de la explotación, es decir una secuencia de extracción del mineral de arriba hacia abajo, a medida que se vaya agotando el mineral en cada capa. La remoción del material volado se realiza mediante el uso de palas mecánicas y el transporte en camiones hasta la planta chancadora. Existen ventajas en la realización de la explotación a cielo abierto, como es lograr una mejor selectividad del mineral, mayor recuperación del recurso, posibilidad de empleo de grandes equipos, flexibilidad, seguridad y mejor ambiente de trabajo; no requiere ventilación, iluminación y el transporte es más rápido. Aunque estas características se traducen en menores costos unitarios y mayor productividad tanto de capital como de mano de obra, también existen efectos adversos permanentes. En relación a la seguridad, la minería subterránea es la más peligrosa, por lo que se prefiere emplear alguno de los métodos superficiales siempre que resulte posible. Además, la explotación subterránea de un yacimiento exige una mayor complejidad técnica, aunque las instalaciones para la extracción varían notablemente según las características de la estructura del propio yacimiento y del tamaño de la unidad de producción.
Proceso de extracción a cielo abierto
EXPLORACIÓN: En esta etapa se realiza un reconocimiento general de una extensa área, con el fin de identificar condiciones favorables para la existencia de un yacimiento. Luego de la detección de un yacimiento, se determina con mayor precisión su forma y extensión y la ley del material de su contenido.
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EXTRACCIÓN: El proceso de extracción consiste en extraer el mineral del macizo rocoso de la mina. El proceso de extracción consta de cuatro etapas:
1. Perforación: Se debe realizar una perforación atravesando toda la altura del banco, horizonte del cual se extrae el mineral, de distancias regulares entre si, generalmente entre 8 y 12 metros.
2. Voladura: Para que la roca sea fragmentada, se carga cada hoyo con explosivo, se introduce un detonante de encendido eléctrico, el que se detona mediante control remoto, siguiendo una secuencia con mínimas diferencias de tiempo entre cada una detonación. Luego se obtiene la roca fragmentada del tamaño necesario para poder cargarla y transportarla al chancador, donde se reducirá nuevamente de tamaño.
3. Carguío: Luego de la voladura el mineral es cargado en camiones mediante palas eléctricas o cargadores frontales.
4. Transporte: El transporte puede realizarse a tres destinos; el mineral con alta ley se transporta al chancador, el material estéril a botaderos y el mineral de baja ley a botaderos especiales.
5. Chancado: El mineral obtenido en el proceso de extracción es de diversa granulometría, desde partículas de menos de 1 mm hasta fragmentos mayores que 1 m de diámetro, por lo que el chancador reducir el tamaño de los fragmentos mayores hasta obtener un tamaño uniforme máximo de ½ pulgada, es decir 1,27 cm. El proceso de chancado consta de tres etapas: 1. Etapa primaria: El chancador primario reduce el tamaño máximo de los fragmentos a 8 pulgadas de diámetro. 2. Etapa secundaria: El tamaño del material se reduce a 3 pulgadas.
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3. Etapa terciaria: El material mineralizado logra llegar finalmente a ½ pulgada. Fig. Procesos unitarios
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CANTERA TEMBLADERA A. UBICACIÓN Y DESCRIPCIÓN La zona de extracción de la empresa Cementos Pacasmayo (Ubicada a 96 Km. al norte de la Ciudad de Trujillo) se localiza en un pueblo llamado Tembladera, ubicado a 65 Km. de la fábrica, en la jurisdicción del distrito de Yonán-Tembladera, provincia de Contumazá, departamento de Cajamarca, región Nor-Oriental del Marañón, a una altitud variable entre 500 a 800 m.s.n.m.
Estas Canteras cuentan con potentes estratos de roca caliza que garantizan para el futuro la suficiente cantidad de materia prima que se requiera, el equipo de ingenieros geólogos se atreve a pronosticar 100 años efectivos de reservas de caliza. La explotación se realiza con control permanente de la calidad en los laboratorios de cantera y fábrica para todos los componentes de la roca caliza.
