Riquezas Minerales de Chile a Nivel Mundial

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JR.l[(QlU[]EZA § !\\1[][NlEJBlA lLJE§ , l[)JE

(<=:l~[l[lLJE

A Nl[VlElL MUU[NJ[) J[AlL

ALVARO GONZALEZ LETELIER PROFESOR-rNVESTlGADOR

UNIVERSIDAD DE CHILE

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·

-.

RIQUEZAS MINERALES

DE CHILE A NIVEL MUNDIAL

ALVARO GO ZALEZ LETELlER Profesor Investigador Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas Facultad de Ciencias Químicas y Farmacéuticas

UNIVERSIDAD DE CHILE

© Alvaro González Letelier Inscripción N" 57.951 Derecho Reservado l' edición 2000

Impreso en los talleres del Departamento de Estudios Humanísticos Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas BeauchetT 850 - Santiago - Chile

Impreso en Chile Printed in Chile

INDICE

PROLOGO

.

CAPITULO 1 COBRE

3 3 4 4 6 8 10

Introducción . Breve Rcse.;a histórica Propiedades . Producción Mundial de Cobre de Minas: Reservas)' Reserva Base tl",s del Cobre .. . . Aleaciones de Cobre . Compues1<)S Químicos dcl Cobre . Propiedades del Cobre 1ineria de Cobre en Chile CODI·LCO Cobrl·. I'ecnologia de Obtcnción Mill~:·;d

FI T

lli~l1tc .

16

. .

21

23

.

.

25

.

Reacciones Químicas Generales en los Procesos de Fundición del Cobre I i\.i\I;H.'ión Bactl'riallCl

}3

35

.

~I

Pno. lce . . n ( "un \. en idor Ten ¡ente

(lutohumpu Flash Smching Prll(C";O';;

.

de l\1anufactura

~6 ~8

.

52 55

1·\ oluciún Ilistórica del Precio del Cobre ..

I'nl\ cee iones del Precio del Cobre ~lin'" l'n Chile .. .

. .

58

63

Rc1"cn:lH:ia-.; ..

65 65

CAPITULO 11 MOLIBDENO Brc\c Rescila

Ili~lórica

Propiedades

.

66 68

.

Prodw,':IOS C(\IllCITiales

69

tl,<" del ~ 101 ibdeno .. luentes de ~Iolibdeno. . Pr"duccí"n 1V1uudial dcl Molibdcno de Minas: Reservas) Rescrl'a Base ~1'llibden". Tecnologia de Obtención ..... Procc\o dc l"on\crsión de la Molibdcllila ¡:CIT0I1101 ibdcnn Rc:-.cna~.

i\1c:rcado,} Economía..

76

.

77

RO 8J

. .

. .

.

87 89

Pág. Proyecciones

91

Referencias

93

CAPITULO III RENIO

95

Breve Reseña Histórica

95

Propiedades.............

95

Usos del Renio Fuentes del Renio

97 102

Producción Mundial del Renio de Minas: Reservas y Reserva Base

104

Proceso de Obtención Kennecott

105

Mercado y Economia

106

Proyecciones

108

Referencias

109

CAPITULO IV SELENIO

III

Breve Reseña Histórica

III

Propiedades

113

Compuestos Inorgánicos Compuestos Orgánicos

113 \ \8

Usos del Selenio Fuentes del Selenio Tecnología de Obtención

I \8 126 128

Mercado y Economía Producción Mundial del Selenio: Reservas y Reserva Base

132 \34

Proyecciones Referencías

135 \37

CAPITULO V LITIO

Breve Reseña Histórica Propiedades

139 139 139

Productos Comerciales del Litio Usos del Litio y sus Compuestos Usos Futuros e Incipientes de Gran Desarrollo Proyectado

14 J \44 158

Usos en Cemento

159

Usos en Aleacíones

163

Usos en Baterías Secundarias de Litio Usos en Energía uclear Fuentes de Litío

166 \ 73 178 11

Pág. Salar dt:

Atacama

.

Producción Mundial dc Litio: Reservas y Reserva Base

.

Litio. Tecnologia de Obtención

.

Mercado de Litio

.

Conclusiones

.

Referencias

CAPITULO 1'1 NITROGENO NITRleO Introducción,

.

.

'>alitre Natural-Salitre Sintético Yaeimienlos de Caliche cn el

.

.

arte de Chile

.

SOCiedad Quimica) Minera de Chile S.A. (SQM )

.

!'enili/al1tes de F'pecialidad

.

.

I'uenle, de 1\1aterias Primas de SQM y Productos Obtenidos Rl.'~l.'na

de Nitrógeno

. .

.

I \tracciún lit..' Salitre. Proceso Ciuggenhein .

Produc(iún <.Id Salitre dc,",pu(-s de la Guerra del Pacífico \ enlala' del ';alitre NalLlral \ 's Productos Sintéticos

itrogenados

t\mciu:-.inne...

Rd'-'l"l'llcias

.

e lPITlLO "/1 mDO.

Ihl'\C

Rl'~cíla

Ili"túrica.

Pn'pil·d:llk...

l "'0'" dd Y\ld~l: su . . COIllpucstos 1'lll'llll'S dc Yndn PIl,dllO':lllll \lulldial de f\.lina: Re<;cr\'as y Reserva Base IC(llolog.ia de Obtención .... ",,'eeso Hhl\\ ·Out

Cnrtadllra de Yod\) ('ontillua con SO! ~ kn:adn: b.:onomía

Rl'Iercllcj:tS.

.

.

.

209 209 211 213 216 220 228 229 231

.

I'n\dul'l:'Il'H1 dL'1 S~lilrc .un s de la Cill ITa del Pacífico

181 184 185 196 200 207

. ..

242 243 247 251 256 257 257 258 263 270 274 276

278 285 287 288

111

PROLOGO

Existí'

1111 C\"lt!U!lJJ1

dc

r;(/u(':lI

minera

111111' iJl/cre,HII1/e \' clIsi

ignorado

/)(JI"

/0.\

e/JI/eIlO,\, ('J/ {iI'ClIll.\/cI1lC/(/,\ (llIí' su COIlOCiJltiClllo e,' im¡Wrl11IlIí.'Ú/l0." mUI' posili\'() pura

('!ti/e

10\

cllilc1!o\,

ClflIlt/lf;cr II/NI de

{'\fllI1l0S llco'·IJlmh,.{/~/(J'\ (/ IJlirltr

C01lljJ{lI"l1t'/Ul1 C01/

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IJlIiIU/O,

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Riquezas minerales de Chile a /liI'el IIIl11ulial

Estos 7 elementos se muestran en el cuadro siguiente:

RIQUEZAS MINERALES DE CHILE A NIVEL MUNDIAL ELEMENTO Cobre Molibdeno Renio Selenio Litio Nitrógeno (nítrico) Yodo

PRODUCCION

RESERVAS

JO 3° 2° 6° JO

}O

}O

1°

2° }O }O }O

JO 2°

Ot'sdt' 198], Chl/e pasó al pmner IlIgar en prodUCCión, SituacIón qUl" SI' proyecta por muchos años.

Se destaca la importancia de este ranking al considerar que nuestro pais, ocupa l/n poco más del 0.5 % del territorio mundial y es habitado por menos del 0,25 % de la población mundial. Aparte de los 7 elementos mencionados a nivel mundial. Existen otros seis o más elementos a nivel latinoamericano: potasio K. boro B, oro Au. hierro Fe, carbono C. plata Ag. etc. Otros elementos: germanio Ge, cesio Cs, telurio Te. se sabe que existen en nI/estro pais en proporciones importantes, pero sus estl/dios no se han profundizado. Podemos concluir que en cuanto a recursos mineros, Chile ha superado su presencia física y hl/mana en el globo terrestre. Es conveniente tener presente que con los elementos mencionados. tenemos una extraordinaria riqueza que se acrecienta en la medida ql/e la civilización avan=a. como se verá en las páginas siguientes de este texto. Esto consolida a la minería como uno de los grandes polos de desarrollo de nuestro progreso futuro. constituyéndose además, un puente importante entre nuestra economía y la economía ml/ndial con la correspondiente repercusión internacional.

2

CAPITULOI

COBRE fntroducción lln país qlll: ocupa un poco m;ís de 0.5 % del territorio mundial y habitado por un poco mcnos de 0.25 0'0 de su población. produce en el aiio 1999 el 29 % de la producción mUllllial de cobre de minas. :\dcm;ís. el eobre chileno incluye pequeñas cantidades de oro y plata y su molibdcnita está :l ... ociada con renio en la proporci()1l de una lihra p(~r tonelada de ll1olibdenita. FI mineral ehikllo ( porfirico ) lielle UIl promedio de 1.0 % de cohre y 0.03 % o mús de molibdeno. En la aetualidad estas cifras son menOl"CS. I'n d rl·,to dd 11llllrdo se Cl'nsidera quc un 0.(, "o de cobre y 0.01 a 0.02 % de molibdeno es UII hllcII promcdio. ¡':II daño 1999. Chile produjo .JJR2.(, millones de toneladas métricas de cobre. Como el precio de este metal Sl' expre,a cn lihr,rs. pndcmos escribir (eu lino) en cifras redondas:

4.3,UO(J() T de ('11 = 4.3NJ x =

9.643

X

uf'" x

2.2 Ibr

lO" Ibr

¡':II coosecuencia. la lariaelllll dd prccio de la libra de cobre en millonc, de dólares ( se rclierc al promcdio duralltc un año ).

l!il

centavo. significa> 96

1;" ultimas Cifras cntrcgadas

1'01 la Comisión Chilena del Cobrc. estiman que Chile prndujo -l.3R3.()()() toneladas métricas el año 1499.

I'odo esto origina ljue el cobre en la economía nacional es de primera importancia. con la \cntaja que nucstros mincrales tienen los costos operacionales más bajos del mundo. COI1 las k\'l'S más altas en el porcentaje de cobre. 3

Riquezas minerales de Chile a nivel mundial

Breve Reseña Histórica El nombre del cobre deriva curiosamente de la Isla de Chipre, donde existe una de las minas más antiguas. (Los romanos llamaron Cyprium a esta isla). Posteriormente, esta palabra fue deformada hasta conformar la palabra CUPRUM y así pasó a los demás idiomas.

~

El simbolo alquimista del cobre también fue heredado de la misma isla, de la cilJdad de Pafos, donde existió un templo dedicado a AFRODITA, nombre griego de la diosa VENUS, diosa del amor, la belleza, el mar y la vida universal.

Sfmbolo de AFRODITA o VENUS:

Sf2

PROPIEDADES En el Sistema Periódico de los Elementos, el cobre encabeza el grupo 1 b, constituido por: CI/, Ag, AI/. Estos metales, encuentran su máxima aplicación en estado puro o en sus aleaciones. Por estas circunstancias, interesan fundamentalmente sus propiedades y constantes fisicas, las que se muestran en el cuadro 1.1 El cobre es un metal rojo, blando (dureza 3 ), dúctíl y maleable, de número atómico 29. Su conductividad térmica y eléctrica figura entre las más altas, siendo superadas solo por la plata. La cantidad de cobre disperso en la corteza terrestre se estima en setenta partes por millón. Calentado al rojo, reacciona con el O para dar CuO y a mayores temperaturas se forma CU20. El cobre, es resistente a ambientes salinos y al agua a altas temperaturas, de

aquí sus aplicaciones marinas y sistemas de enfriamientos. Con el aire se oxida superficialmente, si la exposición a la atmósfera se prolonga, se cubre de una fina capa verdosa, que en algunos casos adquiere apariencia de cierto valor artístico que las hace interesante a la vista. Estudiadas químicamente estas capas que actúan como capas protectoras de futuras corrosíones, están formadas por:

CI/SO. . CI/(OH); .. CI/SO. . 3CI/(OH); .. y también por CI/CO] . CI/(OHh

4

Alvilro Gilllztílez LelelieT

CUADRO N° 1.1 COMPARACJON DE PROPIEDADES DE LOS ELEMENTOS PUROS (S'e refiere a máxima pllre~a comercia/) ,------~

--------,--e"-(")"n"I{"E--,----·P""L--.A'T'C;A--,---rO"R"O"'---, N úmero Atóm ieo=-~---- --+1----=-.:.:2.;9.¡-=--+--~'-~.¡.:c7='-'-'----+-----=-,7'""9-'-----j

Peso Atóm ieo Punto de Fusión oC PUllto de Ebullición oC ESladus de 0,id"ei611 IJc-'L~,idad. Kg I ni' -- ('onducti,idad Térmir;;;-\V/(rn-l

-

~)

f

63.5.1 1083 2595 1-2-3 8.96\10' - . 39.1-

107.87 196.97 960,8 1063 2212 2970 ---:I_-.,2c-_3CO---+----,Ic--""2-~3;----I .~ ---10..19 \ 10' 19.32 x 10 - - .127 - - - 289

J_

l'TlI

- - - - - - - - =--~

~

~Il<'SiSti\'id"d Eléctrica 20 oC p Q I .

1,59

1.673

n<

xTO' .

2.35

Ir-

-(':,Io-':,Ie FUSión J *-212 -~6""7,--'.¡c-x-· 102 x 10 C"lor de Vaporización.J I K* .- 7,369XTO' 1,860 x 10' 2.-100 x 10' 71"7(-.1"'8"O'O'e"')--1 (,,¡¡;;' Es-p-rrifieo;¡ 20 °C . .J I (K) - - - -3X-'¡~ ----+---'-=;---+--.'-O;3 2J3 0('

; od"iCH.'lIlcdl' ExpanSión LinrT , 10", 20 e

-

-

--

16.5-

-

10.68

---14,2

0

M6dulo dc el"sl,~il"'d MP,,**

1Módulo de Riglllc, Mp:o ~

1'lIm wtll't'r(ir fa

u

PI/m nllll'l'rfi, Mptl

-

n'(IIJ"itlir por J,/¡r¡ti

10,2-12'10' 7.75 x 10' 7.85 x 10 '¡'¡.OOI) 1---- .-'-__" '_-'-'---+--=_-_-_-'----1

- - - __ ~L_ o

---------

P.If. multiplicar por 10$5

5


TABLA N° 1.1 PRODUCCION MUNDIAL DE COBRE DE MINA RESERVAS Y RESERVA BASE (1000 TM dejino) PAIS

RESERVA

PRODUCCION 1995 1996 1997 2.488 3./20 3.390 1.860 1.920 1.940 728 689 657 405 491 572 885 520 505 507 --529 378 525 545 396 439 414 376 422 414 341 334 353

1993 1994 1998 1999 Chile 88.000 2.055 2.219 3.691 4.360 EE.UU. 45.000 1.801 1.796 1.860 1.660 Canadá 732 10.000 618 707 630 Perú 374 522 540 20.000 365 Rusia 515 520 20.000 885 885 Indonesia --781 765 19.000 Australia 402 7.000 415 604 730 China 345 450 18.000 395 476 Polonia 382 376 415 450 21.000 Zamhia 431 320 280 /2.000 384 Otros ------------Total Mundial 9.427 9.399 10.041 11.000 11.400 /2.200 /2.600 340.000 .. FUENTE. World M~(QJ EstDtlStlCS 1996 y ontinora U.S.Gtofoglcal Sun~)'. Mmual Commodlty Summana,

---

---

Coe/I/LeO, P'oducdfJn Chilena del Cobre. 3.686.9 T.M. 1998y 4.381.6

NOTA 1: NOTA]:

---

~n

RESERVA BASE 160.000 90.000 23.000 36.000 30.000 25.000 23.000 37.000 36.000 34.000

--650.000 January 1999

1999

De las naciones que no se dispone información, se ha estimado tu'" pro(lucció" igual al lUlo anferior. Las rtstn'os chilt>nas de Cu son bastante mayores.

En la tabla 1.1. se observa que Chile posee 88millones de T.M. de reservas de cobre de un total mundial de 340 millones de T.M., lo que corresponde al 25,88 % de las reservas mundiales, ubicándose así en el primer lugar. El segundo lugar lo ocupa EE.UU. con el 13.23 %. ¿Porqué Chile. presenta la mineralización más intensa de cobre (asociado al Mo) que otras áreas del mundo? Para dar respuesta a esto. me remito a los antecedentes entregados por el IlIgelliero Doctor ReYllaltlo Charrier, Profesor de la Universidad de Chile, Facultad de Ciencias Físicas y Malemálicas. Departamento de Geología:

"La presencia de yacimiel710s de cobre. es lino característica de los bordes contínentales activos, o sea, de aquellos bordes de continentes donde se han desarrollado cadenas de monlañas y donde en/re otros caracleres, existe una intensa actividad volcái1ica y sísmica. Bordes continentales activos son por ejemplo. Aquellos que rodean al océano Pacífico. Se diferencian claramente de otros bordes continentales. como el borde orienlal de América 6

Alvaro GOflzcílez Letelier

del Sur -" el horde occidental de Afi"ica, denominados pasivos porque en ello.l· no hay cordones montanosos ni actividod volcánica ni sísmica. I.os bordes activos chocan contra una corte:a oceáníca ( díferente a la continental J, que seKún la teoría tectónica de placas. se hunde hajo el continente. En el caso de Chile, la corle:a oceánica más densa .I·e hunde hajo nueslro lerrilorio, o lo que es iKual. el ('OJ1IÍl1ellte se monta

sohre /0 corte:;a oceúnÍcu.

silullciún especial determina un amhiente inestable (actil'() KeolúKicamente hahlando) l/lit' .H' traduce en las caruclerúticas ya menciolladas. Es/e hundimiento de la corle:a () placa oceúnica hajo el continente o p/
rIle es el ambiente en que se del'
SeglÍo Jorge ()mr:ún .\' .losé Fmtos ( I (,r.¡ ), la /usitio de parles de la corte:a oceál1lCll \uhdllClllc/lI y de cÍel"llI clIlllit/ad ele desimen/o.' marillus lI""u,"rat!os CVIl ella. liherarían /I,'S l /1,,0 ell <"/(/(10 l'ollÍtil. F/ //_"\"

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elelllellllls \('1 íllll fOl'Orecido.1 ell es/(¡ segregocilÍlI debido a .1'11 lIIoyor afinidad qllílllica con 1'10:11/1'1'. OIlIl(I'/(' olros elemelltos como Ag, I'b y /.11. 10mlJléll podríoll cOllcel1lrurse de es/(¡ man('ul

..lliIII'/e de estll eX/llimcilÍn es importante tener en cuenla qlle el ascenso de los slIljitros es l'h'III/J/'(' 1111 /"I/()mello qlle /iene IIIKW' COI/ la ac/ll'idad magllllÍtica, o sea, la penetraciún dc.lde lIil'('le.l· pro/ill1dos de lo mrte:a de maleriales fill1didos 1:'.1/111 \(' IlIIedell des/lla:ar II di/erelltes lIi1'eles de lo corte:o y enfriorse dal/do IlIgor {( los 1'111'1'1'"1 roCO.IO' illll'llsil'Ol·. o hien, l/eKm' II '" .llIpellicie dOlido IlIgar o IIna aclil'idod ¡,o/clÍnICo /'."sIC l'J ellloncl!s. el meclInismo l/tiC' IJermill' eltrlln\'pOrle a ¡ron!,\" de la corte:a

tic

('.\ltI.'

\II\/ancia.\ mil1erllli:adorlls.

1.(1\ yacimiento.\ de cohre I)(Jljirico se encuentran \"Iemprc l/.\(}cillt!o.\' (1 manUestaciones mllgm!Íticas, K('I/erall1lente K!'al/de.1 cllerpos inll'llsi\'ol' l' corre.lJ!olldel/ a IIna/ase tardía de este l)J'oce.lo dllrallle la cllal.le prodllce la Ii/¡er(/(;irill de los/'uidos.l' \'ollÍtiles. El' por el/o.

7


que la mineralización de los yacimientos porfiricos se presenta a lo largo de un intrincado reticulo de grietas y grietecillas, o sea, formando venillas o diseminada en la roca ".

USOS DEL COBRE Los usos industriales del cobre y de sus aleaciones en los principales países occidentales, expresados en porcentajes, son los siguientes:

usos Eléctricos y Electrónicos Maquinaria y Equipos Industriales Construcción y Edificios Transporte OTROS

EE.UU. (% )

REINO UNIDO (% )

ALEMANI A (% )

JAPON (% )

46 19

55

52 14

52 15

16 10 9

11 13

15

9 17 7

12

9

11 8

FUENTE. PROCOBRE

OTROS SECTORES Químico: Compuestos químicos usados en la agricultura y en la industria. Arte: El cobre da belleza y eternidad a obras escultóricas, piezas de artesanía, cuadros, etc. Usos Marillos: Aleaciones de Cu-Ni, para evitar las adherencias marinas ( fouling). En jaulas marinas para cultivo de peces.

UEVOSUSOS Supercollductores: e basan en el principio siguiente: si se rebaja la temperatura a -269 OC de un metal u otras sustancias, su resistencia al paso de la corriente eléctrica desapaTece, es decir, el metal se transforma en superconductor. Se investiga el fenómeno para obtener la superconductividad a temperaturas mayores. Para esto se usa también cobre como material de envoltura en los filamentos conductores de materiales cerámicos. Si estos filamentos superconductores pierden su calidad de tal, por variación de la temperatura ambiente, por ejemplo, el cobre conduciría la electricidad en ese caso.

8

Al""", Gonzúlez Lelelier

Uso de ~upercollduclores: I'n microclectrotccnia, sustentación magnetlca (trcnes Icvitantcs), imágcnes dc cspectros para diagnósticos médicos ( scanner ), etc. Se investiga contenedores en base a cobre o aleaciones que garantizan por más de un millón de allos.

SUSTITUTOS

Alulllillio Fs uno de los rrincipalcs compctidores del cobrc, en cqlllpos eléctricos, radiadores de autllllH;\'ilcs, tubos de refrigeración. Plú.\licos ~u,titu) en al cobre princiralmente en tuberías para agua . .·!cero.l' Ti/(lllio I n intercambiadores ue calor. Fihra Oplic/I ell Telecolllullicociolles I"ta !i)J"Jllaua por un delgado hilo de vidrio rodeado por una envoltura ópticamente adCClIi.HJa. ":11 L'slL' sistema de Clllllllllicacióll las ~d)aks eléctricas se transforman en señales

luminosas, transmitida por la fibra de \ idrio y posteriormente reconvertidas cn señales eketl ieas en el otro e~tremo. Una fibra óptica ue grosor menor que un cabello, puede transmitir el equi\aknle a cinco cauales de televisión o dos mil teléfonos. I os supereonduetores pueden sustituir al cobre, rero, como se vio anteriormente también Sl'

lisa en SlI estructura.

OTR.·IS CO.vSIIJER.I('/O.\'ES

I 1 eon'Ulllll de cobre depende dcl grado de desalrollo económico del país, d,'¡ desarrollo Icclh)lúg.i~o ~ <.k ulla pn,lI11ociúll IIltcligenlL' que S~ hase en las cualidades de este m~tal. I:n 1'IX'), Chile conslllllió aproximadamente 40.000 LM. de cobre ( tres kilos per cápita ). I:n eslos ["limos años, Chile, ha subido fuertemente cste consumo. I as naciones desarrolladas poseen un alto consumo de cohre. Un estudio reali/111lo CODEI.CO d alio 1996, llIuestra lo siguientc:

e'O

9

Riquezas minerales de Chile tlnivel nl//l/dial

CONSUMO DE COBRE VERSUS PGB (per cápita, 1996) PAIS

Suecia Finlandia Alemania Japón Corea del Sur EE.UU. Francia Italia Australia Canadá Reino Unido Chile

PGB

CONSUMO

(uss I persona)

( k I persona)

28.710 24.057 28.822 36.555 10.643

16,2 18,5 12,5 11,8 12,9

27.248 26.524 20.963 21.394 19.286 19.363 4.987

PAIS

PGB

CONSUMO

( USS I ptrsona )

( k I persona)

España Austria Tailandia Sudáfriea

4.768 14.927 28.243 3.139 2.981

6,9 4,9 4,0 2,6 1,8

9,8 8,8 8,8 9,8 7,3 6,8

Argentina México Rusia Brasil China Indonesia

8.445 3.275 2.979 4.742 649 1.163

1,4 1,5 1,0 1,5 1,0 0,5

6,3

India

367

0,1

Malasia

FUENTE. CODELCO-CHILE

AUTOMOVlL: Vn autom6vil estándar lleva aproximadamente 1,5 kilos de cobre. El auto eléctrico consumirá r 10 kilos de cobre.

RECiCLADO DE CHATARRA DE COBRE La recuperación y reciclado de la chatarra de cobre es variable. En Estados Unidos se considera un 24 % del consumo aparente de ese país ( consumo estimado para EE.UU .• 2.790 millones de T.M. en el año 2000). El cobre se usa como cobre de alta pureza ( principal consumo ), en forma de aleaciones de cobre ( ± 30 % ) Ycomo productos químicos ( 1,5 % ).

ALEACIONES DE COBRE (anlecedentes proporcionados por PROCOBRE) Tipos de cobre •

Cobre térmico Se obtiene a partir de minerales, generalmente sulfurosos, que se concentran para obtener una mata rica en cobre y azufre, el cual se elimina por oxidación al fuego. El cobre refinado térmico, contiene 99,85 % de cobre siendo el resto oxigeno e impurezas.

10

AfI'aro GO/lztílez Lelelier

Su conductividad eléctrica es mediana. 85 % a 95 % IACS (e ha convenido internacionalmente que una muestra de cobre "puro" tienc la conductividad de J 00 % IACS l.

•

Cobre refi/lado de ALTA CONDUCTIVIDAD Sc obtiene al reducir el contenido de impurezas. mejorando las condiciones de refinación. Conductividad 100 % Y 101.5 % IACS. contenido de cobre 99.9 %.

•

Cobre ELECTROLlTlCO Es cobrc térmico quc se moldea en ánodos. que se refinan alectroliticamente. Conductividad alta ( 100 % a 10 1.5 % IACS ).

•

C"hre exelllo tle OXIGE.VO I icnl' la misma conducti\ldad eléctrica pero con un minimo de cobre de 99.95 %.

•

Cohre DESOXIDADO CON FOSFO/lO 1:1 cobrc sc somete a una nueva fusión con adición de fósforo. que es un poderoso tk"o"idantc. St..: rueden dislinguir dos calidades dc

I -

~stc.:

cobre:

desoxidado con ./ásjórn COI1 a/lo contenido de .Iá.~Ior(} residual, conteniendo de cohre dd <)<).85 % V conductividad de 70 % a 90 % IACS

('o/Jn'

,"i"""o

! - (ohre de.,oxidado COII ¡,j,/oro COII ho;o conlenido de /ósforo residual. conteniendo <)<) (J"" de cohre l' COllduclil'itlill/ de 85 0;, a 98 % IACS (Inlernaliolla/ Annea/ed Copper Stw/(Iurdl

el 'PRO.V/QUI::LES 1 '" cUI'''''liquclcs ticncn CllIllCllldos dc níquel quc \'arian del 5 % al 44 °o. Sc utilizan por su l'\cl'ientc resistcnciJ a la corrosión. rcsistencia que aumenta con el contenido de níquel. I as aicaeionl's más importantes SOI1'

•

• •

•

ell.Vi lO ('IISilO ('uSi:!5 ('IISí30

Los euproníqucics son ll1uy utili,ados cn los intereamhiadores de calor. tales como: condensadores. refrig,nadores. recalentadores. destiladores. etc.. por lo que los tubos son la forma comcrcial más corriente. Se encuentran también productos tales como: placas gruesas. placas tubulares. chapas. revestimientos. paredes de recipientes. piezas moldeadas C(1mp cuerpos de bombas o de válvulas. 11

Riqllezas minerales de Chile a nivel mllndial

ALPACAS Las alpacas son esencialmente aleaciones de cobre, níquel y zinc, en diversas proporciones. Para facilitar el m¡tquinado a veces se añade plomo. Son las llamadas alpacas de plomo. Al principio, las alpacas se empleaban para fines decorativos por la belleza de su color blanco, parecido al de la plata. Vinieron enseguida las aplicaciones industriales, principalmente piezas para equipos de telecomunicaciones, por su inoxidabilidad, resistencia mecánica elevada y facilidad de elaboración. Hay que citar los usos de las alpacas en instrumentos de precisión, relojeria y para industrias químicas y alimenticias. Las alpacas con plomo de forja, convienen especialmente para la fabricación de elementos que requieren mucho maquinado, tales como llaves y bulones.

Algunas composiciones de alpacas deforja, son:

• • • • •

CuNiJOZn27 CuNil 2ZnU CuNil5Zn21 CuNil8Zn27 CuNi20Zn18

COBRES DEB1LMENTE ALEADOS Estos cobres se utilizan cuando alguna de las propiedades de los cobre propiamente dichos, es insuficiente. Se pueden considerar los casos siguientes:

• • •

Buena resistencia mecánica a temperatura relativamente elevada, buena resistencia a la corrosión y buena soldabilidad (se recurre al cobre con arsénico). Buena resistencia al reblamlamiento (se puede paliar recurriendo al cobre con plata). Buena maqllinabilidad ( cobre con aZllfre o cobre con telllrio J. Existe cierto número de aplicaciones en las cuales no es indispensable una conductividad eléctrica muy elevada, pero donde por el contrario, son importantes otras propiedades como: resistencia a la tracción, dureza, resistencia a la corrosión y oxidación, etc. Para estas aplicaciones están las aleaciones siguientes:

•

12

Aleaciones cobre-cadmio y cobre-cadmio-estaiio, Donde una aplicación SOI1 los conductores de líneas de ferrocarriles eléctricos. También se utilizan en líneas telefónicas. cables, electrodos y mordazas para máquinas de soldar por resistencia, etc.

Alvaro GOllztÍlez Lelelier

•

Aleaciolles cobre-cromo, Donde aplicaciones típicas son los electrodos y roldanas para máquinas de soldar por resistencia. rotores de generadores eléctricos. elementos de ciclotrones. etc.

•

Aleaciolles cobre-berilio JI cobre-berilio-cobalto, Que se utilizan en herramientas y piezas para trabajos en presencia de materiales explosivos o innamables. para que no produzcan chispas. También se usan para membranas y muelles diversos.

•

Aleaciolles cobre.lliqllel-lilicill. Donde algunos ejemplos de aplicaciones son piens de contactos eléctricos, soportes de ai,ladores. cables portadores y de puesta a tierra. así como tornillos de alta resistencia.

•

Aleaciollt!\ cobre.silicio.mallgalleso, Que se ulili"an en fundas para conductores eléctricos. cajas y accesonos para la industria eléctrica.

LlTONE'l Los latones S0n aleaciones a base de cobre y 7ínc; contienen de 5 % a 46 % de este metal y evcntualmente. varios otros elementos en pequellas proporciones. Según su composición Il'S latones pucden ser bien moldeados o bien trabajados en cal iente o en frío. Son ul i1i"ados en Ii.Jrm" dc ehapolS. de handas planas" enrolladas. de barras. tubos y alambres. 1·1 color a[!.radahlc de los la Iones. que varía del rosa al amarillo para contenidos crecientes dc /iuc. su hucna resistencia a la corrosión y su aptitud para tratamientos superficiales (barniccs transparentes. pátinas. recubrimientos diversos) permiten realizar econÚI11Icamenle objetos de helio a'peeto. de larga duración y de mantenimiento fácil.

COMPOS/C10N DE LOS LA TONES

1.(1s l:iloncs hin,nios se e1asilíc,1I1 por ordcn creciente del contenido de zinc. como se indica a continuación

•

LatlÍlI CIIZII S. I'ara lilhrieación de discos para monedas e insignias. se emplea en bisutería de fantasía. para f:lbriear fulminantes y fundas de balas.

•

LatólI CIIZIlIO. lItili/ados en quincallería. arquitectura y eartuchería. para la fabricación de fundas de balas y anillos de refuer/.o. 13

Riquezas miuera/es de Chile II uive/lIlllllllill/

•

Lató" CIIZ" 15, Por su color se usa para bisutería de fantasía y decoración. En aplicaciones industriales, tales como: guía de ondas. casquillos de lámparas, aparatos eléctricos, tornillos laminados, tubos nexibles, tubos de intercambiadores de calor, decoración arquitectónica

•

Lató", CIIZ,,20, Para ciertos artículos de decoración, instrumentos musicales, fuelles y membranas manométricas, telas metálicas, elc.

•

Lató" CIIZ,,28-30, Usados para la fabricación de estuches y casquillos para artillería e infanteria y de manera general, para piezas embutidas complicadas, para instrumentos de música, radiadores de automóviles, casquillos de lámparas, renectores, tornillería, etc.

•

Lató" CIIZ,,37, Similar a CuZn30.

•

Lató" CIIZ,,40, Con aplicaciones en la arquitcctura y cerraJena, para la fabricación de placas de condensadores e intercambiadores de calor y para la quincallería grande ( piezas forjadas o estampadas en caliente) elc.

LA TONES CON PLOMO Los latones presentan grandes ventajas en la fabricación de piezas mecánicas, sin embargo, cstas ncccsitan frecuentemente un maquinado importante, lo que explica que se haya buscado cl mejorar la maquinabilidad de los latones. Este resultado se ha obtenido gracias a la adición de reducidos porcentajes, I % a 3 % de plomo. Entre sus numerosas aplicaciones están las piezas roscadas para e1ectrotecnía, conexiones macho hembra para circuitos eléctricos, tornillos, tuercas. remaches, fabricación de cngranajes, accesorios decorativos y arquitectónicos, ctc.

LATONES DEALTA RESISTENCIA Los latones especiales se obtienen añadiendo uno o más elementos a los latones simples, con objeto de mejorar algunas características dc éstos. 14

A/varo GOllzó/ez Lelelia

Los elementos utili7.ados industrialmente. son: estaiio. Aluminio. manganeso. hi~rro. pequciias proporciones. arsénico. Estos elementos d~ adición ti~nen dos l·li:elos principales: el mejoramiento de las propiedades mecánicas } ~I aumento d~ la rl'sis!f...'ncia a ciertas !()flllaS de corrosión. nilJu~1. sili~io y ~n

LOS lA TONES DE ALTA RESISTENCIA SON LOS SIGUIENTES: •

LalfÍlI de II/Ia re.li.lfl'llcia CIIZ1I27A15Fel1ll1l2, (JUl' Sl' utili7<.l para piezas sOlllctidas a grillldL's CSfUlT/OS y/o desgastC', tales como: L'llgrall:l,il..'s. cu.iinelcs para baja velocidad ~ grandes cargas. placas-guía rGra hancos dc

trdilar. hélices. •

Lllláll de

~tc.

/1/111 re.~il·ll'IIci/l

CIIZII39/1/FeMII l' CIIZII39FeMIISII,

\:n qUe' las aplicaeiooes típicas de estos lalones son: ejes de hélices. turbinas de hombas. husillos d~ I'Úll'ulas. homhas miniaturas para agua. tuherías para aire comprimido ~ hidráulica. pIe/as l(lIJadas I arias. p"'files e.\lruidos e pié/as maquilladas. cumu tucn:as) tornillos. li.Illlhi0n perfiles arqllilcclúnicos.

('(/PROA L U/II/VIOS

I os cupro;dumini,ls Slln aleaeioncs

d~ cohr~

aluminio. con 'i

prilll'ipalcs \'l'll1ajas dc los cupl\lalulllinios.

"o a II

% de aluminio. Las

son: su Illak.. ¡hilidad ('11 I'río cuando el

l'llnlenido de' ;lluminio es in!'crior al X o" y en caliente cuando es superior a esta cantidad. t\dcm;'¡s. son soldahles e'nlre sí. lil'nen notahle r~sistencia a la corrosión en medios como el agua dc mal' ) agllas úcidas. Son pr:lclicamenle insensihles a los fenómenos de corrosión illlcr~ranular.

sun al11agnétiws (L'xeepll>

aqu~llos

con alto contenido de hierro y

1lI;11lg.~1I1l~SO).

Por pulido adquieren U!1 honito color dorado. Sus características mecúnicas sun l'k\ adas;. las CO!1Se¡T:ln
Las I'rineipales aplieaeilllle's dc los euproalul11inios. son: ~n construcción naval para de hOl11bas. ejes de bl1l11has. hélices. ~ad~nas)' aCL'Csorios dí\ersos. Se construyen cngranaje, y tornillos sin fin sOl11ctido a grand~s cargas. a choques. abrasión y con engrase insulil·icnlL'. Tal11hién se L'l11plea en una gran gallli¡ d~ aplicaeion~s d~eoralivas C0l110 cII~rpos

lllt..'dallas y l11ol11'das. placas. estatuas. reja~. pasamanos ck escaleras. accesori~)s para Cl!il11l'llL';1. (cniel'rus. hisLlll'ria de fantasías. etc.

URONCES

I

llS

aULénticos hronces son a1caciolles de cobre) cstailo. con contenidos que varían

~l'II~rall11L'nIC del

2 al 20 %.

sc e'IlL'UCI1trall úllical11L'ntc en

mús elcl'ados c1elorden dcl 20 0 o al 25%. tales WIllO los de las eal11panas.

C(lnt~nidos d~ ~s(a¡"io

brone~s esp~eiales,

15

Riquezas millera/es de Chile a lIil'e/III/11/{/ia/

Los bronces se utilizan en forma de bandas, alambres, perfiles, a veces tubos para la fabricación de alambres para telas metálicas, tubos flexibles, tubos ondulados, fuelles, piezas embutidas, tubos para intercambiadores de calor, tornillos y remaches formados en frío, muelles planos o espirales, membranas, tubos Bourdon y cepillos. Las propiedades aprovechadas para estas aplicaciones, son: buena maleabilidad, resistencia a la corrosión y buenas propiedades mecánicas y elásticas.

BRO CE CON PLOMO Estas aleaciones son ante todo, excelentes metales anti-fricción ya sea en forma de bujes o de cojinetes macizos o en combinación con una capa-soporte de acero. Una aplicación muy distinta es la de los bronces con alto contenido de plomo (15% a 20%) que por este motivo, resisten muy bien la corrosión en las instalaciones que producen o util izan ácido sul fúrico.

BRONCES CON ZINC Los bronces con zinc tienen más o menos las mismas aplicaciones que los bronces, salvo quc su maleabilidad en caliente es mejor y que sus características de fricción son algo peores. Los bronces con zinc son especialmente indicados para las aplicaciones navales así como para la fabricación de accesorios en contacto con vapores o productos químicos.

COMPUESTOS QUIMICOS DEL COBRE La producción mundial de compuestos químicos de cobre, utiliza alrededor del 1,5 % de la producción de cobre primario. De esta cantidad, el 80 % se utiliza en la producción de sulfato de cobre pentahidratado, el que se utiliza también como precursor para producir otros compuestos de cobre. La producción de compuestos dc cobre juega un importante papel en la industria y en la agricultura. Uno de los más antiguos fungicidas empleado extensamente en la primera parte de este siglo fue el caldo de Burdeos, una mezcla de sulfato de cobre y cal; también fue utilizado el caldo de Burgundia, que es una mezcla de sulfato de cobre y carbonato de sodio. Posteriormente la aparición de pesticidas y fungicidas c1orados y fosforados hicieron 16

Ab'flTO GOllzó/ez Le/i!lieT

d~clinar

el uso de ~SlOs compuestos pero ulumamt:ntt: la introdut:ción en d mercado de los llamados compuestos de cobre fijo, óxido y oxicloruros, unido a la eficiente acción como fungicidas y algacidas y a su relativamente baja toxicidad para las plantas)' organismos superiores. ha hecho repuntar el mercado dt: estos compuestos de uso agrícola. El conre cs un demento que en pequeiías cantidades es esencial para las plantas y animales superiores. aunque suministrado en altas dosis puede ser agudamente tóxico. Los compuestos de cobre, tales como sulfato. carnonato e hidróxidos. producidos en calidad alimenticia. son ampliamete utilizados para suplir dictas de animales. aves. cerdos. ovinos)' vacunos.

I as sales de conre como sull~llO. se utilizan para controlar algas en lagos )' tranques y los óxidos en la t:laboración de pinturas antiincruslantes de uso marino. debido a la baja lolerancia dt: los moluscos al eonre. El at:etoarsenito de conre llamado Verde de París. se utili/a como inseclieida y el arsenato doble de conre ) cromo. es un excelente pn:scrvante d~ la madera. utilii'ado ampliamente cn Estados l ¡nidos y cn Canadit. El cobr~ ) sus Clllllpu~Stos: cloruros. boruros y Iluoruros. son utilindos como catalii'adores en numerosas rl'acciolll.:S

<.k

química

orgúnica.

por

ejemplo

en

reacciones

de

polimerización.

isomcri/.acióo y cracking. Tamoién se utili/a cn la industria textil como pigmentos. oxidantes y mordientes y en la preparación dd rayón)' acrilonitrilos. I'alllbién sc utilwlIl compueslos de cobr~ como pigmentos para vidrios. cerál11lcas. pinturas. barnices y en la elaboración de pigmentos de i'taloeianinas de cobre.

por~elanas.

SOllll.:iolll:s dc salc~ de cohn: 1..:01110 los cianllrn~ y los Iluorllros Sl~ 1I1ili..:an en galvanoplastia

\ para tratamiento

sup~r1icial de

metales como hierro y aluminio.

t\lgunos eomput:stos complejos de cobre coo c1on> o con amoníaco se emplean para absorber seleetivamenle monóxido de carbono. nutadieno y alquenos de corrientes gaseosas. I'n la induslria del petróleo se t:mplean compuestos dc conre COIllO agentes d~sulfurantes )' purilieantes. En los barros dt: perlilfacióo se emplea carbonato de cobre para proteger contra la cmisión de gases venenosos de sulfuro de hidrógeno y el yoduro de ~obr~ s~ ~mplca lamhién en lodos d~ perforación para proteger narras y trépanos contra la COITOSIOIl

17

Riquezas minerales de Chile a nivel IIIlIIulial

COMPUESTOS QUIMICOS DEL COBRE DE IMPORTANCIA INDUSTRIAL PRIMARIA

Los compuestos de cobre de importancia industrial primaria, son los siguientes: •

Oxido Cuproso Utilizado ampliamente en pinturas Antifouling, también se emplea como fungicida para el tratamiento de semillas y granos. Como pigmento rojo en vidrios y cerámicas. En rectificadores de corriente eléctrica y como componente de soldaduras. Es un efectivo absorbente para el monóxido de carbono y se utiliza como catalizador en numerosas reacciones orgánicas.

•

Oxido ClÍprico Se emplea ampliamente como precursor para la producción de numerosas sales de cobre. Uno de sus mayores usos es la producción de compuestos para preservar maderas. Se utiliza como aditivo en alimentos y como pigmento en cerámicas, porcelanas y vidrios. Combinado con dióxido de manganeso es un efectivo catalizador para la oxidación catalítica de gases, en la remoción de óxidos de nitrógeno, ozono y monóxido de carbono. Se usa también como catalizador en la producción de acrilatos.

•

Hidróxido de Cobre Se emplea como precursor en la producción de compuestos bivalentes de cobre. Se emplea para producir naftenato cúprico, etilhexanoato cúprico y jabones de cobre. En complejo con el amoniaco, reactivo de Schweitzer, se utiliza en la producción de rayón. También se utiliza como aditivo en alimentos, como fungicida y en la vulcanización del caucho.

•

flidroxicarbonato de Cobre Se emplea como precursor para la producción de sales y jabones de cobre, como aditivo en alimentos, en el ablandamiento de petróleo y en galvanoplastia. También se emplea como catalizador en reacciones de hidrogenación y como acelerador en reacciones de polimerización.

•

Cloruro Cuproso Se utiliza en la producción de oxicloruro de cobre, de polvos de cobre metálico y de pigmentos de ftalocianinas. Se usa además en la producción de polímeros de silicona, en la vulcanización de gomas de etileno propano y en producción de acrilonitrilos. Tiene aplicaciones en la purificación de monóxido de carbono.

18

AI"aro GOl/zález Lelelier

•

Cloruro Cúprico Dihidratado Se emplea en la preparaeión de oxiclaruro de cobre. como catalindor en numerosas reacciones orgánicas de clorinación tales como la producción de cloruro de "inilo no de dicloroetano. Se utili7~1 en la industria textil. como mordientc y en el petróleo para desulfurar aceiles crudos. Las soluciones de cloruro cúprico son empleadas en deposición de cobre sobre aluminio. También se utiliza como pigmento de vidrios) ccrúmicas y como preservante de la madera.

•

Oxiclaruro de cobre Se utili/.3 ampliamente como fungicida foliar.

•

Sutrato de cobre pel/tahidratllllo I's el compuesto de cobre de mayor utili/aciún por la 'ilCilidad para su producción y su precio relativamente bajo. Se utiliza para la producción de fungicidas foliares como la llle/c1a de Burdeos. mezclado con dicromato de sodio y ácido arsénico es un excelellle presl'rvante de la madera. Es un efectivo y económico algicida para uso en lagos y tranques. En solución es ulilil.ado ampliamente en gahanoplastia. En minería se utiliza COIllO aClivador en la flotación de minerales de plomo. zinc y cobalto. Se emplea talllbién como mordiente e'n la industria textil y en la preparación de pigmentos.

S" (,llima /fu(' lo.\' ml/yor('s uso.\' del sulfato de cobre pel/ta/¡idrat{/(Io se aKrupau el/ la forllla .\Oifo:lliellte:

usos Agricultura (mplemel/to alimel/ticio, I/utriel/te de melos, jllllKicidas ) . t/Kicida il/dustrial ¡\fil/aia (actil'(lIlor def1otacilÍl/) Gah'(1I1oplastia

41 % 27 % 10 % 5%

lambién se utiliza en menor cxtensión el sulfato de cobre monohidratado " el sulfato h:'lsico de cohre.

19

Riquezas minerales de Chile a nivelmllllllial

COMPUESTOS QUIMICOS COMPLEJOS DE COBRE DE MENOR IMPORTANCIA

Existen muchos compuestos de cobre que tienen aplicaciones menores. A continuación se enumerUlI algunas de ellas:

-Acetato cuproso -Acetato clÍprico monohidratado -Acetato clÍprico básico -Acetoarsenito clÍprico -A rsenato de cobre -A rsenito clÍprico -Bromuro cuproso -Bromuro elÍprico -Cromato clÍprico -Cianuro cuproso

-Yoduro cuproso - Nitrato clÍprico trihidratado -Oxalato clÍprico -Fosfato clÍprico trihidratado -Difosfato clÍprico hidratado -Seleniuro clÍprico -Sulfuro cuproso -Sulfuro clÍprico - Tetrafluoborato clÍprico -Tiocianato clÍprico

E~tos

compuestos tienen aplicación: l. Como fungicidas, 2. Producción de pigmentos, 3. Catalizadores, etc.

NOTA: Es interesante mencionar las principales propiedades del cobre, destacadas por PROCOBRE en forma muy didáctica, para incentivar el uso de este metal que tiene vital importancia en nuestra sofisticada sociedad humana.

20

A/llftro GOllzá/ez Lete/ieT

PROPIEDADES DEL COBRE •

ALTA CONDUCTIVIDAD ELECTRICA 1.;/ ('ohre es el lIIejor condllclo/' de la eleclricidad. Unicalllenle la plala le sllpera lig('l'alllenle, la qlle lo conl'ierle en elllle/allllás IIsatlo en ellranspo"'e o condllccián tle la energia eléctrica. Internacionalmente se ha cOIl\'cnido lJue lIna mllestra de ('ohre puro tiene

una

cOl/dllc/il'idatl de lOO % lA es ( In/erna/iona! AI/nealed Copper Slandard J, es decir 58 III/flllllll', AlglIl/"s cohre I'lIros plleden alcan::ar 102 % 111 es, •

GRAN RESISTENCIA A LA CORROSION ¡:¡ Iwr!¡'c/{) es/ado tle cOl/st'l'l'aciál/ de a,.,e!úc/os de cohre de ,'arios siglos tle lIlltigul'dlld dCJ11lfestr(ln elex('('lente comportalJliellto del (,ohre/rente ala corrosiónlJO'ug(,IlI('S 11IlIIOS¡¡;'-¡cos. I~.\I{( }'e\"Íslencia se dehe

1I

lu /o/"1Jl(/(:iúll so/n'e la .\upel/icie del

/1/('/01 de 111/ CIII/lplles/a a la "c:: il/solllh!e, illll}('I'IIIl'ohle ,1' de /oda oxidaci!;I/I)(Is/erior, •

/1/11)'

odlJeren/e !file lo prolege

.. 11. J:.l CONDUCTIVIDAD TERMICA

/.0 hoja resisli"id",! del cohre, el/ COl/jllll/O con .1'11 resis/encia a la mrrosián, perlllile .1'11 1IlJ!iClICiúll el1 c!Íl'{'rsos IJrm!uclos.

