VISITA TÉCNICA AL MUSEO DE MINERALOGÍA Y RECOLECCIÓN DE CAOLINITA HALLADA EN EL CERRO SAN CRISTÓBAL 1. ABSTRACT In the present Project we analyzed the formation, history, applications and importance of many recognized rocks and minerals all over the world. The visit to the Museum of Mineralogy reinforced our common knowledge about it, and illustrated us in a way that a chemical engineer is concerned. In adition, in order to have material for future laboratory work and in favor of knowledge, soft and hard kaolinite was collected from San Cristóbal hill, being guided by a specialist geologist who explained the differences between several types of minerals found on the hill and how to recognize them. Not only shown in the guide’s speech, but also in the pictures is pictures is proved that our country is enough gifted with a variety of minerals, so we hope that a better administration could improve the management of our resources.
2. INTRODUCCIÓN Museo de Mineralogía UNI Existen muchas formas de obtención de los minerales y rocas, muchos provienen del interior de la Tierra, de la capa del manto específicamente, que podría darse una analogía con un caldero gigante. Dichos fluidos emergen del manto, por medio de volcanes y géiseres en forma de magma, se produce un enfriamiento al estar en contacto con el ambiente externo llamándosele lava y es así que se forman los minerales cuando se llega al equilibrio eq uilibrio térmico. Otra forma de obtención también es por medio de un proceso metamórfico, dichos minerales sufren una transformación estructural dependiendo de las variables del medio que los rodea, como la presión, temperatura o fluidos circulantes. Y por último, también se producen por la sedimentación de rocas, de las cuales se rigen por la erosión mecánica y alteraciones químicas propias del medio. Formas cristalinas de los minerales La estructura cristalina de los minerales son los ordenamientos geométricos que adquieren dichas moléculas de minerales, las cuales son empaquetadas de manera sistemática extendiéndose a gran escala y que además determina ciertas propiedades en cada mineral. Siendo las más comunes cúbica simple (SC), cúbica centrada en las caras (FCC) y cúbica centrada en el cuerpo (BCC).
1
2.1. Minerales
Caolinita
Es el protagonista del presente informe. Es un mineral filosilicato Al2Si2O5(OH)4, tiene una dureza de 2 en la escala de Mohs. Formada a partir de la alteración hidrotermal o meteórico de rocas que contienen feldespatos y moscovita. Se emplea para fabricación de lozas, como carga de papel y en la industria del caucho y refractarios.
Caolinita del cerro San Cristóbal Hace muchos años, en el cerro San Cristóbal, gracias a la circulación de fluidos (líquido o gases) calientes, que tienen su propio pH y salinidad, ocurrieron reacciones con las rocas (que contenían feldespatos que están compuestos básicamente por silicio y aluminio) que dieron origen a la caolinita, denominada también arcilla de china. De esta misma manera, se dio el origen de la desmectita, clorita e hilita.
Figura 1: De izquierda a derecha: Caolinita sin atacar y caolinita atacada por fluidos calientes
Figura 2. De izquierda a derecha: Roca conformada en su mayoría por caolinita. Roca con menor porcentaje de caolinita. Roca con un porcentaje reducido de caolinita. Roca que no contiene caolinita
2
Los minerales blancos observados en el cerro, se denominan “plagioclasas” que tienen forma de pequeños rectángulos, los de color blanco ahumado se denominan “cuarzo”, el mineral de color negro oscuro es la “hornablenda”. Cuando estos minerales son atacados por fluidos calientes los cuales tienen cierta acidez, salinidad y fugacidad bastante alta, entonces se alteran y son calados. En la figura 2, se puede apreciar que la roca que se encuentra en el extremo derecho es completamente diferente al del extremo izquierdo, esta transformación ocurrió por un proceso de hidratación a alta temperatura (hidrotermal) por fluidos calientes, que logró que la plagioclasa, hornablenda y ortosa (mineral de color rosa), se transformen en caolinita o caolín que puede ser reconocido porque presenta color blancuzco, además se adhieren a los surcos de la mano al ser frotado ya que el polvillo generado presenta un tamaño de partícula pequeño.
Figura 3: Esquema de localización de las rocas según dureza La caolinita hallada en el cerro San Cristóbal no se podría explotar debido a que dicho lugar se ha convertido en una zona urbana, pero existen otras zonas como Junín, Ayacucho y Arequipa en los que abunda la caolinita. Aplicación industrial de la caolinita y rentabilidad La caolinita tiene muchas aplicaciones. En el Perú se usa como componente básico en pinturas, y actúa desapareciendo la rugosidad del papel en la industria papelera. La caolinita tiene dos orígenes, el primario consiste en volúmenes pequeños y con probabilidad de contaminación con cuarzo, el secundario proporciona grandes volúmenes destinados para la industria, esta conformación natural proviene de la cumbre de los cerros, que son acarreados por las aguas y en el camino se van decantando las partículas más finas.