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Fig. Vista satelital de la cantera
B. MÉTODOS DE EXPLOTACIÓN
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C. CICLO DE EXTRACCIÓN El método empleado es de Tajo Abierto, los bancos son iguales a cualquier open pit o tajo abierto de una mina metálica, generalmente la altura de banco es de 10m la perforación es con maquinaria; una vez que la maquinaria realiza la perforación se realiza la parte de voladura, hecha la voladura hay carros que transportan el mineral a un primer chancado (Chancadora primaria Cónica) , el carro deposita en la tolva el mineral y luego pasa a la chancadora, la caliza va bajando por la pendiente y otra que lo va clasificando, después de la primera faja se tiene una zaranda que clasifica los materiales gruesos. Esta chancadora chanca hasta 3 pulgadas de tamaño pero siempre se va producir finos, los finos se derivan por la faja hacia el otro extremo. La pureza que tiene esta caliza sobrepasa el límite que se necesita para la fabricación de cemento, es decir esta sobre el 85, 86 casi a 90% de pureza como CaCO3 (Carbonato de Calcio). Las arcillas también son usadas para la fabricación de cemento, las cuales son explotadas en Pacasmayo y se obvian de llevar caliza y arcilla. La caliza chancada a 4 pulgadas de tamaño es llevada a Pacasmayo donde pasa por otro proceso de chancado donde se le da el tamaño más fino donde la caliza es molida prácticamente. Los finos como tienen buena calidad van a otro lado para la producción de cal. Ahora ya no solo producen cemento sino que también cal con lo cual abastecen a la mayor parte de minas de la región dejando siempre un cierto volumen para las comunidades si tienen yacimientos. La explotación se inicia con operaciones de perforación. Para la perforación utilizan un Track Drill Hidráulico TAMROCK CI – IA 1100 de 300Hp, ejecutándose taladros de 12 metros de profundidad y 4 pulg de diámetro. Para la voladura utilizan el ANFO, los diseños incluyen mili retardos entre taladro y taladro para minimizar los efectos de vibración y ruido.
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D. MÉTODOS DE CORTE Consiste en derribar el material que quedo en los bancos de trabajo producto de la voladura en forma de tajadas de arriba hacia abajo formando bancos de 10 metros de altura, por medio de banqueo y limpieza con tractor, donde el 30% del material es proyectado por la voladura y un 70% se queda en los bancos de trabajo para luego ser derribados a las plataformas de carguío, utilizando para esto 2 tractores Buldózer KOMATSU D 155AX de 320Hp y en ocasiones una excavadora CAT 330C LME de 200Hp. El material es derribado en los frentes de trabajo y por gravedad que va a dar hasta los niveles inferiores denominados plataformas de carguío; existen 8 niveles de carguio del material derribado de toda la cantera Desde la plataforma de carguio se carga el material a los volquetes para su acarreo hasta la planta de trituración, para ello disponen de una Pala Hidráulica O&K RH-40D de 503Hp y un cargador frontal CAT 988F de 400Hp, ambos con 6.4 . 3 m. El acarreo se efectúa con 2 volquetes EUCLID R60 de 700Hp, un volquete CAT 769C de 450Hp y un volquete MACK M35AX de 434Hp. El material es descargado en una tolva de recepción que pasa por una Zaranda vibratoria tipo Grizly, donde se clasifica el material de tamaño menor a 4 pulg, la caliza superior a 4 pulg es descargada y triturada en la chancadora de cono Allis Chalmers de 36 pgx 55 pg de 300Hp, y el producto es transportado por fajas hasta las tolvas de almacenamiento de caliza triturada. Finalmente se abastece caliza a los traileres de fabrica a través de compuertas ubicadas en el túnel de despacho y en otras ocasiones utilizan un cargados frontal CAT 966H que es generalmente usado para el trabajo en chancadora secundaria.