COIJlO

IJOr ejcm/J/o. luho.\ para illlcrclImhiw/ores

de

clI/or

•

DUCTIL/DAD 1'l/O tic las Ilrollin/",les /isica,1 1/10.1' illll)(l"'I/l7les tlel cohre es .1'11 tlllclÍlidatl qlle le !Jcnnitc alurgorse.l' estirurse.

•

MArEABIL/DAD 1.;/ ('ahre /iel/e /1/111' hllena CalJilcitl",1 para ser tle!ol'llllldo en!iío,l' el/ caliel//e lIIedial/le procesos !tIle,1 CO/l)(l: lalllinaciál/, eX/l'IIsiáll. .forja. 1,0 lIIaleahilidatl tlel cohre 11' perlllile !omlllr IlÍlllil/as 11111,1' delgatlas para aplicaciál/ de cllhie,.,a,l' de {echlllllhre,

•

.. ILlA (/tPACII>AD DE ALEAClON METAL/CA 1'.'1 cohre Il1Ietle 1IIl':c!arse con o/ros Il/e/l¡/esjiIl'lI/OIl1lo oleaciones tle cohre !file mejoran las Ilropied",les del cohre ( resis/el/cio lIIeclÍnica, mllllllinahilitlod ), en aplicaciones eSllec í!icas

•

I'ROPlFDADt3' BACTERICIDAS /) cohre ejerce

l/IUI

lIccián

haclericidll

o

wllimicrohiullo

sohre

hllCI(!,-ias

(Iue

l'<'I/I'('sel//0I7 dil'('I'sos IWsihilid",!es de Clll1l11ll1i1lllCiál/ /an/o de origen IJlllllal/O COIllO umhienllll. LI COJlIoclo IJ(!/"1JWlh'Jlle c/c l1ue.\lnls m((J1()S con acccsorios de cohl"e o sus

a!eaciol/es (pa,I'a/lIllI/OS, horras, grijáías, e/c.! pro/ege en jilrma nalllra! tle lIIicmorgal/ismos pa/lÍge/lOs no "isiNes alojo hllll/0I7!J, 21

Riquezas miuerales de Chile a uivelmlll/dial

•

COLOR CAL/DO El color cálido del cobre, sin equivalente entre los demás metales, exceptuando eloro, lo hace apto para la decoración y el arte. Además la superficie del cobre expuesta al ambiente adquiere colores que van desde el dorado al ,'erde pálido, pasando por tonos de café. Estas coloraciones se forman naturalmente con el paso del tiempo y de acuerdo a la calidad atmosférica de cada localidad.

•

RESISTENCIA AL FUEGO El cobre, por Sil elevada temperatura defusión ( 1083 OC) es resistente al fuego y los productos de cobre presentarán IIn retardo importante frente a los otros materiales.

•

ES UN ELEMENTO BASICO PARA LA VIDA ANIMAL Y VEGETAL El cobre pertenece al grupo relativamente pequeño de los elementos metálicos que son esenciales para la salud humana y qlle se requieren para un proceso metabólico normal. El cuerpo del adulto contiene entre 1,4 y 2,1 mg de cobre por Kg de peso. cantidad que es imprescindible para el bienestar de la persona.

•

EL COBRE ES UN MA TERIAL MUY REClCLABLE El reciclado del cohre y de sus aleaciones como parte de ahorro en la producción se ha practicado dllrante siglos. El precio del metal reaprovechado es tan sólo 10 % inferior al del metal primario.

22

Alvaro GOllzález Lelefier

MINERIA DE COBRE EN CHILE I'n ~sta rarlC d~bcmos destacar rrimcro. CODELCO, que es la Empresa mayor cantidad de cobre en cl mundo.

qu~

produce

COIJELCO

i'stá constituida por cinco divisiones operativas: CIIII/fllicalllala, El Salvador. Alldilla, El Tellimle. Talleres Rallcaglla JI .1'11 Oficilla Celllml con la dirección superior y com~rcialización de sus rroductos. Se formó en el ario 1976 por la integración de las I:mpr~sas de la gran mineria del coore. rropiedad del Estado de Chile. I.as divisiones CIIII/fllicalllala. Salvador, Alldilla JI El Telliellle. son las division~s que ~splotan minas de cobre y la Divi.l'itíll Talleres de Rllllcagllll. es un complejo metal m~cánico. que fabrica cquipos . rcpu(;stos y grand~s piezas para las divisiones mineras de la cnrpl)l"~H:iúll y

otr3s Cll1presas.

SU L'S División Tocopilla. quc opna la planta 1~l'Ino~léctrica. proporCllJIla energía eléctrica a gran parte dclnorte (;hileuo: recientemcnte se ha lranslonnado cn Sociedad Anónima. en la que participa CODELCO. sus lraoajadores e inversionistas estranjeros y nacionales. I.as principales minas de cobre dc Chile. apareccn en la tabla 1.2. con sus producciones actua1cs y proy~ccioncs hasta el aiio 2000.

COBRE: TECNOLOGIA DE OBTENCJON 1:1 pres~ntc estudio se limitara a una breve Liescripción del mineral "El Telliellle". por ser la mina subl~rránca más grande del mundo. y además. su I"undición en Caletoncs es lider en t~cnología de varias Ii.mdiciones. Su proceso. conocido mundialmcntc como "PROCESO TENIENTE", sc está usando cn todas las rundicion~s: CODELCO-CIIILE, así como en las de ENAII1I y fundiciones estraujeras de NKANA de Zambia : ILU SOlllftem Copper de I''''Í! y La Caridad 111 de eSA. de e JI. dc Mésico.

/.( 1:" II~: FoIII'10 CODELCO - 1-:1 T¡'"ic'IIf¡', Tt·(tlloJ.:ítt Tl'lú.''''¡' SlIh!tI'TI'"áll /1IJ!I'IIinlll. IJt/Onlll'.\ pllrti..,t/tlrl·\.

dI'

Flllldici,iu. 4hril 1996. DepaTrmm'IIro E,\fmlio\

t' ¡""l'rJi;OtW\.

23

Riquezas milierales de Chile a lIivelmulldial

TABLA N° 1.2 PROYECClON PRODUCClON CHlLENA DE COBRE DE M1NA (Miles de T.M. de cobre-fillo) EMPRESA CODELCO, Chile Sociedad Minera Pudahuel Empresa Minera Mantos Blancos Disputada de Las Condes

OPERAClON Varias

Ver ANEXO 3

1994 1.934

1995 1.138

1996 1.169

1997 1.183

1998 1.317

1999 1.464

2000 1.467

Lo Aguirre Mantos Blancos

15

16

16

10

O

O

O

77

79

80

79

80

80

80

El Soldado Los Bronces

66 122

67 130

67 130

65 132

56 133

61 132

61 135

El Indio Varias Escondida Los Pelambres

Lince

32 174 484 23 27

34 175 520 24 50

40 175 910 24 50

40 175 920 24 50

40 175 900 60 50

40 175 900 60 50

40 175 900 60 50

Quebrada Blanca C. Colorado

7 21

63 40

75 55

75 60

75 60

75 60

75 60

La Candela ría Iván-Zar

31 1

126 9

122 10

119 10

129 10

104 lO

101 10

Zaldivar

O

34

87

117

125

125

125

Manto Verde

O

O

30

42

42

42

41

Collahuasi

O

O

O

O

150

300

348

El Abra

O

O

O

131

225

225

225

Llda.

LOnl
O

O

O

O

50

50

60

Outokumpo

Relincho

O O

O O

O O

O O

O O

O

Sta.Catalina

25

80 22

Allamira

O

O

O

O

12

12

12

Las Luces

O

O

8

10

10

10

10

Andaeollo Cu Varias

O

O

O

6

7

24

20 44

20 44

20 44

20 44

2.220

2.512

3.072

3.306

3.736

4.071

4.201

Compañia Minera El Indio ENAMI y otros Minera Escondida Anaconda Minera Michilla Cominco-TeekENAMI-Pudahuel Río Algom Phelps Dodge

Sumitomo Rayeock Llda. OutokumpoPlecer Dome

Empresa Minera Mantos llIancos Mantos MinorcoFelconbridge Cypeu,CODELCO-Chile Gibr:lltar Mines

ENAMI Sociedad Minera Pudahuel Las Cenizas Citihank CaT1:Hhl TUl1stcnCm". ENAMI OtroSX.EW TOTAL Producción-Chile

FUEfto,7.. E. t"femofwl1o( Copper SflU{1' Group. E.'lfmUlclOltes COCHILCO

24

Alvllro COllztÍlez Le/elier

Mineral El Teniente Esta Di\'isión de CODELCO. como se dijo anteriormente es la mina subterránea más grande del mundo. exlrae 98.000 tOlleladlls de milieral por dill COII /11111 ley media de 1,/4 %. El año 1995 completó la cxtracción de 1.000 millones de toneladas. La mina "1'1 rl'nil'nle". se encuentra en la VI región a 149 k al sur de Santiago. a 63 kl al noreste de Ral1l:agua) a ~.I 00 m de altura sobre el nivcl dclmar. Posee plantas de beneficio del mineral en Se\Vell y en Colón y su fundición en Calelones. produce 365 mil T.M. anuales de cohre moldeado como ánodos y retinado a fuego. Ademús. prodoce del orden de las ~.3()0 T.M. ( fino ) anuales de concentrado de molihdenila y S.OOO LM. anoales de dtodos de cobrc dc electroobtcnción. J)o/lIcióll: 6.900 trabajadores /lltÍ.'· elllpoyo de IIproximadamellte 2.000 cOlltratistas ell /rahajo de proyectos.

I ,ti tecllología de ohtclH..:iún, cnlllpn:ndc tres etapas b;'¡sicas:

•

Extracció"

• •

Concelltracián FtllUlicilÍ1I

•

LVTRACClON 1'1 mineral se extrae medianle cl sistema de "hnndimicnto de bioques". que consiste en soc<1\ ar con explosivos. hloques redangulares de 80 por 100 m y de I ~O a 180 m de ;llto. conknil'ndo unos cinco millonl's de toneladas de mineral. Mediante piques espl'ciales. c1minc'ral quebrado con CXpIOS1\0' cae a los niveles de acarreo de donde es transporwdo a los concentradores de Se\\c11 ) Colón. En la actualidad. el laboreo minero alcanzó una /ona de la mina conocida como de roca primaria. de gran dureza y de menor eontenido de cobre que la trabajada anteriormente. Esto requirió de la implementación de un método de explotación distinto) de una masiva mecanización. junto a la instalación de gigantescas chancadoras subterráneas y otras ohras anexas. Este nue\'o sislema permite explotar en fórma eficiente esta zona de la mina especialmente dificil. para lo cual se hace necesario construir unos -16 kl al all0 dc nucvos piques' galerías. La mina ticne dos accesos: "Telliellte c~ .. a 1.983 111 sobre elnivcl del mar. que conecla la parte interior de la mina Colón donde se l:ncuentra una de las plantas concl:ntradoras: 2S

Riquezas minerales de Chile a nive/mum/ial y "Teniente 5" que sale a la parte superior de Sewell para alimentar al concentrador de dicho campamento. En el interior .de la mina existen cuatro ascensores o "jaulas" que conectan los niveles de trabajo donde hay oficinas. asistencia médica, bodega, polvorines, talleres mecánicos, etc.

•

CONCENTRACION Se efectúa en plantas ubicadas en Sewell y Colón, donde se chanca, se muele y flota el mineral hasta convertirlo en concentrado de cobre de 31,0 % de ley. También se obtiene molibdenita como subproducto.

Existen dos grandes concentradores en "El Teniente" l. Concentrador Sewell ( el más antiguo J. Recibe 24.000 T.M. de mineral diarios a través del acceso "Teniente 5". 2. Concentrador Colón. Recibe 64.000 T.M. diarias a través llel acceso "Teniente 8" Estas plantas constan fundamentalmente de buzones para recibir el mineral, el que se distribuye por correas transportadoras a los chancadores.

Molienda. Primero se realiza una molienda gruesa en tres etapas. Chancado primario, secundario y terciario con los correspondientes harneros, hasta reducir el tamaño de la roca a y, pulgada de diámetro más o menos. Luego pasa el material a molienda fina y húmeda por adición de agua en molinos rotatorios de bolas de acero.

Flotación. La pulpa formada por mineral molido más agua se lleva a flotación en una batería de celdas donde se hace burbujear aire desde el fondo de las celdas. Los sulfuros se adhieren a la burbujas formadas y salen a la superficie por las características propias de estos, ayudados por reactivos químicos llamados "colectores" y otros reactivos llamados "depresores" que hacen el fenómeno inverso con los otros productos. Los productos que suben a la superficie se llaman productos de cabeza, los otros de cola. En una primera flotación. flotan los sulfuros de cobre y molibdeno. Enseguida se hacen varias flotaciones de limpieza y relimpieza y luego se hace una segunda flotación con reactivos colectores y depresores diferentes para separar CuS del MoS z. En esta segunda etapa el MoS z (molibdenita) producto de cabeza sale con la espuma de aire por la parte superior de la celda; este concentrado de molibdenita se envía a secado y posterior envasado, comercialización y venta.

26

AI\'{lro GOllzález Letelier

1:1 cohrc quc se ohtienc en la cola del proceso dc Ilotación, sc elimina parte del agua por opcracioncs de espesado, I"traeión en filtros rotatorio y sccado en cilindros de acero a fucgo directo. Este concentrado de cobre con un 31 % de Ic)', sc envia como pulpa al proceso dc fundición de ealetones, mediante una eaiiería de 8 pulgadas de diúmetro)' 3 kl de largo. 1-:1 estéril o relave sc saca de las celtas de Ilotaeión, SC cnl"Ía por gravcdad a cspcsadores para recupcrar el agua. El rel<1\"C cspesado, escurre mediante una canoa de concrelO de 85 kl dc lilrgo hasta el Embalse Carén, ubicado en la cordillera dc la costa, comuna de alhué, donde sc deposita. Este embalse recibe más de 90 mil T.M. diarias de rela\"C pnn'c'nic'nte del proceso de concentración del mineral.

•

F(lNDIClO{\'

1:1 concentrado de cohrc provcnientL' del concentrador Colón es sometido a procesos dc liltraciún

y

sL'cado

qUL'

le

disminuyen

su

COIl1L'llido

de

hUllledad

a

UIl

W%

aprnximadamL'll1c. llna parte (la IllCIHlr) de cstL' concentrado se transporta al "/lomo de Reverbero" domk sc funde a mús dc 1.200 oC. separúndos<: <:n dos ¡¡'ses liquidas: l.

To)e o IIIlIla, I.u .!mcci<Í1/ I/I<ís I"'.wdu.

II/C:c/U

dc .\/i/II/ro\ d" coh,.,· .\' liaro 1'011 -1-1 % u -IS % de

('ohr(' se "O o/ /o"t/o, desde dow/('\(' \H(,/O, (/1(('

('r/n/!.'

median/(' orificios IIhi('ado.\

(J

l1in'/ dc/

se c/e,\('(lI)!,lIJ1 eU/Ol'lIlll /iqHie/o u grune/('s ol/u.\ (/H(' lo Iransporton a los

!Jorl/os /JtlJ'u rellli::uJ' los jJF(}(,(,SO,\ e/c cOII\'('r,\i(ln

2

I:\coria. I.u I'u"/,, 11/tÍ.\ ¡¡"iol/u 1'(111 II.S "" d" coh,.e '11I"du Il%llllo soh,." lu olllaio,.. .1'(' I'IIcill flo" ,."hul.lt' l}(Im .1'['1' lraslododo u 111/ holodero.

11/(1.1'0

IÍllllido

I a cnergía cn esta ctap'l C'i suministr"da por qnemadores oxigeno-petróleo de disei10 \ tecnología I'rnpios. instalados en la hóvcda o tc'cho dd horno. I\prnximadamcntc un 75 00 dcl eonccntrado (posteriorlllcntc snú todo el concentrado) se 11r( ' cesa sin uso dL' comhustible en los "Col1\'erlidores Telliel/le" equipos cn los cuales se aplican tccnologias pirnlllctallrrgicas dcsarrolladas cn la FlIIllliciólI CaletolleJ. quc pCTmitcn la fusión continua v autógcna tic I matcrial alimcntado con uso de aire cnriquccido UlI\ oxigeno)' aprovcchando la cncrgía gcncrada cn las rcaccioncs de oxidación dc los sulfuros. I lila alta proporciún (k la rllsiún (k concL'lllrado en los t.:onvertidores Teniente.

Sl'

realifa aplieandn la tccllologla dc ill)Cceióll tk conccntrado scco (0.2% de humcdad) dirL'Ct,ullclltc ,11 haiin hUllledo, a tr'l\ és dc tobcras espccraks I:n los COIl\'<:rtidores Telliellte sc produce la separaeiúll dc dos ¡¡Ises líquidas. ~7

Riquezas minerales de Chile a Ilivellllll/ldial

-Escorias Corresponde a la fase más liviana formada por óxidos de fierro y componentes del fundente agregado. Esta es enviada a los Hornos de limpieza de escorias y/o Hornos de Reverbero para recuperar el contenido de cobre (5 % - 6 %). -Metal Blanco La fase más densa constituida por sulfuros de cobre (74 % - 76 % de cobre) con contenidos menores de fierro, es transportada mediante ollas a los Convertidores Convencionales, en los cuales se sopla aire al baño fundido para eliminar el azufre y fierro remanente. hasta obtener cobre blister de 99,4 % de pureza. El blister líquido se envía a los Hornos Basculantes de Refinación, en los cuales se produce cobre refinado a fuego ( RA.F 99,9 % de pureza) o de cobre anódico (ánodos de 99,7 % de purcza). En ambos procesos de refinación, el cobre es sometido a una etapa de oxidación con airc y adición de fundentes especiales para la eliminación de las impurezas disueltas seguido de una etapa posterior de reducción mediante la inyección de una mezcla reductora dc combustible-vapor de agua, con el objeto de eliminar el oxígeno solubilizado. El cobre refinado a fuego se moldea en barras ( lingotes) de un peso aproximado a los 24 k cada uno. El cobre anódico se moldea en dos formas de 275 y 375 k dejándolo apto para ser elcctrorefinado.

Transporte. Finalmente el cobre se transporta a Rancagua donde se pesa y lotea según lo solicitado por los clicntes. De Rancagua se transporta en tren a los puertos de San Antonio y Valparaíso. dc donde se embarcan a di fcrentes países del mundo.

28

A/varo GOl/zá/ez Letelier

PLANTA ELECTROLlTICA En d Millera/ E/ Telliellte no se realiza refinación electrolítica, pero se obtienen ánodos impuros dc 99.7 % de cobre que es un producto comercial. que además es susceptible de ser snmctidn a cstc proccso de purificación. El proceso de purificación electrolítica se realiza en celdas electrolítica. ácido resistente cnn únodos formado por el cobre impuro ( 99.7 % ) Y el cátodo formado por una delgada lúmina de Cu puro que constituye el cátodo inicial. El electrolito está formado por una ",lución dc sulfato de cobre y ácido sulfúrico diluidos. I'nr eli:cto de Ins reacti\l's del electrolito (CuSO. + II!SO.) y el paso de la corriente ek'ctrica se disue" e el ánodo impuro formándose una solución de CuSO. y otros productos " elementos que sc depositan en el fondo de la celda. constituyendo el "Barro Allótlico ". Por dccto de la corrit:llh': c10ctrica la solución de CuSO..¡ sufre una disociación iónica. Los

iones eu"

sc depositan cn el cátodo y los ioncs SO.¡= sc descomponcn en el ánodo.

Ilcspués de varios días el Cu se acumula cn el cútodo formando una lámina más gruesa de c:"tlodlls de "e/ectrorejillacilÍ" " con 99.97 00 de le) de eu quc es un producto comcrcial. Del "Barro r!/IIjtlicu" depositado en el fondo de la celda sc rccupera: Oro, Plata, Se/elliu, Te/lira, "'íqlle/, etc. I·s neccsario distinguir los cátodos de "e/ectrorejillaciólI" de los minerales sulfurados ,,'mctidos a procesos pirometalúrgieos de los cátodos de "e/ectroobtellciólI" de los IllÍnnales de haja ley obtcllidos dd proceso de "Bio/ixÍI'iaciólI o LixiviaciólI Bacterialla" tI

d.. . los mil1\..'ral . . . s oxidados.

29


FIGURA N° 1.1 MOLIENDA-CONCENTRADOS-SECADOS

Primario Secundario

MOLIENDA SECA Terciario

MOLIENDA HUMEDA 5

6 -:~--...

~.~~

CONCENTRADOS

D

SECADO

Celdas de Flotaciór

Filtros t:lpesadores (Decantación:

-------'. SECADOR

30

AII'lI/'o (;()II~ále~ Letelier

31

1M

DIAGRAMA DE PROCESO ACTUAL

'"

~

~.

~

§.

CONCENTRADO (J %p) ESCORIA A BOTADERO ~~~~ ~

..... EJE O \lATA

... -.

0:

~ ·~·u·

., :

40 'A.

:

6O"A.

CONVERTIDOR TE.'1IENTE (1)

.

~

a-

1}

SECADOR DE UCllO FtVlDlZA

Q ~

"::

............

0.2 % ItVMEDAD

..............•.....••.••........••....•...•••.•.... , AIRE +<'ARBO'I

....... 1Jl~ ••

.... • • • • • • • • • • • o • • • • • • • • • :

ES('ORIA A BOTA DERO oC 0.85 ·l.Cu

COBRE BLISTER - 99" \tI

...........................•...........••••.................•..................... . .

ANODOS 9'9.1 ·t.("u

..

RllEDA \fOlDEO RAF

RVEDA MOLD.:O BLISTER (1)

(lI

COBRE RAF 99.9 %Cu

.... FIGURA N° 1.3

COBRE BLISTER 99A%Cu

i¡¡ ...§ ~

AIt'aro CO/lztÍlez Lelelier

Reacciones químicas generales en los procesos de !umlición del cobre. En los diferentes textos especializados aparecen ciertas diferencias en las reacciones químicas básicas de los procesos de fundición del cobre. Estas diferencias son más aparentes que reales y obedecen a distintos criterios de interpretación de acuerdo a cuales reacciones suceden primero dentro del conjunto de reacciones que se verifican en los hornos. I'n el presente trabajo. la secuencia de las reacciones químicas se han seguido de acuerdo a: "E/lcyclope/~Y 01 C"emiclll Tec/lolagy".

Reaccio/les de FI/sió/I Fn el proceso de tostación del concentrado. parte dcl sulfuro se oxida a S02 y queda con una concentración suficiente para producir ácido sulfúrico. 1.-

2e1/FeS! + O!

2.-

FeS:

J.-

S + O:

.~

~

CI/!S + 2 FeS + SO! FeS +5 SO!

4.- 2FI'S + 30.,

~

2FeO + 2S0!

5.- 250! + O!

~

2503

6.- FeO + 503

FeS04

I'n estado de fusión. el sulfuro cuproso y el sulfuro ferroso son miscibles. formando la mata () CJe.

1:1 silicato de fierro y el óxidl) de lierro forman una capa separada que nota en la mata y puede ser separado. electu:1I1do una primera separación parcial del fe y el eu. Las reaCCiones que se veri liean en la cubcta de fusión pueden representarse en la siguiente Illfllla:

,~.-

9.-

JFeS + 50! CI/ + CI/FeS!

33


-+ ClIzS + FeO

Puesto que el sulfuro ferroso es más fácil de oxidar que el sulfuro cuproso, el fierro puede separarse del cobre en los convertidores. Por esta razón el sulfuro cuproso queda en el convertidor, mientras que el Fe se oxida y se combina con la sílice y es eliminado en forma de escoria. Reacciones típicas de esta conversión son las ecuaciones 7.- ya mostrada y la ecuación siguiente: 12.- 2FeS + 30] + SiO]

El sulfuro cuproso se combina con el oxígeno para producir óxido cuproso y anhídrido sulfuroso. Además, el sulfuro cuproso y el óxido cuproso reaccionan para formar cobre metálico y anhídrído sulfuroso en los convertidores.

-+ 6ClI + SO] 15.- 3ClIzS + 4,50]

-+ 6ClI + 3S0J

En la operación final de fusión, que es la refinación a fuego, se eliminan las últimas impurezas por la acción de un proceso de reducción mediante la mezcla reductora: combustible-vapor de agua. 16.- 4Cu + O]

-+ 4ClI + COl En el mineral El Teniente también existe una planta de extracción de cobre por "extracción" con solvente y electroobtención (SX-EW) ubicada cerca de Colón. Esta planta recibe el agua de drenaje de diferentes sectores de la mina que contiene cobre disuelto. Este se recupera mediante extractantes orgánicos y posterior electroobtención. Su producción anual es de: 6.000 T.M. de cobreflno.

34

Alvaro GOlIZález Letelier

I'ambién existe una Planta de Trmamiento de Pol\'os de la Fundición. Su objeto es tratar los sólidos recuperados desde los sistemas de limpieza de gases de la fundición. En ésta se recupera el cobre soluble que va a la planta SX-EW y el cobre insoluble es retornado a la Fundición.

NUEVAS TECNOLOGIAS EN LA INDUSTRIA DEL COBRE "s importante indicar aquí las innovaeioncs más importantes en el área del cobre. Estas St)l1:

• Lixil'iación Bacteriana • Proce.m Teniente • Horno Olttokltmpo Flash Esmelting

LlXIVIACJON BACTERIANA I a li~iviaei(\n bacteriana o bioli~iviaei(\n es un método hidrometalúrgieo para extraer metales a partir de minerales de baja ley. Se basa en la propiedad de ciertos mierorganismos. para catalizar reacciones de oxidación de compuestos sulfurados. Es un método relativamente Illle\O que se inicia en forma industrial en la década de los setenta. ( I ()\ lIIicl"(}()rgalli.\"II/lIs hall <,xis/ie/o e/ese/<, Slelllpre ell el /errello) Uno de los microorganismos mús importantes para ser usados en este proceso. es el 7hiobacilllls Ferrooxidalls, que se aisló para su e;,tudio por primera vez en 19-17. Posteriormente se han licseuhierto otros tipos de bacterias como: Tltiobacilllls tltiooxidalls. organismos terlnúlílos dd género SII!folobllS, cte.

Mecanismo de acción de los microorganismos I a haeteria actuaria en las reacciones de oxidación de los sulfuros según un meeamsmo directo \ o según uno indirecto. •

lI1ecallislllo Directo

1'1 proceso de disolueiún del mineral sulfurado ,e efectúa a través de una reaeClon directa entre la bacteria y d substrato. En esta forma. los compuestos inorgánicos de azufre son oxidados a sulfato cn varias etapas no bien definidas. eatalizadas en!.i mát ieamente. 35


Ecuación global final: bac"'ill~ MeS04

a) MeS + 20]

Esta conversión queda sujeta al equilibrio químico siguiente:

b) MeS

..

•

Mi+ +

S'

Esta ecuación se desplaza a la izquierda, pero a medida que la bacteria oxida el S2. a SO/+, la reacción b) se desplaza hacia la derecha, según el Principio de Le Chatelier.

•

Mecanismo Indirecto En este proceso la solubilización de metales se realiza por reacciones con productos intermedios o finales obtenidos del metabolismo de los microorganismos. En este caso el agente lixiviante es producido o regenerado por el microorganismo. Ejemplo: Los sulfuros metálicos se pueden oxidar a sulfatos por la acción oxidante del sul fato férrico sin intervención bacteriana.

El FeS04 obtenido es oxidado a Fe2(S04)3 catalizado por la acción bacteriana

En el caso de piritas: CuFeS2 y del ZnS

Estas reacciones se producen por lixiviación. El sulfato ferroso es reoxidado por bacterias del tipo rf¡iobacilllls Ferrooxidans y el fierro férrico vuelve a actuar como agente oxidante. En este proceso indirecto el microorganísmo actúa como catalizador del paso de Fe (11) a Fe (111) que sería muy lento en ausencia de los microorganismo. Parte del azufre elemental producido en las reacciones, es oxidado a H2S0 4 por la misma bacteria o por otros Thiobacillus. 2S + 30] + 2H]0 blleteria> 2H;S04

El H2S04 baja el pH, lo que favorece el proceso. Además, los compuestos metálicos son disueltos y extraídos como sulfatos. 36

ESQUEMA DE PROCESOS PROYECTO DE COBRE "EL ABRA"

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FIGURA N° 1.4

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38

AII'{/f{/ GOllzlÍlez Letelier

TECNOLOGIA DE OBTENCION Breve descripcián del Proceso El proceso de lixiviación bactcriana cn capas delgadas. T/¡ill Layer Leac/¡il/g. fuc patcntada por la Sociedad Minera Pudahuel y ha sido usada exitosamente en mezclas de minerales oxidados y sulfurados cn Lo Aguirrc desde 1980 y actualmente en CompUliía Mil/era Cerro Colorado, Quebrada Blal/ca, CompUliía Mil/era Zaldívar, etc. •

Molienda 1'1 mineral .óxidos y sulfuros de cobre y otros. se somete a molienda en tres etapas: dlllllcada primario, s"c/l/lllario y terciario, con los correspondientes ha rocadas. hasta ohtener el tamaño deseado (± " pulgada de diúmetro hacia ahajo)

•

Aglomerociól/ 1] mineral molido se aglomera por adición de 11,0 y II,SOI o solución de refinación. L'1l

UIl

tamhtlr rotatorio de ·'cllrado", colocado en posición inclinnda. El material

aglomerado permite la coexistencia dc las litscs sólidas. líquidas y gaseosas cn el mineral. situación que es muy impnrtanle en las etapas siguicntes (bactcrias). •

LixÍl'iaciól/ el/ pilas 1:1 material aglomeradn se transporta y se amontona o apila cn un sitio o supcrficie plana dc aprox imadalllente .lOO x 100 m (1\1 inera Pudahuel). o de 1600 x 400 m (El ,\hral. l as pilas tienen una altura de j- 5 m Udinera Pudahucl) o de ± 8 m (El Abra). l'ostnipnllente. sohre estas pilas ya tratadas se puede hacer un segundo apilamiento de mineral. coloeandll lúminas de polietilcll() de separación (se puedc seguir hasta un tercer 11 cuarto piso). Dehajo dc' la primera pila dehe tamhién colocarse una lúmina de plllletilcnll para recoger 1.1 solución Je su\li,to dc cohrc.

•

Lixi"iaciólI por rociado 1'1 material aglomcradll cnloeado en pilas se Iixi\ ia pllr rociado con solución de 11,0 1 II,SO. o también con solución de relinll (solución pobre cn Cu). sin pro\ ocar inundación ¡l>rlllando una delgada capa que rodea el mineral aglomerado y hace posible que el agentc lixi\-iante disuelva los compuestos del cphre )' permita que estos pasen a la splución. l.a lixi\ iación dura cinco a dnce meses con una recuperación de ±80 0'0 de l:ohn: .

•

COl/cel/traciól/ La snlución que ha recirculadn a tra\ és de las capas del mineral) ha extraído las sales de cpbre va a Cl)nccntración pnr extracción con soh ente. El extractante debe tener gran

39

Riquezas minerales de Chile a lIú'el mll/I/tial

selectividad con el cobre ( extracción ), formando un compuesto complejo con el cobre. Posteriormente, se rompe el complejo ( stripping ) con H2S0 4 . •

Electroobtencióll

La solución concentrada pasa a la etapa de precipitación electrolítica donde se obtienen cátodos de Cu de 99.98 % a 99.99 % de ley. La producción mundial de cobre vía SX/EW, se muestra en la tabla lJ.

TABLA N° 1.3 PRODUCCION MUNDIAL DE COBRE V/A SX/EW (miles de TM)

PAIS Chile Estados Unidos Perú

ANO

.~

zambia

e:\lCO W'

Australia Otros TOTAL MUNDIAL

1996 635,7 528,8

1997 881,0 581,0

1998 1.1 08, 1 588,3

86,7 59,6 44,2 22,8

99,7 74,8 48,2 51,7 34, I

99,1 71,8 48,0 47,0 35,0

IAB,2

1.770,5

1.997,3

.t5,4

~~-

..

..

f VE,\ 7E. "(}rld 1/(((" SftlfHfH'\·\!aJ (} 199H ro II/SIO \" OI/f.E.' I OH COBRE:

40

AIl'IITIJ

BIOLlXIVIACION

v/s

GOllzález Lelelier

PIROMETALURGIA

Ventajas y Desl'entajas •

Ventajas

/.- Ahorro de energía con respccto a los procesos pirometalúrgico en las etapas de secado de los minerales concentrados y posterior concentración de los minerales en hornos a elevadas temperaturas. La lixiviación bacteriana se realiza a temperaturas ambientales. 2.- En el proceso pirometalúrgico se produce gran contaminación ambiental por emanaciones de S02 y partículas. La contaminación es mínima en la biolixiviación. 3.- I'n el procesn piromclalúrgico se tratan minas de más alta ley y los mincrales sulfurados v oxidados se tratan apartc. En la biolixiviación, se pueden tratar minas de baja Icy y adcnüs. se pueden tratar juntos minerales oxidados y sul rur¡¡dos 4,- !'stas "enlajas pcrmiten trabajar a menor costo. -Cnsto dc lixi\'iaciún bacterial : .10 a 35 centavo de IIS$ la lihra de cohre lino. -Costo proceso pirometalLJrgico: 4S a (,5 centavo de l ¡S$ la libra.

•

Desl'entajas

Re<1cciones lentas que exigen largo tiempo de tratamicnto (5 a 12 meses) lo que reduce la ,c1ocidad de producción (solucionable en parte COn mayor extensión de pilas). 2.- I.os dcmentos secundarios del cobrc se pierden (Au-Ag-Mo-Sc-Re-etc ). 3.- IClluentes ácidos obtenidos dehen tratarsc previamente antes de ser eliminados. 1.-

PROCESO CONVERTIDOR TENIENTE 1:1 COIl\'l'rlidor Teniente. tienl' el gnlll mérito de aumentar el rendimiento y además ahorrar cnergia que es doblemcnte importantc porque en general el mundo debe economizar energía (pclróleo ) y especialmente Chile por no lener cantidad suliciente de pctróleo, lo que signilica ahorro de divisas. En el proceso de Illl1dición tradicional. el pctróleo es un itl'm importante en el costo global. lo que sc elimina en partc en esta elapa, que se conoce en el mundo como "Proce.1'O Telliellte ".

EII los cOIII'ertidores Telliellte se produce /11 .,'eparaciólI de dO.I· fases líquidas: Escoria y /l/ellll B1I1I1CO.

41


•

Escoria. Corresponde a la fase más liviana formada por óxidos de fierro y componentes del fundente agregado. Esta es recirculada a los hornos de limpieza de escorias y/o hornos de reverbero para recuperar el contenido de cobre (5 a 6 %).

•

Metal Blanco. La fase más densa constituida por sulfuros de cobre (74 ... 76 % de cobre) con contenidos menores de fierro, es transportada mediante ollas a los Convertidores Convencionales (Peirce-Smith).

Del informe CODELCO-El Teniente mencionado, se obtiene el diseño del equipo y las características operacionales del convertidor, textualmente.

DISEÑO DEL CONVERTIDOR TENIENTE El Convertidor Teniente es un reactor cilíndrico horizontal de dimensiones que varían entre 3.8 y 5 m de diámetro y entre 14 y 22 m de longitud. Su diseño permite un alto nivel de flexibilidad para adaptar el proceso a diferentes escenarios de disponibilidad de concentrado, eje, oxígeno, número de toberas en operación (tasa de soplado), etc.

Las características son: •

Casco El diseño del Convertidor Teniente es realizado utilizando variadas metodologías modernas de cálculo. El modelamiento toma como base la carga que procesará el Convertidor y las temperaturas que existirán en él con diferentes condiciones de operación. El casco se fabrica en placas de acero especial y resistente a deformaciones por sometimiento a carga permanente, con altas temperaturas. Interiormente está revestido con ladrillos refractarios de cromo-níquel.

•

Boca La boca se fabrica en acero fundido, con placas apernadas reemplazables. Los pernos son de gran resistencia a la deformación en caliente. El área del convertidor, vecina a la boca es protegida de derrames de material fundido. por medio de una placa de protección.

•

Garr-Glln En la zona superior de la culata se ubica el inyector de carga sólida o garr-gun, de diseño adecuado para la adición sobre el baño del concentrado fundente y otros materiales.

42

Alvaro GOl/zález Letelier

•

Toberas En dirección horizontal y sobre el extrcmo del casco se ubican cuatro o cinco puertas rcmovibles donde se montan 45 y 50 toberas para el insunado de aire y oxigeno y .j toheras de diseño especial para la inyección sumergida de concentrado totalmente seco.

•

Sistema Acolldiciollado El accionamiento del convertidor contempla la utilización del sistema de transmisión notante Bogiflex, cuyo principal objetivo operacional es hacer la canoa de evacuación de la escoria lo más corta posible y mantener despejado el área de descarga. Las ventajas del sistema son el auto-alineamiento del piñón y la facilidad de mantención de la calidad del acoplamiento aún con defonnaciones del casco.

•

Captaciol/es de Gase.\· Para la captaciún de gases y polvos del proceso. dispone de una campana fabricada de paneles reli'igerados por agua. eon una compuerta móvil cn su parte anterior para permitir IIn huen sellado de la misma. cuando el convertidor está en posición de soplado.

CARACTERISTlCAS OPERACIONALES CONVERTIDOR TENIENTE

DEL

El Convcrtidl1r Tenicntc produce un nujo de gas casi continuo. 14 a 17 % S02 (base húmeda) y con un contcnido de polvo menor quc O.(l64 granos/cf (normal) 0.16 g/n,.1 (normal). Fl requL'rimicnto de oxigeno industrial del Convertidor Teniente para condicioncs nominales de operación oscila entre :WO y 300 tpd. 1·:1 uso del Convertidor Tenientc dada su alta capacidad dc conversión. permite disminuir el nlllnern de Convcrtil!llres Peirce-Smith en operación. Tamhién rcduce la utilización del sistema de manejo de material fundido. disminuyendo o al menos manteniendo la I"L'circlIlación de carga en la 1l'l\'C.

LI/\" caractaisticl/.\ de la.\" vl/riables opemciol/I/les del COl/vatidor Telliellte ,

SOIl

las

.\';g ¡(ielltes:

•

Ellriquecimiellto Aire Soplado: i\ mayor enriquecimiento. mayor capacidad de procesamiento y eficiencia energética. Por ejcmplo. al suhir el enriquceimiento con oxigeno de 28 % a 32 %. la capacidad del

Convertidor Tenicnte alimenta en 40 % Ysu eficiencia en 150 %


•

Humedad del Concentrado: A menor humedad del concentrado por toberas, mayor eficiencia energética y capacidad de procesamiento. Por ejemplo, al disminuir la humedad promedio de 8 % a 4 %, la capacidad del convertidor aumenta en 20 % Ysu eficiencia en 125 %

•

Temperatura de Operación: Un incremento en la temperatura de operación de 5 oC, implica dejar de fundir a lo menos 500 toneladas de concentrado por mes. Además, el desgaste del refractario aumenta drásticamente con la temperatura.

•

Ley de Metal Blanco: Cada punto menos en la ley de metal blanco, significa 20 minutos adicionales de soplado en los Convertidores Convencionales.

•

Tiempo de Soplado: Aumentar el tiempo de soplado de 92 % a 95 %, significa aumentar la capacidad de procesamiento del convertidor en a lo menos un 4 %.

•

Adición de Carga Fría: Por cada tonelada de carga fría agregada, se deja fundir una tonelada de concentrado, aproximadamente. Sin embargo, la eficiencia energética disminuye en un l %.

44

AIt'flfO GOllztílez Lete/ier

TABLA N° 1.4 TECNOLOGIA TENIENTE DE FUNDICJON EN EL MUNDO OCCIDENTAL --~

CONVERTIDORES TENIENTE FlINDICION -Ca!elolles. Uivisión El Tenil'nte Chllqllic~lmal~'. lJivisión Chllquirarnata Polrerillos. División El Sah'ador Las Venlanas Hrrll';ll Vidria Lira. F:NAMI , NKANA. ACCI\I, Zambia ILO. SOllTlI F:RN COI'I'F:I{. I'l'I'Ú La Caridad, :'¡dC S.A. dr t.\'. 1\11'\;00 ------~

~

UNIDAD 2 2 1 I I --I --I ---I

-

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I'nl((SO

par~l L'I

1'(lli(llt(

(S

illl(l"(sant( a

Ili\

--

-

TAMANO 5,0 m (lJx 22.0 111 5,0 rn x 22,0 m 4,0 rn x 16,8 m 4,0 rn x 14,7 m 3,8 m et> x t-t,9 ni .. 4,5 m x 18.2 m .J.5 m <1> x 20.0 m .J.5 JIl (1) \ 20.8 m ----

cl mundial porqu( adcmás (k scr importantísimo

cohrc. puc-dc- ser ulili/'adu para ohtencr otros Illct'llcs.

NOT·(: Ex, IIl'c<'Sario destacar qll" <'Sta illl'l'stigaciáll exito.m, realiuula por CODELCO, es el producto dI' la II/Iiáll r/l' illfo:l'lIieros y operarios c!tilellos cou la colaboraciáll de {'lIil'enidrules y Celltros de IIII'estigaciáll del pai~. que esta e/l/presa .HlpO dirigir y de/l/ostrar que l'! trabajo ell equipo biell dirigido es ulla palallca de real progreso para el (lO/.\".

45


OUTOKUMP FLASH SMELTING La alimentación del horno flash requiere grano fino del sulfuro concentrado obtenido del proceso previo, flotación, espesado, filtración y secado. El calor requerido está determinado por el grado del eje o mata producido y la mayor parte de este calor lo proporciona la oxidación del fierro y del azufre, después del calor producido por el combustible ( petróleo), más oxígeno que inicia el proceso de calentamiento. El eje o mata producido es de 45 % - 65 %. La escoria queda con un l % - 2 % de cobre que puede recuperarse en hornos eléctricos o a fuego quedando finalmente una escoria de 0,3 % - 0,6 % de cobre. Los gases del horno contienen 10 % a 14 % de S02. El calor se recupera en calderas para producir vapor. Los componentes volátiles como Pb, Zn, As, 8i, etc., se concentran en polvo y pueden ser extraídos si se presentan en concentraciones suficientes. La concentración del S02 obtenido que es alta, constituye una buena materia prima para obtener l-hSO. con pérdidas mínimas de gas. La recuperación del gas es de 96 %. En vez del ácido sulfúrico obtenido, se puede obtener azufre elemental que es importante porque es fácil de transportar y de fácil manejo ( reducción de S02 con polvo de carbono o nafta ligera ). Otra ventaja de estos hornos. es que se pueden automatizar en alto grado incluyendo computación en su funcionamiento. lo que baja el costo de operación.

46

Alvaro GOllzález Letelier

FIGURA N° 1.6 VISTA EN CORTE HORNO FLASH OUTOKUMPU

"17


PROCESOS DE MANUFACTURA El cobre de alta pureza y sus aleaciones se pueden elaborar utilizando la totalidad de los variados recursos que emplean las industrias metal mecánicas:

-Fundición Directa, en lingotes o continua -Extrusión -Laminación -Trefilado -Estampado y Embutido -Repujado -Mecanizado (trabajado con desvirutamiento) -Electro-Erosión -Mecanizado Químico -Pulvimetalurgia -Galvanoplastía -Electrodeposición -Baños de Recubrimiento 1/0 Eléctricos -Recubrimiento por Vaporizado -Depositación Electromagnética (sputering)

•

48

Fundición El trabajo de aleaciones por fundición consiste en calentar el metal hasta derretirlo y luego vaciarlo en un molde o a un sistema de solidificación continua en que la propia barra que se va formando cierra el molde de paredes refrigeradas por abajo, permitiendo un retiro continuo del material. Los moldes pueden ser el negativo de una pieza de formas intrincadas que así se pueden conformar directamente. La otra alternativa es que correspondan a lingotes de distintas formas que luego se continúan conformando por procesos de deformación plástica. El calentamiento del metal para licuarlo se puede hacer en hornos de cubilote, crisol en crisoles calentados con llamas o por inducción y de arco eléctrico. El moldeo de piezas puede hacerse en distintos tipos de moldes, desechables o permanentes. El vaciado en molde permanente se puede hacer al aire, bajo vacío y con alta presión. Existen ruedas de moldeos para barras de cobre, para laminación de alambre (wirebars); técnicas más modernas emplean los sistemas de moldeo continuo, SeR, que funcionan a base de una rueda-molde refrigerada en rotación.

,'I"'IIm GOlllfÍlez Letelier

•

rWrtI"\iÚII

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(k L"ll.'lal'lordClúll por dl'clnll·l'osioll.

Riquezas minerales tle Chile a nivel mundial

•

Maquinabilidad La capacidad de un material de ser trabajado por procesos con desvirutamiento se llama maquinabilidad. Existe una serie de procesos de manufactura en que el conformado se logra principalmente por arranque de material en forma de virutas mediante herramientas que poseen un filo cortante. Entre estos procesos podemos mencionar el taladrado, el torneado. el cepillado y el fresado. El terrajado ( o corte de hilo) es otro proceso con desvirutamiento.

•

Pulvimetalurgia Tanlbién se fabrican piezas de cobre y aleaciones de cobre por prensado y sinterización en caliente de polvos. Estos polvos se fabrican por atomización de cobre fundido o por precipitación química o electroquímica a partir de una solución acuosa de sales de cobre. Los polvos secos y clasificados por tamaño se comprimen en moldes y luego se calientan los comprimidos a temperaturas elevadas, inferiores a la temperatura de fusión. De este modo se logran buenas tolerancias dimensionalcs que hacen innecesario en ocasiones, la elaboración posterior por mecanizado. La pulvimetalurgia permite así en principio obtener en forma muy económica piezas cuya elaboración por métodos convencionales es de costo más elevado. También permite la pul vi metalurgia, obtener piezas especiales no posibles de fabricar por métodos convcncionales y materiales nuevos. Entre los primeros deben mencionarse los bujes porosos para descansos y bujes de bronce grafitado. ambos usados cn descansos autolubricantes. Un material nuevo obtenido por esta vía es el cobre endurecido por dispersión con fines particulares de alúmina o de carburo de tantalio. Los primeros ya se producen comercialmente desde hace algunos años.

•

Galvanoplastia Es asimismo posible conformar el cobre por depositación electrolítica en un molde conductor. por ejemplo. de grafito. Así se obtienen incluso en grandes mcdallas que luego parecen acuñadas. quc reciben el nombre de galvanos. Existen patentes y prácticas industriales que aplican la depositación electrolítica para la obtención de productos dc cobre semielaborados.

50

Alvaro GOllzrílez Letelier

OTRAS CONSIDERACIONES: PRODUCCJON DE COBRE V/S RESERVAS

Si consideramos la producción mundial de cobre y hacemos un sencillo cálculo de la producción de cada país en relación con sus reservas y reserva base. podemos obtener los aiios que demoraría cada país para agotar sus propias resen as al actual ritmo de producción ( ver tabla 1.5 : 4" y 5" columna l. Esto nos da el criterio aproximado para apreciar si un país debe: aumentar o no la producción de cohre de acuerdo a SlIS reservas.

Es aproximado. porque depende ademús. del grado de concentración de las reservas de cada pais sin considerar otras siluaeiones. En este caso. Chile. tendría ventaja comparativa con respecto a los demús países. porque posee alta concentración de cobre en sus reservas y resen a base. •

Primera Ohserl'llciólI:

1:11 la tabla 1.5. pouelllos ubsL'r\ al' que l'un rL'spl..'CI0 al total dc n.'sen-as LId Illundo al actual

ritnlll de extracción de cnbre ,le minas de 11.9()() toneladas de cobre lino en el año 1998. quedarían 28,57 nilo:-, para el agotalllic:nlo lit: las ",-ese/Ta.,'· y quedarían 54,62 años para a!!-olar la "re.\'l!rl'fI base ".