El cuarzo
3
Es un mineral abundante en la corteza terrestre (rocas, arenas), con sílice de composición básica. Su fórmula química es SiO2 y se pueden distinguir variedades de este mineral con diferentes formas y colores, como l cuarzo-α y el cuarzo-β, aunque generalmente se presenta con un color blanco transparente, con reflejos rojizos, negros o hasta rosas. Este tipo de mineral es considerado abrasivo, con una dureza de 7 en la escala de Mohs desgasta los instrumentos utilizados en la molienda.
El carbón
Es un mineral de color negro de muy alto poder calorífico (combustible) proveniente de la alteración fisicoquímica de material vegetal. Tiene un variado uso como el de generador de electricidad o calor, en la manufactura de coque metalúrgico y hasta en nuevas investigaciones donde podría utilizarse como sustituto del petróleo o gas natural. Y es muy resaltante en la industria de la siderurgia, ya que al realizar aleaciones con hierro se obtiene el acero que es de muy alta importancia.
Cobre
Es un metal de transición con un color rojizo característico. Es maleable, dúctil y muy buen conductor. Fue uno de los metales más utilizados en la era de bronce por los humanos, debido a su aleación con estaño se realizaron diferentes piezas multiusos y armas. Es por eso que la isla de Chipre se hizo conocido por el cobre existente, significando en griego cyprus=cobre. Existen varios minerales como la calcopirita (CuFeS2), calcocita (Cu2S), bornita (Cu5FeS4), tetraedrita ((Cu,Fe)12Sb4S13) y enargita (Cu3AsS4). Y en la actualidad se utiliza mayormente para cableados y tuberías. Su aleación de latón, así como otras son usadas en la elaboración de utensilios de cocina, cremalleras, tornillos, esculturas, herramientas, etc.
Plata
Es un metal de color blanco-grisáceo muy escasa en la naturaleza, encontrándose la mayoría en minerales como la argentita, cerargirita o cuerno de plata y varios donde el sulfuro de plata está combinado con otro tipo de sulfuros. En sus aplicaciones son aleadas con otros metales, ya que tiene alta conductividad eléctrica y térmica se usa en contactos eléctricos y electrónicos, también es muy utilizado en la joyería, piezas, amalgamas dentales y metales para cojinetes y pistones de motores.
Oro
Es un metal muy denso de color amarillo intenso. Se conoce como un metal noble ya que participa en el comercio de los metales preciosos de alto valor monetario. Su distribución es muy escasa como en minerales, rocas, agua de mar. Entre los minerales donde está disperso tenemos al cuarzo y a la pirita, mientras que los minerales de oro son el auricúprido, calaverita, petzita, rhodita. Y sus usos son en la mayoría para la joyería, las demás partes se utilizan en aplicaciones industriales electrónicas, acuñación, reservas de gobierno, objetos decorativos, etc.
4
Azufre
Se encuentra como elemento libre cerca de las regiones volcánicas de bajo punto de fusión, de color amarillo y textura frágil es un mineral muy corrosivo para el acero y el concreto. Sin embargo, es muy mal conductor de la electricidad y del calor. La mayor parte del azufre se destina a la elaboración del ácido sulfúrico.
Hierro
Es un metal de transición siendo el cuarto más abundante en la corteza terrestre, además de maleable, duro, de color plateado y con propiedades magnéticas. En la naturaleza se encuentra en forma de minerales como la magnetita, hematita, limonita o pirita. Las aplicaciones para el hierro puro son destinadas a áreas relacionadas para aprovechar su potencial magnético, mientras que la gran mayoría de minerales son aplicados al campo siderúrgico con la industria del acero.
Pirita
Es un mineral de hierro de fórmula química FeS2, además es muy comúnmente encontrado en multitud de formaciones geológicas. En cuanto a usos es uno de los minerales más utilizados en la producción de ácido sulfúrico debido a su alto porcentaje de azufre, en nuestro país se pueden encontrarse existencia de este mineral en la región de Huánuco.
Yeso
Se originó hace casi 200 millones de años debido a los depósitos marinos de las extensiones oceánicas. Tiene una fórmula química de CaSO4.2H2O, es también conocido como ajiez, de color blanquecino y de textura blanda. Es extraído de canteras y principalmente utilizado para la construcción y para la preparación de superficies en las esculturas al fresco.
2.2. Rocas Son agregados de minerales sólidos cuyos componentes se encuentran ordenados en su interior en forma de cristales.
Ignimbrita
Las ignumbritas son rocas ígneas, es decir, formadas al enfriarse el magma que tienen una consistencia muy dura. Es característico de estas rocas poseer líneas visibles en su estructura, que denota la presencia de una variedad de minerales conocidos como fiames. En nuestro país, Arequipa es uno de los poseedores de tales rocas.