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Fig. Derribo con tractor
Fig. Derribo con excavadora
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E. PARAMETROS TÉCNICOS PARAMETROS
VALOR
Densidad de caliza en banco
2.6 Kg/Ton
Densidad de caliza fragmentada
1.6 Kg/Ton
Talud de trabajo
54-60°
Diametro de perforación
4”(100mm)
Altura de banco
10m
Malla de perforación
3.9mx4.5m
Profundidad de perforación
12m
Toneladas por taladro
340 ton
Fig. Perforación vertical
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F. PROCEDIMIENTO PARA CARGUÍO DE EXPLOSIVOS:
Desde el comienzo de guardia el jefe de pervol junto con los ayudantes se dirigen a los diferentes polvorines para recoger tanto el agente ANFO como los accesorios de voladura y el iniciador.
Después se dirigen al frente, en el cual se colocan en cada taladro, el buster, fanel respectivo y los sacos de EXAMON, se comienza armando el fanel con el buster en cada taladro para ser puestos en el fondo del taladro.
Luego se carga cada uno de los taladros con el EXAMON de forma manual
Fig. Carguío de EXAMON
Se procede al atacado y la colocación del taco de material fino
Se acaba con el amarre de los Faneles según secuencia de salida.
Antes de realizar la voladura se procede al regado de la zona a volar y a la colocación de mangas de agua para disminuir la polución.
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Fig. Colocación de mangas de agua
IV.
USOS Y APLICACIONES
Directa o indirectamente, es probable que la roca caliza y la cal se empleen en más industrias que ninguna otra sustancia natural; ambos materiales se usan mucho en la agricultura, en la edificación y en las industrias químicas. Hubo un tiempo en que se tenía la cal como material agrícola o de construcción; pero actualmente las ¾ partes del tonelaje anual de cal se emplea como compuesto químico básico en la industria. El encalado de las tierras con caliza pulverizada y la cal estimula la producción del suelo, disminuyendo la acidez y proporcionando al suelo, importantes nutrientes para las plantas. En la edificación o construcción, la caliza se usa como “piedra de dimensiones” (conocida como
cantera), cortada en diferentes formas y tamaños para la construcción de muros y monumentos; en forma de piedra partida, se usa como balastro para ferrocarriles y como agregado para la formación del concreto (hormigón) y la construcción de caminos. La cal se usa en morteros para albañilería, en enlucidos del concreto, como agente estabilizador del suelo y en la construcción de caminos de tierra. La dolomita quemada e inerte se usa mucho como material refractario para revestimiento de hornos y hogares.
22 Son aplicaciones químicas de la caliza: en procesos metalúrgicos, como fundente, en operaciones para fabricación de la pulpa de papel, en procesos de neutralización de ácidos y como relleno de muchos productos comerciales, en la fabricación del cemento en donde se usa un enorme tonelaje de caliza, en la fabricación de alambre y acero, en el tratamiento de minerales de oro y plata y en la refinación del cobre, el plomo; siendo el mayor consumidor de cal la industria del acero, que la usa por las propiedades básicas de la cal para eliminar las impurezas ácidas de las menas de hierro. En la purificación del agua y para el tratamiento de las aguas residuales de las poblaciones e industrias, control de la contaminación atmosférica. Se mencionan otros usos tales como para la refinación del azúcar y el petróleo, en la fabricación del papel, hidróxido de sodio, vidrio, insecticidas, carburo de calcio, polvos de blanqueo, artículos de piel, barnices, magnesio.
Figura. Catedral de burgos, construida enteramente con caliza
Fertilizante Las fábricas productoras de fertilizantes mixtos están usando cantidades crecientes de caliza pulverizada como relleno en sus productos. Este uso es completamente lógico, siendo que la caliza aplicada de esta manera satisface algunas de las necesidades de encalado de los agricultores, como relleno para fertilizantes se prefiere la caliza rica en calcio, ya que esta por su elevado contenido de calcio tiende a convertir el ácido fosfórico asimilable en la forma insoluble en citrato amónico. Las calidades ordinarias de fertilizantes se preparan de modo tal que no forman acidez. Sin embargo, en las fórmulas de las mezclas de los análisis altos queda poco espacio para incluir suficiente material neutralizante de cal. El uso de estas mezclas en suelos ácidos exige, el encalado del suelo como operación normal. Los elementos formadores de ácidos, responsables de la
23 disminución del pH del suelo son azufre, calcio, un tercio de fósforo y la mitad del nitrógeno que contenga el fertilizante. Los materiales que tienen su potencial neutralizante en ácido y base balanceado son el nitrato de amonio, roca caliza, el superfosfato, el cloruro de potasio, el sulfato de potasio y el yeso; estos materiales no afectan el pH del suelo.