•

St!f.!lIllda ObSerl'{lc¡rJl1:

l:il I 'i7~ v 19n. se estimó que quedaban resen'as de petróleo para setenta alios. Con esta pn1\Tcción el preeio del barril de petróleo subió seis a siete veces su valor. provocando éstn. la reeesi'''n mundial de Ins arios 1973-197"¡. con repercusión en los 'lIios siguientes.

.\'0 n : FII la actllalidad ( 1999) 27 arlo.1 de.lp"Js . .Ie eJlima qlle qlleda petróleo para 37 ario.I·. L\·i.I"It!II otras ciIras e.l·timfllil'lls.

Podenlo,,' decir

qlle COII rf!Spt!cfo

a

re.\'er\'{ls )' re.fien'tI hlue, ~'e

importalltes a¡:rahada por la diferellte terlllillolo¡:ía lI.wrda

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SI

RiquezaJ mineraleJ de Chile llllil'ellllulldial

TABLA N° 1.5 COBRE: PRODUCCION ULTIMO AÑO 1998 VIS RESERVAS, 1000 T.M. DE FINO

PAIS

Chile EE.UU. Canadá Perú Rusia Indonesia Australia China Polonia Zambia Otros Total Mundial aproximado

N° DE ANOS PARA SU AGOTAMIENTO RESERVA RESERVA BASE

PRODUCCIO N 1998 3660 1850 710 450 450 750 600 440 420 280

RESERVAS

RESERVA BASE

88000 45000 10000 20000 20000 19000 7000 18000 20000 12000

160000 90000 23000 36000 30000 25000 23000 37000 36000 34000

24.04 24.32 14.08 44.44 44.44 25.33 1\.66 40.90 47.61 42.85

43.71 48.64 32.39 80.00 66.66 33.33 38.33 84.09 85.71 121.42

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340000

650000

28.57

54.62

FUENTE: U.S.&-t!o o~, ka' S,m'ev Mineral ComnlOdi9r Sumnrar;f',f, Jan,,"1)' 1999

("') Prod ChUmo

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e,,: 3.686.9 T.A!.

1998 COCIIILCO

EVOLUCION HISTORICA DEL PRECIO DEL COBRE La evolución de los precios del cobre. se muestra en los gráficos 1, I Y 1,2, En éstos, se puede observar que los precios del cobre reflejan con notable aproximación los estados reeesivos que ha sufrido el l11undo. con grandes bajas en los años 1930-1933 (gran crisis mundial) y posteriormente. la ca ida vertical de los precios con el alza dcl pctróleo, con la correspondientc recesión mundial del año ¡ 973 adelante y luego la recesión de "La Deuda" del año 1981-1982, Las grandes alzas del precio del cobre en los años finales del siglo XIX y principios del siglo XX. muestran etapas de progreso industrial y la etapa de mayor auge económico industrial de nuestro siglo ( 1964-1974 ). coincide también con el mayor precio del cobre, Recordemos que en esa década surgen paises como: Japón. Alemania. Corea del Sur. Canadá. Auslralia. Taiwan. etc.. con un ritmo sostenido de sus correspondientes PIB, Producto II/temo Bruto, del 7 al 10% anuales, Este incremento fue frenado

52

A/I'(Jro GOllzález Le/elier

GRAFlCO N° 1.1 PRECIO DEL COBRE REAL BOLSA DE METALES DE LONDRES 1890-1982

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5.1

Riquezas minerales de Clrile a nivellllll1ldial

GRAFICO N° 1.2 PRECIO DEL COBRE REFINADO EN LA BOLSA DE METALES DE LONDRES ( Centavos de dólar por libra)

3001,---------------------,

UItimos Años: 1996 104 1997 \03,2 1998 75,0 1999 71,2 Fuente: U.S. Geological Survey 2000

NOTA L -

PRECIO NOMINAl

: REAL (DLR MAR 96)

FUENTE: COCHlLCO

54

Alvaro Gallztílez Le/elier

hruscamentc por dalla dd prccio del petrólco cn 1973 y cuyas consecuencias ya fueron mcncionadas. I\ctualmcnk, 1999, la "Crisis Asiática" ha causado una fucrtc caída cn d prccio del cobrc hajando éstc dc 103 ccnta\lIS dc dólar la libra ( 1997 ). a 70 centavos dc dólar (1998). prccio minimo.

PROYECCIONES DEL PRECIO DEL COBRE A. Factore,\ que gel/eral/ disl1Iil/ucitÍl/ el/ COI/SUI1IO J' precio del cobre: l.

RecesiólI o Crisi.' ,\fllllllia/. I'lll' l'jcmpit•. '( 'r/.I/., .·I.Ii<Ílica", histórica dd prccio dd cohrc cn los gdlicLls I I ) 1.1.

\cr adcmús. cvolución

2, ,·tlllllellto tle la ProtlllccilÍlI tle ¡\filia. Sc cstim" un crecimicnto cxtraordinario dc la producción uc mina dc wbrc cntrc los años 1995 y 1000 (vcr tabla 1.2 y 1.3). Estc SlTÚ dcl ordcn dc (, "o anual y Chilc scrú d principal país quc aumentará su producción dc 1.5 millo1ll's de 1.\1. dc cohrc lino d afio 1995 a 4.5 milloncs cl año 1000 ( 'er tahla 1.1 ) ('on l'stO Sl' producirú una sohrc oferta dd mctal cn d mercadLl (la p¡odun:iúl1

slIpert'

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1111

aUl1lel/to del cOI/sumo de cohre:

Tecllología. ,\umentarú b demanda lié los mctalés dl' ma\ or CLlnsumo oricntados a áreas dc dl'Sarnlllll tCCl1l1hl~iL'l1: lO

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1)) I C!l'("(Jl1IlIIlICCIOOI1t'\ "n ambos rasos se' incorpor,1 cl cohre cn los mcwlés dc gran incidcncia.

SitllllciólI tle la ex {llIiólI SOI'iética. 1:1 rl'trorcso cconómico dc la ('Ollllllllt/ac/ i/e 1·:.llac/o.1 /1Ii/"l'ell"ielll"s ( (FI J. ex 1Jniún S'" ¡ética, sc ha traducido cn una fucrtc rcducción dcl consumo dc mctalcs dc esos países durantc ILls últimos seis ;uios La pn1ducción dc mctales tamhién ha rctroccdido pero l'n una proporl'iúll inferior al dd consumo. pro<.!ucléntil)Sl: fuerte...:; excedentes que terminaron l'n d \krcado Occillémal I'stl' knóml'no sc rc\ertirá cn d futuro, produciéndose menLlr

s)

Riquezas minerales de Chile a nivellllll/ulial

exportación de metales hacia los paises de Occidente, lo que significa un panorama favorable en el escenario del mercado de los metales en general y específicamente el cobre.

Fibra Optica. La aparición de la fibra óptica que en un comienzo quitó mercado al cobre, en la actualidad se revierte esta tendencia porque representa un mayor consumo del cobre en equipos e instalaciones de comunicación y de transmisión de datos que ella genera.

Crecimiento del PIR. En periodos normales de la humanidad, el crecimiento del PIB se manifiesta, en:

a) Aumento de construcciones habitacionales, lo que se traduce en mayor extensión de redes eléctricas, tuberías de agua potable, fabricación e instalación de electrodomésticos, etc. h) Mayor cantidad de automóviles, huses, camiones, aviones, trenes, en general medíos de transporte. Podemos ver, por ejemplo, que en un automóvil estándar entran aproximadamente 1,5 k de cobre y en la perspectiva del automóvil eléctrico y otros, esta cifra se multiplicaria por cinco a siete veces. Además, en esta misma área el cobre está recuperando terreno frente al aluminio en motores eléctricos. transformadores, radiadores de autos, etc.

Mundo en Desarrollo. Algunos países asiáticos, como China. Taiwán, Corea del Sur, etc., han aumentado fuertemente el consumo de cobre y se espera que a futuro este fuerte incremento se mantendrá por el rápido crecimiento de sus respectivas economías. Los paises en desarrollo, representan un potencial de gran consumo de cobre si consideramos toda la infraestructura que necesitan en el tránsito de las diferentes etapas hacia el desarrollo y llegar a ser por ejemplo, como los llamados "tígres asíátícos", que son grandes consumidores de cobre.

Bajan reservas de cobre. A nivel mundial, varias minas de tamaño mediano y pequeño agotarán sus reservas en los

próximos años o simplemente disminuirán su producción por baja de la ley del mineral. El caso de Australia y Canadá ( ver tabla 1.1 ), tienen reservas del metal para trece y quince afias respectivamente. En la revista "Minería Chilena" N° 180 de junio de 1996, pág. 46, se expresa textualmente: "a nivel de minas individuales, se estima que alrededor de cuarenta minas

medianas y pequeñas cerrarán sus operaciones entre 1995 y 2000 por agotamiento de sus reservas. Estos cierres representan una capacidad conjunta de aproximadamente 400.000 TM. de cobre fino por año ".

56

A/wlfo GOlluíll'Z Lete/¡er

(¡TIldo de SIIStitllciólI del Cobre

1'11

SIIS Usos Tradiciollall's.

i\quí nos introducimos en un campo dificil dc evaluar porque la tecnología y el avance científico. pucde jugar en los dos scntidos. Por ejcmplo. el cobre frente al metal aluminio que es nuestro principal competidor.

NOT«: .·ll[lIí dejo ntllh/I'cidll /l/i pril/ciplIl prl'oCllpaciól/: "Chile, debe priorizar e il/cl'l/tillar la il/l'I'.Higaciol/ 1'1/ el .l'l'l/tido de [/I//l/I'I/tar el lI.m 1'1/ el /l/lIIulo de la.I' /l/llterills ql/e di.lpol/I'/l/o.l' 1'11 I/IIl'stro territorio 1'1/ for/l/a IIblllUllllltl' y 11 I/illel IIl1l/ulilll, CO/l/O HJII: Cohre-el/, lIIolihdel/o-lIIo, Rellio-RI', Selellio-SI', Litio-Li, Yodo-f, y Nitrógel/o Nítríco (slIlitre J. E.110 /l/e /l/otil'li pllm escribir el fJre.~el/tl' líbro ".

57

Riquezas minerales de CJrile a nivel mundial

FIGURA N° 1. 7 M1NAS EN CHlLE

58

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ANEXON°2

DEFINICIONES U.S. Geological Survey Mineral Commodity Summaries RESERVA BASE

Es parte de un recurso identificado que cumple criterios físicos y qUlmlcos mInI mas relacionados con las prácticas actuales de minería y producción, incluyendo a aquellas de ley, calidad, potencia y profundidad. La reserva base está constituida por los recursos demostrados in-situ (medios más indicados) desde los cuales se estiman las reservas. Debe comprender aquellas partes de los recursos que tienen un razonable potencial de convertirse en económicamente válidos dentro de los horizontes de planificación más allá de los asumidos por la tecnología probada y la economía actuales. La reserva base íncluye aquellos recursos que son actualmente económicos ( reservas ), marginalmente económicos (reservas marginales) y algunos de aquellos que son actualmente subeconómicos (recursos subeconómicos). El término "reserva geológica" ha sido aplicado por otros generalmente a la categoría de reserva base. pero él también puede incluir la categoría de reservas inferidas; este término no es parte de este sistema de c1asi ficación. RESERVAS

Son. aquella parte de la reserva base que puede ser económicamente extraída o producida en el momento de la determinación. El término reservas no necesita significar que la infraestructura de extracción esté hecha y operativa. Reservas solo incluye materiales recuperables; por lo tanto. términos tales como "reservas extraíbles" y "reservas recllperables" son redundantes y no son parte de este sistema de clasificación.

NOTA: Para unificar criterios en cuanto a reservas estimadas, se ha considerado U.S. Geological SI/rvey, pero existen errores importantes en cl/anto a reservas chilenas de CII y de Li qlle sabemos qlle son bastante mayore.f a las mencionadas por esa Institución.

60

A/\'{/ro GOl/zá/ez Le/eli"r

ANEXO N° 3 PRODUCCION CHILENA DEL COBRE ( Por Empresas)' Productos) / .I/ile.\ d,. T \/ de (·oh,-,. Fillo) ACfllali:acilÍll

---1--

EMPRESAS (·",iclc..,Chilc i " ----Di, isiún Chucluicamata ~-

1995 1996 1. ~64,7 . ~1.221.J 610,Z 63Z,3 SS.9 89,9 3ZZ,S 3~~.7

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Di, isiim Salvador Di, isiún El Tl.'ni('nt(' Di\ isiún Andina

I~S.S

Di, ¡si"n Radomiro Tomic Olms I'rodllclorcs[1O'Il\'Ialltos BlanclIs

1.323,9 76.0 1265 19S.5 ~(,(,. 9

En:lllli

Dispulada

I-:sl'olldida ).0,,\

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1997 1.231,2 6S0,2 8S,3 3~3,Z

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1998 1A02,8 650,Z SS,!

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190.1 Z.875,1 151.6 711,9

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I 'Iichilla , (':Hlllrlaria ( ' n.... C.. lorad .. ()lIchrada Blallca Zaldi, ar I , , U ,\ IlI'a

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5(,,4 150,3 36A -l6,4 22A

63.0 13C,.S 5'J.3 67.7 -7.5

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6Z,1 215.0 ---1 75.0 71.1 I3SJl 19S.7 21,S ~S,I

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12,3 60.6 226,9 100,Z 73,1 ISO,~

220.1 15.2 ~3~,6

1(1,3 H.() 107,7 IU95 111.7 121.5 127.3 TOT. \ 1. 2ASS,C, 3.115,S J.J'!2,O J.6S6,'I ·Ull2,6 Ft '/:" YTI::: COl11i.\iÚII Chi/('lIo dl'l Cohre (1) Considera Itn prol/llcloS tle ('ode/('o-Chi/e (!I\pollih/n pura t.'.\p0r!f1dún y l'(,lIll1 ala i"dll.\lr;lI (11"'''

JlUí ·jo/la/.

(]) COIl.\ideralll prot/ucci(Jn e/ec/h'" de la,\ cOlllp,a.\'

y IIIlll/ui/a.\" 1I e.\lfl.\"

l'IIlP'C'\'f1.\',

emprf!\{I.\ exportadora." t1c.\colllfÍIU/O.\(' II 1.:'NrLHI las La prof!lI('cití/l de EN..-1AII incluye !IIS comprtü ti la

I'l't/ue;;a lt1ill('ría, /3) COI/-,idero '" ('obre ('O/I/el/ido el//I//"odl/C'<'iúl/ de mil/em/e.\ y ml/n'l//mlli", de oro,

61

Riquezas minerales de Chile (l nivel 11I1111llial

ANEXON°4 PRINCIPALES PAISES PRODUCTORES DE COBRE REFINADO ( Mi/es de TMF de Cobre) PAISES 1996 Estados Unidos 2.346,9 Chile 1.748,2 Japón 1.251,4 China R.P. 1.119,1 Alemania 670,8 Rusia 599,2 Canadá 559,2 Polonia 424,7 Perú 342,0 Corea del Sur 244,4 Bélgica 386,0 México 246,3 Kazakhastan 267,1 Otros 2.523,3 TOTAL MUNDIAL 12.728,6 .. FUENTE: Wor/d Metal Statlst/es Feb. 2000

62

1997 2.450,0 2.116,6 1.278,7 1.179,4 673,7 639,9 560,6 440,6 384,1 262,6 373,0 297,0 298,3 2.631,3 13.585,8

1998 2.460,0 2.334,9 1.277,4 1.211,0 695,9 656,0 562,5 446,8 411,4 368,8 368,0 445,0 324,8 2.584,5 14.147,0

1999 2.137,0 2.662,0 1.338,5 1.045,0 695,8 639,9 539,3 464,2 426,6 445,1 368,0 445,2 361,9 2.716,6 14.285,1

,..111""0 GOII:.úle: Lelelier

REFERENCIAS CAPITULO I

C~l1tro tic

l.

CODELCO-Cl/ILE.

2.

INSTITUTO DE I-"GES/EROS DE 1If¡\AS DE CH/U::. La I\tinma

docull1el1taClón l,:cl1ica ~11

Chile

3.

PROCOBRE

4.·I.Sl'Tl '1.01', CORPOH. IC/OS/:'S OO. ('olml:', I I C"hre Chileno

11.

,,"ORf./) lf,,"T l/.

sr 1nsncs,

HI 'RE·II' 01-' MI/Y/:',

9.

'lil1~r¡¡1

I eh 2000

('0I1111H,dil\ :-'ullllllarie,

1'.S.GUJl.O(,'/CII. SIN,.,., .\1/,vER.l/. ('O,1I1100I7T Sl/M,IIAR/ES, ¡""l)

lO. J>/l. RE)"Y·ILDO ("JI.IRIlIER.

Pruksnr I oH:

lk (

ll.'nCla.... I·ísu:a-.; ~ \latcllli.llica:--

1 I1l\er,idad de Chik. inl"rTn"ci"l1 dilecta 11. (O\1/S/0\ Cl/II.!:',\'. t DI:'!. COHRF. \I,II1U,,1 dd (·ohre. Alluari" del C"hre 12. SO.\ 1.\1/. 1\1Iklln \tiller,' 13.

/Y/ER \'.1 TlOS.·!/. COI'I'ER STl'O), GROl'I'. htimaciolle, COCIIII (,O

Il)l)7

CAPITULO II

MOLIBDENO Breve Rese¡;a

Hi,~tóricl1

LI molihdeno I especílieamenll' su mineral nllllibdenita. lúe detinilivamenle descuhierta por el químico sui/o. Carl II'illl!!1II SII!!"f" en I77R al ataear la molibdenita eon úeido nltrieo obleniendo un 1'01\'11 blanco de prnpiedades úeidas al que llamó úeido molihdieo, l\dem:'IS. al Sl'l" lost;lda la nllllibdenila produeia úeido nilrico mas anhidrido sulfuros,), lo qUl' dljó demnstrado que se trataha (k un mineral sulfurad,•. l'tlS[lTitlrnll'niL'. l'n I nc 1'.1\. l1iellll redujo el óxido nwlibdien ctln earhón. prtlduei0ndose lJl~ p\lhl) lk Cllllll

bri . . . ()~l'lIrn

Cl)11

pn)pil'datiL''''' Ilh.'lúliC:ls. I()

qUL' 11~IllH'

··'lIo/iht/eJlIII"".

¡·s[" Iln ,', al dcseuhrimil'nlo dl' un nUl'l o l'kmento: "1I0!.1UDI,,\'(T l'as~1Il \ari.ls d.... catias :

el

mulibdcllo. es PI'ÚctiC<.IIllCIllL' igllllri.H.lp para su apro\'cchamiclltll

industrial por ra/ones dc eSG\Sl'1 de fuentes de abastecimiento) falla de tecnología para nhtl·n.. . r l'] Illl'lal (k SlIS Y~H:illli('ntos. l'n estado puro, I n 1S'); en 1·lanei:1. l'l quimiC
dl' molihdenol'n ,11I11ú,kra de anhidrido carhonico. 1\1 tlhlenl'l" metal puro se pudo cstudi:,,' algunas propiedades del nwlihdeno. como la determinación de su peso atómico. la C()lldlleli\ ilLld ckctrica : ()lr~ls pl\lpicdadcs qllíllliG1S. físicas) J1ll'cúnicas qlll' despertaron l'l inlcH.',S para lI"PS illdusln:lk's. especialmcnte en ak,lcionl's con acero,

l 11:1 ~k I;\s prillll'raS nh"l.'l"\'~\ciol1l's intl'rCS;llllL's <.jUl' sin iú para l'stimul~lr los primcros LISOS 1Il<11I'lrlaks file la i1nal"¡,:i:l que presenl:dla l'l 1l1"lihdeno l'lI 'lIS pr"piedades e"n el tUllg.S1l.'lltl <.jUl.' };I tl"lI~l ~.r'111 .¡plic
Sl' llb"l.T\Ú tamhiL-1l qlll' l']

,n"lihdell" lil'lle 1:1 lelllaja dc ICller un peso all,mie" equilakllle ,1(¡Hllll'O

del

tLlI1g.Sll'l1ll.

lo

qUl'

l1L'rmitl'

I'l.'ali/ar

la milad I'areeid"s bajand" el peSl' v el c"st" del producto.

;lpro\illlad.IIlll'IltL' sL'IlK.iantL's. usando solo

ulla

:1

ak';H.:iún

la mitad del peso <..k

carlll'1L'l'isticas

dd lllolibdcllu para ohtcner l'l'sultados

hla I'r,)pied:ld se :1111\1\ echo en la I:¡brieaeióll de planchas hlindadas en armas dc guerra. P;lI"l'CC scr qUl' l'StL' ful'

l'I primcr

lI:-'O illLiuslrialcll ma)ur escala. I'ealifado en Francia por

pmdul'l"r de armas ScllIIl'itl<'l', !'sto sigue vigente ell 1;1 aetu:didad.

l'I

Riquezas millerales de ClIile a lIive!lIIl11u/ial

En realidad el uso masivo del molibdeno, no podía realizarse en una mayor proporción porque el escaso abastecimiento del metal se limitaba a una mina ubicada en Kllabeu en Noruega, explotada con la tecnología rudimentaria de la época. Un impulso importante en el abastecimiento de molibdenita lo constituyó la "flotación" como un nuevo método para mejorar en general la concentración de minerales y fue la molibdenita (MoS 2), una de las primeras especies minerales con que se ensayó este nuevo proceso con muy buenos resultados, tanto en el rendimiento, calidad de los productos finales y bajos costos de operación. Por todas estas razones las estadísticas internacionales muestran una escasa producción de molibdeno en el siglo XIX. Se puede estimar que en los años de nuestro síglo (XX). la producción era de 100 ton/año hasta llegar a 100 mil ton/año (1978 - 81); después baja. Este aumento de mil veces. nos demuestra que el molibdeno es uno de los metales de mayor desarrollo en el siglo XX.

Propiedades En el Sistema Periódico de los Elementos, el molibdeno se ubica en el 6° grupo A (VI a: Cr-cromo; Mo-molibdeno; W-tungsteno y. U-uranio). Posee dos capas electrónicas incompletas: capas "N" y "O". El molibdeno metálico en estado puro. es de color blanco platinado, es dúctil y tenaz Otras propiedades fisicas se encuentran en el de dureza mediana (no raya al vidrio). cuadro 2.1 En sus propiedades químicas el molibdeno no se oxida fácilmente pero, se oxida a altas temperaturas. Sobre 600 oC sc forma trióxido de molibdeno (MoO). En los diferentes compuestos, clmolibdeno actúa con las valencias: +6; +5; +4; +3; +2. Se conocen los óxidos: MoO; MOlO] ; MoO l ; y MoO]. Los tres primeros óxidos tienen carácter básico y el último tiene carácter ácido (MoO). El MoO) es el más importante, tiene un color blanco amari liento y se obtiene industríalmente por tostación de la molibdenita (MoS 2); el trióxido de Mo se disuelve en los álcalis, formando los molibdatos correspond ientes. Desde un punto de vista práctico, es aprovechables en usos industriales.

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importante destacar aquellas

propiedades

Alvaro GOllzález Le/elief

El punto de fusión 2.610 oc. el punto de ebullición 4.830 oc. incluidos en el cuadro ~.1. le conliere buenas propiedades como metal refractario. Solo cinco mctales ticnen punto de fusión mayor. E\fos

SOIl:

e - cllrbollo; Re -

rellio; Os - o.w'¡o ; 1'11- tálltlllo; W - tllll{{I"fello.

Sus propiedades más interesantes se mani fiestan en las aleaciones. porquc mcjora notablemente las propiedades mecánicas a altas temperaturas y en general las propiedades anticorrosivas de éstas. En solución sólida con la ferrita. pequeñas eantidadcs dc molibdeno aumentan fuertemente la resistencia de los aceros porque la "eloeidad de transformación de perlita en ICrrita. disminuye. lósto sc aprovecha para realizar un enfriamicnto mas lento de los aceros. lo que permite quc estos se endurezcan en forma mas homogénea y pareja en toda la masa. lo quc mejora la mieroestruetura y en consecuencia la calidad de los aceros. La mayor resistencia mecúnica de los aceros a elevadas lL"mperaturas con la adición de pequeñas cantidades de molibdeno. elimina la tendencia quebradiza que maniliestan los aceros a temperaturas de 4S0 600 oc. hto se utili/.a en las partes de una máquina ~\)mL'lidas

~

temperaturas

altas velocidades que durante su fUIH.:ionalllienlu desarrollan elevadas (fabricación de dementos de pcrltJrí.H.:iúll. pulimento. t:ortcs a altas

wlocidades. de) el molil)(leno no puede 1'1nllar carburos con cierta facilidad. esta propiedad no produce c'"lCentraciún excesiva de carbón en la superlicie de los aceros carburados. lo que

('<1I)10

permitL' mejorar la resistL'ncia superficial de los aceros a los impactos.

1:1 aumento de las propiedades anticorrosi"as que le confiere el molibdeno a sus aleaciones se atribu, e a la f'Jrmación de carburo de molibdeno que se reparte bomogéneameme entre los granos de la aleación. lo que permite un aumento de la resistencia a la oxidación.

67

Riquezas minerales de Chile a nivel mlllu!ial

CUADRO N° 2.1 PROPIEDADES F/S/CAS DEL MOLIBDENO Número Atómico Peso Atómico Radio Atómico (A) Punto de Fusión (OC) Punto de Ebullición (OC) Gravedad Especifica Coeficiente Medio de Expansión ( 20 - 1.000 oC ) x 10' Calor Especifico ( 20 OC) x Cal / gOC Resistividad Eléctrica (20 OC) (n cm x 10") Potencial Electroquímica Normal Módulo de Young 20 oC (Kg / mm') Constante de Richardson a x cm" T Estructura Crístalina Isótopos

42 95,95 1,39 2,610 4,830 10,2 5,3 0,060 5,17 0,25 29.000

SS Cúbico centrado en el interior 92 ; 94; 95; 96; 97; 98; 100

PRODUCTOS COMERCIALES Para comprender, estudiar y además. lo que es muy importante, para desarrollar y ampliar nuevos usos que podría lener el molibdeno, es necesario conocer los actuales productos comerciales que existen disponibles en el mercado. En la tabla 2.1. se hace una síntesis muy resumida de los principales productos comerciales del molibdeno a través de sus usos más importantes, en los que predominan diferentes tipos de aceros usados en aleaciones y super aleaciones, y herramientas de acero y fierro fundido. Es interesante incluir aquí en forma separada los principales productos químicos comerciales más conocidos (ver cuadro 2.2).

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Ah'aro GO/lzález Letelier

CUADRO N° 2.2 PRODUCTOS QUIMICOS DEL MOLIBDENO, MAS CONOCIDOS PIWI>UCTO 1Molibdenila O,ido Molibdico Molibdalo de Amonio 1MolibdalO de Sodio Fosfornolibdato dr Amonio Molibdalo de lIario Molibdato dc Cadmio Molibdaln de t~,lcio Molibdalo de Cobal1o Molibdalo de Cobre Molibdatu de Plomo Molibdatn dr Litin fc--c -Molihdato de Níquel Il\1ol~hdato dc I")ola~ Molibdalll tlr E!illronl'io -J\1olihdato dl' Zinc

FORMULA MoS,

-

11'100, ( 995 % ) ( NII, )6Mo, O"' ~II,O

I Na,MoO, ( lécnico 98 % ) (NII,), 1'0" 12MoO,NII,O lIaMoO, ( 98 % puro) CdMoO, ( 98,5 % ) CaMoO.. ( técnico 98.5 l~ ) CoMoO, , 1120 JCuMoO, Cu ( OH h , uH 20 PbMoO, (99 'Y. puro ) Li,MoO, ( 98,5 % puro) NiMoO, \ 1120 (985 % puro) ~MoO. . ~ 995 I~I puro) SrMoO.. (9H.5 IX, puro ) ZuMuO.. \ II~O ( 99 o;;, pum)

ESTA 1>0 FISICO Mineral, Láminas Negras Blanco Amarillenlo Crislales Blancos Polvo Blanco Polvo Amarillo Polvo Blanco Polvo Blanco

Polvo 810l neo Polvo Purpura Polvo Verde Polvo Illanco AmarillenlO OIanco Delicuesrclltc Polvo Verde Amarillo Polvo lila nco -- -Poho Blanco Polvo Blanco

-

USOS DEL MOL!BDE O E/l/SO de/II/o/i/JI/el/o expresodo

1'/1 "" .\1'

1I/1/1'.f1ra

1'1/

/11 tllbia 2, I

TABLA N° 2,1 CONSUMO PRIMARIO SECTORES POR USO Fl AL -

ACEROI 'OXJI)ABLE) SlIPER ALEACIONES BAJAS ALEACIONES DE ACERO COMI'IIESTOS QlIIMICOS) METAL MOLIBDENO IIERRA~lIENTAS \' ACEROS de ALTA \,ELOCII)AJ) FIERRO FUNDIDO FI

t. \ 11

-

-

---30 'X, JO IX, 20 IX.

--

10%. 10 'Vu

. F.\!IItUU 10m \ I"tl rt/nrwllfIl \//I/¡h(/t mm, ·l\W(1lI!WII. /.lIIu/ml. (/MO-I). ](}(JO.

-

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Riquezas minerales de Chile a nive/llll11u/ial

El porcentaje de usos del molibdeno no ha variado fundamentalmente. El uso de este metal en aleaciones es el más importante.

Podemos distinguir tres tipos de aleaciones con molibdeno: • • •

Aleaciones de molibdeno con acero Aleaciones de molibdeno con hierro fundido Aleaciones de molibdeno con metales no ferrosos

El contenido de molibdeno en los diferentes tipos de aleaciones, puede variar entre O, l a 30%. Entre éstos valores, las aleaciones mas usadas contienen menos de 1% de molibdeno, el que se agrega en forma de óxido molíbdico (Moa)) en la mayoría de los casos. También se puede adicionar en forma de ferromolibdeno y molibdato de calcio en este orden de importancia. La molibdenita (Mo0 2) que sería de menor costo, generalmente no se usa para formar las diversas aleaciones, por el efecto nocivo del azufre. De acuerdo a la experiencia. se recomienda operar en la forma siguiente: cuando las aleaciones necesitan agregar menos del 1 % de molibdeno debe usarse Moa). Sobre 1 % la diferencia se agrega en la forma dc ferromolibdeno. Una razón importante es que el Moa). tiene un costo menor por unidad de molibdeno.

ALEACIONES DE MOLIBDENO CON ACERO El uso del molibdeno con acero presenta las ventajas siguientes: le confiere un mayor endurecimiento y penetración al temple, mejora la tenacidad y las propiedades mecánicas a altas temperaturas y reduce la fragilidad. Se usa en los aceros estructurales, en las partes principales de máquinas, herramientas, ferrocarriles. chasis de autos, tractores, aviones y en general en aquellos equipos que

necesitan dureza. alta resistencia a la tensión, al impacto, a la fatiga del material, etc. El porcentaje promedio de molibdeno en aceros estructurales es aproximadamente de 2,2 libras por tonelada corla, lo que resulla un promedio de 0,11 % de molibdeno contenido. En general en los aceros varía de 0.1 a l % de molibdeno contenido. Se acostumbra llamar "aceros de bajo contenido en Mo", los aceros con 0.1 a 0.5 % de molibdeno contenido (I-ISLA). Sobre 0,5 % de molibdeno contenido se consideran como aceros de alto contenido en molibdeno.

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Existel/ vllrios tipos de IIceros estructurales: l. 2. 3. 4. S.

Aceros Aceros Aceros Aceros Acero.~

aluíquel. cmlllo y lIIolibdeuo 111 CrolllO y molibdeuo IIluíquel y molibdeuo allllal/gal/e.m.l' lIIolibdel/o al carból/ y lIIolibdel/o

I.a cxperiencia ha dcmostrado que agregando dos o más metales al acero. la aleación resulta más resistente a condiciones más exigente que las normales. Por ejemplo. altas tcmperaturas. fuertes impactos. ambicntes corrosivos. ctc. L,)s accros comuncs. llevan normalmente ¡ierro. carbono. manganeso y silicio. Para tranSI'lrI11arlo cn aceros especiales se le agregan pequciias cantidades de otros mctales .IUC mcjoran las propiedades del acero I'n ¡'>rIlla extraordinaria. i\si por ':jcmpio. de las a!L'aciollcs Cllulncradas anteriormente t ~nemos:

Los l/ceros 1/1 I/ique/-emlllo-molibdel/o.

tienen buenas propiedades de ductibilidad.

ll'nacidac! y resistencia mccúllica: propiedades que sc mantienen a elevadas temperaturas.

!-:sto sc aprol'ecba en la lilbricaeión dc pie/.as de máquinas que durante el trabajo desarrollan altas temperaturas. como hélices. motores de (H'iones. jets. turhinas de gas. clc. Tamhil'll en l\)s aceros al cromo-níqueL Sl' mejoran sus propiedades anlicorrosi\"as con la adiciúl1 <.k lllPlih(k'no. lo qUl.' ademús permite trahajar a temperaturas mús altas. I,a

aleaci,')n antcrior podía trabajar a .100 oc y con la adición de molibdcno se puedc trabajar hasta Ú:;O oc. La mantenci,'lI1 de sus propicdades a altas tcmperaturas permiten a estas aleaci'"1CS cl uso en eohetcs \' ,l\'ioucs supersónicos. Los llcems al C/'II/I/fI-lIIolibdeuo. tienen \'entajas en el menor eosto y la ¡ileilidad con que sc l,uc,k'n trabajar. soldar \. unido a sus buenas propicdades mecánicas y tcnacidad. SL' ;IJ)["() \ l'Chall para Sl'r lh~ldas l'n ferrocarriles y en la industria de autonH·n·i1cs. Los IIceros 111 uíque/-molibdeuo. contiencn 1.5 a .1.75 % de níqucl y 0.2 a 0..1 % lllolihdl'np. ¡·:stas akaciolll'S

rcsistencia a la bliga

d~

ticnen lógicamente mayor precio.

dc

pero presentan gran

los Illdalés. Se usan en Illotorcs de autos v avioncs y cn cicrtas

pie/as de las maquinarias usadas en minería.

EII lo, IIcem.\ de 1IIIIIII.!IIIIeHl-lIIolibdello. cl Illolihdcllo talllbién se élllplea en pequeiias 1ll;'¡S o mcnos del ordcn dc 0.2 a ()J %. Sc usa en lündiciún de pic7as de

calltidad~s.

m;lquln'lI'Ia. l.a adiciúll dc Illolibdcno produce un cndurccilllicnto uni¡",.,nc. le) que cnntribul'c a la dislllinuciún de las tcnsiones y qucbraduras cn las pic7as fundidas.

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Riquezas minerales de Chile a nivellllll1ldial Los aceros al carbón-molibdeno, se usan como reemplazo de los aceros corrientes. La adición de molibdeno mejora la tenacidad y en general las propiedades mecánicas. En los aceros llamados de alta velocidad v tipos especiales de aceros, usados en herramientas que realizan perforaciones, cortes, pulidos o cualquier tipo de operaciones en que se produce elevación de temperatura (hasta 600-700 oC), el uso de molibdeno está reemplazando al tungsteno que es más escaso y de costo más alto.

ALEACIONES DE MOLIBDENO CON FIERRO FUNDIDO En este tipo de aleaciones la expcriencia indica una adición de molibdeno dentro de los límites de 0,25 a 1,25 %. Una mayor proporción de molibdeno en este tipo de aleaciones dificulta el trabajo mecánico. La adición de molibdeno al fierro fundido en pequeñas proporciones le confiere a éste, las propiedades conocidas de uniformidad estructural de la pieza fundida, disminuyendo así las tensiones y mejorando la dureza y la resistencia mecánica. Se atribuye a la acción del molibdeno sobre la ferrita la homogeneización y mejor distribución del grafito, lo que produce mayor resistencia al fierro fundido. La adición de otros metales como por ejemplo: cromo. níquel. cobre. vanadio. etc. refuerzan la acción del molibdeno. Los usos principales del fierro fundido son en las piezas que tienen que ser fundidas en bloques. donde la uniformidad granular y homogeneidad general juegan un papel muy importante. disminuyendo las tensiones internas y aumentando la resistencia. Las aplicaciones más importantes son: en la industria de automóviles, aviones, construcciones navieras. ferrocarriles y en general en máquinas que emplean piezas fundidas en bloques a costos más bajos.

MOLIBDENO EN ALEACIONES NO FERROSAS En este tipo de aleaciones se usa el molibdeno en forma amplia con diferentes metales que se pueden encontrar en manuales sobre aleaciones con los porcentajes y usos correspondientes. Los metales más usados en este tipo de aleaciones son: níquel. cromo. cobalto. tungsteno. columbio. titanio. aluminio, cobre, plata. etc. Como el molibdeno es un metal de temperatura de fusión alta y tiene propiedades mecánicas que se mantienen aún a altas temperaturas agregando además su buena resistencia a la corrosión. en cierta proporción se transfieren estas mismas propiedades a las aleaciones con molibdeno. 72

IIh'llro GOllZlí/e:. Letelier

I':stas aleaciones tienen gran importancia en las industrias electrónicas y electrotécnicas. Por ejemplo. las aleaciones de molibdeno-tungsteno se usan en lilamentos para ampolletas y en elemenlos de tubo~ electrónicos, ",isten aleaciones de molibdeno. cobre)' plata. usadas en la labricación de comaclOS ekctncos que tienen buenas propiedades de conductividad eléctrica debido a la presencia de cobre y plata, El molibdeno le conliere las propiedades mecánicas de durC/a )' resistencia,

MOUBDENO EN LA I!VDl 'STRIA QUIMICA

I I empleo del molibdeno en el campo quimico c, má, reciente. pero el crccimiento de su uso. muestra un clesarrollo dinúmico mús rúpido que otros elementos, Se e,tima quc en los ultimns ",.'inlt.' aiio~ 1..'1 t.:rl.'(imielllo dl:luso de este Illl'tal en t.'ste (ampo ha aUlllentado míÍs o Jl1l'IH1:-.qulIll'e $'(l.'S.

el úrea química son como: catalizador. pigmc'lItos, luhric¡mtes. rcaetivos químicos. productos ¡ill'll1acéuticos y COIllO estimulantes ,'11 agricullura, 1 :IS

aplicaci{)ncs dd molihdeno

lllÚS

lI11portanlcs cn

I n sus usos químicos lienen importallcia las propi,'dades del IIwlibdcno que pu,'den ser ··hi-tri-telra-pcnta-h.... 'Xavaknk'··. Adelllús. como st: dijo antcriorrnclllc. po:-.cc dos anillo:-. .... iI..'. clronicos: anillos o capa~ .'j\" ~ "0". lo que permite dar {) captar eh.:ctrolles rúcilmcllle.

I I L'lllpkp mús illlport:lIlll.' en el úrc;} química es como catalizador. en la que se lisa nHno o\llh> \ sulfuro de nll>libdeno. pero tamhién se usan los compuestos de molihdato de: fine. ,'"hal1l>. ,liumlnlo. tiern>, amollio \ olros. Iambien es importanlc en los proce,,)s catalíticos el ,'mpleo ,le "pl"l>molores", que SOIl sustancias que pronllle\'C1I o inlensilican la acción del eal,J!i/adoL I os c$mpuestos que han demostrado buenas cualidacks para ser usadas como promotores dellllolihdeno son: compuesto, de \anadio. níquel. liCITO. cobalto. ete. tomo calali/auor se usa ampliamcnte l.'n la... n:rHxiüncs industrirlk's c..k hidrogl.'nación. dc.:...hidrogc.:llaciún. oxidaLiún. cidi/ación. Isolllcrinlción. condens:.u;iún. etc. reacciones dc ~r¡l1ldc.: .... :lpliGH,:iolll.'S quimiL
"hlen<'l' gasolin
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Riquezas minerales de Chile a nivel IIIundial

Por su rendimiento y duración estos catalizadores resultan baratos. El uso como pigmentos inorgánicos y orgánicos es otro empleo importante de este metal en la industria química. El naranja de molibdeno (cromato de plomo precipitado por molibdato de amonio), se usa como colorante de plásticos y tinta de imprenta; pigmentos en base a ácidos fosfomolíbdicos usados en esmaltes, tintas y colorantes.

USOS COMO MOLIBDENO METALICO Como molibdeno metálico, se aprovechan sus propiedades de temperatura de fusión y recristalización que son mucho más altas que el acero, como así mismo, al aumentar la temperatura, mejoran sus características de dureza y ductibilidad. Por sus buenas propiedades mecánicas se usa en cohetería y vehículos de alta velocidad. El molibdeno se trabaja en forma de alambres, cintas, barras que pueden resistir altas tcmperaturas, todo lo que los hacc aptos para usarlos como resistencia en hornos eléctricos, contactos eléctricos, electrodos. En forma de alambres se emplea ampliamente como filamentos en ampolletas y lámparas industriales (reemplaza al tungsteno) Tienen variados usos en hojas cortantes, protección del calor radiante, ruedas y hélices de turbinas. soldaduras de cobre. bronce y otros materiales de alta conductividad, cucharones para sacar muestras de fierro fundido y aceros. En el uso de termocuplas como por ejemplo, molibdeno-tungsteno que puede controlar temperaturas hasta 2.500 oC. lo que permite medir temperaturas de aceros fundido y escorias. Otras termocuplas importantes. son: molibdeno-niquel, molibdeno-fierro y mol ibdcno-ren io. I I molibdeno. como buen material refractario se emplea en vasijas para trasladar o almacenar mctales fundidos como: sodio. bismuto y litio. usados en algunas plantas nucleares.

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Alvaro GOllzález Lelelier

USOS COMO LUBRICANTES I:n molibdeno se encuentra en la naturaleza en forma de molibdenita. que es sulfuro de molibdeno (MoS~). que en su estado de alta pureza es un cxcelente lubricante por la estructura laminar quc posce. La molibdcnita tiene un bajo eoefieientc de fi'ieeión y es muy blanda (durcza I en la escala de Mohs l. La molibdenita cristaliza en el sistema hexagonal en forma dc finas láminas. Cada lámina contienc dos caras de átomos de azufre entre los cuales existe una capa de átomo de molibdeno. Los cnlaces entrc los átomos de molibdeno y azufre son más fucrtcs quc las fuer/.as que uncn las capas tle sulfuros de dos láminas vccinas. Por su rarte cl molibdcno. origina un fuertc enlace molecular con la superficic metálica que se necesita lubricar. lo que 1:11 mece el dcsli/amicnto entre átolllos de azufrc. I a pelicula de molibdenila se adhicrc linllclllenle a la superficie dcl mctal que se está lubricando. Los limiles de uso dc molibdcnita como lubricante con resrecto a la temperatura. tiene como limite inlCrioL ·.jO "c y como limite supcrior 400 oc. 1\

oc.

tl'll1pCraturas supl:riorcs
()uimicalllcntl' la molibdenita cs Insoluble cn agua. parafina. rctrólco \' otros liquidos lubriGlIltcs. I-:S atacado por el cloro. Iluor) úcido clorhídrico en caliente. P\lr todas estas características es ampliamente usado como lubrieantc en turbinas (gas \' \'ap"r) lll<Íquinas Diesel. maquinaria pesada de todo tipo. ctc,

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FUENTES DEL MOLIBDENO Consideraciones Generales En una primera apreciación general, podcmos decir que es relativamente escaso en la naturaleza, sin embargo, la producción actual de molibdeno, sobrepasa la creciente demanda de este metal que ha demostrado un crecimiento realmente impresionante, si consideramos que en los primeros años de nuestro siglo (XX), la producción y consumo era de cien toneladas anuales y en la actualidad pasa las cien mil toneladas, lo que significa más de mil veces de crecimiento en cien años. La cantidad de molibdeno dispersa en la corteza terrestre se estima en 2.5 partes por millón (puede compararse por ejemplo con el cobre que se estima en setenta partes por millón). Otra apreciación interesante es la siguiente: las reservas en todo el mundo serían alrededor de 10 millones de T.M. de molibdeno contenido. lo que al actual ritmo de consumo existiría solo para cien años más. sin considerar que el crecimiento anual del consumo de molibdeno se pronostica en 2 a 3 % lo que aceleraría el agotamiento de este interesante metal, cuyos usos se han hecho indispensable en nuestra civilización como quedó demostrado en el capítulo de "Usos del Molibdeno". Sabcmos por experiencias anteriores, que la mayoría de los pronósticos sobre recursos dc productos naturales quedan cortos y siempre existe una mayor cantidad. que a veccs duplica la cantidad supuesta. porque las evaluaciones se hacen sobre yacimientos descubiertos o en etapas dc prospección en forma muy conservadora. Además, existen diversos criterios para cvaluar los recursos minerales. En todo caso sirven de puntos de referencia. Es interesante para Chile, mene:onar que en estos cálculos sobre las reservas de molibdeno contenido. se incluyen las siguientes cifras: (ver tabla 2.2) Otras cifras sobre rescrvas mundiales se dan en la tabla 2.3. aplicando el criterio de "reserva" y "reserva base". dadas por EE.UU.. Bureau of Mines and the U.S.A. Geologycal Survey Como observación previa general puede establecerse lo siguiente: EE.UU. mide muy bien y en forma rápida sus reservas naturales y el resto de los países (especialmente los menos desarrollados) lo hacen con cierto retraso. Esta sería la razón de las diferencias que se observan en las tablas 2.2 y 2.3.

76

Ah'aro GOII::.áIiJz Lete/jer

TIBLA ,yo 2.2 RANMNC lIl"D1IL [)f; RESERIAS DE MOLIBDENO ( (), TE, 'IDO

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77


RECURSOS NATURALES Las reservas naturales y las fuentes principales de producción y reservas de molibdeno se encuentran en América, en forma más precisa en cinco países: Estados Unidos, Chile, Canadá, Perú y México, donde se concentran el 80 % de las reservas mundiales de este metal. Podemos distinguir tres tipos de yacimientos:

• • •

Yacimiento en que el molibdeno es el metal principal Yacimiento en que el molibdeno es un subproducto Yacimiento en que el molibdeno es el componente de una mina compleja

Son importantes solo los dos primeros tipos de yacimientos. Yacimiento en que el molibdeno es el metal principal. Se estima que en este tipo de yacimientos, se obtenía el 50 % del molibdeno producido en el mundo, principalmente porque en ellos, se encuentran los minerales Climax y Henderson en el Estado de Colorado, EE.UU., que son los yacimientos de molibdeno más grandes del mundo tanto en producción como en reservas (en la actualidad Climax y I-Ienderson, mantienen rebajada su producción al 50 % por baja de precio del metal). Molibdeno como subproducto de la producción de cobre porfírico. El molibdeno recuperado como subproducto de la producción de cobre, era la segunda fuente de obtención de molibdeno, con un 47 a 49 % de la producción mundial. En la actualidad cs la primera fuente de este metal con la rebaja de producción de los minerales Climax y Henderson. Una comparación de los costos de producción de los productores de molibdeno (yacimientos en que este metal es el principal) y los productores que lo obtienen como subproducto varía fuertemente. Los productores primarios tienen costos del orden de US$ 3 a 4 por kg de molibdeno, contra costos de US$ l a 1,5 de los productores que obtienen cl molibdeno como subproducto. Estc menor costo se debe a que se acostumbra cargar los costos de extracción del mineral y las operaciones dc molienda al metal principal, o sea al cobre, y una vez separados, se cargan a los costos de molibdeno, los gastos de reactivos de flotación, depresantes, vapor, procesos de filtración, secado, etc. Estos son criterios de contabilidad de costos que pueden variar en ciertos casos.

78

Ah'aro Grlllzález Lelelier

',:1 contenido de n1lllilxkno en los eohres porfíricos, es hajo, Generalmente varia entre 0,01 ! tUl) % de t\10S,. I':n el caso de los minerales chilenos son excepcionalmente altos, Wnto

en cohre como en molihdeno, Ln Chuquieamata por ejemplo, el contenido de este metal I 'Iria entre O,OS I 0,07"" ! ,'1 contenido de eohre es aproximadamente de 1,0) "o ( 1996), I a elieieneia en J;¡ rn:upl'l"aeión de molihdeno, es otro ¡:lCtor importante. Ella estú sujeta a la recuperación mú.xinw del producto principal que es cobre y esto afecta en parte a la r,'Cuperación del molihdeno. Otro prohlema que dehe considerarse es la pureza de la nllllihdenita, para lo cual dehen eliminarse las impurezas de cobre (paga multas) ! otras impurezas. Pero la mayor pérdida de molibdeno se produce en el proceso de Ilotación co Icet iI a de sulli Iros eo hre-mol ihden ila.