Caliza
Son rocas de tipo sedimentaria compuestas en forma predominante por carbonatos (de calcio y de magnesio en su mayoría). Los minerales más importantes de esta roca son la 5
calcita, la aragonita y la dolomita. Son generalmente formadas en mares cálidos y poco profundos al depositarse sales por apilamiento en esqueletos de seres vivos en el fondo oceánico. Es muy utilizada en esculturas y edificios debido a su resistencia a la meteorización, también en enrocamientos, obras portuarias, componentes del cemento.
Granito
Es también conocido como piedra berroqueña, muy abundante en la corteza continental. Tiene un aspecto áspero y grueso, de color gris con incrustaciones marrones y negras; son producidas por el enfriamiento del magma al salir a la superficie contiendo una alta concentración de sílice. Y sus aplicaciones van desde recubrimientos en edificios públicos, hasta para la realización de planos de referencia para los ingenieros debido a su dureza.
3. PROCEDIMIENTO El día 20 de abril del 2017, tuvo lugar la reunión de compañeros del curso y el guía especialista para la recolección de caolinita en el cerro San Cristóbal. Al llegar al lugar, se humedecieron algunas rocas para proceder con la separación de estos en rocas más pequeñas, con ayuda de combas y cinceles. Una vez que se identificó las zonas que contenían los minerales deseados (blandas y duras), se recolectó un aproximado de 30 kg en sacos de arroz, que luego fueron trasladados a la Facultad de Ingeniería Química y Textil, para su posterior uso en prácticas de laboratorio.
4. DATOS EXPERIMENTALES Tabla 1. Datos de caolinita recolectada
Caolinita
Masa (aprox.)
Blanda Dura
15kg 15kg
Tabla 2. Diferencias entre caolinita y yeso
Caolinita
Yeso
Silicato de aluminio Polvo blanco pH ácido
Sulfato CaSO 4.2H2O Polvo blanco Mineral hidratado Aspecto fibroso
5. DISCUSIONES La presencia de minerales en el Perú es abundante, sin embargo, su explotación actual está determinada por factores distintos al de su abundancia, por ejemplo, las políticas 6
ambientales, la organización de los gobiernos departamentales, la salud de la población aledaña a las fuentes explotables, la concentración y factibilidad de extracción, etc. y estos limitan de modo determinante las posibilidad de la explotación. Como ingenieros tenemos el reto de procurar el bienestar ambiental, social y económico de nuestro país a partir de las riquezas brindadas por nuestra geografía y diversidad. La minería no metálica explotada escasamente en nuestro país es preocupante y da inicio al análisis de los criterios que estamos dejando pasar como estudiantes y futuros emprendedores.
6. CONCLUSIONES
Existen propiedades características de cada mineral que lo hacen identificable, aún cuando se encuentra en bajas concentraciones y en presencia de otros minerales. El Perú es un país minero y por ello, se deben sumar esfuerzos para mejorar las condiciones de los estudios para la explotación sostenible de los recursos. Las rocas están compuestos de minerales de composición variada, sin embargo, los minerales, están conformados de manera definitiva y composición conocida. La caolinita presenta una dureza tal que dependiendo de la hidratación de las rocas en que se encuentra, puede ser fácilmente removible (blanda) o removible con mayor esfuerzo (dura).
7. BIBLIOGRAFÍA
Villalobos, J. (s.f.). Departamento de Geología de la Universidad de Chile. Recuperado el 26 de Abril de 2017, de www.geologia.uchile.cl/las-rocas-y-sus-procesos-de-formacion Villarino, A. (s.f.). Ciencia y Tecnología de los Materiales, Escuela Politécnica Superior de Ávila. Recuperado el 25 de Abril de 2017, de ocw.usal.es/ensenanzas-tecnicas/ciencia-ytecnologia-de-los-materiales/contenido/Tema-3-el-yeso.pdf
7
8. ANEXOS
Imagen N°1: Ignimbrita Sillar (Arequipa)
Imagen N°2: Diorita
8
Imagen N°3: Granodiorita
Imagen N°4: Cuarzo (Macla mariposa)
9
Imagen N°5: Cuarzo Variedad Cristal de Roca
Imagen N°6: Cuarzo Ahumado
10
Imagen N°7: Cuarzo (intercrecimiento de cristales)
Imagen N°8: Carbón 11
Imagen N°9: Pirita
Imagen N°10: Halita cúbica
12
Imagen N°11: Calcopirita cristalizada
Imagen N°12: Azufre
13
Imagen N°13: Baritina
Imagen N°14: Cobre Nativo
14
Imagen N°15: Plata Nativa
Imagen N°16: Oro Nativo en varias presentaciones
15