Construcción Los usos que tiene la caliza con fines de construcción son: los agregados para hormigón y como componentes del concreto, la mayor parte del cual se hace con cemento, como los balastros para ferrocarriles cuyo tamaño comprende entre ¾ y 2½ pulgadas de diámetro (7.6 a 63.5 milímetro) siendo el tamaño preferido para usarlo con el fin de mantener sus vías en buen estado, como piedra de relleno, los fragmentos de caliza irregulares de tamaños que varían entre 15 y 30 centímetros, son utilizados en la construcción de los vertederos de las presas, en la construcción de muelles y para rellenar los puntos bajos en terrenos o carreteras.
Figura 03.Componentes del cemento
Encalado de suelos El uso más importante de la caliza en la agricultura es el tratamiento de las tierras para neutralizar los ácidos del suelo y añadir los nutrientes calcio y magnesio, esenciales para las plantas; la pureza de la caliza agrícola es poco importante, ya que pueden usarse con éxito cualquier material
24 calcáreo, incluso las impuras, para enmendar los suelos, siempre que se utilice cantidad suficiente que se compra tomando como base su equivalente en óxido de calcio, ya que el contenido de CaO (óxido de calcio) y MgO (óxido de magnesio), determinan la potencia neutralizante de la caliza. El factor más importante entre los que influyen en el precio y la conveniencia de la caliza agrícola es el grado de su finura. Generalmente se prefieren las formas de caliza más finamente pulverizados, porque reaccionan más rápidamente que las fracciones más gruesas; tanto las calizas ricas en calcio como las calizas dolomíticas se usan extensamente en el encalado de suelos. La caliza dolomítica tiene un precio ligeramente más alto por tonelada, porque su potencia neutralizadora es aproximadamente un 10 por ciento mayor que la de la caliza rica en calcio de una pureza comprobable. La mayor parte de la caliza agrícola es rica en calcio. A veces se aplica en las tierras cal hidratada o cal viva molida en lugar de caliza, porque la principal ventaja de la cal sobre la caliza es que neutraliza los ácidos del suelo con mayor rapidez y tiene mayor valor neutralizante por tonelada; sin embargo, la caliza es más barata y tiene un poder neutralizante mayor por peso.
Figura 04.Tierra de cultivo tras proceso de encalado
Alimento seco para animales En los últimos años se ha observado una tendencia creciente al uso más intenso de suplemento minerales para enriquecer y fortalecer los numerosos tipos de alimentos orgánicos para animales.
25 El calcio es necesario a los animales en cantidades mayores que ningún otro mineral; la roca caliza rica en calcio pulverizada proporciona calcio fácilmente asimilable de una manera muy económica y es el portador ideal para los otros elementos, entre ellos los oligoelementos, que constituyen un suplemento mineral; en las industrias, las especificaciones exigen caliza finamente molida que pase de 100 mallas en proporción de por lo menos 95 por ciento y tiene que ser también lo bastante pura, además de contener poca sílice y poca alúmina, el contenido de flúor y arsénico tiene que ser sumamente bajo. La mayoría de las arenas suministradas a las aves son de origen calcáreo cuya ventaja es la asimilación de gran parte del calcio, en ocasiones es posible hacer estos materiales partiendo de rocas graníticas. Las gallinas necesitan generalmente arenas con tamaño de 6 milímetros de diámetro; los pavos consumen un tamaño mayor de los 6 milímetros de diámetro y los pollos exigen un tamaño entre los 3 y 5 milímetros de diámetro.