I'or todas "St'IS ra/
a ()5

°n.

lllla Cifra pnHl1cdul podría sel )() Hn .

}'acimielllo el/qlle "Imo/ihdello el' el compollellle de IIl1a milla compleja, SIL' k'l"l'lT glllJ1<) tllL'lll.:i¡)llad(ll's l'l 1ll1'IlPs illlJ10rlall!L'} :lporl(l aprn~iJlladalllL'lllL' el 1 U o dl'

I

'" I,rodllcl'i(ln Illlllldial d,' n1l11ihd"11l1. I:n l'ste tipO se pllede mencionar la mina I irne !\U/, ,'n I;¡ !'niún SOl"i0til'.1 en 1.1 re1'lon del ('
I'n 1:I'.IIl', la mina Plne ('Iú'k en el Fstado de Calilllrma. que pertenece tamhién a este grupo. producL' l'stos dos 11lL'1~t1L's

I'n ('.lIlal!:!. ('
Id

l'\pIOI;II'H'lll

dcllllolihtkno.

1:'1, 111 aclllalidad, gl'llll parle de e\"lal mi,,,,, e,llaríall cerrada.\",

7'1


MOLIBDENO, TECNOLOGIA DE OBTENCION Beneficio de Minerales de Molibdeno El molibdeno como elemento principal o como subproducto, se encuentra en minas de baja ley y antes de su empleo como producto industrial o metalúrgico debe someterse a operaciones y procesos de beneficio y concentración para liberar la especie mineral, molibdenita (MoS 2) que es prácticamente la única de importancia económica. Obtenida la molibdenita, se somete a procesos pirometalúrgicos e hidrometalúrgicos para transformarla en los productos correspondientes que emplea la industria. En Chile la molibdenita se obtiene como subproducto del cobre por el proceso de flotación. En una primera flotación se obtiene un concentrado colectivo de sulfuro de cobremolibdenita. Posteriormente. se realiza una segunda flotación selectiva donde se separa la molibdenita del sulfuro de cobre (ver diagrama 2.1) En la figura 2.1, se muestra un diagrama de flujo de la obtención de molibdenita como subproducto del cobre.

PLANTA DE RECUPERACION DE MOLIBDENITA (Ohtenida como subproducto de yacimientos de cobre)

Descripción General •

Challcado Existen tres etapas de chancado: primario, secundario y terclano, con sus correspondientes harneros que van clasificando el material y almacenando en los silos de material fino. que alimenta a la sección molienda y flotación primaria.

•

Molielldajilla y húmeda. Molienda fina en molinos de barras y de bolas.

•

FlotaciólI primaria. Se adiciona agua al mineral molido y la pulpa pasa a las celdas de flotación primaria en circuito alcalino que consta de una etapa de flotación primaria y dos de limpieza con remolienda previa a la primera limpieza.

En esta primera flotación se obtiene un concentrado colectivo de sulfuros de cobremolibdeno. Este concentrado colectivo cobre-molibdeno se somete a una flotación selectiva donde se separa la molibdenita (producto de cabeza). La molibdenita separada sigue las etapas mostradas en el diagrama 2.1. 80

Alvaro GOflZález Lelelier

DIAGRAMA N° 2.1 RECUPERACION DE MOLlBDENITA DE COBRE PORFIRICO DIAGRAMA DE FLUJO

CHA.vCADO PRIMARIO (C/tal/clltlor lI;rawr;o) CI/ANC1DO SI:Cl'NOARIO (de COI/o) ~ CI/ANC1DO TERCIARIO (,\)'1//111/\ de whe:o ClJrlll) ~ I o 1 ETAPAS DI: lfOUE.VDA

t FLOTACJON PRIMARIA ( Flotol/ CI/S

IloS,)

t 3

o MAS 1'1.01' lClO,VES 01, U/tl/'IEZA ESP/:'S'l 111/:' \ 1'0

..ICOSOIClO¡\, ·I.IIIE\']'O CO \ VI:PRLW//( ~

FLOTACJON DE MOLlBDENITA

CO,\CI:'.\'TR·lf)O VE IIOI.I/WE\IT I

COlAS VI:: COBRI::

n.OT·1ClO,\ES 111:' 1.IMl'nZ·1

LH'/:'SilMIENTO

t I,S!'I,S I.lIlf:STO ) /(E.lIOUI'SO.1 FUIT 100 \ L\ COST/( ICORRIESTE UXII 'IAClOS 01, COIJ/(E (dll11Uro de \"tI y \tIle, tle el)

t I:'SI'/:'SA,\/IESTO SU11)()

r

Fil. IR ,lIJO

Fil. TRA 00 ~

n

'¡VIJIOO,v

~ COBRE ES DlFERE.\'T/:."S NIRIIAS

r 1,.v'·,·IS 100

81


FIGURA N° 2.1

HORNO DE TOSTACION DE MOLIBDENITA (MoS2 J

82

A/l'tlf{) GlJllzá/ez Lele/¡er

PROCESOS DE CONVERSION DE LA MOLlBDENITA

ClJlI.I'iderrrcitmes Gellerrr/es

Aproximadamente el 98 % de los productos finales del molibdeno parten básicamente del óxido molibdico (MO()l) y como la especic minerológica comerciable es la molibdenita (~loS,) el proceso básico es la transformación de molibdcnita en óxido molibdico. Este ,,,ido es apnn cchado para obtener los productos linales como aleaciones. ICrromolibdeno. productos químicos. lúminas. barras. alamhres de.: melal. ele.

I a l1lolibdel1lta tiene usos mu) restringidos como lubricante)' en ciertas aleaciones en que d ;l/U rrc no L'S un ¡ilclor pcrnicioso. hdsten Ciertas limitaCiones en d mercado mundial del molibdeno. que es necesario tener presc'ntc. "lg11l10S países no tienen derechos aduaneros para la importación de coneemrados dc l1lolihdenita. pero si pagan dercchos aduaneros los productos linaJes o los deri,·ados del el ú'\ld(l de l1lolibt!L-no. ',1 ohjt.:livo L'S scgurallh..:nlc fOI11l:ntar th:ntro dlo.: "ti'" I"l'spl'cti\Ps pals~'s I~I illslalaciún de plantas de transformación tk Illolibdcnita y la 'llllllhdL'lln. IIldll:L'lldo

poslhllldad de reeupcr;lr cl rL'nio quc puede considerarse un subproducto de la molibdenita prllH:nil'lltl' dd cohrl' porllril:ll.

TOSTACION DE MOUBDENITLI

Ohl<'ll' iáll

ti" IIIJO, Técllico

{ nlllp se IIldll'll "lIlll'rioI"Ill1'1l1L' la mayor partl.: de la mnlihdcllila dehe transfnrlllarsc.: t'n

,·,\ido dc' l1lolihdc'no. que cs 1:1 maleria prima húsica para obtencr los productos finales. 1,1 tostaelún sc reali/a cn hornos tipo Nichols-Ilcrrcsholf quc son los tipos de hornos easi IUll\CI',lks Inús usados. I ambien puede usarse reactores Iluosólidos quc teóricalllelllc ,khcll;1I1 dar Illcjores resultados. Scgún antecedentes en Rusia se estaría usando reactores I1I1<"ol"\,,s d"Slk hace mas de trelllla arios. Sin embargo. en el mundo occidcntal los pnllupaks PllldllctorL" como '·1'.1 '1 1.. Canadú. Chile. elc siguen usando los hornos lipo '\i,hols-I k'Te,IHlIT, los nuc'os proyectos \ ampliacioncs conlemplan csle lipo de hOI"l1\1s.

I a planta de lostanón de molrbdenila de l'huquicamata instalada hacc solo algunos aiios. U".! ".... !L.

tipo de

IhU'IlOS.

83

Riquezas minerales de Chile a nivel nllllu/ial

Los hornos tipo Nichols.Herreshoff tienen generalmente 8-10-12 niveles o pisos y una capacidad de carga que varia de tres a veinte toneladas por día. La carga es molibdenita concentrada con 90-94 % de MoS2, humedad 5-7 % Y otras impurezas; se alimenta desde arriba. El calentamiento se realiza con un gas natural (quemadores ubicados en las paredes del horno) y el azufre también ayuda a la auto combustión. En cada piso existe un sistema de rastrillo que mueve el material. Actualmente se recupera el azufre que sale en forma de S02, el cual se transforma en H2S0 4 . El control de temperatura debe ser muy estricto porque el MoO) a temperatura> 620 oC empieza a sublimar. A temperaturas < 600 oC la tostación es insuficiente. A temperatura > 650 oC se producen aglomeraciones o sinterización y a temperaturas> 700 oC se sublima. Experiencias realizadas por Grimes y Witkamp muestra la distribución siguiente del molibdeno en el paso de la carga de un nivel (o piso) al otro hasta su descarga, expresados en fracciones de moles de molibdeno en sus tres principales formas.

TABLA N° 2.4 NIVEL

o 2 4 6 8 10 12

MoS, 1,0 0,842 0,491 0,106 0,006 0,001 0,0007

MoO,

MoO,

0,0 0.092 0,324 0,633 0,222 0,005 0,000

0,0 0,066 0,185 0,262 0,772 0,995 0,999

Las reacciones o conversiones qUlmlcas que se producen en el interior del horno son complejas, pero se pueden representar en forma simplificada anotando solo las reacciones básicas o primarias:

MoS]

+ 3,5 O] -} Mo03 + 2S0]

6Mo03 + MoS] -} 7MoO] + 2S0] MoO] + 0,5 O2 - } Mo03

Para el mejor control de la temperatura de tostación, los hornos poseen camisas de aire y ventanas en cada nivel para realizar observaciones de la marcha de la carga. El aire que se inyecta también debe controlarse. 84

~"'((ro

GOIl:ále: Lelelil!r

1 101m Clll1lrol IInporlant~ 4UL' d~b~ hacerse, es la pérdida de molihd~no 4U~ se produc~ ~n ll>nna d~ parllculas que ~scapan .iunto con d humo de la chimen~a. Como la granulom~tria d~ la molihd~nita es mu) lina y la in)ección d~ air~ producc un fu~rte tira.i~, part~ dd conc~nlrado li~nde a ~scapars~ por la chim~n~a. Para climinar ~ste problema s~ colocan ~n d camino d~ los gascs, ciclon~s, pr~cipilador~s declrostúticos y la\"ador~s sellados con agua. I as partículas reeup~radas s~ dcsaguan ) s~ introducen nuc\ am~ntc al horno (\"cr ligura 2.2). \.(1 d~scarga dd horno es d ó\ido molíbdico técnico, qu~ tiene una pur~za ac~ptablc para

usos mctalúrgicos li~ura 2.2)

~n

aleaciones con liCITO. Se

\~rú

(\"~r

en el capitulo correspondiel1le

, a punlic;lLiull tlt,'1 ll,ido mnlibdl\,:o SI.: l''HtedL' reall/ar por lixi\ ial:iún con agua (,l por . . uhlllll.h.:UHl I il purilicacit.lll UHl agua prL'\l.:lll.l d prohlema de que Sl' producC'1l pl'rdidas dl.' Illtllihdl'lHl pUl di:-.oluciún de ulla peljuC'i)a parte.. JI..' eslL'

I ,1 suhlllll(lL'Illl1 se ;'1'rO'"l1;ldamenIL' IIn

a 1000-1100 ('. en hornos espcciales. I:n ~sle C(lSO, "" dd \100;, se ohtl~n~ cn un alto grado de puroa ) d :iO ""

I\~,"i/(I

~O qUl..'da l.'lllllll !\lo()~ lL'l'llico, ,., ll1aynr estado dc pllre/a Se..:' puede obteller por

rl'st:IIl!L'

pnH:l'sllS qllllllll'PS.

0.'\1 DO !lfOL! BDICO Pi 'RO (MoO ¡) Sl' ohtll'lll' plH

,,' ""l1L'IL' a

pt111Iic"ICIDIl qllllll'C~1

1,," 1.leiún Cl'n

p~lI,1 .... l·par;¡l' UIl

I

IL'\'I-

\ladrc

Lid \Io() .. grado tl.'cllico.

j'l ~lo()~ técnico l"scog.ido.

1I SI)I diluid,) en un est(lnque Imll IStO de (lgitación. CUIl

I s!L' \I,,() 1,II,Idl' SL' Ir'll.IC·"lllllla ",IUL'IOIl dilllida Lk '\11; (Nlh I phlll.'lll

un

111..',)1

I"Il'(l

dl'

lIlulihd,tl\l LiL' amOI1I1) ~

Ulla

lillra

1I~(l)

\ se tillra

~e

p¡¡rlL' insoluhle

I I Ileo' d" l11olll)dal" dL' all1lllllo se' Irala eoll ulla ,;11 k"ica para s~

,-~

IInpurl'/as tic...- cohre ~ lierro.

pr~cipitar

plata \ 1(,,,Il'r,,.

lilltll,

1111L'll1 lill,;,do ,k l11olibdato dL' ell 1," 111 a dL' CuS, SI! lilltll,

~lIl111nIO s~

Irala con (:"II,hS para precipitar restos de cobre

85

Riquezas minerales de Chile a nivel /l/ulldial

FIGURA N° 2.2

ESQUEMA DE FLUJO DE OBTENC/ON DE MOLIBDENO Y RENfO CICLONES

I I I

1--

r-

\

PA(CIPITAOQR ELECTROSTA"ICO

I

I I

~1

1

, 1, 1-, I

I

""./

~

scnUOB1NG

.'N

ALlMENTACION

I I

I

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I

I SOUJCIOr-. DE SCRUB80R

ELEVADOR

De

CAPACHOS

I

e

MOll9DENlTA

'y

I a-

DE CALCINA

M~RTILLO

.,NS )

M o 03

Mo 03 GRAOO TECN leo

86

~ PERr~EN ~,lO

VENTILADOR

MOLINO

•

A'v':Oi-'¡~)

A/l'llro GOllzti/e:. Lele/ier

La solución limpia se trata con 11 1SO, hasta ohtener un pll - 2.5: se obtiene un licor madre con impurc7i\s cspecialmente dc potasio ) tetramolibdato de amonio (I\monium rctramolidatc) A r:-'1muy puro. COII este prodllcto se puedell seguir do.\" camillo.\.

llna parte se somcte a calcinación dirccla donde se elimina NI h . por vaporización \' se obtiene MoO , muy puro en l(lrtlla de harina (Flowry). A la otra parte se agrega 1I,+11 1() para ohtener solución de molihdato: luego se hace e\'aporar para obtener cristales de I\D1\1. hle dimolihdato de amonio se calcioa para ohtener finalmenle loO, puro grado arena (Sandy).

FERROMOUBOJo'¡VO Elfe,.r¡""o/ihrle",,

• •

\"t,

ohlif!l1(, 1'0":

I'rtlce.HJ lIleW/otérlllica () a/ulIlillotérlllico l'roce.w de./illldiciríll ell /tomo eléctrico

1:1 pllmer proces" e, mús uS;lLln \ consisle en preparar una me/e1a de óxido molibdico t(-cnico ~ rerro~ilici~) ell partL's apHn,:imadamcnl\: iguales junlO con aluminio en poh o. Ac..h.'llla". SL' alill'ltJlla cal. espato Illlur ~ carhonato tk calcin. I ~)da l'Sla 1111'/c1a alimcnla a un

horno re\ estido de Iadnllos rer",clarios \ de sd,ee. La reaeeion necesita calor inicial después sigue.: plH" allloigllicil):l (\ cr lig.ura 2.3).

I:n el proeCS(l en hornos e10l'lricos sc puede usar óxid() molíhdico o tambil'n molibdcnila (~loS.,). nH1Hl malcri.l primil

I'n cstL' 1I1timo GlSO

"il'

;I(.ii<.:iona cal ~ carholl para eliminar d

alufre.

87


FIGURA N° 2.3 ESQUEMA FABRICACION FERROMOLlBDENO

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88

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-

Almm GOIl~rilez Lelelier

RESERVAS. MERCADO Y ECONOMIA Las tablas ~.~ ) ~.J. Illuc'stran grandcs dilCrcnClas con rcspccto a las rescn as dc Chile. En la tabla ~.2 sc asigna una resnva dc J) 00 de Illolibdcno eon respccto allllundo y ell la tabla 2.3. SC Illucstra a Chile con una rcserva dc un Illillón cicn Illil T.M. Y cn el Illundo 5.500.000 TM .. lo que signilicaria que Chile tcndria una reserva del 20 % eon respeclo al totallllundial. Chile debe rcvisar csas cifras. Si considcralllos b labia ~.J b"s"da fundalllcntallllcntc cn los estudios de ll.S. Gcological Sun C) tincr,,1 ('ollll11odit) SUlllnlilrics. .Ianu.II·' I()<)X. podel11os concluir que Cll cuanto a n:s~n as SOldlllL'lllC.

el

I/ltl/U/O

tendría

rc\('/Tt"

!Jara 4/,9

fllios

al

aclllal

ri/Jlu} tle

explotllciólI. Los Ires IIIl1yore.' prollllclol'l" 11('/ IIIl1/ulo '011:

l.

EII prilller lugor Ef:.l '{'. CIJU

2.

En .... eglllldo lugar Chillu

3,

FII lercer Iugllr C!tile CIJII

1'1"1'1'1'11.' 1'111'11

COII /"('\('/TtI.\

4N,f> (l/IIJ.'· lllri.'

!Jura :J()

1'1'.\1"'1'11.' 111/1'11

tll;O,\'

l1uh. .r

SS (l/IIJ.' lllri.',

I:n la aclll"lid"d ( ailll .'()()() ). la nisis "si"lic" ) SlI rcpcrCUS10n Illllndial alCcta pr:'teticalllcnte a lodos los nlc'1"les en Sil producción, cn su prccio. Por c'jcl11plo: la libra dc 1\ to( h. c'S de Ill:is o Illc'nos l So¡,.¡ C<11l grandc's l1uctuacloncs. E''/II .,iIllIlCifÍlI puelle r<'l'el'line {llJr: •

Il..Tlllino de Lt "L'clIL'b hali . . I~1 prpn)r~lda por la cn~is asiática.

•

CUIlel retllrno ¡¡ ~itlli.l(ipllL''' IHlI"Il1i.lk's ",eglllri;l el fucrte Jesarrollo tecnoló~ico con gran lkm:lnd:l dI...' liL'ITl'. ~ICl'rtlS l'splTiak's ) akaclulws en gcneral que son l'1 sector de: l11a~ nr

dem:lIlda lkllllOlibdc'no •

1·1 eoniliuo bc'licll ha csl:,do slcmpre pre,enlc cn la humaniuad aunquc nadie lo dcsec (pal anllad~ll. Rceo,delllo, lJue con la adlc,ón del Illolibdcno al acero. aumenta la resislcncia de estas akaciones al impacto apl'llximauamcnle al doble. Estas aleacioncs de aCc'l'll-llloltbdello ". u,an cn barclls blindadlls. tanques. artilkria. elc.

Por todas c~t~l" ra/ol1c'" SL' considera al 1ll01lhdL'no un llll'tai cslra(~gic(l. tJnto para el dCSarrlllh) lecnol<"gicn COIlHl p~lra el COllllicto hl'1i<.:o.

1 as illlctllac'innc, dell'rC'l'io de c'slc' mclal han "dll cxtraordinarias en el lapso 197)-19R:i.

89

Riquezas millera/es de Chile a llive/lIIl11u/ia/

Valores del MoO j técllico en US$ por libra (promedio por año):

1975: 2,74 1976: 3,26 1977: 4,02 1978: 9,80 1979: 22,60 1980: 11

198/:6,5 1982: 4,2 1983: 3,93 1984: 3,56 1985: 3,25

El año 1979 el valor promedio del precio de la libra de MoO} fue de US$ 22,60. Pero ese mismo año el valor máximo fue de US$ 32 la libra. En la década estudiada la fluctuación del precio varió de un minimo de 2,74 a 32 dólares la libra.

EIl los últimos O/jos los precios SOIl los siguielltes: Precio del MoO j técllico ell US$ por libra (promedio valor real por año):

1994 : 4.60 1995 : 17,50 1996 : 8,30

/997 : 9,46 1998 : 8,50

Sustitutos Existe poca sustitución del molibdeno en sus aplicaciones principales de aleaciones con aceros y fierro fundido. Entre los elementos potenciales de sustitución del molibdeno se pueden considerar los siguientes: cromo, vanadio y boro en aleaciones de acero; tungsteno en herramientas de acero, grafito, tungsteno y tantalio en materiales refractarios para altas temperaturas CIl hornos eléctricos. Cromo-naranja, cadmio-rojo, pigmentos orgániconaranja. pueden reemplazar al pigmento molibdeno-naranja.

90

Ah'aro GOIl:.(ílez Lele/ier

PRO YECClONES

Si cxalllinalllos la figura 2.4, podcmos observar quc el molibdeno dcsdc su descubrimicnto ( I77X) hasta principios del siglo XX, este metal no pasa mús allú de scr un elemento de cstudio cn laboratorios en búsqueda de posibles usos industriales, 1, n la scgunda d¿cada del siglo se muestra el primer rcpunte pronunciado dc producci
siclllprc sc produccn ,llhrc stock de mctaks que el mcrcado tarda en consumir,

,\'OT·l: "Si cOlI.üde/'{/l/ws '1l/e el /IIayor poral/taje de la I/IIII/allidad pertel/ece al "/III/I/do \/I1J1Il'\armllado y el/ desarrollo" y 111/ pe'll/elio porcelllaje , al lIa/llado "/IIII/ulo d,,\Iu'I'ollado" IllIe e,l' preci.I'f/ll/el/te eI/IIayor cOl/sl//IIidor de /IIolibdello (/IIás del 90 "o) debe/llol' .H/poller 'lile ese grall porcelltaje de sl/btleJllrrollados y ell desarrollo ,I'e aC<'l'caráll cada I'e: /IIas rápida/llellte alllivel del sector desarrollado, lo 'lile repercllfirá el/ //11 1/I//IIellto acelerado del COIISII/110 de /IIolibdello 'lile CO/110 /te/llos visto es 1111 /IIetal (!'i(!ucill/ eu lIuestra ch'ili;'lIc¡úu",


FIGURA N° 2.4 CURVA PRODUCCION DE MOLIBDENO TIA FUENTE: A.Sutulov./ntumet Molibdenum Year 8ook, 1981 (Ullimas cifras producción 1994. 95, 96, 97 Y 98) U.S.Geologica/ Survq Mineral Commodity Summnries

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1970

1980

I g~O

• ?COl

All'aro GOllztÍlez Lelelier

REFERENCIAS CAPITULO JI

1

MOL }'IIIET, III!orlllacitÍn dircc/a

}

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l)

Fnc\cl()pcd~ orChcl11ical

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n

I\ST/ TO DE I,\'GI:..NIEROS DE MINAS DE CHILE. La Mineria en Chile. ('OIIlSIO,\' CIIILL"\>t DEL C08RL·. Doculllentos

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~6

'IO'!'))I" \ "1\;11' u.' "Iljnl"s ~IU"ll,!Dl'.1 s.' ,'nI> I~ '(-()','}(l 11IU,'l ~p llpl'\llellb,! l.) l'pU"llIj(lJ llpl'\O ," 11I1 ~lU~lljlll" ll.I11¡"DdlU~¡

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OIN3H IJI07/1lIJV:J


Desde e! punto de vista práctico, es importante destacar aquellas propiedades aprovechables en usos industriales. El renio se volatiliza fácilmente en forma de heptaóxido y este compuesto es soluble en HzO Y en solventes oxigenados. Estas propiedades se aprovechan en la recuperación del renIO. En los diferentes compuestos, el renio actúa con las valencias 1,2,3,4,5,6 Y 7. Este metal puede cambiar de una valencia a otra, lo que le confiere buenas propiedades como catalizador. Tiene un peso atómico de 187 y se conocen varios isótopos con pesos atómicos: 182,183,184,186,188,189,190 Y 191. Todos estos isótopos son radioactivos y 1Z obtenidos artificialmente. El renio (187), tiene una vida media (half-Jife), de 4xl0 años y el producto de descomposición final es osmio, que puede ser usado para calcular edades o tiempos de formaciones geológicas. Los isótopos de! renio obtenidos artificialmente poseen una vida media que varía entre diecisiete minutos a doscientos días. El renio es atacado por el ácido clorhídrico y e! ácido nítrico. El ácido sulfúrico lo ataca a elcvadas temperaturas. Posee una alta gravedad específica de 21. (ver cuadro 3.1). Esto es cl doble del molibdeno y 50 % más alto que el mercurio. Solamente el iridio (22,82), e! osmio (22,69) y el platino (21,60), tienen una gravedad específica más alta quc el rcnio. El alto punto de fusión (3.180 oC) como asimismo el alto punto de ebullición (5.870 oC), incluidos en el cuadro 3.1, le confiere buenas propiedades como metal refractario. Solo dos elementos tienen punto de fusión más alto: el carbono y e! tungsteno. El renio posee una rcsistencia eléctrica cuatro veces más alta que el tungsteno. Su módulo de elasticidad y propicdades mecánicas tienen aproximadamcnte valores comparables a las del fierro.

96

Ab'aro Gallzález Lelelier

CUADRO N° 3. I PROPIEDADES F/S/CAS DEL: RENJO, MOLIBDENO y TUNGSTENO I

Rf.NIO

Nillllero Atómico Peso Atómieo Radio Atómieo (A) Puuto de Fusión (OC) Puuto de Ebullición (oC) G ravt.·dad Específica Codiriente medio de Expansión (20-1000 °C)x 10''' Call1l' Espeeifico (20 oC) (eal/g oC) Ih-sisl,-nria Eléet rira (20 oC) (O CI11 x ((1' ') Conduclividad ICléctriea (O-lcl11") x lO' Il lltt.'IIl'ial Electroquímico Normal ~l"'dulo .Ie Young 20 oC (Kg/m)

MOLIBDENO TUNGSTf.NO

75 186.31 1.37 3.180 5.870 21.02 6.X 0.0322 21.1 16A -0.60 -t7.000 52 H('xagoual

( 'onslantt' dI..' I{.ichanlson a 01'1-· T-

rEstnu.'fllra Cristalina

-t2 95.95 1.39 2.610 -t.830 10.2 5.3 0.060 5.17

3.5

-0.25 29.000 55 CiJhieo Centrado en ('llntc"¡ol-

Ils... topos

lS5: IX7

,

7-t 183.92 1.-t0 3AOO 5.900 19.3 -tA 0.03-t

92;9-t;95:96: 97;'JX; 1(lO

36.500 (,0-1111)

CiJhieo Centrado en el Intl'l-ior 180:182:IX3: 18-t:186

----

USOS DEL RENJO ('UIllP 1..'11 l'I caso del molibdeno, !lO ~\:islcn datos estadísticos completos con rcsp..:cto a los dI k n..'Jl\I..'S LISOS del n:nin. Sin 1..'111 :"largo. podcmos estimar que el lISll de este Illetal en la illdl1"tri~1

quimica

como

catrli/ador

c.:s

el

mas

importante.

constitu!0ndosL'

:ll'n''1llladaIllCnk en el selenta por ciento de la producción mundial. Esta estimacióo se hil(~ .,:11 hase al siguiente razonamiento: ¡·'Iad." [Inidos. consume apro\inudamenle el 55 o" de la producci(¡n mundial de renio. de Ip~ cllalc~ el 9() °u se CllnSUllle COILO calali/ador en las industrias químicas dc rL'lillélción (k I'l'lroic'o I pdr
Riquezas mil/erales de Chile a I/Íl1el mUl/dial

Defil/ido el uso prillcipal del rellio podemos cOII/ecciollllr el siguiellte ordell de usos más importalltes: o o

o o o o

IlIdustrias químicas como catalizador Usos como rellio metálico, aleaciolles y partes de illstrumelltos Termocuplas Recubrimielltos de metales IlIvestigaciolles del uso del mismo metal Otros

Usos en industrias químicas como catalizador. Es importante recordar, como dijimos anteriormente. qUf el renio puede actuar con las valencias: 1. 2. 3. 4, 5, 6 Y7, con las que el intercambio dí' valencias ~,c rcaliza con mucha facilidad, lo que confiere al renio muy buenas propied3des como catalizador. En este aspecto tiene propiedades muy parecidas al catalizador bimetálico platino-rodio, con la ventaja que el renio además, posee buenas propiedades como promotor de catalizadores. El campo del renio como catalizador es amplio. Se usa en los procesos de hidrogenación. deshidrogenación. oxidación, reformación (reforming), polimerización, cracking. isomerización. etc. Además, se usa como catalizador específico en varios tipos de reacciones químicas inorgánicas y orgánicas como oxidación de S02 a SO] deshidrogenación de alcoholes. etc. En la actualidad está siendo reemplazado por platino) estaño. Las propiedades más importantes para que un elemento, mezcla de elementos o compuestos. se comporten como buen catalizador, son: • o

• o

o

Resistencia {/ .'ills/ancias que acttía" conlO veneno de los catalizadores. Ej: azufre,

carbólI, etc. Resistellcia a altas temperatllras Alto relldimiellto ell la reacció" de trallsformaciólI buscada (selectivo) Fficillimpieza y regelleraciólI del catalizador COII el objetivo de allmelltar la "vida" como catalizador activo Precio del catalizador.

En realidad el último requisito tiene importancia relativa frente a las otras propiedades, salvo el caso de catalizadores de precios excepcionalmente altos porque si se cumplen los otros requisitos compensa un alto precio del catalizador. 98

Ab'afO COllzález Lele/ier

I:n la actualidad. el catalizador bimetálico platino-renio es el que ha alcanzado un mayor desarrollo en consumo en el proceso de "relonning" de naftas para aumentar el octanaje, I:n htados tlnidos el porcentaje de renio usado en procesos de reforming es alto, I:n general. en todos los procesos empleados en la industria del petróleo (refinería de p,'tróleo e industrias petroquímicas) el uso del renio y específicamente el catalilador himetúlico platino-renio ha experimentado un fuerte crecimiento, Igual que en el caso del molibdeno. debemos recurrir a las estadísticas de Fstados lInidos porque ellos son los principales consumidores de renio en el mundo (55 o n) y adem,',s. poseen las estadísticas más completas, La tahla 3,1. muestra el consumo de renio en Estados llnidos desde 1965 hasta InO, En e,;ta misma tahla se puede obsel'\'ar que a partir de 1969. el coosumo de renio su"" fuertemente como consecuencia del aumento de este metal. como catalizador en la industria del pelrúleo. llegando en la actualidad a un 90 'Xl el uso en esle ítem, !\unque ha encontrado un" fuerte competenci" con la "leaeiún plalino-est"ilo lJUC t:unbién se usa como ,,,tali/,,dor l'lI l'sla ;'lrL';I.

l 'sos del rellio metálico, aleaciolles)' partes illstrumelltales. 1,1 renio Inetúlico sc ;IP['(\\'L'ch" cn lill'nl" de pol\'o para compactarlo)' d"rie finalmcniL' dikrL'lltL'S LISOS. pUl' cjL'mpll) lúminas. harras, alamhres. hOj~ls delgadas. tuhos. etc.

1;1

ohtenciún dc cstos productos. cs lenta)' dificil porque a temperaturas superiores a 350 l' "L' forllla ú~ido de rCllio (RL'~()7) Y por esta ra/ón debe trahajarse en frío.

';l' pUl'dL'11 ohlencr productos de alta pureza (sobre 99.9X 5), I.tI . . pril1cipal".\ aleuciol1eJ .H~ ohticl1ell COII do.. .' (J uuÍ'! de 10.\ lIu!lale.. . siJ.:uieules: platillO, lIIo/í/JI/ello, tllllg.l1ello, crolllo,fierro, lI¡qlle/, coba/t0.l' tal/ta/ío,

1:11 csl,'S aleaeioncs. el renio mejora las propiedades mccérnieas)' dc plasticidad, l\dell1(ls. le eonliL'l'L' propicd"des anticlllTosivas, La adiciún necesaria de renio en estos tipos de ;¡k':ll·iollL'S. "aria L'l1lrc (\()s a cinco por ciento.

1\11''' 1.1 ohtcneiún de cstas aleaciones sc pueden usar rcnio met:',lico o algunos compuestos con", ,'1 pcn-,'nCllll dL' ;\mOnill ( '1I,RcOI) yel perrcnatll dc potasio (KreO.)_ Se prelicrL' cl pL'ITcn'llll de anlOnio pllr el efecto conl;\l11inante dcl potasio cn algunos tipos dc aiL-:H.:i{lIlL'S.

()l)


TABLA N° 3.1 CONSUMO DE RENIO EN EE.UU. 1965-1980 (en libras de renio contenido)

ANO

PETROLEO

INSTRUMENTOS

OTROS

TOTAL

1965 1966 1967 1968 1969 1970 1971 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980

25 40 55 60 2.800 4.350 6.384 3.800 3.500 3.550 5.000 7.500 6.000 11.500 8.700 7.500

200 200 300 200 100 200 380 400 300 320 180 300 500 300 350 350

985 960 995 565 350 550 836 600 600 630 320 500 800 700 450 450

1.210 1.200 1.350 825 3.250 5.100 7.600 4.800 4.400 4.500 5.500 8.300 7.300 12.500 9.500 8.300

La adición de renio (25 %) en aleaciones de tungsteno o molibdeno aumenta en forma considerable la ductibilidad de estas aleaciones y permite la fabricación de finísimos filamentos usados en el campo electrónico: lámparas, válvulas termoiónicas, rectificadores en equipos de alta frecuencia, etc. En aleaciones con níquel, platino y tungsteno transfiere muy buenas propiedades empleadas en la fabricación de piezas expuestas a trabajos mecánicos continuados. Se aprovecha también la propiedad de absorción de neutrones a alta temperatura para fabricar biombos o pantallas de protección de radiaciones. Estados Unidos. en la búsqueda de un material adecuado para cohetería espacial, especialmente en el regreso de un aparato a la atmósfera terráquea experimentó con la aleación renio-tungsteno, los metales de más alto punto de fusión. El tungsteno con un punto de fusión de 3.400 oC y el renio con un punto de fusión de 3.180 oc. Ambos metales tienen átomos de diámetro muy cercanos a 2,80 y 2,74 angstr6m respectivamente y gravedad específica de 19,3 para el tungsteno y 21 para el renio. Esta 100

Alwtro GOllzále: Le/dier

,1I'''lcl"n d;, l'sccl.-nle, resuliados con una proporción dl' 50 Y 50 "'n. 1 ógieamenle que l"uas 1,,, l"PLTICIH la...; s' conocen ~llr":rli('iaIIlK'nlt' ~ d r~st(l se mantiene cn "ccrdo, Por toJo lo qlle ... ~tbL'll1tl~ ti Ir~l\0~ tk 11l1~HI1li1CIÓn perhllllstlt:el se

puede suponer que

c~iste una alcaciún

c I'eL"11 ! s"brl' ellas. lo/as (11\0 desprenuimlento en algunas ,onas no tiene mayores CIII1'Lnll'lll'i'h. !'('r l'Ielllplo, cn una aernn'l\'e lan/.lda al espacio no suceuería naua porque h,ll" ellas c",le UIU aieacion de IIp'' muy especial. rellio-tullgsteno. r..,.IIII1ClIl'lo. I s Ialllbl':n muy lI11portante el par renio-tungsteno. usado como lerlnocupla 1'.I1a c"lllrolar temperaturas soblc 2 'iOO '( Ierlnocunlas en base a renio-molibdcno I'uedell 1l1l:,dir I'Mía~ h:lllpCratllr.h l.'1l 'HIlHl~rcl;l"" dI..' hidlúgcno !h:lI

ll'rlllocuplas ell ba~c a lllL'taks

11 hlll1:

11IL·(lthO";

l'n

las clIalc"l no

()tr~l"" ll.'rlllocuplas illlpOrlallll'S

:"1..' P1H:UCIl

son: n:nio-

I"l'lllo-platlllo,

1·1 recllbrlmiento ue Indal.-s con una fina capa ue renio se bacc 1"11 l'l I'hleln ,It: reducir la cOITn"ún \ el dc'g.lsle prndllcido por el uso continuauo de IIna 1'1l/,1 lit: 111'ItI"in.1. /(<'cllhrilllielltll de lIIetoles,

1 ,k

,.,:n,hl'llllll'llh\

Ifll'11ll'1I1l1 lil'

1\'lllp

\ dpOl, 1,:lIlr1c;(lldo UII COIlIJ1IIL:~IO CUIlHl el qlll': l'~ l~ícdl11l'1lh..· \OI:1111i/,dhk, lal1lblén SI..' puede n:i.Ili/ill' por ckctroSl'

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I I Il'l •.I'"lllicnl" CI'I1 éste ml'I,I!. l'S 11111\ usad" el1 las piezas para conl;Klo~ eléctricos, .:\'1111.- 'l' 1I1111J1ic'n las eI"s I'roJ1il'dalks nl<'nCI"l1alhs .lIlteriormcl1te: a"uda a la resistel1cia 11Il'l'!I1t ':1 \ ;J Id 1'l.'''!SlI..'llrid l.1 \.1 l.:ol'r{l~i¡')1l J'1l L'''ll:' Ci.lI11rn leelllrhl/a ..11 tungsteno) a la I;~'ll

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Otros Usos Recordemos que el renio fue descubierto en 1925 y podríamos decir que en la actualidad se encuentra en una etapa de gran evolución en sus aplicaciones. de tal manera que su uso para il1vestigación es un ítem importante en el consumo de este metal. Se investigan nuevos usos CIllllO por ejemplo. catalizador y nuevas aleaciones para aprovechar sus excelentes propiedades como metal refractario. fácil de trabajar como asimismo lo fácil que puede cambiar de valencia química para obtener nuevos productos.

101

Riquezas minerales de Chile II nivel mundial

FUENTES DEL RENIO

Consideraciones generales La cantidad de renio en la corteza terrestre se estima en una parte por mil millones, esto es

0,001 ppm comparado con 2,5 ppm de molibdeno y 70 ppm de cobre. El renio es escaso y se encuentra tan disperso en la naturaleza que no se conoce una especie minerológica propiamente tal, sino que se encuentra como un metal isomórfico acompañante del molibdeno, específicamente asociado a la estructura molecular de la molibdenita, MoS 2. Para los efectos prácticos, interesa el renio asociado a la molibdenita proveniente de yacimientos de cobre porfirico porque en estos casos el contenido de este metal varía de 80 a 2.000 ppm (el contenido de renio se calcula en base a 100 % de MoS 2 ). En los yacimientos de molibdenita primario, el renio se encuentra en un porcentaje demasiado bajo para una recuperación comercial. En este último caso el contenido de renio varía de I a 10 ppm (uno a diez gramos por tonelada). Por estas circunstancias se considera el renio desde el punto de vista comercial como un subproducto del cobre asociado siempre a la molibdenita, de la cual se obtiene renio por tostación.

Se conocen dos o tres excepciones En Rusia existe un mineral del tipo depósito sedimentario: Ozheskazgan, en este caso el renio se recupera directamente del cobre sedimentario concentrado. Los rusos consideran quc en este yacimiento el renio forma una especie mineral (Ozheskazgan), que sería un sulfuro doble de cobre y renio (CuReS2), con una ley de renio de 40-50 ppm. Como se trata de un gran yacimiento se podría recuperar una cantidad muy superior a la actual produccíón mundial de este metal. Otro mineral de características similares al anterior, es el yacimiento de Shaba, en Katanga, de propiedad de los belgas. Este mineral es pequeño y se podría obtener solamente centenares de libras de renio por año. Otro mineral mencionado últimamente de características semejantes a los dos anteriores es el yacimiento de Udokan, ubicado en Siberia Central.

102

Alllaro González Lelelier

RESERVAS MUNDIALES DEL RENIO Sc cstima que las reservas mundiales de renio en la actualidad (en minerales asociados con molibdcnita) alcanzarían a 5.3 millones de libras. de las cuales se pueden recuperar 2.8 millones de libras de renio. Considerando cantidades recuperables dc este metallas reservas más importantcs estarían en los países mostrados en la tabla 3.2. Las diferencias mostradas en las tablas 3.2 y 3.3. se deben a que EE.UU. y en general los paiscs desarrollados. muestran todas sus potcncialidades. incluycndo reservas de minerales de coore cerradas por oaja de prccios delmelal principal (coore). lo que no ha sucedido en Chilc.

TABLA N° 3.2 RESERVAS DE RENIO EN EL MUNDO O.hs. de rel1;O cOI1/l!J1ido r(,clI¡Jerahle asociado a molihdenita)

--

-

PAISES CHILE ESTABOS lINIIlOS IWSIA FILIPINAS CANAI)A PI·:Rl' OTROS PAISES TOTAL .

l'

L1BliAS 1.000.000 750.000

290.000 200.000 ISO.OOO

126.000 28-1.000 2.800.11110

,.,.

fC ".1\ '1... ·1..\11(11/01, I"'J:. I Xf¡

103

Riquezas minerales de Chile a nivel /II/11ulial

TABLA N°J.J PRODUCCJON MUNDIAL DEL RENJO DE MINAS RESERVAS Y RESERVA BASE (Kg de Renio Contenido) PAIS EE.UU. CANA DA CHILE PERU RUSIA OTROS PAISES TOTAL MUNDIAL (aproximado)

1995 17.000 3.000 4.000 3.000 500

PRODUCCION 1996 1997 14.000 15.400 1.500 1.500 14.400 4.000 2.000 2.000 N.A. 500

1998 14.000 2.200 13.600 2.300 900

1999 11.900 1.300 13.000 4.800 700

RESERVAS RESERVA T.M. BASE T.M. 390.000 4.500.000 1.500.000 --1.300.000 2.500.000 45.000 55.000 310.000 400.000

---

---

---

---

---

---

---

29.200

22.700

35.000

45.100

44.400

2.500.000

11.000.000

FUENTE. U.S.Geologleal Survey. Mmeral Conrmodll)' S"mm(mes. Januar)' /999, Feb.2000

TECNOLOGIA DE OBTENCION DEL RENIO El proceso moderno de recuperación del renio se inicia en 1947 con el Proceso Melaven, posteriormente, modificado y perfeccionado en "Kennecott Research Center", que introdujo modificaciones profundas en la tecnología de recuperación del renio, pasando a constituir el actual "Proceso Kennecolt" el más usado en el mundo.

PROCESO MELA VEN Este proceso fue patentado por los investigadores Artllllr Melaven y Jolm Bacon, y consiste en lo siguiente: El renio se volatiliza en forma de heptaóxido de renio (Re20¡) en los hornos de tipo Herreshoff o de tipo fluosólido. donde se tuesta la molibdenita para obtener el MoO). Los gases que se desprenden de estos hornos llevan Re 20¡ que se condensan o depositan a lo largo del recorrido que realizan estos gases (ciclones, precipitadores electrostáticos, torres de scrubber. etc) depositadas en forma de polvo en los diferentes equipos; se lixivian con agua donde se disuelven el Re 20¡ y luego se filtra. El renio disuelto en agua se precipita con cloruro de potasio formándose el perrenato de potasio (KRe04). Este precipitado se lava y se cristaliza varias veces obteniéndose el perrenato de potasio con un 99,9 %.

104

A/\I{lrO GOl1zá/ez Lele/ier

PROCESO KENNECOTT Este proceso fl/e patel/tado por S.R.Zi/ll/llerl)' )' E. E. Malol/f y posterior/llel/te /IIejorado por Jolm Prater y ROl/ald Platzke.

1:1 cambio fundamcntal quc sc realizó cn cste nucvo proceso fue emplear la técnica del intercambio iónico en la recuperación del remo de la solución concentrada. Básica/llel/te el/ ell/l/el"n proceso pode/llos observar las siguiel/tes etapas:

l. I os gases provienen de los hornos de tostación de molibdenita previo paso por ciclones ~ precipitador electrostútico. Se hacen pasar por lavadoras de agua, operación que se repite varias \ eees hasta que la concentración del renio en el agua suba a JO gr/l. En la recirculaci"'n de agua. e'sta ahsorhe lns gases que sc desprenden dcl horno como So~ : Re2()7 : etc.. ) también arrastra el polvo que no sc pudo eliminar en los ciclones y prL'ciritadores. 1,'1 agua s(' filtra para eliminar estas parlículas de polvo. 1

,.

La solución limpia de polvo y rica en Re~()7 se vacía a un estanquc de madera dondc se adiciona soda caústiea ) ceni/a de soda hasta obtener una solución de pH6. A continuaei"'n se osida con hipoelorito dc calcio)' se acondiciona la solución con álcalis hasta un pll J O. I.a solución así preparada se deja reposar (toda una noche) con el objcto qUe' precipiten algunas sales contaminantes como las sales dc fierro.

\1 dia siguiente. b solución e1ara se decanta)' sc envia a las columnas de intcrcamhio ióni,,). La rcsina usada es Do\\ IRA 400 que tiencn la propiedad de absorber sdecti"amente los iones renio ,'n solución alcalina. Cuando una columna se satura se cambia d circuito a otra columna (\ er figura 2.2. capitulo 1I l.

4. 1.\ resina cargada cn la columna de intercambio iónico sc lava con solución de sullocianuro de amonio ( II,CNS) disoh iendo el renio en forma de pcrrenalO de amonio ( If¡ReO,l. el cual se concentra) cristaliza. 1::1 perrcnato de amonio cs un producto comercial tlel cual se puede obtener renio metúlico en polvo que se puede cOl1lpaclar por métodos metalúrgicos.

\05


MERCADO Y ECONOMIA Con respecto al mercado del renio se podrían repetir varios conceptos ya expresados en el capítulo !I, referentes al molibdeno. Los precios actuales son muy bajos en la mayoría de los productos básicos. En el caso del renio, se acentúa mucho más porque como metal "nuevo" (en su descubrimiento y usos incipientes), tiene una gran sensibilidad a la demanda que hace fluctuar el precio ya sea hacia arriba como hacia abajo en fomla notable. La evolución del precio del renio expresado en libras de metal contenido y su notable fluctuación se puede observar en una apretada síntesis de lo ocurrido en los últimos treinta años.

• En los años 1960-69, el precio de la libra se mantllvo entre USS 600 a 700. • En 1970-71, silbe a USS 1.000 - /.200. • En /972-73, baja a USS 800 - 900, continllando IIna larga baja hasta /977 en qlle el precio medio llega a USS 450. • En el primer semestre de /978, el precio contintía bajando hasta USS 350. En el segllndo semestre silbe repentinamente a USS 750. • En /979 contintía el alza y llega a valores de USS /.000 a /.600. • En /980 llega a IIn precio promedio de USS 2.400 en los seis a ocho primeros meses. En los tíltimos meses baja a USS /.000 • En /981 el precio cae primero a USS 650 y posteriormente se transa entre USS 400 y 600. • En 1986 el precio fue de US$ 350 el renio metal.

ANO 1994 1995 1996 1997 1998 1999

ULTIMOS PRECIOS US$ I K (promedios) Metal (99,99 % ) Perrenato de Amonio 1.560 1.100 1.100 700 900 500 900 300 1.100 700 750 1.100

..

FUENTE. U.S. Gtolog,cal SlIn f). Mmeral Commod'f) Sllmma"rs /999-2000

106

A/,'a", GOllllÍlez Lete/ier

El' illleresallle obserl'llr:

la baja de los tres metales considerados hasta ahora, cobre. molihdeno)' rcnio )' comprobar dos aspectos de un mismo fenómeno. l. La baja reflejada

1'11

estos tres e1emelltos COII motivo de la recesióII mll/ulial J' sus

COJnieClIellcia,f posteriores.

La illtemidad de la baja que se presellta 1'11 forma paulatilla y COII mellor illtell.\idad 1'11 el cohre)' se illtellsifica 1'11 elmolibdello y cOllmayor fuerza 1'11 el rellio.

¡:xisten otros aspectos secundarios que inOu)'en en estas bajas que pueden tener diferentes explicaciones. Pero si es fácil explicar la sensibilidad en la Ouetuación de los precios en el molihdeno ~ en el renio en que un cambio en la tecnología moderna puede originar un cambio hrusco en el precio. Por ejemplo el "descuhrimiento" dc las excelentes propiedades como catali/ador que pnsee el rcnio en \'arios procesos químicos. I ste knúmL'no se puede producir en cualquier campo lk nuestra dinámica tecnología y

Iall/ar el precio del renio a ",lores más altos de los que se \'ieron de 1980 por la escasez mundial de <:st<: interesante elemento.