Figura 05. Derivados de la caliza y usos del carbonato de calcio
Curtientes La fabricación del cuero por curtimiento de pieles es probablemente la industria más antigua del hombre. El procedimiento de curtir esas pieles se ha desarrollado empíricamente por la experimentación. Hoy después de miles de años, los métodos de curtir son todavía en gran parte empíricos. Sin embargo, actualmente se llevan a cabo estudios fundamentales de química de la piel y de los materiales curtientes, así como de la microbiología y de otras ciencias relacionadas con la industria del cuero; las operaciones realizadas en una tenería suelen dividirse en dos grupos: operaciones preliminares y curtición propiamente dicha, las operaciones preliminares son clasificadas en corte de las pieles, remojo, encalado, depilación, descarnado, maceración y adobo;
26 en el proceso de encalado casi todos los cueros se hacen sin el pelo de la piel, salvo las pieles de peletería y algunos cueros mecánicos. La depilación suele hacerse poniendo las pieles reblandecidas en un baño de cal hidratada al 10 y 12 por ciento, este porcentaje se basa en el peso de lote de pieles, se suelta el pelo en promedio de 5 a 8 días; para que se desprenda en menos tiempo, se añaden sulfuros, aminas o cianuros. La temperatura más óptima para el encalado es de 21°C., pero la gran mayoría de los curtidores prefieren una temperatura más baja de entre 10°C y 15°C. por otra parte si se permite que la temperatura llegue a los 27°C. o más, puede producirse alguna digestión y pérdida de sustancia útil en la preparación del cuero.
Fabricación de azúcar Las etapas del proceso para la fabricación del azú- car. Específicamente de los jugos cuyo proceso consta de la preparación de la caña para la molienda, extracción del jugo, purificación del guarapo, evaporación, centrifugación, empaquetamiento y almacenamiento; en la extracción del jugo, la caña se tritura y desmenuza mediante molido por dos rodillos, la cual pasa a otra serie de tres rodillos, llamados trapiche, por debajo de cada molino hay un recolector del guarapo, en el cual fluye el jugo exprimido, durante la purificación del guarapo que sale del trapiche siendo un líquido ácido, opaco y de color verdoso y que contiene impurezas solubles e insolubles, tales como tierra, proteínas, ceras, goma y materia colorante. El proceso usado para la mayor parte de estas impurezas se basa en el uso de la cal y un color que se llama clarificación o defecación. En la defecación simple, se añade lechada de cal al guarapo frío en cantidades (aproximadamente medio kilo de óxido de calcio por tonelada de caña), suficientes para elevar el pH al intervalo de 7.5 y 8.5, el guarapo con cal se bombea a través de calentadores, con una temperatura entre 90°C y 115 °C.; durante la refinación de azúcar, específicamente en la purificación existen varios procesos en donde se forma una especie de licor de la unidad de derretido antes de cristalizar el azú- car granulado; durante la clasificación como una primera etapa del proceso de purificación se utilizan tratamientos químicos adicionado de cal, fosfatación y carbonatación; durante el tratamiento con cal el licor de proceso, se “alcaliniza” hasta un pH neutro usando lechada de cal y calentada, por
el método de carbonatación, el licor de proceso se calienta hasta 60°C y 80°C y se trata con cal hasta obtener un pH de 10 (0.03 a 0.8% de CaO en base sólida), se gasea dióxido de carbono y se calienta a 85 °C, para volver a gasear hasta que el pH disminuya a 8.4 y 9.0. Debido al gaseado en dos etapas, la carbonatación requiere dos clasificaciones, uno primario y uno secundario. La fuente
27 de dióxido de carbono es un gas de combustión lavado. El precipitado de carbonato de calcio que se forma, atrapa a los materiales pigmentados, a los coloides y a algunos compuestos inorgánicos presentes.