Sustitutos Sl"tillltos del rL'nin <:n la 'Ikaciún catalíli<:a platinn-renio. son evaluados continuamente. \k.l<:iún iridill-estaiin ha tenido éxito comercial en algunas aplicaciones. Otros m<:talcs h.ln sido e\'aluados para usos catalíticos como: galio, germanio, indio, scknin. siliCiO. tungsteno ~ \anadio. El uso de éstos ~ otros metales en aleaciones biln<:t:J1ic.ls para usns catalíticos. pueden disminuir en parte el empleo de rcnÍo. ¡{odil)

~

rodio-iriciio en usos de tennoeuplas para controlar altas temperaturas: tnngstenn

~

pLltinn-rlltl'llin l'n cara~ dI".' recuhrimiento ell contactos eléctricos.

107


PROYECCIONES: PRECIOS DEL RENIO Con respecto al renio podemos repetir varios conceptos ya expuestos con relación al molibdeno. Ambos elementos son relativamente "nuevos" (en sus descubrimientos y usos industriales) siendo el renio mucho más nuevo, puesto que su descubrimiento o mejor dicho su identificación se realiza en 1925. Desde su descubrimiento hasta 1950, el uso de este metal es típicamente el de un elemento de estudio en laboratorios, en búsqueda de usos industriales. Desde 1950-1965, se descubren propiedades interesantes como para ser usado en aleaciones especiales y como catalizador, lo que se traduce en un constante aumento en su producción desde 1965 hasta nuestros días con las limitaciones propias de un elemento de reciente descubrimiento, escaso en la naturaleza y el consiguiente precio a niveles de metal precIoso.

PRECIO DEL REINO (Kg) US$ Metal 99,99% Perenato de Amonio

1995 1996 1997 1998 1999 FUENTE:

1.100 900 900 1.100 1./00

700 500 300 400 750

u.s. Geological Survey. Feb. 2000

NOTA: Podemos decir que el renio está en plena etapa de metal en desarrollo, sometido a intensas investigaciones y repetir la frase expuesta por Donald Eilertsen, en un artículo sobre el renio, publicado en el "Mineral Facts and Problems". "El metal esta esperando que alguien le abra el camino desde la oscuridad al estrellato ". 108


REFERENCIAS

CAPITULO IU

l.

MOL YMET. Información directa IMOA. INTERNA TlONAL MOL I'BDENUM ASSOCJA TlON, London 2000

r

WILKINSON. Quimica Inorgánica Avanzada. Editorial Limusa-Méxido

3.

COTTON

4.

J.R.BARCEI.O. Diccionario Tcrl11innlógico de Química. Segunda Edición. Editorial i\lhambra S.I\.Madrid

5.

IU'RE.·j U OF MINE. Mineral COl11l11odity SlIllll11aries

ó.

¡'.S.GEOUJGYCAL SUR VE Y. MINERAL COOMIDITY SUMMARIES, 1999-2000

7.

,l/I.Y.Y/,\'G ,l/ANUAL REVIEUW, l.ondon

109

CAPITULO IV

SELENIO 8rel'e Reseiia HisttÍrica j'l nllmhn: del selcnio deriva d~ la palahra griega Selelle, ~n honor a la diosa gricga dc la luna. fue d<:seuhierto por el quil11ico sueco J..I.llcr/elius cn 1R17. en el residuo o lodo de las dunaras dL' plomo de la fáhrica d~ ácido sulfúricn dc Fahlul11. , uecia. 1'na d" las propi~Lbd"s impurtanl~s del s"knio. e, su COndUCli\ idad eléctrica variahle por Id d"ci,'n dc la IU/. !-tle descubi<:rto por Ikllorf <:n I RS1. i\ lás tarde l'n 1891 fue ~studiada ¡'lIr \\ .lis. la pr~)pil'dad qUl.' tit...'I1l' L'I selenio: sus compuestos de tl.'ilir d vidrio. !\mhas pr'1pil.'datil.·s han sidu ampliallH.:nlc aprovechadas para usos L'spl.'ciaks que SL' \'crún

1" lS tni, lI"Ille n te.

1 u L'I '-;ISlenl:l Periodico de lo, I kmelllos. el sekni(l se ubica en el grupo VI - 1\. <:ntre el ~ ~ntre d arsénico y el hromo. de los grupos laterales de la tahla · , ,. . e Icctrolllca . ' externa es.¡ (,1m 4 j'-' 4 p. ' I'Kfltll l IGl. .."Ul'OIl IgUfi.1CIOn

,l/utre \ el Ieluro

I d l"I1rlc'1d lerrestre contiene O.OS partes por millón dc seknio. Fste Illelal presenta grandes dn;'¡0l!I,IS con el d/ufle p<:IO. las propiedadcs que tiene no han sido tan inlcnsal11ente L'sludiddas como L·I ,l1ufre. I as l~lI"lllas alotrúpicas dd selenio son descritas en varios textos el1 forma confusa ~ a \ ('ces

;Iparecen ciertas contradicciones que oscurecen mils el prohkma. En cinco l<:xtos eSludiados. el autor no ha podido confeccionar una sint~sis clara de los diferentes criterios L"PUL",I,,,. es por <:S\(l. qUL' h~ decidido ~lcgir cI tes lo que expone con mayor claridad esle prohknla \d<:más. sinteti/ar ~ agregar ciertos aspectos aclaratorios para cntregarlos al kclor. I'n el J. R Ilareeló "Dicciollario TerlllillvltÍ¡:icn de Química ", s<: consideran las "lguiclllL" Illl"Ill;lS alnlrúpicas del selenio,

I11

Riquezas minerales. de Chile a nivel mll/ulial

•

Amorfo. Esta forma alotrópica del selenio tiene grandes analogias con el "azufre plástico". Es de color rojo oscuro o negro. Se ablanda aproximadamente a los 60 oC y a los 70 oC adquiere elasticidad. Recién precipitado reacciona con el agua a 50 oc. Soluble en benceno, sulfuro de carbono, yoduro de metileno y quinoleina.

•

Coloidal. Solución roja que contiene selenio coloidal y flocula lentamente en forma de selenio amorfo.

•

Cristalino. Son cristales transparentes de color rojo oscuro. Se obtiene por reducción de sales de selenio: p.f. 144 oC por calentamiento, se transforma en "selenio metálico".

•

Metálico o gris. Es la forma alotrópica más estable del selenio. Son cristales hexagonales de color gris o negro. solubles en éter. Una característica muy importante del selenio gris, es que su conductividad eléctrica es baja en la oscuridad y aumenta ciento de veces al exponerlo a la luz. Esta propiedad tiene aplicaciones fotoeléctricas y fotoquímicas.

En otros textos se menciona el "selenio líquido" denominado así porque sobre 220 oC forma un líquido negro y viscoso que posteriormente al descender la temperatura se va espesando cada vez más permaneciendo blando hasta los 60 oc. Entre los 40 y 50 oC, se endurece y se transforma en una materia dura y frágil de color gris oscuro o negro. Este metal es negro en masas gruesas y rojo grisáceo en películas delgadas. Se conocen seis isótopos del selenio que existen en la naturaleza. indican, con las abundancias aproximadas entre paréntesis.

USe (0,87 %);

76Se

A continuación se

(9,02 %); 'Se (7,58 %) ;

78Se (23,52 %); 80Se (49,82 %) ; 81Se (9,19 %).

El hombre ha preparado radioisótopos arti ficiales por activación de neutrones. Es importante el 75Se que se usa como herramienta de diagnóstico en medicina. En el cuadro 4.1 se indican algunas constantes físicas del selenio.

112

A/varo GOllzá/ez Lelelier

CUADRON°4.1 PROPIEDADES F/SICAS MAS IMPORTANTES DELSELENJO PROPIEDADES Peso Atómico I Número Atómico Punto de Fusión, oC Punto de Ebullición, oC Calor de Fusión (líquido), .l/mol Calor de Evaporación, .l/mol Calor dc Combustiún (a 298 K), .l/mol (para convertir.J a cal dividir x 4,184) ~."':.' ' FI t,\ 7/.. ¡",k-Of/""l ,r,JI tlJ.:. .(76 I •01.

lo

VALORES 78,96 34 217 685 6,224 95,90 -236,8 -----

J.R. BflfCt'ló. /)i('ciOllflr;o Tf'r",i""lól!;co de Qllí",iclI.

Propiedades I as propiedades químicas dd sclcnio son también parccidas a las dd azufrc: podríamos decir que sc cncuentran cntrc aqudlas dcl azufrc y el telurio. lestas trcs sustancias al scr calentadas cn el airc ardcn con formación de los óxidos: ScO, : S(h y lCOl. El selcnio f(lI'nla compuestos inorgúnicos y orgúnicos muy scmcjantes a los del azufrc y telurio. guardando mayor analogía con los compucstos del azufre.

Compiles/os Inorgánicos 1·1 selenio forma compucstos covalcntes con la mayoría dc las otras sustancias. Los estados de oxidación se pueclen observar con los ejcmplos de sus combínaciones elementales siglliclll~S:

Na,Se - 2; Na2Se! -/ ; Se O; Se 1C/2 + / ; SeO, + 2; Na!SeO-, + 4 ; Na1SeO, + 6.

I os compuestos inorgúnicos dc mayor importancia son: oxi,kidos.

selcníuros. haluros. óxidos y

1'1 cuadro 4.2 indica algunos compuestos inorgúnicos y propiedacles físicas importantes.

113

Riquezas minerales de Chile a llivell1llllulial

Seleniuros Seleniuro de hidrógeno. En general los hidruros metálicos H2M,

son fuertemente venenosos. El H2Se puede ser obtenido por la acción de ácido o agua sobre seleniuros metálicos. Se emplea generalmente el seleniuro de aluminio o el de fierro. También se ha preparado y estudiado el seleniuro de deuterio (02Se). Termodinámicamente el H2Se es inestable a temperatura ordinaria pero, su velocidad de descomposición es lenta. El H2Se es un gas inflamable, fuertemente tóxico y de olor desagradable que irrita la mucosa, nariz, garganta y ojos. Además, es un fuerte reductor, se comporta como un ácido débil en solución acuosa. Otros seleniuros binarios se fabrican por calentamiento del selenio con la mayoría de los elementos, por reducción de selenitos (M2SeO]) o selenatos (M2Se04) con carbón e hidrógeno y por doble descomposición de sales de metales pesados en solución acuosa con una sal de seleniuro soluble como el Na2Se o (NH 4hSe.

Los seleniuros alcalinos, alcalino térreos y los elementos del lantano, son solubles en agua. Los seleniuros de metales pesados son insolubles en agua. Algunos seleniuros de metales pesados muestran importantes propiedades utilizables como semiconductores, fotoópticas, fotoeléctricas y eléctricas. Son fáciles de obtener así por ejemplo, el ferroselenio y el níquelselenio se fabrican al fundir una mezcla de selenio y el poi vo metálico correspondiente.

Haluros El selenio se combina directamente con: fluor, cloro y bromo pero no con el yodo formando los monohaluros correspondientes: Se2X2; los dihaluros SeX 2 ; los tetrahaluros SeX 4 ; el hexatluoruro SeF ó . Los haJuros de selenio y los haJuros de azufre tienen propiedades análogas. Los tetrahaluros son más estables que los dihaluros. Los cloruros y bromuros se hidrolizan fácilmente, los productos de la hidrólisis son ácidos seleniosos y ácidos del halógeno correspondiente.

Oxihaluros Corresponde a la fórmula general SeOX 2. Sc fabrican por la acción de un halógeno sobre una mezcla que puede ser: halógeno + mezcla seca de selenio y dióxido de selenio; o la mezcla anterior sobre tetracloruro de carbono. El oxifluoruro de selenio (SeOF2), se prefiere fabricarlo por la acción del oxicloruro de selenio sobre el fluoruro de plata. El 114

Alvaro Gauzález Letel¡er

Sl'()¡:~

~s

un líquido incoloro de olor picante. Reacciona fácilmente con el agua. \ idrio. sili~ona ) muy violentamente con fósforo rojo. El oxicloruro de sclenio es un líquido il1l:olorn d~ olor picante. es oxidante y fuertemente c10rinante (cede cloro fácilmente). Su acción r~accionante lo muestra con muchos metales. no metales y sustancias orgánicas: su fu~rt~ acción reaccionante lo hace a veces en forma explosiva. Disuelve muchos cloruros de m~talcs y forma solvatos y otros compuestos. Mezclado con trióxido de azufre disueh'e la alúmina. ó,ido crómico y los óxidos de los metales raros. El oxicloruro de selenio ha sido llamado el "soll't!llte ulliversal".

OxitllJ.~

',1 mon,,,ido d~ s~lcnio S~O ha sido det~etado solamcnt~ como gas esp~clroseópico. El d""id,) d~ s~lcnio ScO, se obtienc qu~mando selenio cn una corrient~ de aire u oxígeno ,obrl' un catali/ildor o por oxidación con ácido nítrico o ácido selenioso seguido por una ~\ .lporación a sequedad. El compuesto es blanco y cristalino de estructura tetragonal y al cslado dc vapor presenta un color verdc amarillento. S~ disuelve fácilment~ l'n agua :kido sclcnioso, Se <.1isuL'!ve adclllús. en forma 111é.ÍS lenta en accIona. alcohol. ;'Iudo ac(·tico glacial y dioxano. (;lrlll,IIHJo

['omo cI SO.' . el SeO, es un anhídrido de ácido. pero al eontrario del SO,. es un fuerte o,idante v es r~ducido a sclenio elemental por el dióxido de azufre (en prescncia de vapor d~ agu~l). hidrógeno. sulfuro de hidrógeno. amoníaco, fósforo. carbono e incluso partículas ,k !,,)In) orgánico en airc húmedo. I I "C
~n

I Itri'lXido de sclcnio (SeO,l es blanco cnstalino c hidroscópico. cstablc cn atmósfcra seca a tem!'l'ratura ambientc. I'u~dc obten~rsc por la acción de trióxido de a7l1fre sobre el ,~kI1lUrll ,k potasio o también por la acción del pentaóxido d~ fósf(lnl sobre el ácido "'knic" )'onna ácido sclénieo cuando se disuelve en agua.

1,1 tnll,ido de seknio cs un

fu~rte

oxidante )

r~acciona

con Illuchas sustancias orgánicas e

IJllll~aIlICi.lS

115

Riqlleltls mil/erales de C"ile a l/ivelmul/dial

CUADRO N° 4.2 COMPUESTOS INORGANICOS DEL SELENIO Y PROPIEDADES F/SICAS IMPORTANTES COMPUESTOS

Seleniuro de H Seleniuro de C Cloruro de Se Bromuro de Se Dicloruro de Se Tetrafluoruro de Se Tetracloruro de Se Tetrabromuro de Se Hexafluoruro de Se Dióxido de Se Trióxido de Se Oxifluoruro de Se

Acido Selenioso Acido Selénico Oxicloruro de Se Oxibromuro de Se ..

FORMULA

PUNTO DE FUSION

H 2Se CSe2 Se2 C h Se2 Br2 SeCh SeF4 SeCI 4 SeBr4 SeF 6 Se02 SeO] SeOF 2 Se02 F 2 SeOF 6 H 2SeO] H 2Se04 SeOCh SeOBr 2 ...

-65,7 -40 -45 -85

---

---13,2 305 76 34,6 340 118 15 -99,5 -5,4 60 10,8 41,7

CALOR DE PUNTO DE FORMACIO EBULLlCION N 25 oC Kj/mol -41,3 85,7 125 155,2 127 -43,7 227 ---40,6 --101 --196 -188,3

---

---

46,6 315

-1.029,3 -238,5 -184

--125-126 -8,4 -29

-----

-531,3 -538,0

177,6 217

NOTA. Para eQlUlert" J a cal. diVidir por 4. 184 FUENTE: Mineral Fue' ami Prohlenl~. 1985 USA Oepartnltmt of USA ''''erior BlIreall o/ Mim'

Acilios .v Sales Los oxiácidos importantes del selenio son ácidos seleniosos HzSeOJ y el ácido selénico HzSe04' El ácido selenioso se forma por oxidación húmeda del selenio o de una solución de dióxido de selenio en agua. En solución es debilmente ácido. Es reducido fácilmente por hidrógeno naciente, sulfuro de hidrógeno, dióxido de azufrc y ácido clorhídrico, ácido bromhídrico y ácido yodhídrico. Es oxidado fácilmente a ácido selénico por Ouor, bromo, cloro. ácido c1órico, ozono, peróxido de hidrógeno, permanganato. El ácido selénico y los selenatos son mejores oxidantes que el ácido sul fúrico y los sul fatos.

116

, lI"'lfu GUII::.á/t.'::. Lete/ieT

O\I;lCldo, lkl ,dl"1l10 '011' :ICldo l'l'rI1lOllo,dl'llIl'o 11 ,<"d k , .ICldo pl'l'diSl'kllil'o 11 S,",( l, \ .IC1do 111l'o,d0llicn II~Sl'.'()' ,

l )1""

eO/ll/JIII',I'tO,1 Or~állico,I' \!UI'\allh.'llll' 1l0S encontramos

que t'\istc

gri.ln ~lIl,l1~'g.í:I

con los

C!L'llll'llloS

de su

grUp{l

I {l~

\l1'~.lI11l"lIlfllr(ls. llrgannsl'!t.'nillrtJs ~ llrganotdun's. pOSL'l'll propieuades mll~ parecida"i.

I 11 l'i

l..__

lI~ldr\l

-l , ;"1,.' 1ll1ll';..lrall a!gllllll;" lipl'S l.k CPlllpLH..'''ilOS ol"t!anosdt..:lllllS

~ ~lIS

túrmulas.

1,,, 1,,,1"1'1" qUI' ,lilil'uil.lI'OIl d Ik,.UTOII" dl' 1.1 qUilllll';1 OI';,:.IIlI(d dd "kili" ;1 I'nllul'u" dd . . I!-..In \ \. llh..'rnn Ill;" 1ll1l~ dl'''i;lg.r.td~lhll''''' nl{ll"e.... dI,. ~rall partl dl,.' Ilh nllllplll' .... tns 1111.'~1111l(\ .... lid "il,.'kllh' 1,.·{'1l10 .1"iiml"iIllP la lktl'rll1l1l:ILIOtl .1IlalltlLI rOCtl tks;lITl)lI~ltb {k l'Sil \,:j'11LI

I 1 ~k'''-Ilr\lllp . . 1,..

l'll In llltlllH\~ CinClIl..'l1ld .Ii),':-.. con 1ll('\lldt l s al1~dílicos t¡Ul' ll~·(l.''''II.¡ll tdllth,Lllk ... IlllilllaS para u dl'll'rnlin;¡cioll .. \dl,.,Ill:I ..... 1;1 al1aln~Ii.1 l",(ranrdin:lria qtll' \,.' \ 1"'[ l' 1,.'11111..' In ... L"OIIl plll'''illl . . (1 r~;lIH'
11'

RiqlleZlls mil/efll/est!e Chile a l/ive/mul/dia/

CUADRO N° 4.3 TIPOS DE COMPUESTOS ORGANOSELENIO TIPO Selenomereaplanos Seleniuro DiSeleniuros Triseleniuros

Aeidos Selén ieos DERIVADOS Selenoamidas Selenocianuros Acidos Selén ieos Haluros Dihaluros Trihaluros Selenióxidos Compuestos de Se Selenoaldehidos Selenoketonas, SelenokelonasCiclieas Sclenourca DERIVADOS AcidoSelenoearboxilieos, Eteres y Derivados del N Acidos Selenocarbocílicos Selenofenoles Selcnosem ica rbacidas

, R (,rupo alilátlco o arollla(lCO l'lJI~NTI;

FORMULA' RSeH RSeR RSeSeR RSeSeSeR RSeOH RC(Se)NH, RSeCN RSeO(OH) R,SeX R,SeX, RSeX, R,SeO, R,Se x· RCHSe RC(Se)R (NH,),CSe

(RNH)¡CSe (RNH)¡CSe C,H,Sc H,NC(Sc)NHNHR

"irk-Othmcr Enc)'c1ophcdyofChcrnical Tccnology. Vol.20. Third Edition

USOS DEL SELENIO Eléctricos y Opticos Estos usos son muy importantes y han tenido altas y bajas de acuerdo al grado de sustitución del selenio por olras materias. Las propiedades fotoeléctricas y se.niconductoras del selenio han sido ampliamente usadas para diferentes tipos de aparatos. Por ejemplo, la conductividad eléctrica del selenio es baja en la oscuridad pero ésta aumenta fuertemente al exponerlo a la luz.

118

Ah'I"O COllztílez Lelelier

1,1 ,,:!.:nio y algunos dc sus compucstos y alcacioncs tlcncn la propicdad dc scr "scmiconductorcs", cs dccir. posccn la propicdad dc conducir la clcctricidad más librcmcntc cn lo quc sc llama la dirccción hacia delante y no la conducción al rcvés cn quc la dirccción es hacia atrás o "no conductiva", El fcnómeno se produce solo en la superficic (olindantc de las capas dclgadas n películas dcl scmiconductor en contacto con diversos ml·tak·s. 1·1 sch:nio gris "en gnh..'l",(1 o "en masa por si mismo no tiene estas propicdades.

Célula Fotaeléctrica "stc aparato convierte la lut en corricntc ck'ctrica, Sc funda en las propiedades que ticncn cinl\lS c!.:mcntos (sdcnio, cesio, potasio). quc cmilL'n o liheran electroncs al ser cnlocados por un r:l~ (1 de ¡U/. t 'onsistc búsical11enle en una capa dc selenio sol,,'c una placa de metal cubierta con una

pdÍl'ula traslúcida dc oro u otro mclal. I a lut quc incidc sobre el metal arranca electroncs que

alraidns por un anillu 11ll'lúlico c:I~[tricall1cntc pnsiti\o, cstahkci~ndosc una

SOIl

C
eiectriea (CllITicnle de c!.:ctroncs) del dtodo (mclal) al ánodo (anillo),

1 . 1". n':'ILlI:Js l~llOl"ketric;l' de sl'kllio 'L' elllpkan en fotúllll"lros, colorímetros, 0.l0s e!L'l'llicus. ahl'rtum autoll1ótic:I <.k pUl'rlas y otros instrumentos sensihks a la luz.

Célullls FotOl'oltlliclls I ,h edulas fOlo\'()llaicas son escnl'lalmcnlc un reeti licador con un cucntaclcctrodo Iransparenll', que pUl'dl' ser o'(ido dl' cadmio,

ReCli(imdol' de Selellio 1 ...

un .lp
pnll'lll'l'l' .11 grnpo dc ",'cl,tifieadnrcs ,ccns", Se fundan en la propiedad quc ticncn los Sl'll1il'OIHJuclon:s. dc dl~iar pasar la corriente ckctrica en un sentido y no en el sentido ppul"lp

Puede/l

\'t'"

di': \·I..'!ellio, ,f(erlllflllio, \i1icio u áxido de cohre

('ada I:'lhrica l11anu!;lclurera dc rectilil'adllrcs tlcnen palentes que' rcsguardan las pancs l1lil"i~lks

de los ar~lrahls ~

110 ..:,istCIl hUI:Il.1S

dl'Scri¡x:iollcs <.k 0stos.

119


El rectificador de selenio, básicamente es una capa de selenio colocada entre dos discos o placas de metal. Una de estas placas de acero o de aluminio se denomina la placa-soporte y actúa como portador de la capa de selenio y forma uno de los electrodos del rectificador. La otra placa constituye el electrodo frontal o contraelectrodo, hecha generalmente de una aleación muy fusible como el metal Wood (aleación formada por cuatro partes de bismuto, dos de plomo, una de cadmio y una de estaño, esta aleación funde a 73 oC). Además, conforma la "capa de barrera" entre el selenio y el contraelectrodo, constituyendo el segundo borne del circuito exterior. Comparado con los rectificadores de óxido cuproso, los rectificadores de selenio son más livianos y compactos y se caracterizan porque pueden trabajar con mayor voltaje y sobrecarga de voltaje y posee larga vida operativa. El germanio y el silicio también son competi ti vos en ésta área.

Xerografía Es un procedimiento de electrofotocopia en seco. Se aprovechan las propiedades fotoconductoras del selenio. El proceso emplea foto receptores reusables. El foto receptor es una película de 50 mm de espesor de selenio vítreo sobre un sustrato de aluminio. La película es sensibilizada por una carga electroestática con un campo de 10 5 v/cm y se expone a un modelo de luz y sombra. En la placa fotoconductora cargada posItIvamente y expuesta a la luz en la cámara fotográfica se forma una imagen eléctrica en aquellas partes donde la imagen óptica es blanca, la luz hace desaparecer la carga; en las zonas negras y grises, la carga subsiste total o parcialmente, según el grado de intensidad de las líneas de dibujo. Esta imagen latente es espolvoreada con un pigmento molido finamente en base de resinas sintéticas y cargado de electricidad negativa. Como cargas de signo contrario se atraen, el pigmento queda adherido a la zona electrizada de la placa correspondiente a líneas negras o grises de la imagen óptica. Los fabricantes de equipos de xerografía requieren de gran cantidad de selenio y aleaciones de selenio de alta pureza. Esta área continúa creciendo y la demanda de equipos en el mundo moderno es mayor. lo que constituye actualmente el mejor mercado para el selenio.

120

All'aro GOllzález Lele/ier

Otros Usos Menos Conocidos El seleniuro de cadmio. iridio o cobre son mencionados en la fabricación de células solares (tipo lotovoltaicas). El selenio se usa en la tecnología láser.

U.ms en Metalurgia Cobre.l' Aleaciones de Cobre 1'1 selenio prcsenta gran actividad de superficie en los metales de cobre líquido. Las adicioncs dc selcnio en proporciones de 0.25 a I % en peso. en forma de seleniuro de cobre mejora las condiciones de maquinahilidad. cn mayor proporción que lo haeen el azufre. telurio o bismuto. Innuye en la conductividad y la ductibilidad muy débilmente. Este metal no sc altera con el calor o el frío. cs decir. no sc contrae como el plomo o el bismuto que provocan quebrajamicntos y evitan el trabajo en frío. l

111

estudio tkl (llhrc que contienl' selenio. revela que éste forma aleaciones de Cu-CuSe

culcclico. El selenio no altera la propiedad de derretirse y unirse a otros metales. pero dcbilita su soldahilidad.

Metales Ferrosos I a prcscncia del selenio cn pequcllas cantidades hace disminuir la tensión superficial del acero dcrretido cn mayor proporción quc el azufre. nitrógcno. fósliHo y carbono. Mejora la I"l' ... istcncia

al impal,;to del acero.

I:n el lierro colado de bajo Mn. la prcscncia del selcnio ayuda a la formación de carburo. pcro cuando el manganeso se encuentra en altas concentracioncs no suprime la nucleación del gralito ( e). El selenio en pequeñas cantidades cs un débil desoxidantc y un agente relinador del grano cn los aceros. especialmente aquellos destinados a carburizantes y a cnrollado directo en calicnte. sin tratamientos posteriores. El sclenio impide la forma lilamcntosa que provoca cl rvlnS en los aceros enrollados cn calientc. mcjorando así las pr"piedadcs trans\crsalcs. El accro forjado pucdc contener 0.18 a 0.22 % en peso de sdl...'nio

1'1 selcnio elemental. el níquel-selenio y el scleniuro de lierro en proporciones de 0.005 a (UO 0" en peso. disminuycn los hoyos de porosidad en aceros de alta calidad. Adiciones de 0.15 a O.JO % en peso de selenio a aleaciones de aceros al carbono mejora la maquinabilidad y el acabado de las superficies. Si sc considera la adición de selenio o a/.ufre cn una misma proporción en peso. el sclenio proporciona mejor maquinabilidad que 121

Riquezas minerales de ClIile a nivel mundial

el azufre con un efecto de deterioro menor en la resistencia a la corrosión, a la dilatación por el calor y al trabajo en frío. Una adición de O, I % en peso de selenio en los aceros destinados a los transformadores eléctricos de silicio, mejora la permeabilidad magnética.

Níquel-Fierro y Cobalto-Fierro (aleaciones) En los usos eléctricos de las aleaciones Ni-Fe y Co-Fe, la adición de selenio mejora notablemente la maquinabilidad.

Plomo y Aleaciones de Plomo En las aleaciones Pb-Sb en los cuales el antimonio se encuentra en proporciones bajas (0,5 a 3,5 % en peso de Sb), el selenio aumenta la temperatura de recristalización de estas aleaciones. Se usan en rejillas en que se emplean aleaciones bajas en antimonio en baterías para automóviles.

Baño de Cromo En los baños de placas de cromo se ha demostrado que la adición de selenato de sodio o ácido selénico provoca un mejoramiento notable en la protección de la corrosión de ampollaje y oxidación. Esto es particularmente importante en los artículos plateados de automóviles expuestos a la intemperie. Por estudios realizados se ha encontrado que la concentración óptima del ión selenato es 0,015 a 0,018 gil en un baño que contiene 250 gil de acido crómico y 2,5 gil de ácido sul fúrico en una corriente catódica de densidad aproximada de 21 Alm 2 (225 A/pie 2) y 43-44 oC. El ión de selenato causa 600 microfisuras uniformemente distribuidas por centímetro lineal de la placa (Kirk-Othmer, pág.596, vol 20, obra citada)

Otras Aplicaciones En esta misma área se ha observado que al magnesio y a las aleaciones de magnesio la adición de selenio mejora la resistencia a la corrosión de estos materiales expuestos al agua marina. Igual protección proporciona el selenio a materiales como fierro galvanizado y otras aleaciones. Los compuestos organlcos e inorgamcos del selenio proporcionan mayor brillo en el electroplatinado. La adición de polvo de selenio mejora la adherencia de las partículas metálicas a las no metálicas en la manufactura de frenos de fricción. 122

AII'uro GOllztílez Le/elier

"idrios J' Cerámicas El uso del sclenio cn la industria del vidrio continúa siendo importante. pucsto que éstc. cn estado coloidal. comunica al vidrio hermosos colores que varían del rosa pálido al anaranjado y posteriormentc al rojo rubí. según el estado de dispersión del selenio en la masa del vidrio. Esta coloración de por sí extraordinaria puede scr modilicada con la prcscncia de otros e1cmentos. así por ejemplo. el óxido de uranio mczclado con cl selcnio Ic conlicrc al vidrio un hcrmoso color rubí y con aluminío un color rosado. 1:1 selenio cs gcncralmcnte usado en forma elcmcntal. pero también se emplea en forma de sclenito dc sodio o bario. La camidad rcqucrida depcndc principalmentc dcl contenido dc liCITO incorporado en la hornada dc vidrio. Adicioncs dc 0.0 I a 0.015 kg/t por hornada dc I idrio cs cmplcada comúnmcnte. Debe considerarsc una alta pérdida dc selenio por lolatdil'aeión que en algunos casos puedc llegar a 80 %. I a industria del vidrio consume cantidades importantes para decolorar sus cn\'ases. Sc cmplca gcneralmentc selcnito de sodio para decolorar las masas dc vidrio quc conticncn li"ITO adcm:\s. COl11l1l1iea al vidrio un aspccto de cristal fino, 1, I sclenio sc utili/a adcm:\s de conferir difcrcntes colores al vidrio. en el platcado liso del \'idrio. cn colorcs mu) cspcciales C0ll10 bronceados y ahumados para cvitar o impedir el paso del calor soiar cn edilicios, En vidrios de jarrones. en lentcs de setialcs luminosas, Uu kme de seliales típico dcl alto grado. conticnc :2 % cn peso dc selenio. I •• de sulfato dc ,-.tdnllo. 1 00 de ",ido arsénico \' 0.5 ." de carnono, Variando las proporciones de los ,Idllilos ul,'ucionados se pucdc lograr un color linal dcsdc un amarillo naranjo hasta un rojo runl Lu la industria dc la cer:imica sc emplea eu la compoSlClon de los colores para la loza. pprcclana y esmaltcs dc ccr:'ullica, Ln tintas de imprcsión dc vasos) en gencral para cualquicr tipo dc cll\'asc cn cstc matcrial. I '" Ildrios quc contiencn selenio ticncn la propicdad dc actuar como un liltro infrarojo cn \cntanillas l:\scL

Pi;':"U'1I1os

1'1 sclenio p(lSeC caractcrístlCas muy intcrcsantcs cn ésta úrca: tieuc larga vida, cs brillantc. l'S cstahle al ealpL a la lu/ solar)' a la acción química, Al principio tuvo gran uso cn ClTúmicas) pinttlrds. actualmcnte han adquirido gran importancia en la pintura de plásticos. cspccialmentc cn aquellas quc ncccsitan resistir grandes tcmperaturas,

Riquezas minerales de Chile a nivel IlIundial

Los pigmentos de selenato de zinc-cromo producen un hermoso color verde olivo barroso resistente a la corrosión. Los pigmentos de los seleniuros de cadmio y sulfuros de cadmio producen una coloración que varía desde el rojo anaranjado hasta el café rojizo profundo, dependiendo de la proporción de selenio. Los pigmentos de sulfuro de selenio de cobreindio más sulfuro de zinc producen intenso color amarillo dorado.

Caucho La industria del caucho, usa el selenio para aumentar la velocidad de vulcanización y mejorar la duración y las propiedades mecánicas. Para este objeto se usa selenio metálico finamente dividido y el producto llamado "Selenac" (dietil ditrocarbonato de selenio). Además, el Selenac mejora la adhesión de las fibras de poliester con el caucho.

LubricO/ltes El selenio y sus compuestos se usan ampliamente en lubricantes de grasas para operar a presión extrema y normal. Pueden actuar en diferentes formas. Las sales de calcio, bario, zinc de algunos compuestos de fórmula RSe, donde R puede ser un alquil de alto número de carbono, mejora las propiedades detergentes de los aceites lubricantes. Para temperaturas elevadas se usan los lubricantes secos, en polvo que contienen di seleniuros de tungsteno, niobio, tantalio, molibdeno. En este uso supera el grafito y a los sulfuros de los metales correspondientes.

Química Orgánica y Farmacéutica El sclenio y sus compuestos se usan ampliamente en reacciones orgánicas de oxidación, reducción, condensación, hidrogenación, deshidrogenación, isomerización, cracking, halogenación, deshalogenación y tratamiento de polímeros. Es importante como agente oxidante y catalizador, el óxido de selenio también actúa en síntesis de productos orgánicos y drogas. El selenio se usa como un catalizador en las determinaciones de Kjeldahl para acelerar la digestión de materiales nitrogenados. El selenio y sus compuestos están incorporados en varios productos farmacéuticos.

Medicina y Nutrición Existen medicamentos para la dermatitis seborreica del cuero cabelludo. Gran aceptación para esta enfermedad, tiene el sulfuro de selenio en suspensión amortiguada y estabilizada ("Selsum", laboratorio Abbot). También el sulfuro de selenio en distintas concentraciones 124

Alvaro GOllzáll'z LI'(l'lil'r

) aditi\(ls col1\cni~ntes se usa como shampú. La aplicación típica de sulfuro controla la dermatitis. priritis. sarna en perros.

d~

selenio

.lunto con \ itamina E. el selenio se usa en la prevención de distrofia muscular en animales. 1:1 sdeniuro d~ sodio y selenato de sodio se emplea para prevcnir diatitis cxudalivas cn los polluc'los. ¡:n general existe una cnormc cantidad de mcdicamcntos para diferentcs ~nkrm~dadcs de animales y también para los sercs humanos. Tablctas quc conticncn varios miel'llgramos de selcnito de sodio se \Tndcn en el mostrador cn EE.lIU.

OTROS l'SOS r 'ARIOS 1·1 sdc'nio) sus compucsto'i ~e han usado en el plateado de níquel. en artilieius que re lardan la
ProdluO/o, (,olllL'reja/es

hislc'n

tr~s

grados

d~

sdenio que sc ofí'cce

com~reialm~nt~:

"1,'1 grado cO/lll'll'ial o r<'fillado". contiene" 99.5 % en pcso dc selenio. cl rcsto. impurc/.as que gc'n,'J',i1m~nl~ snn '. 0.2 o o en p~so dc telurio: < 0.1 % en p~so de fierro: < 0.08 o" ~n p,'so d~ plomo) . o.nos o" en peso dc eobrc. Se vendcn normalm~ntc como polvo de 7-+ f1m (200 malbs) ~n ~antidad~s mayorcs sc vcnden en forma de tcrroncs. "Fl grado de pllrl':II", l'onti~n~ ()9.99 %

gl:1I1all:ls \ c'n

pcquL'iia~ l'antidad~s

cn p~so dc selenio. sc vcnde normalmcnte como como poho.

ticn~

un contenido dc 99.8 %. También sc comcrcializan otros gl:ldos de purl'las para c1icntcs espcciales. "1:"1 grado pig/lll'lI/o ",

125

Riquezas minerales de Chile (1 nivel mundial

FUENTES DE SELENIO

Aquí se emplean los conceptos y definiciones del Minerals Facts and Problems, publicado en la circular 831 del Levantamiento Geológico de los EE. UU. Este documento está reimpreso en la introducción del Minerals Facts and Problems, edición 1985. La corteza terrestre contiene corno promedio 0,05 partes por millón de selenio. Este metal reemplaza en algunos casos al azufre en minerales de sulfuro de cobre, fierro y plomo en minerales del tipo calcopirita, bornita, pirita. No se conoce ningún yacimiento mineral cuyo contenido en selenio sea suficiente para constituir un mineral que sea factible económicamente su explotación por el elemento selenio. Este elemento se obtiene casi en forma exclusiva como sub-producto de los minerales de cobre porfirico.

Las mayores reservas mundiales de selenio se encuentran en Chile, como se muestra en la tabla 4.1. Aparte de los depósitos importantes de selenio en el cobre porfirico, existen algunos depósitos de selenio pero siempre en cantidades inferiores que no llegan a ser factibles su explotación económica. Así por ejemplo. existen en concentraciones del orden de 200 a 300 ppm en los depósitos de uranio sedimentario y de vanadio fosfatado en el oeste de EE.UU. Las cantidades de estas concentraciones son pequeñas y se considera que su explotación es antieconóm ica. La recuperación promedio en Canadá es de 0,64 kg de selenio por TM. de cobre obtenido. En EE.UU. la recuperación promedio es de 0,215 kg de selenio por TM. de cobre. En Chile los datos no están bien aclarados. En la tabla 4.1. se observa un ranking de reservas de selenio en el que Chile ocuparía el primer lugar con 21.000 TM. de reserva base; segundo EE.UU. con 19.000 T.M. Y tercero Canadá con 15.000 T.M. Estos tres países poseen 55.000 T.M. de reserva de este metal de un total mundial de 120.000 T.M. Por lo tanto, Chile poseería un 17.5 % de la reserva mundial.

126

All'{lfO Grlllzález Lere/ier

TABLA N°4.1 SELENIO, RESERVAS Y RESERVA BASE MUNDIALES ell T.M. I'AISES AMERICA IlEL NORTE E'lado, Unido, ,anadá

RESERVA (Miles T.M.)

RESER\' A BASE' (Miles TM.)

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I á además. tabla 4.4 más actllalizada

1~7


TECNOLOGIA DE OBTENCION Prácticamente, todo el selenio en el mundo se obtiene como subproducto del cobre en la etapa del refinado electrolítico del cobre, en que el selenio queda en el lodo o barro anódico junto con otros metales. Los ánodos de cobre que entran a la celda electrolítica contiene como impurezas varios elementos en cantidades pequeñas. Estas impurezas son: oro, plata. cobre, selenio, telurio, arsénico, platino y otros elementos de menor importancia. En el proceso de electrólisis, el cobre del ánodo se deposita en el cátodo, mientras que los otros elementos precipitan y caen al fondo de la celda electrlítica, constituyendo el barro o lodo anódico. Cada cierto tiempo se retira este barro anódico para recuperar los elementos más valiosos. La extracción del selenio primario del barro anódico involucra procesos de obtención de un compuesto soluble de selenio en agua, seguido de un proceso de reducción al estado elemental. Existen varios procesos de extracción del selenio del barro anódico dependiendo fundamentalmente de la composición química de este barro y de los procesos que ha sufrido el cobre en las diferentes etapas del proceso de electrólisis. El barro de la División Chuquicamata de CODELCO, posee aproximadamentc la siguiente composición: Au O, l % en peso; Ag 26,17 % ; Cu 21,55 % ; Se 9,65 % ; As 6,0 l % ; Te 0.87 % ; Sb 4,39 % (obtenido de una muestra de 1983). Como se puede observar, por las concentraciones de oro, plata, selenio y cobre es totalmente factible una planta de recuperación de selenio. En la actualidad existen catorce o más procesos para recuperar selenio, oro, plata de los barros anódicos. El Minerals Facts and Problems (1985), cita los siguientes países' que poseen refinerías de selenio en el mundo (ver cuadro 4.4). La composición química del barro anódico es detemlinante para la elección de uno y otro proceso. Posiblemente el proceso más importante es el Proceso Bolidens Metal! Gruvaktiebolar, de Suecia o de fusión alcalina que describiremos en forma muy resumida.

128

.4/",,,,, GOl/zeí/ez Letelier

CUA[)RO, /04.4 PRINCIPALES REFI¡\ERI15 DE SELENIO DEL MUNDO /1)

-

'3)

-

PAIS Mctal".gi,' _f)~Ii.CII-()\ 1I crp{'lt SA Noranda \1in C' Ud:! I'\CO uda

IlELGICA CANADA CANADA CIIILE FINLANDIA .IAPON .IAPON .IAPON .JAPON .lA PON .lA 1'0"1/

Fmpn'\;¡ '\;ac ional dc l\lincria. E AMI Ollfohlll1lpll ()~ \ti"uhi,lll '1 ('1:11 Cnrpo ti! (o.lC"t"d-a-------------j

i\IJlflon \lillil

I\lininp. Co.Ltda ¡\li,,".ui \linilll~ ~I~~ ~~llclting ('o.Llda \ .. ia 11I"'l'l Z air)o ('u. Ud" Shinl"ll ( hl'J1I i"al Cn I .71 (,phn lil' \1l ,in. "" (nltr-'Hi 111 1\-fll Bolilil'll \h'la 11 '11 SlIlIIitOIllO i\1l '1:11

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1~9


PROCESO BOLIDENS

El selenio en los barros anódicos se encuentra en forma de seleniuro de cobre (Cu2Se) y seleniuro de plata (Ag 2Se). Las etapas básicas de este proceso son: •

Conversión de los seleniuros de cobre y plata en selenito de sodio (Na2Se03) principalmente y también selenato de sodio (Na2Se04) por un proceso de tostación alcalina, según las reacciones siguientes:

Cu¡Se + NaCOj + 20]

Horno

Na¡SeOj + CuO + ca]

El selenato de sodio se formaría por oxidación del selenito:

Ambos compuestos, selenito y selenato son solubles en agua y separados fácilmente por lavados con agua. La parte sólida del barro anódico deselenizado sigue el proceso de descobrización. •

•

La separación del cobre del barro anódico se realiza por lixiviación con ácido sulfúrico diluido, convirtiéndose todo el cobre a sulfato de cobre (Cu y óxidos de Cu) Obtención de metal doré. El barro anódico deselenizado y descobrizado es sometido a un proceso metalúrgico para obtener oro y plata eliminando las ilnpurezas restantes.

•

Precipitación de selenio dc las soluciones de lavados de la calcina de tostación. La solución que contiene los selenitos y selenatos de sodio se concentran por evaporación a sequedad y se reducen a seleniuros con carbono, según las reacciones siguientes:

Na¡SeOj + 3C -} Na¡Se + 3CO Na¡SeO. + 4C -} Na]Se + 4CO

130

AlvlIro GlIIlzález Lelelier

•

Ohtcnción dc sclenio mctálico. El selcniuro dc sodio sc disuelve cn agua y se hacc hurhujcar con airc para prccipitar cl sclcl1lo.

,\"I.\·(j(IIIIJ.\·

Silicio dc alta purcza ha rccmpla/ado al selcnio en rcctificadorcs dc alto. mcdio y bajo \ollalc. Otros materiales inorgánicos semiconductorcs tales como silicio. cadmio. teluro. galio ~ arsénit(,l.

l'otoconductorL's orgánicos pucdcn sustituir al selcnio cn sus aplicacioncs como lilloC(lnductor. Otras sustitucioncs incluyc úxido dc ccsio en manufactura dc vidrios: teluro L'n pigl1lcI1lll.

131

Riqllezas milierales de Chile a Ilivel mlllldial

MERCADO Y ECONOMIA Comercialmente el selenio empezó ha adquirir importancia en 1910, cuando en EE.UU. se recuperaron 4.500 kg de este metal. Hasta ese año, fue importado de Alemania a US$ 55 el kg. La demanda de selenio que al principio era pequeña, se incrementó fuertemente cuando adquirió importancia industrial en los usos ya mencionados. La evolución del precio, se muestra en la tabla 4.2. donde se puede observar un valor máximo de US$ 18 la libra en los años 1975-1976.

TABLA N°4.2A PRECIO DEL SELENIO 1963-1983 ANO 1963 1964 1965 1966 1967 1968 1969 1970 1971 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980 1981 1982 1983

PROMEDIO ANUAL US$ DEL AÑO 4.50 4.50 4.50 4.50 4.50 4.50 7.00 9.00 9.00 9.00 9.25 19.53 18.00 18.00 17.12 15.00 13.65 11.00 4.38 3.53 3.87

FuEf"tITE: Metnl.f Week. 19RJ

132

PRODUCTORES EE.UU. US$ CONSTANTE 1983 13.54 13.54 13.06 12.64 12.27 11.76 17.40 21.23 20.21 19.41 18.87 30.98 30.86 29.33 26.36 21.50 18.01 13.30 4.84 3.68 3.87

Alvaro GO/lzález Lelelier

Precio de la Iihm de selenio de los últimos 5 años, tahla -1.28

TABLA N°4.2B PRECIO DEL SELENIO /994-/998 ,---

ANO

1994 1995 1996 1997 1998 1999

PROMEDIO ANUAL US$ DEL AÑO 4.90 .u19 4.00 2.94 2.50 2.55

.' 0" 'Ih. ,', }O(J(J ll1J:.N7L fl..\.GUlfol:lllll.\/lnl.l.

-~~--

!'ste altn precin ¡1974-19XO) se dehió a una fuerte demanda de selenio de alta pureza para ser usado en enmponentes electrónicos y fotocopiadoras. htns preeins estimularon la recuperación de selenio dc Ins "barro.l· auódicos" del cohre. !'st"s, unidos tamhién al allo prccio alcanzado por cloro y la plata cn la década del 70. quc \;1111hiL~1l se phliCIll' rartl' de ellos en estos "barro,\'" iJ "Iodo,,,'" ayudaron a aUlllentar la nkrta dl' selenio y se produce una sobre oICrta que hace disminuir el precio en forma imporlante cn Ins años siguicntcs. mostrando un mínimo cn el aiio 19R2 (coincidiendo con b recesi,'111 mundial). de I'S$ 3.53. considerando los valores dc los precios en cl arlo ClllTl'SP'lnd ien te. 1"11 gL'llcral b prnducciúl1 ha subido muy poco.

E.I· importaufe desfacar eu el primer IlIgar del ml/hil/g esllÍ JapÓI/ el/ .\eglll/do IlIgar esflÍ Cal/adá.l' eulercer II/{.Iar EE.UU. .lapÓI/, apro\'l'Cha su propia chatarra c importa matcria prima para llegar al primer lugar en

producción porque no ticnc cohre primario. sino quc la gran partc cs producto de imp\)rtaciúll y posterior rcllnaciún electrolítica del cohre en sus país.

Cbile. con b primera producciéJn y reserva de cohrc del mundo. ligura séptimo cn la

prmlucciún mundial de selenio según puede ohservarsc cn las tahlas -+.3 y 4.4. La producciún actual de los últimos cuatro años se muestra en la tahla 4.4. Aqui vemos que ('hik es se~to en producciún v primero en rcservas. lJ3

Riqueza.l· minerales de Chile u nivel mundial

TABLA N° 4.3 PRODUCCION MUNDIAL DE SELENIO, TM PAIS EE.UU. BELGICA CANADA CHILE FINLANDIA JAPON MEXICO PERU SUIZA YUGOESLAVIA ZAMBIA OTROS PAISES PAISES DE ECONOMIA CENTRALIZADA TOTAL MUNDIAL

FUENTE. Mmeral Commot/I(), Sllmmortes 1986

1984 254 60 448 40 11 465 26 20 45 45 17

1985 195 60 450 40 10 465 25 20 45 45 15

---

---

---

---

1.430

1.370

TABLA N° 4.4 PRODUCCION MUNDIAL DE SELENIO RESERVAS Y RESERVA BASE (TM) PRODUCCION DE REFINERIA PAIS 1994 1995 EE.UU. 360 360 BELGICA 250 250 CANADA 300 300 CHILE 45 45 FINLANDIA 31 31 ALEMANIA 120 120 JAPON 595 600 PERU 14 14 FILIPINAS 40 40 OTROS PAISES ----TOTAL MUNDIAL 1.880 1.890 (aproximado)

,

1998

RESERVA RESERVA 1999 BASE W 10.000 19.000

1996 379 250 361 46 30 120 610 21 40

1997 380 250 509 50 28 115 540 20 40

200 384 49 26 100 551 21 40

---

---

385 50 30 100 550 21 40

7.000 19.000

15.000 30.000

-------

-----

2.000 2.000

5.000 3.000

---

---

---

---

---

---

2.1 SO

1.640

1.450

1.260

70.000

130.000

W

FUENTE. V.S.GeO/ORlca/ Sun,t:1. 1I1111( fol C()mmot/lly Sunmumes. Janllary 1996-1998 2000

134

-

__o

---

Ah'aro GOllzález Lelelier

PROYECCIONES

I a producción llIundial de selenio se ha mantenido con al/.as muy regulares en los últimos

;lIios. I a baja de producción en E1:.lJlI. de aproximadamente un 40 00 de su producción. rL'lkja tambicn la baja en la producción de cobre. Esto rue compensado por una ma\ or prodllcciún del rc'sto de los países. dc' tal manera que la rl'1aeión oICrta demanda Sc' Ill;lIl1ic'nc' c'qllilibrada. 1, 1'.1111. posteriorlllente reellpera su ni\'C1 de producción y pasa al s..:gundo lugar.

"n l'i ranking de producción de selenio Chile. ocupa el sexto lugar como dijimos y rcsen as dc coore. siendo In, Illllll.'rah..·s lh.· cnhrl' la fuente I11Ú~ importante en la llhtt:nciún lit..' selenio. Considcralll(lS qUl' ('ll1k dchL'ria .llllllL'lltar ... tI prL'sl'llcia l..'11 el Illl..'n.:atlo lid sd..:nio con Ulla 1l13~Or ~lIlll'riorll1l'l1tL·. l..'1l circunstancias qUl.' cs prim~rll en produCt.:iún

pnHJuc\'.·ilHl.

I ~I :-.uslilllciún de un L'!cl1lL'l1lo el1 SlIS LISOS correspondientes es normal en casi todos los 1·\ :-...:k'nio 110 L'S tilla I.:\Tcpcióll 1..'11 t:sto ~ lo~ sustitutos IllÚ~ ClllllllIH:S son Ins

m:.ih.'. riaks.

,i~lIIL'llll'''''

1 11

Ill'H.llIin.h L·llpli.ldura .... St' lIsall ~dg.lInos prodw.:los dc qUIIllIGl organica. I.as silicollas

'lI,¡illl\c'lI al ,eleni" L'n el úrea de los reclilicadores. 1-:1 cesio se puede emplear c'n \'C/ del ....ciL'nio l'll la lk'culuraciún dc L'11\ases de \'iurio. I~n la industria <.Id ,",cero d sdl'l1io dislllinu~ l' la p\lrosidad lk éstos. pero l'n esta úrl'a puede ser sllstituida por d plol11o. hismllto {l lellIro. 'o e\isle suslituto para el selenio como suplemento dietético ell la alil1ll'Jllaeion 'lIllmal porquc L'ste es L'sellcial para UIl desarrollo ~ L:TL'cimienlollormal. ~ll'lllprl' cs inh,Tl'san(c <.klcrlllinar cuantos af10s

durarú d melal para su extinción al actual

I illlHI lk conSUJllo.

R<'H"Ta ,1I/lIIdial R <'.H' n 'a Ra.\ <' 111/1/ dial .. lcl/IIII Rillllo dI' ("11I.\111I/0

711.f)Oll 1M 1311.000 1M I 1.71111 1M

/'11 ctílcl/lo \<'I/cillo, 1/0.1' 1//I/<'.I·lm: ('011 rnl'eclo a r<'.\en',,,, ql/edarial/ 33,3 {//;a~ ('011 I'ell'eclo a rnena hase, ql/edaríal/ (¡ /. 9 111;11.\.

135

Riquezas minerales.de Chile a nivel mundial

Existe/l varios factores de error, por ejemplo: •

Incremento del consumo anual por crecimiento vegetativo de la población mundial.

•

Avance de la tecnología que podría actuar en los dos sentidos: )0 aumento del consumo del metal porque la civilización pone al servicio del hombre cada vez más aparatos e instrumentos que necesitan estos metales para su elaboración 2° aumento de las reservas con nuevas tecnologías de prospección o nuevas tecnologías de extracción que hacen rentables comercialmente yacimíentos con menos ley.

•

Recesiones mundiales que se están repitiendo con demasiada frecuencia en este último tiempo: 1974-1975 ; 1981-1982 y la actual 1997-1998 que ha sido más suave.

136

Alvllro G(l/IzlÍlez Le(elier

REFERENCIAS CAPITULO IV

l.

J.R.8ARCELO. Diccionario Terminológico de Química. Editorial Alhambra S.A. Madrid

2.

KIRK OTHMER. Encyclophedy nlThemical Tecnology. Vol. 20 Third Edilion

3.

MINERAL FACT ANO PROBLEMS. l/niled Slales. Deparlment of l/se Interior. Ilurcau nI" Mines

4.

COTTON ANO WJLKINSON. Química Inorgánica Avanzada. I:ditorial Limusa

S.

CL.MANTELL. 1'11.0. INGENIERIA ELECTROQUlMICA. Editorial Re\'ené S.A. Ilareelona

f>.

RANKAMA Y SAHAMA GEOQUlMICA. Aguilar S.A. Ediciones Madrid

7.

MET.4LS WEEKS

IV.

MINERAL COMMOOITY SUMMARIES

9.

U.S. GEOLOGICAL SURVEY MINERAL COMMOOITY SUMMARIES 1996-9798-99-2000

IIJ.

O"""i<'1I1 MARKETING REPORTER

137

CAPITULO V

LITIO Brcl'c Rcsclia Históricl/ 1'1 litio ,kri\ a de la palabra griega" LlTHOS" . que significa Picdra. Fuc descubierto por el químico sueco i\ugust i\rrwdson cl aiio IR 17 cuando realizaba un análisis dc la pctalita. mincral Cll\a !i"mllula quimica correspondc a Li!O . A/!O.l ·8SiO!. La ohlenci"l11 dc lili,) metálico por clectrólisis del I.iel rue reali7,ada con éxito por primera \l.'l.

por

t1l'1'l'
IhlllSL'Il )

Mallhicscn

ell UIl

pequeño crisul de porcelana, usando un fino hilo de

corno cútodo )' una \'arilla de carbón como ánodo. indicando uno de los caminos quc

lllanticllcn hasta ahora. para la ohtcllCión industrial de algunos Illdalcs alcalinos.

1 os primeros usos comelTiales del litio rueron en metalurgia. empicándose pequeñas cantidades en aleaciones dl' aluminio-/inc-litio )' aleacioncs de plomo en las cuales se adiciona litio para l'nUurcccrlo.

Propiedades Físicas I':n el sistema pl'l'iódico de los elementos. el litio enCahC?11 el grupo 1 o grupo dc los mctales alealilH1S. constituido por Li, Na. K, Rb, (\. Fr. los que se caracteri/.an por tener un solo c1ectrún en UI1 orbital "s" IllÚS allú de la capa central dcctrúllicil. 1-:1 litio met,·,lico. es de color blanco plateado y blando. I:s el metal más liviano que se COI"'Cc'. densidad de 0.53-1 g . cm' . de nlrmero atómico 3 \' peso atúmico 6.9-11, Posec cl ma\or punto de rusión (I X(, C))' ehullición (1.336 OC) del grupo de metales alcalinos: posee además. el calor especílico más alto de este grupo (O.7R-I Callg°C). En estado natural 7 e.xislen dos isútopos estahlL's: I i c'n proporción de 92.-1 o" en peso), I.i" con 7.6 oo. I's interesante la comparación de los tres metales más importantes del grupo 1. como son: Li. Na.r K en sus propiedades más características porquc pueden deducirse posihles usos industriales. ml'todos dc ohtención del metal o dc sus compucstos. etc .. por sus semcjanzas en sus propiedades fisicas )' químicas.

139

Riquezas mineralesde Chile a nivel mUlldial

CUADRO N° 5.1 PROPIEDADES FlS/CAS DEL Li, Na y K Numero atómico Peso atómico Punto de fusión, oC Punto de ebullición, oC Peso específico a oC Peso específico en el punto de fusión Calor específico a oC Resistividad a O°C en ohmios/cm' Coeficíente de temp de resistividad por oC Calor de fusión, caVg Dureza de Mohs Calor de formacíón en Kcal/mol·g·hidróxido Carbonato Cloruro 1 culombio deposita miligramos de: 1 amperio hora deposita gramos de:

Litio 3 6,94 186 1336 0,534 0,784 8,55 4,5 x 10' 103,2 0,6 116 54,23 98,7 0,072823 0,262162

.

.

Sodio 11 22,99 97,5 880 0,972 0,9287 0,2970 4,28

Potasio 19 39,1 62,3 760 0,8642 0,8298 0,1728 7,10

4,34 x 10'

5,81 x 10'

---

---

0,4 102,3

0,5 101,4

---

---

98,7 0,23857 0,8597

104,2 0,405409 1,4595

Wtfnga~rtn(!r. Tecn%gfa Qumuco. Tomo VI. Traducci6n Dr. GumtJn Slernka"" Editoriol Gusla.'o GiJo S.A. BOTulona l' t!did6n, p61l. 7/ H.Rt!my. Translaft! by J.S.Anderson. Treotist! on ;noTKanic Chm.ú"y Vol.1 Els(!\'in Publishing Campan)' Anastudam 1I001.'110n

FUENTE. Ka" WinnaC'ku JI Ernsl

Lntulo" New l'ork, 1956 págs. /51 J' 155.

Propiedades Químicas El litio así como el resto de los metales del grupo 1, es fuertemente electropositivo, lo que le confiere gran poder de reactividad frente a los agentes químicos. El poder polarizante del Li' cs mayor quc todos los iones alcalinos, lo que se manifiesta en una gran tendencia a solvatarse y a formar uniones covalentes. El litio reacciona lentamente con el H20 a 25 oC, el sodio lo hace en forma violenta, el potasio se inflama. El litio es particularmente reactivo con el 2, formando el LbN, esta reacción es lenta a 25 oC y se hace más rápida con el aumento de temperatura (el Mg tiene el mismo comportamiento con el 2 formando el Mg] 2). Ambos metales, Li y Mg, se puedcn usar para separar dc otros gases. 140

A iI'fIro G(JIIzález Leletier

Con el O. o el aire seco reacciona en caliente. formando solamente el Li,Q (a veces trazas de l.i,O,): en cambio. eon los otros mctales alcalinos la oxidación puede continuar fe)[fnando los peróxidos (M¡O¡) yen el caso del K. Rb Yes se obtienen los superóxidos correspondientes (MO,). Con el 11 a la temperatura ambiente igual que el resto de los mela les alcalinos.

(10

reacciolla. 1·1 litio reacciona con d 11, a (¡OO-700 oC femnando el hidruro de lillo (I.ill): mientras que los ot'""S metales alcalinos lo hacen a J50--!()O 0('. El Lill es el más estahle de los hidruros alcalinos: se funde antes de deseomponcrse y no es atacado por el oxigeno a temperaturas

por dehajo del rojo. Fll.ill genera fYICilmente 11, con el agua.

UII

l/u kilo ti" UII

.¡

11:0

K"Ul'ffl

-¿

LiOH + 11:

28001/.\' ti" 11:

I'or acciún dd N 11 \ gaseoso a temperaturas inICriores a 70 oc. se forma una disolución azul intenso, Calentando d I.i en corriente de NII \ a 40() oC se produce la amida: LiNII,. Por Glklllallli~lll(l dc la amida Sl.' I'orma:

2LiJ\'lI: --+ U:NII + NII..

Productos Comerciales del Litio I 1 1 i,( '0,. es el compuesto mús importante del litio. luego Ic sigue el LiOl1. ti partir de .unh"s compuC>los. se puedL' ohtener la ma)' 01' parte de las sales soluhles de este elemento. IndustrialmenlL' d 1 i,CO,. se ohtiene por reacci,)n de una solución concentrada dc cenilA1 dc soda \ solución de sulf:llo o de cloruro de Li caliente. 1·1 1 i,('( h. es poco soluhle en II,() )' su soluhilidad dccreee con el aumento dc temperatura.

141


TEMPERATURA (oC) O 20 40 60 80 100

SOLUBILIDAD (% en peso) 1,52 1,31 1,16 1,00 0,84 0,71

En la figura S.l. se muestran los compuestos de Li que se obtienen comercialmente a partir del Li¡CO J . La mayoría de éstos. se pueden obtener también del LiO. El Li¡CO J funde a 726 oC. A esta temperatura sufre además, una descomposición parcial. Vna emulsión formada por LilCO] y HlO puede disolverse con dióxido de carbono, formando el bicarbonato de litio.

El carbonato de Li cubre el SO % del mercado de productos de Li. El LiOH es el segundo cn importancia y constituye aproximadamente el 30 % del mercado. El LiOH se obtiene según la reacción: LilCO] + Ca(OHh --+ lLiOH + CaCO]

142


FIGURA N° 5./ COMPUESTOS DE LITIO A PARTIR DE Li2 C0 3

I U C0

.l

1

1

•

CII(OIl)

,'///or

•

110

1 ,el (sol)

•I

I(SO,

•

1--___ IIR,

•

•I

liNO,

p.

~ 11,

•I •

I I:SI()l

I

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•I

·I/JI,

~

1 J/\ 1{J~

'Yo' C¡// 9 CI

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Il,N

<11,0_1 A/C!,

I 1111 I

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1 "MnO;

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I i:SOI

[

•

(llllld)

1 ¡N0 1

, .I'iO,

•

I 11 \r (sol)

11, - - - - - - j•

e----

calor

I j011 11,0

[

.1

<-'dl"LI

('Ii,1

1

I 11\ 11' 1

/VII,

I.,NII,

~ ('(I/O(

II

I~NI'

I

CII,COOII

f---

~lo(),

no, - - - - - - -.. Zro, Zr.l'iO, - - - - - - - .

'1 I \ 1/

/all/lll//

I//l/c/al,,~ NI/IV\

/11,'

!JU"¡I(1I111

\1111,'1"11/'

1I111/{1"1If/~

1f,1I:/I

11)9~'

143

Riquezas minerale~ de Chile a nivel mundial

USOS DEL LITIO Y SUS COMPUESTOS

Para una mejor comprensión podemos dividir los usos del litio y sus compuestos, en:

a) Usos actuales o convencionales, y b) Usos futuros O incipientes de gran desarrollo proyectado. Esta división arbitraria no significa que los usos actuales no tendrán un gran desarrollo en el futuro (como el uso del litio en la industria del aluminio u otros) sino que tiene un objetivo didáctico de mejor comprensión de los usos actuales e históricos del litio frente a los usos futuros de desarrollo explosivo que puede alterar violentamente el mercado del litio.

a)

Usos Actuales o Convencionales

Una apreciación cuantitativa ordenada según la importancia del uso del litio en los diferentes campos de aplicación se muestra en los cuadros 5.2A ,5.2B Y5.2C.

CUADRO N° 5.2A D1STRIBUCION PORCENTUAL DE USOS DEL LITIO

usos Industria del aluminio Cerámicas y vidrios Grasas Lubricantes Productos quimicos Sistema de aire acondicionado y deshumidificación Caucho sintético Baterías de litio VARIOS FUENTE. COR FO. Conllté Sollts Mu1as.

144

1981

1985

(en %)

(en %)

37 32 15 10 2

28 38 17 7,5 3

1 0,7 2,3

2,5 1,5

---

Alvaro GOllzlÍlez Lefelier

CUADRO N° 5.2B DISTRIBUCJON PORCENTUAL USOS DEL LITIO ~------

liSOS

1992

'X. ) 20

( en Industria del aluminio Cerámicas ~' vidrios Caucho sintético Manufactura productos quimicos Otros usos químicos Lubricantes Baterías Sistema de ain' acondicionado _.

1I ,. '11 .

-

(I/ml\

11//lI'ml, (" !'1IJ.?

I:\fe cUlldro 5.2 B cfII-,-e.IJlllfIIle

11 U.IO.I'

-

18 15

U 12

-

11 7 -t

-----'

porceutuale,l tle E F.l' l '. eu 1992.

1:1 1')'J7 SOQU/JIf/C/-/ (SQJlfj, cOlllien7a su prnducciún de carhonato dc litio a partir de las sales dd Salar de i\tacallla. I:sta clllpresa en su intúnlle anual 1998 expresa lo siguiente: "Cou la entrada ,Ic- S()f\ I al Illercado. a principios dc 1997 d precio dc l.i!CO;. registró Ulla caida cercana al 50 11", I':st~ 1ll1~\'O escenario de precios ha provocado el cicrn: opl-raciones prnductilas ,k alhl costo en Rusia. I\ustralia. China y J-:stados Unidos. las que han sido sllstituidas en su Illay 01' parte por el carhonato dc litio de SQM, Durante 1998 los precios han lt'ndido a cslahili/~r,,(' en un ni\'c1 sustancialmente inferior al que registraha ;ulles ,lc-Ia entrada de S()f\1. Fste nilel de precios perlllite esperar aUlllentos illlportantes en 1;1 ,klllanda del rUIUr,) asi conHl l'l desarrollo dc nue,'as aplicaciones".

oc

1:1 cu;¡dro -';,2('. indic;¡ los usos pnrcentualcs dd lilio cn dlllundo scgún S()M, Faltaría los usos cn cauchos sintéticos que siguen sicndo illlportantes. pero en disminución con respecto :1 :¡fíllS

alltl~riorL's

en o. (J

I ~5

Riquezas minerales·de Chile a nivel mIli/dial

CUADRO N° 5.2C DISTRIBUCION PORCENTUAL DE USOS DEL LITIO USOS

1998 (en %)

Vidrio Cerámicas Grasas lubricantes Baterias Aluminio Aire acondicionado

OTROS

26 21 17 7 6 5 18

FUENTE. SOQUIMICH. 1998

Industria del Aluminio El metal aluminio se obtiene, (proceso de Hall-Herould modificado), por electrólisis de la alumina (AI 20) fundida en un baño de composición variable de 2 a 8 % de alúmina, 5 a 7 % de fluoruro de aluminio, 5 a 7 % de fluoruro de calcio y 80 a 85 % de criolita (FNa . F.JAI). A este baño se adiciona carbonato de litio en la proporción de 3,5 % en peso, con rcspecto al electrolito. Produce los resultados favorables siguientes:

1.- Reduce el costo por tonelada de aluminio producido por: • • •

Baja el punto de fusión del electrolito Mejora la conductibilidad eléctrica Reduce el consumo de ánodos de carbón

•

Redllce el COIlSlInlO de criolila

•

Aumenta la solubilidad de la alúmina en la criolita

2.-Baja la polución por reducción de la emisión de fluoruro por transformación del AIF, en UF, según la ecuacióll siguiente:

Este factor es muy importante porque en la mayoría de los paises existe un control muy estricto con respecto a la contaminación ambiental que produce la emisión de gases de fluoruro.

146

AII'aro González Letetier En la actualidad existe una disminución en la producción de aluminio y esta ha determinado una baja cn la demanda de Li 2COJ en esa área.

Industria del Vidrio y Cerámica El uso del litio en la industria del vidrio y ccrámica ha tenido el mayor desarrollo en el mundo en cste último tiempo. ubicándose en primcr lugar con aproximadamentc un 50 %. I':n la fabricación dc vidrio y cerámica sc usan dos fucntes de óxido dc litio: carbonato de lilio y concentrados de mincrales de litio.

la adiciólI de litio ell cualquiera de sus formas, produce los siguientes efectos pOJitivos: COII

• •

Reducción de la temperatura de fusiólI de los materialeJ, lo que produce /lit importante alrorro de eller!?ía Mejora la eficiencia productiva

•

/'í'rJllile 1111 nlCjor control de e'1Iü'iolles cOllla"lilllllltes

•

Mejora lIotablemente la calidad del producto obtellido por reducciólI de la expansiólI térmica. produciendo /11/ producto estable, re~'iJtente al calor.

El óxido dc litio (Li 20) entregado cn sus diferentes formas. baja el punto dc fusión como sc muestra en cl cuadro 5.3.

CUADRO N° 5.3 PRINCIPALES FORMAS DE LITIO USADAS EN LA INDUSTRIA DEL VIDRIO MINF:RAL E~podum('no

Prlalita

Carhonato de Litio

FORMULA

Li,O (%)

Li,O . AI,O, . 4SiO, Li,O . AI,O, . 8SiO, Li,CO,

8,03 4,80 40,4

PUNTO DE FUSION (OC) hasta 1450 hasta 1400 hasta 750

147

Riq/lezas minerales de Cltile a nivel m/lndial

CUADRO N° 5.4 ADICIONES ESTABLECIDAS DE LITIO (LilO) PARA VIDRIOS ESPECIALES APLlCACION Tubos de Televisión Reduce temperatura de fusión Mejoras en las propiedades de formación

METODO DE ADICION

PORCENTAJE TIPICO DE Li,O

Concentrado de espodumeno, peta lita y L;,CO,

0,1 a 1,0

Concentrado de espodumeno,

0,4 a 4,0

Buenas terminaciones para el vidrio

Articulos Piro-cerámicos Coeficiente de expansión

°

Mejores características de formación

Fibra de Vidrio Viscosidad reducida Mejora la continuidad de prod. de fibra Vidrios Protectores Mejor resistencia

petalita y Li,CO, Varios minerales incluyendo

0,1 a 1,0

Concentrados de espodumeno y Li,CO, Varios minerales y concentrado de espodumeno y Li,CO,

0,1 a 1,0

Varios minerales incluyendo

0,1 a 0,8

Envases, Botellas de Perfumes

Facilidad de formación Bucna terminación y resistencia

concentrados de espodumeno y Li,CO,

FIIENTE: GU,).} INDlISTR1'. Morzo 1988

Sistema de Aire Acondicionado El bromuro dc lilio y el cloruro de litio son ampliamente usados en acondicionamiento de aire y sistemas de deshumidificación. Ambos productos tienen gran afinidad por el agua y son altamente solubles. Estos productos mantienen su baja viscosidad a las temperaturas de trabajo. lo que facilita el bombeo de las soluciones en los circuitos de circulación. El aire que se desea secar es lanzado o es obligado a ponerse en contacto directo con la solución de LiBr o LiCI. que cae en forma de lluvia o en contacto con una superficie inclinada donde escurren estas soluciones. Las unidades de acondicionamiento de aire y deshumidificación se usan ampliamente en los grandes edificios. hospitales. salas de espectáculos. etc. El bromuro de litio es la sal más usada en las unidades de acondicionamiento y absorción. Una unidad de 100 toneladas de refrigeración contiene aproximadamente 700 kg dc bromuro de litio (equivalente a 56 kg de litio). 148


Grasas Lubricantes Fn la actualidad se estima que existe un 55 % de este tipo de grasa muhiuso en EE.U .. que se fabrica en base aLiOli· H¡O. Este se combina eon ácido asteárico para formar el estcarato de litio. a este compuesto se le adiciona accite mineral. El cstearato de litio actúa cumo cspcsantc ) representa aproximadamente un 10 % el peso de la grasa. I.as grasas de litio tienen buena resistencia al agua y conservan sus propiedades lubricantes en un amplio rango de tcmperatura (OOe a 150°C). I:,isten \'arios tipos de grasas lubricantes con adición de litio con "alon:s medios de I.~ "o de l.iOl1 . IllO equi,alente a O.~"o dc litio. Ilan ido ganando el mercado hasta obtencr mús de la mitad tic' éste. despla,ando a las grasas lubricantes fabricadas en base a jabones de calcin. sodio y aluminio.

I as grasas lubricantes cn hasc a litio. se emplean en un amplio rango dc temperaturas. Se usan en automóviles. camiones. trenes. aCflltransportes y cn los equipos pesados usados cn la industria y minería.

Cauclto Sintético I:,isten \'arios tipos de caucho ohtcnidos en Iimna sintética y usados ampliamente cn Ilcumúticos

)

cámara

para

allhHnÓ\ iles.

call1ionc~.

tractores.

ctc..

en

corn:as

transportadoras. lubos o mangucras. planchas para pisos. matcrial aislante de cables eIL'Ctricos. etc.

"nlre cstos caucllos o elastómeros sintéticos quc se obtienen por polimeri"ación de uno o m"s compucstos (monómeros) destacan aquellos cuya reacción de formación cs catali"ada por compucstos órgano-litio. De cstos compuestos el más importante cs cl bUlil-litio quc sc 1;lbrica en grandes cantidadcs dc acuerdo a la reacción siguiente:

',1 bUlil-litio Sc' comerciali,a en cilindros de 5-~8-57 ~ I ~O galones, en canl1(lnCS tanqucs dc ferrocarril (hasta 8000 galones) cn I:E.II[I.

~

carros-

Fn general los órgano-litio se f;lbriean \'ia cloruro del compucsto nrgúnico mús metal-litio: RCI + 2Li --+ R - Li + LiCl

1-19

Riquezas mineralesde Chile a nivel mundial Otros compuestos órgano-litio importantes usados como catalizadores en la fabricación de cauchos sintéticos u otras síntesis orgánicas son: metil-litio (CHJLi) que es usado como catalizador en la fabricación de vitaminas A y D Y en la obtención de varios analgésicos: fenil-litio (C6HsLi), que se usan en la obtención de hormonas y vitaminas.

Pilas de Litio (baterías primarias) Fueron introducidas en el comercio hace aproximadamente veinte años. Una pila es un dispositivo para transformar la energía química en energía eléctrica. Este dispositivo se llama celda voltaica. Una pila está formada por una o más celdas voltaicas. La figura 5.2, muestra los componentes principales de una pila de litio. Esencialmente consiste en dos electrodos (ánodo y cátodo) y un medio que permita la circulación de la corriente eléctrica entre ánodo y cátodo. Este medio que puede ser líquido o sólido constituye el electrolito. Los electrodos están formados por sustancias diferentes y puede dárseles formas de láminas, barras, tubos, etc. Si una pila se conecta a un circuito externo y realiza trabajo, su energía química se convierte en energía eléctrica. Industrialmente se distinguen dos tipos de baterías:

• •

150

Primarias o 110 regellerativas (pilas). En éstas, la reacciólI química se realiza ell UII solo sentido y termina agotálldose, y Secundarias (llamadas también acumuladores), dOllde la reacción química inicial puede revertirse, aplicálldoles una corriellte eléctrica continua opuesta a la producida por la batería.

Ah'am GOllzález Letelier

FIGURA N° 5.2 COMPONENTES DE UNA PILA DE LITIO

PilA CIJMPl-E7A AN()J}(}

SEPA

CAT(Jf)1J

DURES

ENVIJI, TURA SU 1.0

lAPA

1-"11 C..;!l-' pnll'l'SO se \l'nlil'a la n..·
1.1 \llIL'USCI ill\L'slIgacillll re.dl/Clda eu el L"UllPO dL' las pdas de litio, ha Ik\ado a dircrcnciar dislintos tipos dc pilas. L1111': podcmos dgruparl.l .... l'll LI fnrtll~1 ... lgUIL·Ilh..··

• •

•

!latala d" cátodo .,álido 8(1le,.l(I de e!ec/ro/ita "ti/ido !Jalala d" ctítodo \/JIIII>I",

Lu L'I c\ladro 5.5, se UlllL'slra el ,ohClje eu ureulto ahll'l'to de dircrelllcs tipos de pilas de litio. se p\lede ;lpreci;\I' adeulas, qUL' las pd;rs de litil) ticueu \ olt;rjes Illils altos que las pilas l'ollll'rcia!cs l'(lll\ Clll'itlll~lks. ( \.) ¡.(l \').

151


CUADRO N° 5.5 CARACTERIST/CAS DE LAS PRINCIPALES BATERIAS DE LITIO VOLTAJE NOMINAL ( Volls)

ENERGIA ESPECIFICA (Wh/Kg)

RANGO DE TEMPERATURA

Litio / bismutato de plomo ( Li /PbBi,O,)

1.6/1.3

ISO

-10/45

0,018/02

litio / trióxido de bismuto ( Li / Bi,O, )

1.7/1.5

90

-20/50

0,05 Ymás

2,7/2,6

200

-20/60

0,05 Ymás

litio / óxido cúprico ( Li / CuO)

1,5/1,4

275

-10/70

0,5/3,4

litio / sulfuro cúprico ( Li / CuS )

1,6/1,5

135

.--

---

litio I sulfuro ferroso

1,4/1,2

125

---

---

litio / sulfuro férrico ( Li / Fe,S, )

1,6/1,4

130

---

0,035 - 0,3

litio / dióxido de manganeso ( Li / MnO, )

2,8 - 2,7

200

-20/55

0,065/1,1

litio / cromato de plata

3,2 y 2,5

275

-lO/SS

0,013/2,4

3,7/3,2

270

-30/60

---

3,3/2,5 y 2,8/2,5

200

-40/60

/0,03

I Li / Lil ( AI,O, ) I

1,9

ISO

-40/170

0,35

litio / yodo (Li/Lil/I,j

2,8

200

10/40

0,1/15

TIPO DE BATERIA

TAMANO ( Ah )

(OC)

BATERIAS DE CATODO SOLIDO

litio I mononuoruro de carbono I Li / (CF). I

( Li / FeS)

( Li Ag 2CrO.. )

Litio / óxido de cromo ( 8Li / CrO, ) litio / pentóxido de vanadio ( Li / V,O,) BATERIA DE ELECTROLlTO SOLIDO Litio / ioduro de litio

152

Alvaro COl/zlÍlez Letelier

BATERIAS DE CA TODO SOLUBLE Litio / dióxido de a zufre

( Li! SO, )

2,9/2,7

280

-55/70

I 130

Litio I tionil c10rur o

( Li / SCL,) Litio I slIlfllril c10r uro ( Li / SO,CI, ) - ---

I,as ventajas de las pilas de litio. son evidentes, Dijimos anteriormente que dentro de los clementos metálicos. el litio posee la más alta concentración de energia química potencial por unidad dc peso o por unidad de volumen. lo que lo hace particularmente importante para uso de pequeñas unidades adaptándose a la tendencia de la miniaturización, ¡':n F¡':,lll j, las pilas lié lilio son la fuente de poder más importante en la f(lbricación dc lllarcapasos. Se calcula que linos trescientos mil transplanlados usan este tipo de pilas y el RO % de los nuevos implantados son diseiiados con pilas de este elemento, La.\'

• • •

razones so,,: Mayor vida IÍtil Mel/or pe.m Mayor cOI/fiabilidad

Se csperan nucvos tipos dc prótesis biomédicas. hasadas en el éxito delmarcapasos, Otra \'enlaja importante es el mejor funcionamicnto a diICrcntcs rangos dc tcmperaturas, Por ejempln. a temperatura ambiente y hasta -7 oC varios tipos dc pilas de litio mantienen su capacidad, I':n camhio en las pilas tradicionales (alcalinas. carhón. zinc y IIll'n.:lIrio). éstas capacidades bajan ± 15 CX). Otro aspeeto importante es el tiempo de almacenamicnto, Para las pilas dc litio varia entre 2 a 10 veccs con respecto a las convencionales, lésto exige un sello hcrmético en las pilas de litio, La penelración de las pilas de lilio en el campo de los relojes de pulscra. calculadoras. computadores pcrsonales o transportables. teléfonos celularcs y en general en el campo electrónico y microelectrónico es prácticamente definitivo y los nuevos diseiios están proyectados en este sentido,

153

Riquezas minerales de Chile a nivel mundial Según informaciones de Duracell Internacional, Rayovac y Unión Carbide, empezaron la producción de pilas de litio en EE. UU., en el año 1982. Estas compañías habían estado vendiendo pilas de litio fabricadas en Japón por Matsushita, Sanyo y Toshiba.

Desinfección de Aguas En la desinfección de aguas se usa el hipoclorito de litio especialmente en EE. VV. En otros países su uso es menor. El uso más frecuente es en aguas de piscinas. Como sustituto, se usa el hipoclorito de calcio, pero este compuesto tiende a oscurecer el agua o puede dejar un sedimento en el fondo de ella. El hipoclorito de litio se usa además, como blanqueador en lavanderías y hospitales, también de uso frecuente en EE.UU. y no en otros países. Además, se utiliza como desinfectante industrial y para eliminar moho.

Acumulador de Energia Solar En la NASA. EE.UU .. se desarrolló un sistema de generación de "potencia solar dinámica" para el proyecto de estación espacial norteamericano. En este sistema se usan dos espejos gigantes que renejan el calor del sol en un receptor de almacenaje de nuoruro de litio fundido y sales de dinuoruro de calcio, que contienen suficiente calor para entregar potencia hasta que reaparece el sol.

Absorción de Dióxido de Carbono Los fabricantes de equipos navales y aeroespaciales usan hidróxido de litio para absorber C02 en forma mucho más rápida y segura que otros compuestos.

Industria Farmacéutica El litio metálico y algunos compuestos de litio se usan para obtener fármacos. Por ejemplo. la litio-amida (LiNH2) se emplea en la industria farmacéutica en reacciones de síntesis para fabricar analgésicos. antihistamínicos, vitamina A, hormonas. El carbonato de litio (Li 2CO J ) grado farmacopea se emplea en el tratamiento de la psicosis maníaco-depresión.

154

Alvaro GllllzlÍlez Lelelier

Otros Usos El hidruro de litio (LiH) reacciona con el agua para dar hidróxido de litio y gran cantidad de hidrógeno.

lIn kilo de Lill produce 2800 litros de ~h. Esta propiedad se aprovecha como fuente de hidrógcno en aplicaciones en botes rápidamcnte inflablcs (botes salvavidas) y en usos miliLares. En química sc usa como agcnte reductor. Existe Ulla amplia variedad de usos me'llorcs para los compucstos químicos de litio, algunos de los cuales se listan en el cuadro 5.6 para eompucstos inorgánicos y en el cuadro 5.7 para compuestos orgánicos.

155

Riquezas minerales lle Chile a nivel mundial

CUADRO N° 5.6 USOS DE COMPUESTOS INORGANICOS DE LITIO COMPUESTOS Amida de litio

USOS Alquilación de nitrilos y cetonas Manufactura de antihistaminicos

Metaborato de litio

Formulación de vidrios especiales y esmaltes

Tetraborato de litio

Cerámicas Espectroscopia al vacio Refinación de metales

Bromuro de litio

Reconstitución de salmueras Catalizador Agente deshidrohalogenante Acondicionamiento de aire

Tratamiento de fibras de queratina

Hipnótico y sedante Carbonato de litio

Clorato de litio

Esmaltes, vidrios, barnices y cerámicas Materi. prima para sintesis de otros compuestos deLí Catalizador de esterificación Metalurgia cxtractiva de aluminio y uranio Fármacos (grado farmacéutico) Vidrios ópticos (grado óptico) Barnices y tinturas Revestimiento de electrodos de soldadura al arco

Acondicionamiento de aire Productos químicos orgánicos e inorgánicos

Propulsor Cloruro de litio

Preparación de litio metálico Electrolito de celdas de baja temperatura Catalizador de química orgánica

Deshumidificador en acondicionamiento de aire

Intercambiador de calor Behidas alcohólicas

156

Fluoruro de litio

Fundente fuerte para esmaltes, vidrios y barnices Fundente para soldaduras Difracción de rayos X Intercambiadores de calor Combustible para cohetes

Hidruro de litio

Materia prima para amida e hidruro doble de litio Agente reductor Catalizador de reacciones de polimerización Generación de hidrógeno


Celdas de combustible Protección contra la radiación Hidróxido de litio

Producción de grasas multipropósitos Absorbente de CO, en sistemas de purificación de aire en submarinos y cápsulas espaciales Materia prima de productos quimicos industriales

Nilrato de litio

Absorbente de NH, en sislemas de refrigeración Propulsores de cohetes

Intercambiadores de calor Nilruro de litio

Síntesis orgánicas e illorg;lnicas

Oxido de litio

Absorción de CO, Formulaciones químicas Formulación de vidrios y esmaltes especiales

Perclorato de lilio

Eleclrolilo en baterias de litio Mezclas propulsoras sólidas para cohetes Fuente de oxigeno CatalizlH..IOr- )' agente oxidante

Silicato de litio

Sellan!e de concreto Adhesivos

Mctasilicato de litio

Fundente para fundición Esmaltes y harnices Revestimiento para barras de soldadura

Orfosilicafo de lifio

Fundente para fundición Esmaltes y barnices

Sulfato de litio

Vidrios especiales dc alta resistencia Composición de reveladores fotográficos Fármacos L- ___

157


CUADRO N° 5. 7 USOS DE COMPUESTOS ORGANICOS DE LITIO

a)

COMPUESTOS Acetato de litio

USOS Sintesis orgánica Catalizador para la manufactura de resinas

Benzoato de litio

Sintesis orgánica Catálisis alcohólica en producción de resinas alquidica

Citrato de litio

Dispersante de arcillas Formulaciones medicinales Preparaciones farmacéuticas Bebidas

N-butil-Iitio

Catalizador en polimerizaciones estereoespecificas Sintesis de polimeros

Oxalato de litio

Anticoagulante en análisis de sangre

Usos Futuros e Incipientes de Gran Desarrollo Proyectado

Como se explicó anteriormente, se incluyen en éste ítem los usos de mayor proyección en el futuro. por la cantidad de litio requerido, por la importancia estratégica y por el signi ficado económico para nuestro país.

Sin considerar usos menores podemos distinguir cuatro tipos de usos de litio de gran proyección: • • • •

-Usos en -Usos en -Usos en -Usos en

cemento aleaciones baterías secundarias energía nuclear

En el primer caso mencionado -Usos del litio en cemento- son los estudios más recientes que se están realizando en la actualidad. Los dos ítem siguiente son usos actualmente pequeños en plena etapa de investigación. Su desarrollo según expertos. adquirirá gran importancia en el mediano plazo. El uso del litio en energía nuclear (Fusión uclear) se proyecta para después del año 2020. Sin embargo. estimo que antes de esa Fecha se requerirán cantidades importantes para la etapa de investigación y desarrollo en este campo. 158

A/llUro Gonzá/ez Lelelier

En 1953 se generó un poder comprador de productos de litio al requerir la Comisión de Energia Atómica de los EE.UU. grandes cantidades para el desarrollo y producción de bombas termonucleares. Lo anterior motivó una expansión de la industria norteamericana de litio.

Usos en Cemento Se realizan dos investigaciones diferentes. Una en EE.UU. y otra en Chile. que se refieren a aspectos difcrentes. Sus rcsultados podrían ser muy importantcs en el consumo del litio por el amplio mercado mundial del cemento. La investigación que se realiza actualmente en lOE. . está enlocada a la eliminación o minimización del efecto Alcali-Silica Reacción (ASR). El efecto ASR. es una reacción quimica entre un álcali (sodio o potasio) que aporta el cemcnto Portland y roca silicica que aportan los materiales de agregado (arenas) y otros. Según Davis Stokes (Técnico de eMe' Corp's I.ilhiulll Division in Gastonia. Ne' EE.UU. La rcacción ASR. sc presenta en dos etapas. En la primera etapa. la sílice de los materiales agregados es atacada por los iones hidroxilos (0111" del ccmcnto . el cual rompc la unión silici%xigeno. Posteriormcnte (segunda etapa). se formaría una combinación con el álcali produciéndose una mezcla. álcali-silica gel que absorbe agua produciéndose un aumento de volumen (se hincha) ejercicndo una fuerte presión en todo cI material. originando el deterioro del concreto. El cICcto tinal dcl ASR que origina el ulterior deterioro del concreto. incluye la sumatoria dc los fenómcnos que se presentan en las carreteras. puentes. etc.. se acelera con el tráfico vehicular. vihraciones. medio ambiente (ciclos de formación de hielo. deshielos. oxidación del acero. en el concreto armado. etc.) En EE.1 IU .. se ha realizado una amplia investigación para eliminar o minimizar el efecto ASR. En varios estados de EE.UU. se realizan programas de investigación a nivel gubernamental. Estrategie Ilighway Rescarch Program (SHRP) y a nivcl privado Ej. EMC Corporation Lithium Division que estudia la acción contra el efecto ASR por riego con soluciones de diversos compuestos de litio sobre la superficie de cemento en carreteras. puentes. etc .. con varios años de uso. Las soluciones de compuestos de litio más usadas son: hidróxido de litio. nitrato de litio. formiato de litio. acetato de litio. En Chile. recibimos informaciones tardias. pero sabemos que estas investigaciones se consideran exitosJs y su difusión a nivclIllundialno tardará. uestro país debiera 1¡derar en 159

Riquezas minerales de Chile a nivel mundial el mundo, investigaciones relacionadas con el uso del litio y en esa forma aprovechar el inmenso tesoro que existe en el Salar de Atacama, donde se concentran las reservas más importantes del mundo. No podemos esperar que la investigación llegue solo de EE.UU., porque el resto de los países posee poca reserva de litio y los que poseen litio (minerales de litio) tienen un alto costo de extracción. La investigación que nos llega del exterior no está incentivada para darle mayor uso al litio, sino que por ejemplo, en el área del cemento, la investigación está destinada a proteger y dar mayor vida útil a grandes carreteras y puentes con lo cual se protegen altas inversiones ya realizadas. En cambio: La investigación chilena, es diferente porque se refiere a mejorar las propiedades del cemento y además ha evitar el efecto ASR. La investigación que realizo en Chile, se efectúa con el objeto de encontrar nuevos usos al litio para conseguir una mayor demanda de este elemento a nivel mundial con el consiguiente mayor precio. Esta investigación es la siguiente:

USOS DE COMPUESTOS DE LITIO PARA MEJORAR PROPIEDADES DEL CEMENTO

Previamente es necesario definir bien, lo que se entiende por cemento. Definición Cemento Portland Según INN (Instituto Nacional de Normas): Es el producto que se obtiene de la pulverización de una mezcla de clinquer y sulfato de calcio. Además, en su constitución se puede aceptar hasta un 3 % de materias extrañas excluido el sulfato de calcio hidratado. Clinquer: es la masa que resulta de la calcinación de una mezcla de sustancias que contienen óxidos de calcio, silicio, aluminio y fierro. La industria cementera simplificó la nomenclatura química de uso universal y estructuró sus propios símbolos y fórmulas para desígnar sus productos químícos.

160

Alvaro González Letetier

Equivalencias

SO.r

=

S

La industria obtienc la mayor parte dc estos productos de yacimientos eacárcos y arcillosos. Estos materialcs finamentc molidos se calcinan cn hornos rotatorios y sc obticnc el clinquer formado básicamentc por los siguientes productos:

COMPUESTOS DEL CEMENTO FORMULA JCaO . SiO z 2CaO . SiO, 3CaO· AI,O, ~CaO . AI,O, . Fe,O, M~O

Na,O )' K,O ._-

NOMBRE Silicato Tricálcjco

Silicato Ilicálcico

Aluminato Tridlcico Aluminofcrrito TClracálcico Oxido de M~'gllcsio Oxidos de Sodio)' POlasio (pequeñas canlidades)

ABREVIATURA C,S C,S

C,A C,AF M N)'K

o

Estos compucstos mcís yeso (mcíx. 3 %) finamcnte molido constituyen d ccmento. El polvo lino de cemcnto 1 agua forman una pasta que al sccarse después de varios dias constituyen el cemento súlido (mezcla hctcrogénea dc los compuestos anteriormentc mcncionados) usado ampliamcntc cn la construcción dc caminos, cdificios, puentcs, rcprcsas hidrcíulicas, estanqucs, ctc. El proyccto de invcstigación consiste cn mcjorar las propiedadcs del cemento por adición un compuesto dc I.i para obtcncr los rcsultados siguicntes: puntos 1, 2, ),4, 5 Y 6.

lk

1.- Mcjora la homogeneidad dd eemcnto pcrmitiendo una mayor plasticidad, Iluidez yen general la trabajabilidad clc la pasta dc cemcnto.

Mejora la impenncabilizaeión de ecmcntos cspeciales usaclos con ese fin, por dos motivos:

7 _

a) 1\1 mcjorar la homogencización dc la me7e1a de los di ICrcnles productos que forman el ccmcnto, sc producc una pasta más compacta y 111 ,·1 S impcnncahlc. 161


b) El compuesto de litio se comporta como un agente transportador de los diferentes compuestos impermeabilizantes que generalmente no forman mezclas homogéneas con el cemento, permitiendo una mejor distribución y homogeneización de estos compuestos con los del cemento. 3.- Eleva la densidad y dureza del cemento y del hormigón. El cemento al secarse, los diferentes compuestos cristalizan en estructuras rómbicas y cilindricas. Con la adición de compuestos de litio, la pasta queda más fluida y la cristalización se realiza en forma de agujas, lo que permite mayor grado de entrecruzamiento de estas agujas, lo que se traduce en mayor densidad y dureza de las piezas de cemento o de hormigón. 4.Mejora la adhesión sólido-sólido de los ladrillos superpuestos pegados con pasta de cemento o en el caso del concreto con la arena y el fierro. Si dos superficies están separadas por una capa de adherente, esta última (cemento fluido) puede penetrar en los poros del material mientras está liquido el medio y entonces establecer el enlace mecánico cuando se solidifica el medio por secado. 5.Como agente air-entraining, o sea, aire aprisionado en pequeñas celdas para la producción de placas de concreto poroso que se usan como un buen aislante termoacústico. 6.Eliminar el efecto (ASR) Alcali Sílica Reactivily. Este efecto llamado así por los norteamericanos es una reacción química que se produce entre la sílice (SiO z) que contiene el cemento o el concreto y la sustancia alcalina (Na o K) presentes en estos materiales. Esta reacción produce la formación de un gel de SiOz que absorbe agua y se hincha, ejerciendo una presión en la masa del cemento o concreto solidificado, originando grietas y finalmente rompimiento del material, todo está ayudado por los fenómenos externos que se producen en carreteras, puentes, etc. Como son: vibraciones por el paso de vehículos o por efectos ambientales que provocan ciclos de congelación y descongelación del agua o corrosión del acero en concretos. Para evitar este fenómeno (efecto ASR) la empresa FMC división Litio ha lanzado al mercado un producto llamado "Renew" concrete Treatmenent" que tiene por base un compuesto de litio que reduce el efecto ASR. Este producto se usa en solución por rociado sobre las superficies de cementos usados después de varios años. Este tipo de

162

liSO

se puede eliminar por adición de compuestos de Li, al principio.

Ah'oro GOllzález Letelier

{!WIS 1'11

Aleaciolles

1 no d~ los prilll~rns usos del litio Illetálico fue en aleaciones de plomo. actuando el litio ClllllO un agent~ de endurecimiento en aleación: O.O.J % I.i. 0.7 % Ca; 0.6 % Na: el resto I'h. usado en la fabricación de soportes y mangas de ejes de los carros de ferrocarril. Otra akación inkr~santc es la X 2020 (1.1 .'0 I.i; 4.5 % Cu; 0.5 % Mn: 0.2 % Cd; el resto Al) '1Ul' tienl' gran resistencia y haja densidad usada en a\ iaeión. (Kirk Othmer. Encyclophed) olChnllical Iccnol('gy. 3' Edition. Vol. 14. púg. .J57. 19&2).