Figura 06 . Procesamiento y obtención del azúcar
Ablandamiento de aguas En las plantas de aplicación de colorantes, lavanderías y las instalaciones textiles, el agua de proceso debe ser blanda. Si sólo se dispone de agua dura, tendrá que tratarse para eliminar las sales de calcio o magnesio disuelto, siendo el sistema de ablandamiento más antiguo la adición de cal para precipitar CaCO3; de esta forma: Ca(HCO3 )2 + Ca(OH)2 Þ 2CaCO3 + 2H2 O. Cuando existe dureza que es de carbonato, es necesario añadir carbonato de sodio. CaCl2 + Na2 CO3 Þ CaCO3 + 2NaCl. El uso combinado de cal y carbonato de sodio se conoce con el nombre común de ablandamiento con cal-carbonato. Cuando el agua contiene magnesio se hace necesario proporcionar una alcalinidad cáustica en exceso, para poderlo precipitar como hidratado, ya que
28 el carbonato es soluble: MgCl + Na2 CO3 Þ MgCO3 + 2NaCl. MgCO3 + Ca(OH)2 Þ Mg(OH)2 + CaCO3 . Los procesos de ablandamiento cal-carbonato o sosa-carbonato se llevan a cabo en un precipitado de tipo de colchón de cieno o en un sedimentador, donde se van acumulando los lodos y el agua recién tratada va pasando a través de material precipitado; este proceso produce un tamaño de partícula más grande y la calidad del agua es más estable. La gran mayoría de las compañías que suministran equipo para tratamiento de aguas, fabrican unidades para el proceso de contacto de colchón de cieno; en teoría, el proceso cal-carbonato puede reducir la dureza hasta en 30 ppm.
V.
USOS DE LA CALIZA Y SUS DERIVADOS EN MINERÍA
Los minerales calcáreos como calizas y dolomitas se utilizan en procesos metalúrgicos en forma directa o como cal. En esta industria se consume más del 30% del total de la producción de caliza. Los parámetros más importantes en las 11 aplicaciones metalúrgicas son la ley de carbonato expresado como porcentaje de CaO, el contenido de impurezas y las pérdidas por calcinación.
En los procesos de lixiviación de metales preciosos, incluidos el oro, la plata y los metales congénitos, como lo son el zinc, plomo y cadmio; el oxido de calcio (Cal viva) es utilizado para controlar el pH de las pilas evitando la volatilización del cianuro que se utiliza en la extracción de dichos metales.
También puede utilizarse directamente el hidróxido de calcio, para controlar dicho pH y se puede adicionar a las lagunas concentradoras de lixiviados.
Es importante destacar que la reactividad de los productos alcalinizantes juega un papel fundamental en la productividad y recuperación de metales por parte de la mina, ya que permiten una optimización de los mismos con su correspondiente ahorro, impactando las eficiencias de los procesos posteriores como son la captación en el carbón activado y la electrolisis.
Actualmente la utilización de cales dolomíticas (que contienen magnesio) permiten neutralizaciones, con 30% mas de eficiencia con respecto a la cal viva.
Existen otros procesos como lo son el del cobre y el aluminio, que implican en su refinación la utilización de óxido de calcio para purificar los metales, dicho óxido debe ser de una alta
29 pureza (al menos 90% de CaO) y libre de contaminantes que puedan reaccionar con los metales a refinar.
La utilización de la cal viva en refinación de metales es una de las opciones mas económicas actualmente y tiene la ventaja de ser un producto accesible geográficamente.
En la elaboración del acero y sus precursores como son el hierro esponja, la cal viva es mundialmente utilizada como fundente, para formar escorias básicas que tienen la características de separar los contaminantes de las mezcla fundida, retirando de esta manera el fósforo, el silicio y el azufre principalmente.
En caso de utilizar dolomita (CaO-MgO) como fundente se protege el refractario de las ollas, y se retiran los contaminantes.
La cal hidratada (Ca(OH)2 ) se utiliza en la extracción de minerales que contienen sulfuros activos y que por cuestiones de proceso deben neutralizarse.
Así mismo en cualquier terreno que presente pH ácidos son sujetos de neutralización con cal, previo a lo que es el proceso de lixiviación, pudiendo mejorar la eficiencia de las pilas al llevar un pretratamiento.
En muchas operaciones de minería no metálica, como lo son las extracciones de carbonato de manganeso, carbón, arena sílicas y otras, la cal viva e hidratada se utilizan como neutralizante de ácidos y también como capa protectora aplicado directamente a los yacimientos como lo es en el caso del carbón.
En el caso de la existencia de arcillas mezcladas con los minerales, la cal es utilizada para estabilizar las arcillas y hacerlas manejables en el proceso.