I:1I11hit'n han dado IllU\ hu~nos r~sultados al~aeiones Li-t\ Ig. usadas en \ ~hieulo, pOI s~r ~xcepeionalmente li\ ianas y resistentes. Así por ejemplo. la aleaciún 1 1-t\lg. d l..') g,em' . es más li\ iana que el magnesio puro. d = 1.7.J g cm'. La aleaciún I \ I.J 1: X) "" t\ Ig : 14 o o I.i : 1 •• Al ; es la más conocida. Esta aleación resulta ser más dura. dúctil y trahajahlc que el Mg. a~nl~spanales

1:'11 In aClllalidad lil'lIell illlerés Cfllllerciallas aleaciolles sigllil'llles.' Al-U: B-U .' ell-u : I'/¡-I.i; ,\I¡:-I.i ; Si-U.' Si-B-U : Ag-Li. SL' 111\ . .. 'sllga il1l('ll:->alll('lltc C'1l akm:ionC's dd tipo !\I-Li X, siendo X un metal eomo Mn. l'u,

~ 19. ht~ hn~na

tipo d~ aleacioncs sc l'
I..'lllltrihll~e

a ma)nr durnción del equipo) menor con"1I1110 de energía en el transporte.

Aleaciolles Lh'irl/las de Litio-Alumillio I as

akdcion~s

li\ ianas dc litio-alulllinio constituycn la aplicación con l',ito cn los próxilllos años. su empleo en la fabricación de sl~ni Iic;lI'Ia un ahorro lI11portdnt~ d~ cOlllbustihle pllSlhilidad~s d~

nW\'or~s <1\ lon~s.

:\ continuaciún se copia los conccptos expuestos en la Memoria de Titulo: "Estudio del ~krCddo t\lundial del Litio en el Contnto de las Capacidades y Recursos acionales" (\iml'n:1 Salas. I')().J. llni\crsidad de Chile). "1·1 ti"" ,r,.,,/Iu tll' (//,,(/ciulln l.i-./1 ti" '"cllulogio (I\'{///:ada cO/lll'/oí "" la década tle 10,1' SO ('un Iu j1urflci¡'ul'hJn de jJl"odllctores c/e aluminio, la induslria (leronáutica e inslilulu,\ oUlllan'\ c/c 1111·C\lIgtlt.'¡(JIl. para su 11.\(1 ClI ItI !úhrictlciúlI c/c IJar/es compoJ1t'lIles c/e (l\'ioJ1c,\ COI11(Tl'ia!l'\ y militarc,\ l#tI al/icitJn c/e /,5 % a J °i, c/e litiu lilas aleaciones cOIl\'eJlciOllale,\ dc all/millio ¡'ennile ohleller materia/es 1/11 lO % má.\ lidano.\", sin considerar que el ahorro dI' <'omllll.l/ih/" IIII<'de 01<'01/:01' hasla 1111 :lO % d" {l/allelllo de la capacidad de <'arga del {/ 1'1(} 11.

lle/Jido ala gnlll reaui"idad de!lilio. ,,!moldeo de lal oleaciol/es U-Al es dificil. EII 1985 la l'rotlllCCiljll de al('{(C/(l/Ies de U-A! para ¡il/e.1 de de,\iIITollo, COII la parlicipacitÍlI de 10.1

163

Riquezas minerales de Chile a nivel mundial principales productores de aluminio ( Alcoa, Kaiser y Reynolds en EE. Uu.; British Alcan y Pechiney en Europa) lograron importantes progresos en el desarrollo de técnicas de moldeo, pero debido a su alto costo (2 a 3 veces el de las aleaciones convencionales de aluminio), el problema de reciclar las grandes cantidades de chatarra generadas (dependiendo del tipo de piezas y del sistema de montaje es igual como mínimo, a dos tercios del material utilizado), y la competencia de otros materiales (composición de fibra de carbono ), la demanda por las aleaciones de litio-aluminio fue muy reducida, no cumpliéndose las grandes expectativas de consumo pronosticadas para el comienzo de los años 90 (Esta situación podría revertirse en la actualidad por la baja del precio de los productos de litio). Eslos productores de aluminio, en los ESlados Unidos y Europa, así como fabricantes de aviones (Boeing, Air Bus, Lockhead), están desarrollando técnícas especiales de moldeo para este tipo de aleaciones. Las tres principales aleaciones comerciales de U-Al conocidas en la actualidad fueron desarrolladas por Alcoa (aleación 2090, con 1,9 a 2,6 % de litio), Alcan Inlernational Límiled, Banburg. u.K. (aleación 8090, con 2,2 a 2,7 % de litio), y Cegedur Pechiney, Voreppe, France (aleación 2091, con 1,7 02,3 % de litio). Adicionalmente, exislen Ires aleaciones experimenlales, X8090A, X8092 y X8192, que conlienen entre un 2 y 3 % de Li. Acl!ialmenle se eslán usando aleaciones de U-Al en cuatro importantes aplicaciones en el programa Europeo Airbus 330/340 yen ellransporle aéreo C-I 7 de Mc Donnell-Douglas. Aunque el programa de desarrollo técnico de la Airbus ha logrado significativos avances, en ¡{eneral se cree que tomará por lo menos un período adicional de 5 años para que estas aleaciones sean usadas en canlidades comerciales por la induslria aeronáulica. Las aleaciones de Lí-AI cueslan Ires veces el valor de las aleaciones convencionales, su a!lo casio es el principal inconveniente que presentan eslas aleaciones en la actualidad, lo que podría resolverse si se encuentra un proceso adecuado para reciclar los desechos f{enerados en su fabricación.

La empresa Boeing (EE. UV.) ha señalado que si no se puede utilizar la chatarra generada, no será económica la aleación U-Al. Si se resuelve este problema, el consumo de lilio, por concepto del uso de esla aleación, lendrá un incremenlo significalivo duranle el primer año de introducción de esta tecnología, pero bajará, a un tercio de la cantidad máxima requerida por la induslria aeronáulica, en el segundo año debido a la posibilidad de reulilizar la chalarra. Los maleriales que compelirán con lales aleaciones en la fabricación de fuselajes de aviones, serán aquellos que se obtengan como productos de mejoramienlos en las aleaciones y compuestos de aluminio tradicionales. De esta forma, en el largo plazo, el desarrollo de nuevos maleriales jugará un rol muy imporlanle. Enlre ellos es posible incluir las aleaciones de aluminio superpláslico, aleaciones hasadas en melalurgia de 164

All'UrtI GOllzález Lete/ie,

1111/\'(1.1', I/Oio,\ de olumillio hihrido, materiales de segundo gelleraciólI compuestos de litio y lih/'{/ 1'/lI.I oleociolles de titallio. cree l/ue lo segunda generación de aleaciones de litio-aluminio, con alto contellido de Ii/io, COII lo l/ue se ohtielle un mellor peso, deherian ser p,oducidas por un nuevo proceso d.. ,\olidili('({ciólI rápida del cual ha sido piollera la empresa (jeneral Motor,\' en lo 1""IIlluc('Ílíll de moglletos I:',\ta técnica es lo iÍnica que permite producir m(l/eriales de grallo liJ1() ,<.,'<,

lo ell//'{/do al mercado ell I(mlla masi,'a de 10,\ aleaciones Iitio-alumillio depellde IJI'illcil}(/I/Ilell/e ele lo capacidad l/ue tellgall los lIue\'os tecllolorJas diseiiados pa/'{/ reciclar lo cl/{(tor/'{/ de esta,\ oleociolles, ('onsideran/Os ademlÍs, que de acuerdo COIl lo ,eiialado 1'01' HO('Íllg, el electo mOl'or sohre lo demOlido se producirá ell el primer mio de illgreso al JI/('rc",lo ele <'.1'/0,\ oleociolles, 111/1'.1' o cOlllllr del segulldo ano el conSll/110 de litio metálico /1tW c(JJ1('('/){() dc ('.'loS alcacioNes disminuirían el1 do.\ lerdos.

1:'/ mn\omo oe/uol de Ii/IO metlÍlico 1'11 la .!ilhricación de aleaciones de U-Al, destillodos lII'illcil/{(IJI/('lI/e I/{(/'{/ lII'uehos, es dcl ordell de .J5 (Ion/miO), lo l/ue equi\'ole o 2.JO (tlm/oiio) de cu,.hol1l1(o dc lilio ('(/II;\'(t/('I1{': aproximoC!aJllenle .\'¡ el desarrollo ele ('S(lIS aleacionl!.\ tÍ< 111' h'ito 1'11 lo illelustrio oe/'{/espociol, los aleaciolles de Iitio-alumillio serioll UII sustituto (/in't.'(o de tt" lI/C{lCiOlll'\ cO/n'('l1c/ol1ale.' t/t! aluminio quc se lI.\lUl ('JI es/e ClllllfJO Por lo Illllfo, I'ora IlIcor/JOra, ("'U' u/t'lIcioll('\ al mercado fu/uro de/Ji/jo parece (',H'l1c;al esperar

1", r",ul/oelo,\ ele 10,\ tecllologia.\ 'Iue 1'<'I'mi((/1I reciclar lo c!l%rra gelle/'{/do ell lo !ah,,¡c(lcirJJ1 dt.' (',\fllS a/eaciones. ..

l '-'os 1'11 Baterías Para comprender el extraordinario desarrollo proyectado del uso del litio en esta área dehetll()s reeordm las propiedades siguientes de este elemento:

11) E.I el metlll más IÍI'illllO qlle existe ell 111 IIl1tllmleZII d

= 0•.5.14 K/cllr'

a lO oC

h) Posee el potellcial de oxidllciólI ,ltal/{/lIrd más IIlto de todos los elemelltos ~ 3.045 "

e) OCllpa el seKllllda IUK"' (después del herilio) de los elemelltas metálicos ell el mIo, del equimlellte electroquímico: 13.9 kclK (3.96 A . Ir/K).

165

Riquezas minerales de Chile a nivel mundial El conjunto de esta propiedades le confieren al litio la más alta concentración de energía química potencial. En otras palabras, el litio tiene la más alta tendencia entre todos los elementos a perder electrones, por lo tanto, es el material capaz de dar el máximo potencial en una celda electrolítica.

Uso en Baterías Secundarias de Litio Dijimos que las baterías primarias (pilas), transforman la energía qUlmlca en energía eléctrica, son productoras y no se cargan nuevamente. Las baterías secundarias son fuente de poder que pueden "recargarse" mediante energía eléctrica suministrada externamente, recuperar su forma o estado inicial y pueden nuevamente generar energía. Son equipos de almacenamiento. Se proyecta diseñar baterías de litio/sulfuro metálico u otros sistemas con una capacidad de almacenamiento de varias veces la de las baterías actuales plomo/ácido consideradas por unidad de peso y por unidad de volumen. El Argonne National Laboratory (ANL) está realizando un amplio programa de investigación y desarrollo de baterías orientado a la obtención de baterías de alta capacidad. En 1978 A L empezó un programa de investigación para baterías Li-AI/FeS. Este estudio que tuvo varios retrasos. proyectó que para 1990 habrían 2, l millones de automóviles eléctricos en EE.UU. En el año 2000 esta cifra subiría a 18 millones y todos ellos usarían las baterías mencionadas.

Este proyecto se "a retardado debido a los factores siguientes: a) Bajo precio del petróleo b) La demanda de energía en EE.UU. se "a mantenido relativamente baja, por la lenta recuperación de la economía, por motivos de la recesión de los alios 1982, 83 Y 84. c) Afto precio de la tecnología de las baterías En un estudio de costo se estableció que aproximadamente 70 % del costo total de los materiales de una batería de LiAl/FeS (llamada de alta temperatura) corresponde al litio. En 1985 un kilo de litio contenido en el Li 2C0 3, valía alrededor de US$ 20 y un kilo de litio contenido en aleación LíAI valía cerca de US$ 900. Estados Unidos es muy estricto en el control del medio ambiente y últimamente es el líder en la promoción de vehiculos con "emisión cero". El estado de California en su legislación, desde hace varios años, aprobó que a partir de 1998 al 2000 el 2 % de los vehículos por 166

AlvaTf} GOllzález Letelier

cada productor cn California debc tener ccro cmisión dc gases contaminantcs de óxidos dc nitrógcno y óxidos dc carbono (NO, y Ca,). estos vehículos dcbcn scr efectivamentc vcndidos y demostrables con certi ficados de venta. Posteriormentc cn los años 200 I Y 2002. las ventas de vchículos cero emisión deben alcanzar al 5 % del total de las ventas de cada fabricante y finalmente en el año 2003 las vcntas de este tipo dc vehículos deben llegar al 10 % dcl total. Actualmentc cxistcn dos alternativas para automóviles con cero emisiólI. -Automóviles movidos COII baterias eléctricas.)' -/1 utomóviles o vehículos que jllllciollell a base de It idróJ.:ellO COIlIO combustible.

En cstc último caso la combustión producc agua como producto final que no cs contaminante. Aqui d problcma tccnológico cs el almaccnamiento dc hidrógeno (la recarga dc hidrógeno scría peligrosa cn una cstación dc sCf\'icio). Sabcmos quc la rcacción del hidruro de litio (Lill) con agua. quc también sc usaría litio: LiOJ-/ + J-/1

Rl'cordl'mos:

1/11

kilo dI' UN produce 2800 litml de 1/1

1.'1 tahla 5.1 mucstra una comparación de las distintas balcrías compctidoras para el mcrcado automotriz.

TABLA N° 5./ BATERIAS COMPETIDORAS EN EL MERCADO AUTOMOTRIZ --

I \Vh 1 kg I

TIPO O[ IIATERIA

( teórico)

1630 990 9H

Li 1 PEO 1 X, Li/PEO/X, U,Si IFeS, ZIl! aire Na/S

87~

758 729 650

7.chra

l.iAl1 FeS, LiAII feS Ni /11, ---N.O

.\ I l' '-,

~58

. :

PIJ~I

-

378

~A

1'0 'OMIA ~

I 1.111 I 652 400 380 350 300 290 2611 180 150

Etllllwl' Uwl,' rtllinrt'f/I\ nmtlllclor/'\ ('/í'clrótlico'i y ¡'¡,IICfI'i

PRIMER PROTOTIPO" I años I

ENTRADA AL MERCADO" I a.ios I

5 5

15- 20 15- 20 8 - 12 5-8 3 3 S-M 5-8 3

O

3 O O

11 O O

-

I

a ('mllllfl'i J.,Mmf'fro\ P'Il,{f¡· mullir '111 IIIIWmÚI'" fmlt" tll' f,'C(Uf:11T \11 ha/ería 1111"11'(" 11" mllH '/'14' I/utlurti "11 /'\llIr b\/u,/ prtnh" pmWllp" :': SáJalu t'! "''''U'''' tlt' /111/1\ pi"" qllt' I/ichll ft'owlt'J(1It (11 nu.'fclUll' ¡.(OESTE: ütmli/J ./¡. Mun,d" (M Lirioo ~ll'",(1fic, dt' 1;tltlfl/"KI'tl/a;U lIt/humal l [)t' Cfult' (\m't'tUl Sfllm) :-: SI' '''flal'

:': SI'I111111 j'/

j'''''.'

o

167


La tabla 5.1 nos indica que las tecnologías sobre la base del litio son aparentemente las mejores en el largo plazo, pero también las que necesitan mayor tiempo para entrar al mercado. Se incluye la batería Zn/aire que es primaria -no recargable con electricidad- sino que con cambios de electrolito y de electrodos lo que significa un costo económico adicional en la infraestructura necesaria para mantener esta opción. En 1990 se formó el consorcio "United State Advanced Battery Consortion" (USABC), formado por tres grandes empresas de Detroit: La General Motors, La Ford Motor Company y la Chrysler Corporation y el Departamento de Energía (DüE), del gobierno de EE.UU., para realizar un programa de investigación y desarrollo durante doce años para estudiar sistemas de baterías de vehículos eléctricos comerciales. El consorcio USABC dio la pauta de cuatro tecnologías para iniciar el estudio de las que se consideran las más promisorias: dos de corto plazo (Na/S y Ni/MHr y dos de largo plazo basadas en litio: Batería basada en polímeros de litio que funciona a temperatura ambiente cuyo desarrollo es más reciente, y que se presume presenta más dificultades. El consorcio ha dispuesto un presupuesto de US$ 1800 millones, en un lapso de doce años. Este presupuesto lo aporta el gobierno de EE.UU. en un 50 % y el otro 50 % lo aportan las tres empresas automotrices. Esta investigación nace como respuesta a las investigaciones ya iniciadas por Japón y Europa. Esta verdadera carrera en la investigación de vehículos eléctricos es impulsada para proteger el medio ambiente y es iniciada por el estado de California con una legislación muy estricta y que posteriormente la siguen otros diez estados de norteamérica (MassacllUssets, Connecticut, Delaware, New York, New Yersey, Pennsylvania, R/lOde Is/and, Washington De., Virginia, l/Iinois). Este ejemplo seguramente será seguido por las grandes ciudades del mundo. En Japón y Europa se tienen informaciones de grandes programas gubernamentales y de empresas automotrices para fabricar vehículos eléctricos que no contaminen, o sea, respetar al máximo el medio ambiente. Harold J.Andrews de FMC Lithium Division, estima que si las baterías de litio son desarrolladas exitosamente y son seleccionadas para ser usadas en vehículos eléctricos, la demanda de litio sería del orden de 9000 toneladas por cada millón de vehículos, sin considerar programas de reciclaje de litio. Esto significa que cada vehículo requiere de 9 kilos de litio en baterías. Un cálculo estimativo del uso del litio convencional y del uso del litio en autos se muestra en la figura 5.3.

168


FIGURA N° 5.3 USO CONVENCIONAL DE LIT/O Y LITIO USADO EN AUTOS

120000 -r----:---~--r--'I - ---¡¡,.--,---r---.

- - 1 - - , 1 - - 1 - - - ; - - '- - ! _ - ' r - - - t - - -

100000 -

BOOOO

--1.---_.l__ _jl-PL_._+__ i ---!

nmtoi

I

I

..

-----i-- i. .~,-I --+---1 , i ¡ I I

I

,

..

.d:r ,.r.>EH""

i

I

I

I

2000

2010

2020

2030

1''l/loNJE: ESTUDIO I>E MERCAI>O DEI. UHO. Pág. 262, Memor;1/ tle Ti/II/o IlIgenierío IlItlllIlril//, I 'l/il'enitll/tI tle O,íle, 1994. Ximel/I/ SI/II/.'

169


En la tabla 5.2, se muestra la estimación de la demanda anual de litio considerando esta demanda en usos convencionales y usos en baterías de litio y la sumatoria hasta el año 2020.

TABLA N° 5.2 ESTIMACION DE LA DEMANDA ANUAL DE LITIO ANO

DEMANDA ANUAL DE LITIO METALICO BATERIAS DE LITIO USOS CONVENCIONALES

I tons I 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020

7426 7797 8187 8596 9026 9477 9951 10449 10971 11520 12096 12700 13335 14002 14702 25437 16209 17020 17871 18764 19702 20687 21722 22808 23948 25146 26403 27723

tons I O O O O O

43 65 86 324 432 1558 2344 3218 5590 7582 13404 15752 17164 20940 25569 30957 38769 47250 56902 67801 82001 94593 113284

TOTAL

I tons I 7426 7797 8187 8596 9026 9520 10016 10535 11295 11952 13654 15044 16553 19592 22284 28841 31961 34184 38810 44333 50660 59457 68972 79710 91749 107147 120996 141007

F(fENTE. ESTUDIO DEL MERCADO MllNDIAL DEL LITIO. Pdg.170 Mtmona dI' Tuu/o dI' Ingtmer{a Indusf"al. Uni"l'rs;dad dI' Chilt. 1994 Xi"",na Salas.

170

Alvaro Gt/llzólez Letelier En los usos convencionales se emplea aproximadamente un 20 % de litio metálico y el resto se usa en derivados de litio entre los cuales los más importantes. son: Li]C03 y LiOH. En los usos para baterias se emplea litio metálico que es más elaborado y de mayor precio. En el último informe de la U.S.Geologycal Survey, January 1999, establece: (ver tabla 5.5). Reservas mundiales de litio: 3.400.000 T.M., de los cuales Chile posee 3.000.000. o sea. Chile posee 7.5 veces más litio que el resto del mundo.

En otras palabras, Chile, puede liderar)' dominar "mercado y precio" del litio en el "'"lldo. Si consideramos un escenario optimista en 7 u 8 ailos más. la demanda mundial serian 28.800 T.M. (\'er tabla 5.2) de las cuales aproximadamente 20 000 T.M, serían de litio Illetálico grado batería de Li a un precio de US$ 70 el kilo.

20.01J0 T.M. x I.OOIJ k

= 20 x Uf x 70 = USS 1.400.000

Con esto se jusliliearia reali7~lr desde ahora un estudio de factibilidad téenico-ceonómico de elahoración dc 20000 T.M. anualcs dc litio Illetálico grado bateria. a partir del LicCO. obtenido del salar de i\tacama, Aplicando el factor de conversión 5.323. serían: (ver tabla 5,3)

21J.(11J1J x 5.323

=

11J6.461J T.M. de LílCO.l

!-:sta proyección del mayor uso del Li metálico tendría que abordarlo Chile. si no queremos seguir como país que exporta solo materias primas que tienen menor \'alor económico. sino que incorporando valor agregado a estas "materias primas" para obtener un producto de mayor valor.

I:n nuestro ejemplo. con la actual tecnología para obtener litio metálico. se necesita pasar por tres etapas: (uso chileno)

1.- Obtención de Lí]CO.l directamente del Salar de Atacama 2.- Trtlllsformacián del LilCO} a LiCl mediante HCL 3.- E1ectrálisis del LíO para obtener litio mettílico I'n cada etapa deben realizarse estudios para optimi7
171


En las otras dos etapas no tenemos experiencia práctica en Chile, sin embargo, podríamos empezar, realizando estudios en las universidades. En el ítem MERCADO DEL LITIO, se establecen los conceptos básicos para la obtención del Li metálico.

TABLA N° 5.3 FACTORES DE CONVERSION PARA COMPUESTOS DE LITIO Para convertir desde:

aLi x

a LhO x

a LiCO) x

Litio Li (100 % Li)

1,000

2,153

5,323

Oxido de litio (Iitia) Lh (46,4 % Li)

0,464

1,000

2,473

Bromuro de litio LiBr (8,0 % Li)

0,080

0,172

0,425

Carbonato de litio

0,188

0,404

1,000

Hidróxido de litio LiOH . H20 (16,5 % Li)

0,165

0,356

0,880

Cloruro de litio LiCJ (16,3 % Li)

0,163

0,362

0,871

Fluoruro de litio LiF (26,8 % Li)

0,268

0,576

1,420

Butillitio C 4 H9 Li (10,83 % Li)

0,108

0,233

0,576

Li,CO, (18,8 % Li)

172

AI\'{/m GOIlztÍlez Letefier

TABLA N° 5.4 PRECIOS DE PRODUCTOS QUlMICOS DE LITIO EN EE.UU. I'RonUCTO Hipodorito Carbonato Hidróxido monohidratado Nitrato Sulfatn Anhidm C1nrurn anhidro Hrnmurn cn solul'ÍÍln Flunrurn Bnllllu,... llnhid,... n-hutil-litin (sol.al 15 'Y.. cn hcxann, h:lsC WO %, (ntcs dc 4531\:g min) "idru,... (4::;36 kg min) Litio IIlctálil'o (Iingotcs dc 0,91'1':, 99,S % lotcs dc 453,6 kgtllin) Litio rl1ctálicu en CS{'41rnaS, grado hatería -

J-' '1-.-"71:: (IILHU ~-

1/. \f 1HA 1: 11 \(, In )'Oli I t- H

1993 ¡l/SS I Kg 3,42 4,32 5,53 7,54 9,17 10,30 n,O() 15,15 15,32

I

1999 (1 O-Sept) ¡US$ I Kgl 4,18 4,46 5,74 12,87 9.59 11,02 12,85 16,97 17,06

----

42,64 64.27

64,27

71,S - 112,7 110,2 - 132,3

116,1 ----

--

~ -

-

NOTA: Me permito dudar de ftJl' precio,l del filio 1999 Jlorque el precio del LileO, materia primo ha,l'e para obtener el re,l'to de los producto,I', hajá o 2,5 dálare,~ aproximadamente,

U\fIS ell Ellergía Nuclear

l.as r~acciones dc fusiún tcnnonuckar~s soo las mayor~s lü~ntes de en~rgia conocida, Lilas " pn>ducen cn d sol y las ~strcllas, Se considera que este tipo dc energia serú la fuente de slIl1linistrn mús importante del futllrn. ":n las reaccioncs de l'usiúntcrlllOnuckar~s,los nllcleos de e1emenlos lil'ianos son IlH/,ados a combinarse l'ntr~ si dando orig~n ;1 nuevos ckmcnlos con gran desprcndimiento de energía de acuerdo a las reacciones siguient~s:

173

Riquezas minerales de Chile a nivel mundial 1.- ¡jI + ¡JI

4 1 -+ He } + no + 17,6 MeV

2.- D}I + ¡jI

1 + 3,2 MeV e} + no -+ IlJ

3.- D}I + He J} -+ Hi} + nlo + 18,3 MeV

Se considera que la primera reacción: deuterio + tritio, es la más fácil de realizar y las investigaciones están encausadas a perfeccionar los reactores correspondientes destinados a controlar y aprovechar la gran energia generada en la reacción. Para fusionar los dos núcleos (0 2 1 + TJ 1), con cargas positivas es necesario vencer la fuerza electrostática de repulsión que generan cargas del mismo nombre. Para la reacción de fusión deuterio-tritio la cantidad mínima de energía que debe entregarse es del orden de diez mil electronvolts. (10 KeV). Esta energía se entrega en forma de calor que calculados en oC es del orden de 116 millones de grados durante un tiempo que se ha estimado en 10 segundos para permitir la reacción de fusión. Para controlar estas condiciones exigidas en la realización de la fusión nuclear, debemos tener presente que no existen materiales que resistan estas temperaturas y además debemos evitar el enfriamiento de las partículas en reacción. Este sistema formado por iones y neutrones con cargas eléctricas. sometido a altas temperaturas constituye el "plasma". que es el cuarto estado de la materia (los otros tres son: sólido. líquido y gaseoso). En este "plasma" se realizan las reacciones de fusíón nuclear. Para opcrar con este plasma. se han ideado dos alternativas: Confinamiento magnético y confinamiento inercial. En la práctica la investigación se ha centrado más en el confinamiento magnético del plasma porque se considera más factible. Las partículas del plasma se mueven normalmente en di fe rentes direcciones a miles de kilómetros por segundo. Si se aplica un campo magnético uniforme al plasma, las partículas se moverían siguiendo una elipse desplazándose cada una por una línea de fuerza. En la tecnología que se está estudiando actualmente. se aplica un alto vacío y un poderoso campo magnético en los reactores en los cuales el plasma se confina en forma toroidal o en forma de "botellas magnéticas" en los cuales las partículas se desplazan a lo largo de las líneas de fuerza del campo magnético sin salirse de éste. En el confinamiento inercial una pequeña partícula de combustible es sometida a implosión (explosión hacia dentro) mediante irradiación con láser o haz de electrones o protones.

174

A/varo GO/lZá/ez Lete/¡er

En éstos métodos de confinamiento se trata de mantener el plasma suspendido en el vacío cn el interior de la cámara del reactor, sin que los combustibles se enfríen durante un lapso de tiempo suficiente para permitir la reacción de fusión. En general las investigaciones siguen los criterios técnicos de Lawson, que establecen cuales deben ser las condiciones del plasma para producir energía a partir de estas reacciones. Dijimos que la primera reacción era la más factible. por lo tanto. el combustible será una mezcla de deuterio y tritio. El abastecimiento de deuterio no tiene problema puesto que se obtiene por electrólisis del agua pesada (0 20). U agua pesada se puede obtener del agua natural donde existe en concéntraciones de ciento cincuenta partes por millón aproximadamente. Se realiza primero una concentración del agua pesada por "intercambio químico" en un proccso repetitivo "en cascada" donde el agua pesada se conccntra hasta el 30 % Y postcriormente hasta 99.8 %. Esta concentración cs suficiente y cs la que se utiliza en los reactorcs nueleares de potencia.

¡.:¡ tritio sc obticnc por el bombardco de neutroncs Icntos sobrc cl litio dc acuerdo a las reacciones siguientcs:

.(, + 4.- L 1.1

11 ,()

~

JIe 41 + 1", + 4.8 MeV

I{ééordemos qUé en él litio én estado natural existen dos isótopos estables: Li' en proporción de 92.4 % en peso y Ll con 7.6 %. I'n la reacción de lüsión neutrón lleva 14.1 MeV.

/.-

(D + T) el núcleo de helio lleva 3.5 MeV de energía y el

I:n el reactor de fusión. el núcleo de helio es conlinado en el campo magnético mientras que el neutrón escapa del campo magnetico y si el reactor tiene una envoltura dc Li como moderador de neutrones. los neutrones que escapan penetran en esta énvoltura. Mediante choques inelústicos de estos neutrones con el material (Li) de la envoltura. la energía de éstos se transt'>r111a en calor. el que se transfiere a un relrigeranté para su conversión posterior en electricidad. I os neutrones producidos en la reacción de fusión 4.- .l' 5.-

(D +

n.

pueden ocasional' las

n.~aCCI{ltlL'S:

175


FIGURA N° 5.4 DISEÑO TEORICO ESQUEMATICO DEL CICLO DEL COMBUSTIBLE EN EL PROCESO DE FUSION NUCLEAR

176

AIVl/ro González Lelelier

Cuando esto sucede. un neutrón puede iniciar la reacción 5.- por ejemplo. en que el L¡7 genera neutrones secundarios que a su vez inducen al Li6 a iniciar la reacción con la correspondiente formación de mayor cantidad de tri tia. El ciclo del combustible se puede esquematizar según indica la figura 5.4 El síntesis. los reactores de fusión deben tener una cámara donde el plasma reaccionante debe estar aislado "suspendido" de las estructuras que lo rodean. La cámara debe estar rodeada internamente por un grueso "material de envoltura" que detenga y capture los neutrones energéticos liberado en la reacción de fusión (D + T). Este material de cnvoltura dcbe scr de litio para generar tritio con el choque de los neutrones. Ln la reacción dc fusión el 80 % dc la energia liherada cs transportada por los neutrones (vcr reacción) y captada por la capa dc envoltura dc litio quc a su vcz cs transferida en forma dc calor a los intercambiadores dc calor para ser transformado cn electricidad. 1:1 litio puedc estar prcscntc en cl "ma/erial de enl'ol/ura" cn estado líquido o sólido (ya :-\l'a COIllO Li puro () como constituyente de una sal fundida) en amhos casos el litio actúa (01110 refrigerante y como fuenle de tritio. Todo lo cspuesto en I()rt11a muy conceptual y resumida. involucra una serie de problemas técnicos que scgún cspccialistas solo podrán ser controlados. seguros y aprovechados comcrcialmentc después del año 2030. Sc han realizado cúleulos de los requerimientos de litio para este proceso de fitsión termonuclear en di ferentes alternativas del proceso y de los consumos de energia eléctrica después del aiio 2020 - 2030. Se caleula que se necesitan mas o menos veinte años para recmpl,l/ar los actuales reactores de Fisión Nuclear por los futuros reactores de Fusión Nuclear y en el lapso de estos veinte años el consumo de litio será: • • •

Pl/m refri~emlllesy /l/l/IIIO rej7ec/{¡lIle (ún'cn/ario. consumo por 11110 so/a t'e.:) Pl/m gellemr Irilio (como comhuslihle) Pl/m ree/l/pll/Zo de pérdidl/s ell el invellll/rio

TOTAL

1.700000 IOIlS de Li 60.0001olls 190.000 IOlls 1.950.00010l1S de lilio

177


FUENTES DE LITIO

El litio se encuentra ampliamente difundido en la naturaleza. Se encuentra presente en aproximadamente 145 minerales, pero solamente en algunos puede considerarse en cantidades comerciales. Además, se encuentra en salmueras, aguas termales y en el agua del mar. En esta última, en concentraciones del orden de 0,18 ppm. En la corteza terrestre se encuentra en la proporción de 65 ppm.

Litio en Yacimientos Minerales Los yacimientos explotables comercialmente en la actualidad son del tipo pegmatitas, entre ellos los más importantes son: Espodumeno, Lepidolita, Petalita, Ambligonita, Eucriptita.

Espodumeno Es el mineral más importante del litio. Existen grandes yacimientos en Carolina del Norte (EE.UU.), Canadá, Rodhesia, Zaire, Brasil, Rusia y China.

Lepidolita Este tipo de mineral junto con la petalita se usan principalmente y en forma directa como mineral en la industria de vidrios y cerámicas. Se encuentra en Africa, Brasil y Canadá.

Petalita Como se dijo anteriormente se usa directamente en la industria del vidrio y cerámica. Existen depósitos en Africa, Rodhesia, Brasil, Australia y Rusia.

Ambligonita y Eucriptita Se encuentra en pequeñas cantidades en Canadá, Estados Unidos y Argentina.

178

AI"aro G",'zúlez Letelier

CUADRO N° 5.8 MINERALES DE LITIO DE IMPORTANCIA COMERCIAL MINERAL

FORMULA QUIMICA

F.spodul11cno

Lepidolita P('tali.~t

Amhligonita

F.ucriptila

--

fll/:N7 L" l!.\ ¡hm (111

Li,O . AI,O, . 4SiO, K,Li,Al, (AISi,OIO ), ( F,OH Li,O . AI,O, . 8SiO, LiAI ( PO, ) ( F.OH l Li,O . AI,O, . 2SiO,

(JI MlIIl'\ MIJ1t'rtI/~ fm tI //1It/ Problt'm\

l,

-

CONTENIDO de LITIO TEOR.MAX. REAL 1,4-3,6 3.73 1,4 - 1,9 3.60 2.28 1.4 - 2.2 4.76 3.5 - 4.2 3.2 - J.J 5.55

Litio en Salmueras I a rl'cupcración de lilio de salmueras es más recienlc. En Estados Unidos. exislen concenlraciones de cierla imp0rlancia: Searle Lakc. California. donde se ohlenia en forma de ¡(lsl'l\o de sodio y litio. como sub-producto de la obtención de potasa. b"rax y ceniza de soda. La pmducciún de la sal de litio rue descontinuada en 1978. Silvcr Peak. evada. se encuentra en operaeión con una eoncerllración de 300 ppm de litio y se recupera como carhonato de litio. Great Sall Lake con aproximadamentc 40 ppm de lilio. Existen además. al~unas salmueras de campos petroliferns en I\rkansas. Pennsylvania. Michi~an)' lah de l h..Tta illlrortancia. I 1 salar 11IÚ' imporlante en concelllración)' resenas de litio en el mundo. se encuentra en el '\Orll' de Chik "Salar de I\laeama". Olros salares chilenos en los cuales se ha comprobado 1.1 ",steneia de litio. son: Pedernales. Maricunga y Surire. I\dcm1ls. se sabc de la existencia de lili
179

Riquezas milierales de Chile a lIivelmlll/dial

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Alvaro Gonztílez Lelelier

SALAR DE ATACAMA

El Salar de Atacama es el mayor depósito salino de Chile, posee una superficie de 3000 2 km y está formada en una cuenca cerrada de evaporación, entre las cordi lleras de Los Andes y de Domeyko. Situación geográfica: ocupa la parte centro-oriente de la 11 región. con una altura mínima dc noo metros sohrc el nivel dcl mar. I.a hoya hidrográfica del salar es alargada en sentido de norte a sur. disimélrica y de aproximadamcnte 200 kms de largo por 100 kms de ancho. Sc puedc definir como una unidad gcomorfólógica dinámica. condicionada por variaciones climáticas. evaporación. precipitación. escurrimiento superficiales. variaciones en cI nivel de agua subterránea y de posición cólica. 1-:1 cucrpo central sc dcnomina "Núcleo". ocupa aproximadamcntc 1400 km) y constituye el úrea dc mayor conccntración de salmucras ocluidas dcntro de una masa salina-porosa. I,mnada principalmcnte por cloruro dc sodio. Este Núcleo constituye el área de mayor importancia comercial.

1.'1 I(lrInación dcl salar de Atacama obedecería a varios procesos que cstán bicn resumidos cn el lihro dcl J)r. Gustavo Lagos. "EL LITIO un nuevo rccurso para Chile" (pág. 214-215). Tcxtualmcntc dicc:

"CONCLUSIONES (sohn: cl Salar dc Alacama) /JC aCIICI"do a los anlcccdcnlcs prcscl1lados. sc dcsprcndc qllc la ./iml/acúín dc! salar. ohe(/ecería 1I \'urios procesos. A)

/'a./iml/aciiÍn dcl niÍcleo .wílida dc menor pCl"meahilidad. conslilllido principalmel1le por crisla!es de NaO (espesor de 600 m) no pllede ser explicado considerando el mismo periodo dc IIcllmlllaciiÍn qllc para cl Lilio. .l'a sc "io qllc dc IICIICI'do a los ctÍlclllos rCIl/i~{/(los. l){Ira prccipilllr IOdo el Na( '/ cxislcnlc cn cl SlIllIr. sc ncccsilll cIIsi cincllenta l'('('(:'", mús tiempo que e/necesario para cuncen/ro,. el Li. 5ú! ohser\'(( además. 'II/(' el licmpo ncccsario pllra concenlrar el U. cs el sll/icienle para concel1lrar el NII('! cn las salmllcras )' prccipilados crislalinos dcl hori~onlc mús pCl'mcahlc dc! sa!ar. eslimado en 15

lJ1

de eS/Jesor/J1'omedio.

181

Riquezas minerales de Chile a nivel mundial B) Aportes subterráneos y superficiales llegaron al salar por los sectores norte, este y sureste, los cuales habrían sido los que aportaron las sales de K, Li, etc. de origen principalmente volcánica y que en general dieron la composición principal de las salmueras presentes en el salar. Se puede ver en el plano de razones KILi que el mayor aporte de Li, proviene del sector noreste entre San Pedro y Tambillos. Al parecer el río San Pedro, no aportaría concentraciones importantes de este elemento, siendo su aporte más relevante en las concentraciones de K, SO/ y Mg. C) Las aguas confinadas, ubicadas entre horizontes cineríticos y/o ignimbríticos, son las que aportan mayor contenido en Li, este se debería a mejores condiciones de lixiviación del Li de las rocas riolíticas, ayudado por las mayores temperaturas y presiones del agua confinada y/o simplemente, por un mayor aporte directo de aguas de origen volcánico. D) El Salar de Atacama se originó a lo menos en dos etapas:

1. -Formación de una laguna, como consecuencia de los deshielos del Mindel-Riss o Riss Wurm (por su mayor duración parece más probable el Mindel-Riss).

En tanto que las desglaciaciones del Gunz-Mindel, serían las responsables de los depósitos calizos de la formación el Tambo. El tiempo necesario para la acumulación de las sales y salmueras del núcleo de menor permeabilidad (considerando la misma composición actual de las aguas, y la misma tasa de evaporación actual, que corresponde al de un período interglacial frío como el del Mindel-Riss), sería como mínimo del orden de los 250000 años. (La duración del período interglacial Mindel-Riss es mayor de los 300000 años). La recarga entregada por la fusión de los hielos se realizó a través de cauces superficiales yaguas subterráneas. cuando los glaciares se fundieron, la recarga subterránea, con grandes caudales persistió par mucho tiempo, asegurando el abastecimiento a la cuenca. hasta que los volúmenes evaporados, que excedían cada vez más la recarga, terminaron por secar la laguna. dejando un núcleo central de NaC!, de gran e.\pesor, saturado con salmueras y rodeado de sulfatos y menor cantidad de carbonatos. 2. -El núcleo superior de mayor permeabilidad y potencia comprendída entre 30 y 15 m, se hahria formado en la última etapa, como consecuencia de los deshielos del período postWurm. dejando como resultado las salmueras ahora presentes en el nivel, se habría necesitado de un tiempo de 5 l 60 a 10320 años, la primera cifra es considerando un espesor promedio de 15 m. La duración 5160 años. coincidiría con el tiempo necesario para concentrar el Li de las salmueras y se encuentra además, dentro del lapso de duración del último período interglacial, que lleva 25000 años de duración"

182

A/vllro GOlluílez Lete/ier

1'1 cálculo estimado de las reservas a partir de la composición química de las salmueras y determinación de su volumen almacenado en los poros de la masa salina. hasta una profundidad de 30 metros da los valores siguientes: Litio Potasio Magllesio Ac.Bórico

: 4,5 millolles de tOlle/adas : 58,0 millolles de tOlle/adas : 30,S millolles de tOlle/adas : /6,5 millolles de tOlle/tulas

FilEN TE: COR FO

i\ continuación se compara la composición química de los lagos salinos y salmueras ricos

en liticl de mayor importancia económica.

TABLA N° 5.5 CaMPOS/ClaN QUJM/CA DE SALMUERAS (Porcelltllje ell pe.m)

f.Lf.MENTO

Na K M~

Li Ca SO, CI Il Li I

M~

MAR MUF:IHO

GREATSALT LAKF: (UTAH)

SILVER PEAK (NF:VADA)

3.210 0.650 3.330 0.002 I.ISO 0,070 17.320 0.003 1/2200

R.OOO 0.650 t,OOO

0,006

6,200 0,530 0,033 0,023 0.020 0.7tO 10.060 O.OOR

1/250

I/t.5

O.OO~

0.016 2.000 I~.OOO

. . I ( f \ 1 f. 1I.\ml('fl\w (I"il"" ti¡ I tlflll ( JIJIJJ l. P"J.:. IR.

-

-SALAR SALAR Il[ IlE llYlINI ATACAMA 7.600 R.SOO I.S50 0.720 0,960 0.650 0.150 0,035 0,030 0,0~6 1,650 0,S50 t6,000 15.700 0.060 0,020 t/l9 tl6.~ -

Otros recursos potencialcs que cn la actualidad resultan antieconómicos. pero que dado a una fuerte denwnda esperada en el futuro podrían ser explotables. son: arcillas con contenido importante de litio. salmueras de campos petrolíferos y fuentes geotermales. otros salares ubicados en el norte de Chile y en el norte de Argentina, Salar ¡lombre f\luerlo. que se cstá explotando pero que nlJ se tiene conocimiento de la cantidad de litio. Fl Salar ele ll)'uni. con alto contenido de litio. aparecc en la columna "Rcserva Base" dc la tabla 5.6 que son las reservas del futuro de la humanidad que tendrían costos más elevados de l'xtracciún.

183

Riquezas minerales de Chile a nivel mundial Este Salar (Uyuni), presenta las siguientes desventajas con respecto al Salar de Atacama: Tiene menor concentración de litio (seis veces menos concentrada que el Salar de Atacama) Presenta una mayor razón MglLi Menor tasa de evaporación solar en el salar boliviano que se encuentra a una altura de 3653 metros sobre el nivel del mar y mayor precipitación pluviométrica. Todo esto obligaría a mayores pozos de evaporación solar para una misma producción comercial de sales. Gran distancia a puertos de embarque. Todo esto se traduce a costos muy elevados.

• • •

•

La tabla 5.6 muestra los datos actualizados a 1998. En este año aparecen modificaciones de la reserva base de EE.UU. y Australia que disminuyen y aumentan las reservas de Chile a 3.000.000 T.M .. cifra que sigue siendo inferior a las reservas que CORFO estima en 4.500.000 T.M.

TABLA N° 5.6 PRODUCClON MUNDIAL DE LITIO, T.M. RESERVAS Y RESERVA BASE PRODUCCION MUNDIAL DE PAIS 1994 1995 1996 EE.UU. W W W ARGENTINA 8 8 8 AUSTRALIA 1.700 1.700 2.800 ---------BOLIVIA BRASIL 32 32 32 CANADA 630 660 690 CHILE 2.000 2.000 2.700 CHINA 320 329 2.800 NAMIB1A 40 52 48 PORTUGAL 160 160 160 RUSIA 1.800 800 800 ZIMBAWE 380 520 500 .... ------OTROS PAISES TOTAL MUNDIAL 6.100 6.300 11.000 FUENTE. 1i.5.

184

MINAS 1997 1998 W W 8 1.130 2.800 2.100 ----

32 1.600 4.100 2.900 40 180 2.000 700 ....

...

32 700 4.700 3.000 28 160 2.000 1.000

_.

1999 W 1.200 2.100

... 30 700 5.000 2.500 30 160 1.800 1.000

.-

RESERVAS TM 38.000 NA 150.000 .... 910 180.000 3.000.000 NA NA NA NA 23.000

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14.000 15.000 15.000 3.400.000 .. Mtnt'ral Commodlly SUmmilfla January 1999. Ftb. 1000

G~oIoR'rol Sun~.

RESERVA BASE TM 410.000 NA 160.000 5.400.000 NA 360.000 3.000.000 NA NA NA NA 27.000 ..

_

9.400.000

Alvaro GOl/zólez Leleller

LITIO, TECNOLOGIA DE OBTENCION Generalidades En la actualidad existen dos fuentes de litio que se explotan comercialmente en el mundo. a) De los minerales de pegmatitas, la más antigua y tradicional fuente de litio que ha sido intensamente investigada. h) De salmueras. que es la fuente más actual y cuyos procesos y tecnologías de extracción son más n.::cicllles y considerados dc "primera gCllcraciún". esto significa

que sus procesos y teeJlologías son suseeptihles de profundas modificaciones. Lxiste una tercera fuente potencial de litio a partir de ciertos tipos de arcilla con alto contenido de litio. que lógicamente representa los costos más altos. pero frente a un desarrollo extraordínario de la demanda. puede resultar factible económicamente esta Illente. r..-plol(lci';l/ de Pe{:III(1III(1.'· (EE. UlI.)

I'ntre las pegmatitas el mineral más importante es el espodumeno. Las dos compañías de mayor prnduccíón en rE.111 J.• poseen minerales de este tipn. UI"iulII (orporaliou 01 Alllerica (Lil"coa) Gas/ol/ia, Nor/" Caro/il/a

I.a mina y planta de flotaeíón se encuentra en Cherryvillc a veinte kilómetros de Gastonia. I.a explotación de la mina . es a tajo abierto. Se extraen aproximadamente 550.000 toneladas anuales. I,a razón estéril/mineral es de 2: 1 Se hace una sola tnmadura primaria y se reduce el tamai\o de los holones. mediante una grúa quc deja caer

UIl¿:¡

bola de acero desde cierta altura. I.a carga se transporta en camiones

hasta un ehaneador primario tipo '"hlake" que reduce c1material a (J' T (15-18 em de q,). I'nseguida pasa a un chancador secundario y posteriormente a un nllJlino de holas que reduce el tamaoo de 5 % dc t- 65 mallas y 95 % de 65 mallas. 1:1 productn de 65 mallas alimcnta a las celdas dc Ilotación. separándose primero el l'spodllmCJlO del Cllar/o. feldespato y mica. 1:1 cnnccntradn dc cspndlnllenn nhtenidn sc liltra l'n un liltro horizontal de cinta y cl prnductn cnn aproximadanlente (, 'X, de l.i~O se envía a la planta de Bessemaer (,ity. en Clll1l()I1CS.

185

Riquezas minerales de Chile a nivel mundial Planta Química Esta planta de Lithcoa es la más grande del mundo en lo que se refiere a plantas de productos químicos de litio, con una capacidad de 33 millones de libra/año, expresadas como carbonato de litio (1982). Esta planta tiene proyectada ampliaciones primero a 36 y luego a 44 millones de libras equivalentes de carbonato de litio. En esta planta el concentrado de espodumeno que se encuentra en su forma natural de alfa espodumeno, se calienta a 1075-1100 oC en un horno rotatorio y se transforma a beta espodumeno que es más reactivo. El producto se muele en un molino de bolas y se enfría para la etapa siguiente.

Tratamiento con H¡S04 El beta-espodumeno bien molido se transfiere a un horno (acid-roasting kiln) se agrega H2S0 4 y se calienta a 250 oc.

LIXIVIACION La mezcla de mineral residual, Li 2S04 y exceso de ácido va a un estanque de lixiviación donde se agrega agua, carbonato de calcio para neutralizar el exceso de ácido. Se filtra en filtros rotatorios al vacio. En el filtrado se recupera Li 2S0 4 con 7 gil de Lí. En la parte sólida. queda:

CaS04 ; Alz0 3

.

4SiOz; y Mg(OHjz

Purificación y Concentración La solución de Li 2S04 , se purifica por adición de Ca(OHh y Na2CO) en estanques con agitación donde precipitan impurezas de Mg y Ca como Mg(OH)2 y CaCO). Se filtra y la solución diluida de Li 2S0 4 se concentra en evaporadores al vacio de múltiple efecto.

Precipitación del carbonato de litio La solución concentrada de Li 2S0 4 se trata en estanques a 80-90 oC con

186

a2CO).


El precipitado de Li 2C0.1 se separa por centrifugación y de las aguas madres se recupera el alSO~.

Foote Mi/leral Compa/lY, Ki/lgs Mou/ltai/l,

ortll Caroli/la

Las operaciones y procesos usados en la mina y concentración del mineral, son parecidos a los empleados por "Lithcoa" incluyendo también operaciones de notación para concentrar el mineral. Foote fabrica además. un tipo de concentrado de espodumeno para uso en cerúmica. el que se obtiene con un tratamiento con cloro a \.090 oC para eliminar el hierro. La planta química. tiene una capacidad dc 18 millones de libras/año. de carbonato de litio. Se obliene el carhonato de lilio con 99.1 "o de pureza y sulfato de sodio como subproducto.

Explotació/I de Salmueras

I'"""IC ,Ilillera! ('''!11/'''")', Si!I'<'1" I'c(/k. Nc\'{"l(/

I:n Sil"er Peak. campamcnto mincro. está ubicada la Planta Química con una capacidad de producción de I (í millones de libras/año de carbonato de litio. J)e/Jlhito Salillo

l as salmueras se extraen de la Playa o Salar de (Iayton Valley. ubicado al lado de Silver I\:ak.

,

1'1 salar se encuentra a una altura de 1.-l00 m ) ocupa un úrea de aproximadamente 50 I\.m'. Su superficie estú constituída fundamentalmente de halita. yeso) arcilla. 1·1 Itlio existL' principalmente en un acuilen) conlinado en un estralO de ceni/a ,·olcánica. uhicada desde 200' a SOO de profundidad ((,O·2-l0 m). I a e\Olución del depósito de (Iayton Vallc) sugiere que el litio deriva de la lixiviación) meteori/ación de sedimetllos volcánicos y lacustres de la época del terciario. La posterior concenlración tic- las soluciones portadora, de litio se reali/ó por c,aporación solar. E\·tracció/I de Salmuera.f

1 a L'xlracción de salmueras se reali/a a Iravés de p%s de sondajes de profundidad variahle de -lOO a ROO pies. I.a salmuL'ra es rica en 'aCI con pequelias cantidades de SO., . K' . I.i· 187

Riquezas minerales de Chile a nivel mundial Mg++ , Ca++ , y B40]·. El porcentaje de Mg ++ es bajo, lo que es ventajoso para el proceso, la relación Li+/Mg++ es 1: 1,5 . La concentración en Li+ es del orden de 200 ppm y el total de sales disueltas suma alrededor de 18 %. Los pozos de sondajes son de 24" de diámetro, con un entubamiento de 12" de diámetro, provistas de perforaciones para recoger la salmuera en la sección donde se localiza el acuífero.

Las reservas de litio existentes en Cfayton Valley se estiman en 118.000 toneladas métricas.

Evaporación Solar En el sector de Clayton Valley se construyeron las pozas de evaporación solar, cercano a los pozos de alimentación de salmuera, en una superficie de terreno de 1.600 hectáreas. No se necesitó hacer grandes preparaciones del terreno puesto que la superficie del valle está constituida de arcillas que son bastante impermeables y además se reforzó con arcillas de mejor calidad (montmorillonita) transportada de un lugar cercano. En estas condiciones, se estima que la filtración es prácticamente nula. Para la primera etapa de concentración de salmueras se emplean las pozas más grandes (299-300 ha); el área disminuye en las etapas siguientes, hasta una poza final de 7 ha. En esta última fase de la evaporación solar, la solución concentrada tiene 6.000 - 7.000 ppm de Li+ , la que se envía a la planta Química. El fondo de esta poza está revestida con film de

Pvc. El promedio de evaporación en la zona es de 35"/año (90 cm) para una salmuera con 1.000 ppm de Li+. Las lluvias son del orden de 5"/año (13 cm).

Planta de Carbonato de Litio La salmuera concentrada 6.000 - 7.000 ppm de Li+ (al estado de cloruro) se trata primeramente con cal y luego con Na2C03, en estanques separados para precipitar el Mg y el Ca remanente. A continuación, previa decantación en estanques, se filtra en filtrosprensas. Luego la salmuera filtrada se calienta a 90°C (el Li 2C0 3 es más soluble en agua fría que en caliente), se transfiere a reactores simples en serie y se agrega agua y ceniza de soda a la solución caliente, formándose carbonato de litio y cloruro de sodio. El NaCI queda disuelto en el agua y precipita el Li 2C0 3.

188

Alvaro GOllzález Le/elier

I·:nseguida. se filtra en filtro al vacio de cinta. El queque se lava y se seca en un secador rotatorio. Se obtiene Li 2eO] con un minimo de 99.1 % de pureza 1'1 producto se envasa en sacos para su eomcrcialización. A pedido dc algunos clientes

Ifabricantes de aluminio) se prepara carbonalo de litio en pellets.

Ex/racción de Li/io del Salar de Alacanw (CHILE) 1-:1 1.1 de Agosto de 19RO. CORFO y "oole Mineral Co.. f'lrmaron la Sociedad Chilena de !.i (SC!.) para extraer el litio de parte del Salar de Atacama (concesión de 16.715 ha).

quedando una gran extensión libre para licitar otras eoncesioncs scgún convenga a Chile. ¡:sta Socicdad (SCI.). produce 14 millones lb/año de carbonato dc litio. pudicndo ampliar su capacidad o di\'ersiliearse a otros productos de litio. hasta completar la producción dc 200.000 toneladas de litio cqui\'alente. S( '1,. inició los trahajos de cnnslnll.:ciún de pozas dI.": c\'uporaclon solar y conlelllp\ú terminarlas en mar/.o (k 19X3. 1,3 producciún de carhonato de lilio Se programó para ser

iniciada cn agosto de 1984. Todas estas metas se cumplieron. Sin/l'l"il" del

ProCI'.HI

Sociedad Olí/ella del Li/io (Se!.)

1·1 proec'so usado plll" la Sociedad Chilena del Litio (SC!.). fue desarrollado por Foot t\lineral Company que corresponde básicamente al proceso usado en la planta Silver Peak. NC\'ada (IT.IIII.). con pequeñas modificaciones. Es importante considerar en la extracción de litio de salmueras. la ra/ón Mg/I.i. Ion el Salar oc !\Laeama la concentración media del lilio es bastante mayor (aproximadamente ocho \'eces la del Salar OC elaylon Valley. en Nc\'ada). la ra/ón t\lg l !.i cs mús alta. lo que exige mayor e\'aporación solar para concentrar las saks de Mg \' scpararlas por concentración. 1:1 proceso en síntesis consiste en obtener l.i,e01 por bombeo de salmueras del Salar a

pOJas de e\'aporaeión solar. donde se conecntra cl litio en aproximadamente veinticinco \ eces. LI producto concentrado sc envía a puri licaeión a una planta qui mica en Amotagasta "1 a Negra". 1'1 prodnelo eonccntrado y puro se trala con Na2CO, (\'er figura 5.6). I a estracei,)n ,k bIS salmueras del Salar. se realiza con bombas de pozo profundo. colocadas en pOlOS de aproximadamente treinta metros de profundidad. Las salmueras con , 0.2.1 de litio son bombeadas a varios pozos de evaporación solar donde el litio se concentra cn varias ctapas hasta ± 5.R 00 dc litio en peso. La operación de concentración dcmora mas mcnos un aiio. I as pozas son construidas en f(lrma cspecial con capas de gra\'a lina \' arcillas sobre la cual sc coloca una membrana impermcable de "VC de 0.5 mm de

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espesor. Sobre todo esto se coloca una capa especial para la protección de las máquinas de laboreo y protección de la acción de los rayos ultravioleta. Inicialmente, se construyeron doce pozas de diferentes tamaños en un área de aproximadamente I Km Z• Posteriomente se realizó una ampliación del 40 % con la construcción de tres pozas adicionales. Al principio la concentración media de litio en la mezcla de salmueras era de 0,17 % Y se concentraba hasta ± 4,3 % de litio contenido. Actualmente con la incorporación de nuevos pozos de producción, la mezcla de salmueras al inicio del proceso entra con 0,23 % de litio y al final del proceso de evaporación sale con 5,8 % de litio contenido.

Sales de Descarte

En la primera poza se mezcla una salmuera rica en sulfato con otra salmuera rica en calcio eliminándose el ión sulfato como yeso CaS04 . 2HzO para evitar la precipitación del litio como sulfato, de tal manera que la primera sal de descarte es yeso + halita: CaS04 ·2HzO +NaCl. El/seguida precipita: Si/vil/ita NaC/+KC/ CaTlla/ita KC/ . MgC/z . 6HzO , Y Bisellojita MgC/z·6HzO

Precipita además, carnal ita de litio LiCl . MgCIz . 7H zO. Para recuperar el litio que contiene. se coloca esta sal en una plataforma de drenaje, se repulpea y lava con una solución saturada en MgCIz. La bischofita, Mgel z . 6HzO, no disuelta se separa por centrifugación y se deshecha o descarta. La salmuera concentrada final contiene: 5,8 % de litio; 2 % de Mg y 0,7 % de B, se almacena en una poza revestida de plástico, se transporta (camión y ferrocarril) a Antofagasta a la planta Quimica "La Negra". En la planta quimica se elimina Mg como: MgCO) y como Mg(OH)z. La salmuera concentrada se diluye hasta un contenido de 0,6 % Litio con el licor madre que proviene de la etapa de precipitación del carbonato de litio con NazCO). El producto final se obtiene por adición de NazCO] en caliente (86 oC) a la salmuera que es una solución de salmuera libre de Mg (1 ppm de Mg). Precipita LizCO). Este precipitado de 190


caroonato de litio se filtra y luego se seca en hornos rotatorios. El LileO] se obtiene con una pureza de 99,5 % (el mercado exige 99, l %) se vende en cristales o granulado en sacos de 50 lb Y30 kg o en tambores de 100 kg. La industria del litio metálico requicre como materia prima inicial un LizeO] con menor contenido de boro. Por esta razón se estudió un proceso que rebajó el contenido de boro de la salmuera desde 7.000 ppm a 10 ppm. El proceso se realiza por extracción con solvente, oasado en una patente norteamericana que permite remover ácido bórico de soluciones acuosas de cloruro de magnesio. I':n este método el extractante es una mezcla 1: I en \olumen de alcohol iso-octilieo y nafta cn mcdio ácido (con IIC'I hasta ootcncr pll 2)

191

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Salmuera rica tn Calcio

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Salmurrl. rica tn Sulfalo

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0.23 e/. li

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SAL ES DE DESCARTE C.S( ~ . 2H 20 + NaCl N.CI +KCI

POZAS DE EVA PORACJONSOUR SAURDEA TACAMA

KCI· MgCI 1 , 611 1 0

MgC J·6lhO

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C.O

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I PUNTA QUIMICA ANTOFAGASTA

MgCOJ

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Mg(OHh

;GCi

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I

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CaCOJ Rtciclo Agua Madrt

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1

Purificador Salmuera 0,60 % Li

Precipitación Li,CO,

Pu

( Li1CO J • cristales o grhulos )

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Alvaro González Lelelier

PROCESO SOCIEDAD QUIMICA y MINERA (SQM SA) PROCESO MINSAL Fs diferente al proceso SCL. El Proceso Minsal a escala piloto. se origina a partir de una investigación experimental del Comité de Sales Mixtas (CORFO), realizada en INTEC que dio origen a una patente. En la figura 5.7 se presenta un esquema simplificado. (Fn este esquema inicial se han realizado varias modificaciones).

193


FIGURA N° 5.7 PROCESO ORiGINAL PROYECTO SALES POTASICAS Y AC/DO BORlCO Salmuera Salar de Alilcama

agua

~gua

POZA HALlTA..un..... POZA SILVINITA ..Imuera POZA SULFATO ,f-----t1 f-----II 8,1 km 3,9 km' 1,8 km'

Cloruro de sodIo

s.almuera

Sales doble5 K,U,lAg

Sales

NaCl+KCI Reactivos

agua

Flotacion

.

,~,

!

"

..

-

,,<

'J', ~ .~ ~

'

"

salmuera residual + NaCI

CIOfuro de potasIo

Salmuera

Sulfato de potaSIo

Este proceso está modificado

&ale. de

blio

, - - - - - agua

5almuera

194

nCíI en Li

A/W/fo GOllzlÍ/ez Letelier

1'11 la ligura 5.8 se Illuestra un esquema en el cual sc obtiene Li,C'O, de las dos fuentes naturales: Minerales de litio y salares; y. los usos principales.

FIGURA N° 5.8 FUENTES DE CARBONATO DE LITIO Pegmatitas

Salmlleras

ErplotaciólI Minera

Molicllda

('011 ce lit rac iIÍ 11 (evaporaciólI .\'O/ar)

( "JllCeJllrllCió"

(flotacilÍlI)

1,\·tracciólI Li (/ixÍI'iaciólI)

l

PrecipitaciólI

PrccipitaciÓ11

~

Refi1/ aciólI

RefillaciólI

~,----------,/ COMPUESTOS QUlMICOS DEL 11111. A/

~ Vidrio J'

C1orllro de Li

CerlÍmica

~ Prodllctos

Gl'1I5as' Lllbrictllltes

FarmacelÍticos

I ti Metálico I Or!:al/a - Li

~/~~ Aleaciolles Batería,\' FII,\'ióIINllclear 195


MERCADO DEL LITIO El mercado del litio está formado por un reducido número de grandes empresas que suministran las materias primas iniciales, formadas básicamente por: concentrados de minerales de Li y Li zC0 3 , obtenido de salares con una concentración de 99, l % mínimo. Además. existe alta integración vertical en este mercado, porque estas mismas empresas que controlan la oferta de materias primas participan en la fabricación de materiales elaborados de litio, tales como productos químicos para la fabricación de baterías. vidrios. cerámica, etc. incluso fomentan y participan en el desarrollo de estos productos e investigan nuevos usos del litio. Implica en cierto sentido, el hecho histórico que el litio ha sido considerado un material de importancia estratégico debido a sus potenciales aplicaciones militares, lo que ha impulsado a varios países, incluyendo Chile. a incorporar el litio en legislaciones que les permite a los gobiernos tener algún tipo de control sobre este material. De hecho EE.UU .. mantiene un stock de litio como reserva militar. Las empresas más importantes relacionadas con la producción de litio se muestra en el cuadro 5.9

CUADRO N° 5.9 CONCENTRAClON DEL MERCADO DEL LITIO ANO 1992 FMC Lithium Division Ciprus Fool Mineral Company

ANO 1999 Empresa Chilena SOQUIMICH Ciprus Foot Mineral Company

Sociedad Chilena de Litio Ltda.

FMC L..ithium Division

(Subs. De Ciprus Foote M.) Empresa Estatal del Gobierno Ruso Empresa Estatal del Gobierno Chino

Sociedad Chilena de Litio Ltda. Empresa Estatal del Gobierno Ruso Empresa Eslatal del Gobierno Chino

FUENTE. Cuadro elaborado segun m/ormaclOnf!J

En la tabla 5.3. se dieron los factores de conversión para los compuestos de litio más transados en el comercio.

196

Alvaro González Lele/ier

Para considerar el mercado del litio. es necesario tener presente la producción Mundial de los últimos años y las reservas y reservas bases de los principales paises productores de litio. Todo lo cual se mueslra en la tabla 5.6 Los productos más vendidos en estos últimos años. son: LileO.! , LiOH y Li metálico. Se estima que el producto de mayor venta para el futuro, será el litio metálico.

Obtención de estos tres productos principales: Li;COi _: es 1'1 producto base qne se obtiene de las mayores /uelltes naturales, Salares J Minerales de Litio LiOH: este producto se obtiene de la reacciÓn

LilCO.! + Ca(Ollj; --+ 2LiOll + CaCO, ritio Ale/tífico: el litio ",etlÍlico. se obtiene por

1111

proceso sifni/ay

(1

la ohtellció" del

.,odio: flor eleclráli"';." del Líelfundido,

1:1 L'kclmlito, sc compone de una mezcla de 55 0;" en peso de LiCI )'-15 0 0 en peso de KCL I a me/cla se mallliene a -1c,o ... SOO "c de temperatura en el interior de una cclda ekctnliltica de 'Ice m de bajo colllenido de carbono. La caja de acero quc contiene cI ckctrolito fundido. está colocada a su \e/ C11 cI interior de una estructura de ladrillo rl'l'ractario. Fsta caja se calienla exteriormente con mecheros ubicados cntre la caja de acero , la L'stnletura de ladrillo refractario. I n' c;'nndos son de acero v los ¿modos barras de gralito. La ellciencia eléctrica es de RO o 0\ la rccupcraciún de litio L'S dL' 9R o" en peso. eakolados en base al litio contenido en e11 iCL Hel/('c;oll!'.'..:

20- --+ O! + 21' 1:'1, '" cátodo

Lí - + e

--+ LíO

Por cada kilo de litio metálico se generan 5 kilos de CI] gas. I-Jnpkando LiCI \ KCI en alto grado de pure/ll se obtiene Li metálico ma)or de 99.R oo. h oluciún de precios de estos productos principales, ver tabla S.7

197

Riquezas minerales de Clrile a nivel mundial

TABLA N° 5.7 E VOL UCION DE LOS PRECIOS DEL CARBONATO DE LITIO Y EL HIDROXIDO DE LITIO

ANO 1970 1971 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993

VALOR NOMINAL I uss/ Kg I CARBONATO HIDROXIDO 1,15 1,30 1,12 1,35 1,30 1,15 1,35 1,21 1,72 1,83 1,70 2,60 1,83 2,80 1,94 2,98 2,25 3,09 2,56 3,37 2,67 3,53 3,11 4,06 3,11 4,06 3,26 4,26 3,40 4,26 3,31 4,26 3,31 4,26 3,42 4,34 3,59 4,56 3,81 4,56 3,81 4,83 4,03 5,11 4,21 --4,32 5,53

VALOR ACTUALIZADO A ENERO 1994 I uss/ Kg l HIDROXIDO CARBONATO 4,41 3,90 4,40 3,65 4,12 3,64 3,57 3,98 4,43 4,17 5,65 3,69 3,74 5,72 3,70 5,68 5,48 3,99 4,04 5,31 4,79 3,62 3,81 4,97 3,71 4,85 5,01 3,84 4,91 3,92 4,90 3,80 5,09 3,95 3,97 5,04 4,03 5,12 4,88 4,07 4,98 3,93 4,13 5,23 4,27 --4,32 5,53

La cvolución dc los precios se complica en los últimos años con motivo de la incursión en el mercado de SOQUIMICH (SQM) que inicia su producción en 1996. Los precios del I.;¡CO] (materia prima base para el resto de los productos de litio), caen en 1997, que se manifiesta fuertemente en 1998 y 1999. QM. estima que esta caída de precios es del orden del 50 % para la materia prima base (Memoria anual 1998 ). 1,a evolución de los precios de los productos básico considerado es:

198

Alvaro GO/lzález Lele/ier

ANO

Li¡COJ

LiOH

1994 1995 1996

4,41 4,34 4,34

5,62 5,62 5,51

FUENTE. US G~olog)cal Janu(lry, 1999

Surv~y,

Mtnetals Commodlly Summafles.

Para los afios 1997 y 1998. los precios se ajustan hacia la baja con fuertes oscilaciones que no estün correctamente regislradas en los precios de las revistas mas usadas. Chemical larketing Reporter del 18 de octubre de 1999. Ejemplo: la revista mencionada da el siguiente precio al l.i~COl . US$ 4.45 por kilo (1998). en circunstancia que el precio actual es de aproximadamente lJS$ 2.5 por kilo.

199


CONCLUSIONES En el mercado del litio deben estar involucrados: A.- El Gobierno por intermedio de la Comisión Chilena de Energía Atómica. que puede controlar e impulsar el desarrollo de nuevas tecnologías en torno al litio, investigaciones que pueden realizarse en Universidades o Institutos de Investigaciones, C/MM e /NTEC, priorizando la inversión de fondos que el país destina a investigación y desarrollo,

CON/CYT; FONDEe. B.- Empresas productoras y exportadoras de Litio. en Chile son dos:

SOQUIMICH,

Sociedad Química y Minera de Chile y SCL. Sociedad Chilena del Litio.

c.- Empresas Nacionales que

usan Li en sus industrias:

fábricas de vidrio. cerámicas,

lubricantes, etc. Estas instituciones o empresas. podrían coordinar sus esfuerzos en formar un "Instituto del Litio". el que en un principio podría ser en pequeña escala, pero que podría centralizar todo tipo de información relacionada con cl metal, ejemplo, estado actual de las investigaciones nacionales y de las grandes investigaciones que sabemos se realizan en los países más desarrollados (aleaciones livianas, Li -Al -X ; baterías de litio capaces de mover vehículos, Fusión uclear), informaciones técnicas y estadísticas. Este posible Instituto del Litio. que podría funcionar en una oficina de CCHEN, en la Universidad de Chile o en los Institutos CIMM, INTEC, etc. se justifica plenamente porque la última información disponible por la revista U.S.Geologycal Survey. Minerals Commodity Summaries. January 1999, establece:

RESERVAS DE LITIO EN EL MUNDO l° CHILE

3.000.000 T.M. Li contenido

2° CA NA DA

180.000 T.M. Li contenido

3° AUSTRALIA

J50.000 T.M. Li contenido

4° EE.UU.

38.000 T.M. Li contenido

OTROS

TOTAL MUNDIAL 200

3.400.000 T.M. Li contenido

AI"'IrlJ GOJlzález Letelier

Chile. posee en el Salar de Ataeama 7,5 veces más reservas que el resto del mundo. por lo tanto. tiene 88 % de las reservas mundiales. Otro depósito importante de litio se encuentra en el lago Oyuni. Bolivia. pero el costo de extracción es muy elevado. !:sto nos dcmuestra que cualquier uso nuevo del litio que se descubra. nuestro pais es el m;is I¡,voreeido. En consecuencia Chile. debe liderar en el mundo la investigación de nuevos usos del litio. La (km anda actual e histúrica del litio es pequeña (ver tabla 5.6). Producción mundial I 'i9R: 16.000 T.M. dc litio contenido con un incremento aproximado dc 4 % anual en los últimos \Tinte años. que corresponde más o menos a la evolución del aumelllO del consumo de un metalnue\o (el I.i fue descubiertn cn IRI7) y adquiere una importancia relativa despu~s de la segunda guerra mundial. especialmente en la década 1950-60. cuando el litio lile considerado material estratégico en un programa de la U.S. Atomic lónergy Comisiín (AL.C.) para la producción de la bomba de hidrógeno por Fusión Nuclear. l'oster;onl1ente. se desarrolla eon más intensidad los usos actuales (\er cuadro 5.2A. 5.21\ . 52(') I.a opiniún generali;:ada de expertos. consideran que los usos futuros del metal serán los mús importantes (algunos dc ellos ya existen en pequeiia escala). 1'sos futuros del litio de gran desarrollo proyectado: l. 2. 3. 4.

CellJeJlto AleIlCioJle.\·IÍI'iIlJlIIS de Li-AI-X Hllteríll.\· Secl/lldllrÍfI.\' de Li FII.\'ÍólI NI/e/ellr.

('onsidero factible que Chile pueda reali,ar investigaciún en los dos item primeros. Ik hccho. sobrc el primer item. realizo un amplio proyecto de investigación. titulado: "AdicióJI de cOlIJp"e.\·to.\· de Litio pllra lIJejorllr III¡:w/{/s cllracterísticlI.\· del cemellto J' hormigólI ". ('u\os principios búsicos se muestran en el capitulo "Usos Flltl/m.~ del Litio". 1:1 ítem dos: Aleaciones livianas de litio ha sido ampliamente estudiado a ni\TI mundial \ algunos tipos de aleaciones I.i-AI-X son usadas en alas de a\·iones. La il1\'estigación en esta ;'Irea est;', en pleno desarrollo. 1:1 íkm tn..'s. es tú ('11 plt:n;l ,,:lapa de inicio dc il1\'('stigaciúll. con l11uy huenas pcrspccli\'as.

Fste tipo de investigación requiere un alto eosto. 1:1'.1111 .. lan;:ú un proyecto de

201

Riquezas minerales de Chile a nivel mundial investigación con un costo de US$ 1.800. millones con aportes iguales del gobierno y empresas interesadas a partir de 1998 en un lapso de doce años. En el ítem cuatro, la investigación tiene un costo altísimo y sus resultados se esperan, según los expertos, para 30-50 años más. Es necesario hacer presente que en los usos actuales del litio (vidrio, cerámicas, industrias del aluminio, aire acondicionado, catalizadores, productos farmacéuticos, etc.) se pueden hacer investigaciones para mejorar calidad, rendimiento, eficiencia, etc. considerando que en todos estos usos, los procesos son relativamente nuevos o de primera generación suceptibles de ser mejorados. He estudiado las reservas mundiales de casi todos los elementos químicos más usados en el mundo y no tengo conocimiento de ningún otro caso como la existencia del litio en Chile. en que un solo país posea una tan alta concentración de un elemento.

eh ile,

posee el 88 % de las reservas mundiales de Litio. Se usan los conceptos de : "Reserva y Reserva Base", definidos por U.S.Geological Servey Mineral Commodity (ver definiciones en Anexo, Capítulo l Cobre).

Recordemos que: Los usos actuales del litio y los futuros de gran proyección son productos que podemos llamar de 1a generación susceptibles a grandes transformaciones de acuerdo a la evolución natural de la ciencia. En un estudio realizado por las dos compañías más grandes productoras de litio del mundo de la época ( 1985 ) : Foote Mineral Ca y Lithium Corporation of America. se obtienen los siguientes precios del kilo de litio contenido en diferentes materiales, expresados en dólares nominales de 1985 con la tecnología de ese año (ver figura 5.9 ).

202

Alvaro COllziÍlez Lelelier

FIGURA N° 5.9 PRECIO DEL KILO DE LITIO EN DIFERENTES MATERIALES

IIS$/kg

(Ir

I.i

'1'11

Precio oe I kg oe litio con len ioo en o j feren tes materiales Septiembre. 1985

1.(XXI 'XXJ

lIOO 7(XI

600

-

-

._--

--

~(XJ

4(XI

--

-----

JOO

I H7

200 100

20.7 -

4(U -

4J.6

54

LiF

I,iel

I.i

.j

SO. (¡

()

Li2Cm

n

L¡(hall

LiBr

LiAI

'1:"\'7'1:": "U I.ilio ", I";}I. 115

203


ANEXO N° 5.1

COSTOS DE PRODUCCION TABLA N° 5.8 COMPARACION COSTOS DE PRODUCCION DEL Li]COJ ( US$/Kg). PRODUCTOR FMC Lilhium Division Besemer City, Carolina del Norte EE.UU. Cyprus Mineral Company Silver Peak, Nevada EE.UU. Sociedad Chilena del Li Llda. Salar de Atacama, Chile

..

. " Sn"t,u¡:o,1991 FUENTE. P.Pal/olle (LII/ndlisfna del LlIlo en ChIle

COSTO DE PRODUCCION 2,43 1,65 1,10

NOTA: Finalmente podemos concluir, recordal/{Io lo dicho anteriormente, que en el Salar de Atacomo, Chile posee un tesoro que debemos valorar con una mayor investigación en usos del litio.

204

A"'artl GO/lzález Letelier

ANEXO N° 5.2

LEGISLACJON MINERA EN TORNO AL LITIO

El htado ha tenido una preocupación especial rcspecto al litio. lo quc sc ha rcflcjado en la kgislación minera. La nucva Ley de Mincría. publicada en el Diario Oficial del 21 dc Encro de 19X2. establece: "No SOIl susceptible.l· de cOllcesiólI millera los hidrocarbllros líquidos o

J:aseosos. el litio. los yacimielltos de cualqllier especie existelltes ell las aguas marítim(H .l'Ometidas a la juri.wlícciólI lIaciollal lIi lo~' J'acimielltos de cualqllier e.lpecie sitllados ell todo o ell parte. ell ZOllas qlle cOllforme a la leJ'. se determillell como de importalicia [Jara la seJ:llridad lIaciollal COII efecto.l· milieros. sill perjuicio de las cOllcesiolles milieras válidamellte cOlIstituida.l· COII allterioridad a la correspol/(Iiellte declaraciólI de /lO cOllce.,ibilidad o tle importallcia para la .,·el:"ritlatlllaciollal". Sin embargo. lo anterior no signilica que no podrú explotarse litio. sino que se deberú hacer hajo UIl contrato de adlllinislraciúll.

SL' L'xceptúan de estas disposicioncs aquellos yacimientos con propicdad constituida antes ,kl 1° de enero de 1979. como cs el caso del Salar de !\tacama. de acuerdo al Decreto Le,' o 2XX6. publicado cn Diario Oficial ° 30514. de 14 de noviembrc dc 1979. que cstablecL' "Articulo 5° Por exigirlo el interés nacional. desde la fecha de vigencia de este Decreto I ev. el litio queda reservado al Estado. Se exceptúa de lo dispuesto cn el inciso anterior solamentc: al El litio existente en pertencncias constituidas. sobre litio" sobre cualquiera de las sustancias dd inciso primero dd artículo 3° dd Cúdigo de t\lineria. que a la I'echa de publicación de este J)ccreto I.ey en el Diario Olicial. tuvieran su acta de mensura inscrita. se hallaren \·igentes. y cuya manifestación. a su ,·cz haya quedado inscrita antes del 1° de enero de 1979. b) El litio existente en pertenencias que. a la fecha de publicación de este Decreto I.ey en el Diario Oficial. cstuvieren en trámitc y que lleguen a constituirse sobre litio o sobre eualquicra de las sustancias del inciso 1<) del artículo 3°dcl Código de Minería. siempre que d proceso de constitueiún de taks pertenencias se hubiere originado en una manifestación que haya qucdado inscrita antes del 1° de enero de 1979.

cOS


Una ley regulará forma en que el Estado ejercerá los derechos que le corresponden sobre el litio que se le reserva en virtud de este artículo. "Artículo 6 0 • Sustitúyese el artículo 80 de la Ley N° 16.319, por el siguiente: Por exigirlo el interés nacional, los materiales atómicos naturales y el litio extraídos y los concentrados, derivados y compuestos de aquellos y éste, no podrán ser objeto de ninguna clase de actos jurídicos sino cuando ellos se ejecuten o celebren por la Comisión Chilena de Energía Nuclear, con ésta o con su autorización. Si la Comisión estimare conveniente otorgar la autorización por causa prevista en el acto de otorgamiento, dicha autorización no podrá ser modificada o extinguida por la Comisión ni renunciada por el interesado". Por lo tanto, la inclusión de una sal de litio como un producto más del Proyecto Sales Potásicas y Acido Bórico sólo estaría sometida a las limitaciones derivadas de la autoridad de eCHEN (1) en esta materia y con la debida consideración al hecho de que este elemento haya sido reservado al Estado.

(1) COIl1ISIO

206

CfIILE fl DEL LITIO

All'a'" Goazález Lelelier

REFERENCIAS

CAPITULO V

l. KIRK-OTHMER. Enciclophedy orChemieal Tecnology Thin! Edilion. Vol 1-1 2. C4SAS FRANCISCO, Dr.HERNA DEZ RODRIGO. Recuperación de cloruro de Magnesio y Cloruro de Litio. mediante un estractante iónico mixto. 1cmoria para optar al Titulo de Ingeniero Civil Químico. Universidad de Chile

3. KARL WINNACKER y ERNST WEINGAERTNER. Tecnologia Quimica. 1"0mo VI. Traducción Dr. Germán Stenkamp. Editorial Gustavo Gilo S.i\. Barcelona~" edición 4.

LITHIUM MINERALS

S. CORFO. 6.

Comit~

<~

BRINES.

rhe Industrial Minerals Ilandhook. 1'i'i2

Sales Mixtas. varios documentos

ROSKILL INFORMA T/ON SER VICES Llda. The I:conomics or Lithium. rhird I·:dition

Diccionario Terminológico de Quimica. Segunda edición. I'dit(lriai Alhamhra S.A. Madrid

7. J.R.BARCELO.

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9. U.S. GEOLOGICAL SURVEY. MINERAL COMIHODITY SUMII1ARIES, 1999 /0. H. REIIf Y -translate hy J.S.i\ndcrsson. Treatise on Inorganic Chemistry.

\'01.

I

E1sc"ier puhlising Company. i\msterdam Houst(ln I.onuon Ne\\' York. 11 EL LIT/O. Fdill/llo IWI" el nI"

(ill.ll({l"II

1.({gOl. 1')8(;

12. SOClEDAlJ QUlMICA l' MINERA. SOQUIII1ICII. Memoria Alllla//998

207

CAPITULO VI NITROGENO NITRICO ( SALITRE)

INTRODUCCJON La Química Industrial. engloba el salitrc y el salitre sintético como una unidad llamada Industria dcl Nitrógcno. por la cxtraordinaria impPrtancia quc ha adquirido cn nucstra civilización el elcmcnto N, . Si consideramos quc el nitrógcno cs un elcmcnto cscncial cn la biología dc la célula animal ~ vegetal. que descmpeiia papeles vitales en la fisiología

ele la cclula viva. participando en

sus proccsos dc crecimicnto y multiplicación. si rccordamos cl crccimicnto progrcsívo dc la población mundial ( 6.000 millones cn cl allO 2000) Y consccucncialmcntc cl aumcnto proporcional de sus IH:ccsidadcs alimenticias. comprenderclllos porqué tudas las grandes

potcncias cn el dcsarrollo dc sus plancs dc 1(1I11cntO. han incluido cn lúrma prcfercntc la industria del nitrúgcno ".~illtético". Esto cs ohvio ya quc cl ahastccimicnto dc fucntcs naturales: salitrl~ natural. guano de aves marinas. residuos \'egetales. subproducto de ciertas

industrias. ctc. ha rcsultado ahsolutamcntc insuficicntc para abastcccr cl consumo mundial. Por L'stas razoncs. pocas industrias han cxpcrimcntado cn el mundo un mayor y más rápido crccimicnto quc las dc "Nitrti¡:ello Silltético". supcrando todos los límitcs prcvisibles. y a pcsar quc para Chile cconómicamcntc fuc ncgativo. para cl rcsto dcl mundo fue l' x t r:.lord i nari amente

pos ¡ti vo.

CO/HIIIIIO de lIitrlÍ¡:ello 1'11 el 1111111110 ( mi/es de /lJneludus ) .

1913 Chile

Total 1'11 el Mlllldo

476.000 7:C de N¿ = 56 % 1143.111111 T. C. de N!

20<)


De estas cifras se deduce: a) Considerando el año 1913. Producción Chilena: 476.000 T.C. de N2 equivalente a 2.975.000 T.e. de salitre. (Salitre contiene 16 % de N 2 aproximadamente). Producción Mundial: 843.000 T.C. de N2 equivalente a 5.268.000 T.e. de salitre. En 1913, Chile, produjo el 56 % del N 2 obtenido en todo el mundo. ( Fuente: Shreve industrias de Procesos Quimicos Ed. Dorsat S.A. 1954, Madrid).

b) Considerando el mio 1998 Producción Chilena: 881.682 T.M. de salitre ( Fuente: Comisión Chilena del Cobre ). Producción Mundial: 101.000.000 T.e. de amoniaco. (Fuente: U.S. Geological Survey Mineral Commodity Summaries, Feb. 2000) En 1998, Chi le produjo < 0,2 % de la producción Mundial de N 2

.

CONCLUSION El consumo actual mundial de nitrógeno como fertilizante expresado este nitrógeno como salitre chileno, ha aumentado de 5.268. 000 T.C. a una cifra> 600 millones de toneladas métricas de salitre. Como el N¡ es esencial para la vida, se considera que la obtención de este elemento a bajos costos, es uno de los grandes triunfos de la Industria Química. Podemos agregar además, la extraordinaria importancia del N 2 en la fabricación de explosivos. Se puede decir que más del 90 % de los explosivos convencionales. llevan nitrógeno en sus moléculas. Aquí es necesario recordar, y considero de real importancia tenerlo presente, cuando existen situaciones de protección de un sector económico que lo necesite, como fue el caso de la industria del nitrógeno en su etapa inicial, es necesario apoyar sin reservas estas posIciones. La Segunda Guerra Mundial, obligó a los paises en lucha, la construcción de una serie de plantas productoras de nitrógeno sintético (NH]) en forma rápida y sin limitaciones de carácter económico. Esta mayor producción requerida inicialmente para la industria bélica, incrementó posteriormente la existencia para el consumo agrícola. Bastaría recordar que el gobierno norteamericano construye durante la última guerra mundial, diez plantas 210

Alvaro GO/lzález Letelier

destinadas a la fabricación de productos nitrogenados sintéticos a un costo de 250.000.000 de dólares (de la época) y que entrega posteriormente a firmas particulares a un precio de ~O % de su valor real, pagadero a largo plazo (informe inédito de la Corporación de Ventas de Salitre y Yodo. 1958). Es e"idente que una industria creada en estas condiciones, opera en los mercados mundiales con "cntajas decisivas frente a rivales que no contaron con este tipo de protección inicial.

SALITRE NA TURAL - SALITRE SINTÉTICO Defi/liciolles:

SALITRE NA TURAL I's un fertilizante nitrogenado. de origen natural. Químicamente corresponde a nitrato de sodio o nitrato de potasio ( NaNO, o KNO J ) . o una mezcla de estos dos compuestos con 9X5 'Vo de ley de nitrato de Na o K. el resto son "impurezas" como cloruro de sodio y pequcíias cantidades de otras sales: aniones y cationes como: potasio. magnesio. azufre. horn. molihdeno. yodo. cte. que mejoran la calidad fertilizante del producto.

SALITRE SINTETlCO

I:s importante dejar constancia que esta expresión esta mal empicada si se quiere eonser"ar la rigurosidad de la semántica de la frase. porque el salitre es químieamente NaNO, o "NO, I pequcíias impurez.as y el salitre sintético en general no contiene NO, sino que pue,ic ser:

Urea CO<

NIJ, .• lIilralo de amollio (NH,NO¡); mljalo de amollio (NIJ, h SO,; elc., NIJ!

es ,iceir. un cOlllpuesto que posteriormcntc en el terreno. sc transforma en NO, asimilahic por las plantas. En el lenguaje industrial y comercial se emplea la expresión "salitre .,illtético" y es aceptado lIlundialmente. El N2 procedente de estc salitre sintético se designa tamhién como

U

ll itró¡.:el1o sintético o'.

1,0 sintético. es el amoniaco que se obtiene por síntesis directa del hidrógeno y del nitrógeno ohtenido del aire (aire atmósférico contiene 78 00 de 1).

211


El amoníaco es la materia prima para obtener los productos químicos nitrogenados, usados como fertilizantes (urea, sulfato de amonio, etc. )

Origen del Salitre Chileno El origen del nitrato chileno y la presencia del yodo en estos depósitos de sales, lleva más de un siglo y medio de discusiones y aún no se tiene una teoría aceptable para la mayoría de los expertos. Una teoría bastante interesante y que es considerada la que más se acercaría a una explicación que podría aceptarse mayoritariamente es expuesto por el geólogo George E. Eriksen (geólogo, Foreign Branch, W.S. Geological Survey, USA) que aparece en la revista Minerals, vol. 38 N° 163 de julio, agosto, septiembre de 1983. El Geólogo G.E. Eriksen en la última parte de su artículo citado, resume su teoría que se copia textualmente:

.. ( 'onclusiones: A pesar de la riqueza de nueva información sobre los depósitos de nitrato en el Nurte de Chile. y con respecto al medio ambiente bajo el cual se forman, el autor. considera que alÍn no es posible formular explicaciones dejinitivas para los origenes de todos lus componentes salinos y sus formas de acumulación. Sin emhargo, con la información que se dispone, se dejinen los límites para una especulación respecto de los procesos que probablemente fueron dominantes en la !iml1ación de los depósitos. Durante unos 20 años de intermitente estudio y recopilación, de las ideas del autor respecto al origen de los depósitos de nitrato han cambiado y evolucionado hasta el punto en que cree ahora que el nitrato es principalmente de origen urgánicu, habiéndose !ormodo por actividad microhial en o cerca de los lugares de los depósitos. y que la mayoria de las otras sales ji/eran lixiviadas de las rocas volcánicas de Los Andes durante el Terciario y Cartenario superior, Los componentes salinos se acumularon en antiguos lagos esjimeros y en salares. y posteriormente. /iteron erosionados por el viento y di,lpersados ampliamente en las áreas cc!rcanas.

Los depósito,l' prohahlemente cumenzaron a /órmarse en el Miocenu medio. hace lOó 15 millones de años, y han continuado formándose hasta el presente. El clima extremadamente árido del desierto de Atacama, y que probablemente ha prevalecido desde el inicio del Mioceno, ha sido esencial en la acumulación de los depósitos ". 212

Alvaro GIJI,zález Letdier

Con respecto al yodo expresa:

.. Las fuentes lIuís prohadas de yodo son películas ricas de sales sohre la superficie del Océano ( I'er Meeintyre. 197-1 J. las que están di.vpersas en hurhujas: y también en emanaciones I'olcánicas en Los Andes. Pequeñas cantidades de yodo de este origen se conL'l'lIIraron lentamente en aguas salinas en el desierto de Atacama. qui:::ás con la ayuda de ciertos microorganismos. El yoda. que prohahlemente estaha al principio en el estado ilÍnico o gaseoso.jile posteriormente oxidado hiológicamente o fotoquímicwnellle a yodo y ,·odato. ..

Yacimientos de Ca/iehe en el Norte de Chile I os depósitos de Caliche comcrcialmcntc explotables se encuentran en el borde oriental de la Cordillera de la Costa formando una angosta faja que se ubica desde la Quebrada de Camarones por el orte (paralelo 19° latitud sur) eon una extensión aproximada de 750 k tk largo y 25 a 30 k de ancho. (FUENTE: Cien Años de Minería en Chile. Ed. Lead. ¡9XJ. Patrocina SONi\MI). Los depósitos están diseminados en forma irregular presentándose como manehones discontinuos y desiguales. (Iigura 6.1) . Las capas Geológicas de la formación típica de lo, "acimientos salitreros se muestran en la figura 6.1.

211


FIGURA N° 6.1 MAPA INDICE DEL NORTE DE CHILE, MOSTRANDO LA UBICACIÓN DE LOS YACIMIENTOS DE NITRATO, TOMADO DE LOS MAPAS DE CONCESIONES SALITRERAS DEL SERVICIO DE MINAS DEL ESTADO, CH/LE (X'......U"TI()N

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214


FIGURA N° 6.2 CAPAS GEOLOGICAS DE YACIMIENTOS SALITREROS

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215


SOCIEDAD QUIMICA y MINERA DE CHILE S.A. (SQM) (Se copia textualmente párrafos de la MEMORIA ANUAL 1998 de SQM)

Es la principal compañía productora de salitre. Además, es la mayor productora de Litio y Yodo en el mundo. Como estos tres elementos: Litio (Li), Nitrógeno Nítrico (N) y Yodo ( 1 ) corresponden a tres capítulos de este libro, se realiza un estudio conjunto de la compañía SQM para su mejor comprensión:

"SQM nació en 1968. como parte de un plan para reorganizar la industria chilena del salitre. que tuvo un máximo desarrollo a fines del siglo XVIII y principios del siglo XIX hasta el término de la ¡" Guerra Mundial en que el salitre se constituyó en la principal actividad económica del país. Posteriormente. el desarrollo de los fertilizantes lIitro~enados sintéticos. originados por la obtención del amoníaco sintético (NH J sintético) en la década del veinte. se~uid() por la crisis económica de la década de los treinta. impactó fuertemente la industria salitrera chilena. En sus inicios. la propiedad de la Compañía era compartida entre el Estado (CORFO) y capitales privados (Cía. Salitrera Anglo Lautaro S.A.). En 1971. la Empresa pasó a manos del Estado. En 1983. CORFO comenzó la privatización de la empresa. proceso que culminó exitosamente en 1988. t:l periodo 1988-1993 se caracteri::ó por ser una etapa de modernización de sus plantas productivas. Se realizaron importantes cambios en los procesos mineros y productivos y se conslruyeron plantas de mezclas de fertilizantes en Bélgica y Chile. Con la finalidad de aumentar el valor agregado de ventas, en este período se introdujeron nuevos productos. /lIles COII/O el nitrato de potasio y los derivados de yodo y se implementó el concepto de me=cll1x

de especialidad.

Afines de 1993. SQM efectuó su primera colocación de acciones en el mercado nacional e internacional mediante el mecanismo de los ADR, aumentando su capital en aproximadamente USS 170 mil/ones. a objeto de financiar su plan de inversiones. Durante los años 199-1 al 1998. la Compañía se embarcó en el proyecto no-metálico más grande l/el'ado a cabo en Chile. Mima/. Este proyecto demandó una inversión de aproximadamente USS 300 millones y constó de tres etapas: la primera fue construir una planta para producir cloruro de potasio y osi abastecerse de una materia prima importante para la producción de nitrato de potasio, la segunda fue producir carbonato de litio a partir de soluciones extraídas del proceso de producción de cloruro de potasio y la tercera 216


/úe la construcción de l/na planta de suljato de potasio y como sl/bprodl/cto de esle, ácido h,;rico, ambos en producción desde mediados de 1998. AdemiÍs, dl/ranle esle período la Compañía reali:ó l/na segunda emisión de capital por I/n lIIonlo total aproximado de US$ 150 millones, accediendo nuevamente a mercados intel'l1acionales a través del proceso de ADR 's, y ohtl/vo créditos bancarios a largo plazo por USS -100 millones con la finalidad de financiar parte de sufl/turo plan de im'ersiones, 1998 se caracleri:,; por ser l/na etapa de lransici,;n entre el término de l/na etapa de /I/el'/e,\' inversiones y el comien:o de l/na elapa de consolidación de las inl'ersiones '1l/e se reali:oron dl/rante los últilllos 5 {l/lOS, las '1l/e se han tl'llnv!orll1ado en I/Hjilerte {l/mIento de prodl/ctividad, I'enla,\' y cartera de prodl/ctlls ", f) {l/lO

217

Riquezas millerales de Chile a lIivelmllllllial

DESCRlPCION DE LA COMPAÑIA "SQM es un productor y comercializador integrado de fertilizantes de especialidad. quimicos industriales, yodo y carbonato de litio. Sus productos se basan en el desarrollo de recursos naturales de alta calidad que le permiten ser líder en costos. apoyado por una red comercial internacional especializada con ventas en más de 90 países. La Compañía procesa como materias primas el caliche y las salmueras del Salar de A!acama en la Primera y Segunda Región de Chile. El coliche se extrae de las minas de Pedro de Valdivia. María Elena. Pampa Blanca, Sierra Gorda y Nueva Victoria. y se somete a proceso de chancado y lixiviación. Posteriormente. las suluciones obtenidas se cristalizan. de donde se obtiene nitrato de sodio, nitrato de po/asio. sulfato de sodio y yodo. Las salmueras del Salar de Atacama con/ienen altas concentraciones de litio, po/asio, sul/a/o. hora y magnesio. Lu anterior, junIo a las favorables condiciones naturales del desier/o de Atacama. permite que SQM sea uno de los productores de más hoja costo a nivel mundial de cloruro de potasio. carbonato de litio. sulfato de potasio y ácido bórico. SQM utiliza el cloruro de potasio en conjunto con el nitrato de sodio proveniente del caliche como materias primas en el proceso de producción de nitrato de potasio. La integración en la obtención de ambas materias primas así como la eficiencía en el proceso productivo SOI1 los fundamentos de los bajos costos de producción de nitrato de potasio.

La Compaiiía vende sus productos a más de 90 países. Para este propósi/o, SQM mantiene una red mundial de distribución compuesta por más de 20 filiales, con oficinas comerciales. hodegas y plantas de mezclas. generando importantes economías de escala y 1111 l11e;or sen'icio al cliente.

SQM es una empresa líder en los distintos negocios en los cuales participa. Sus principales "en/ajas competitivas son: la canlidad y calidad de sus reservas nalurales. el bajo casIo de producción. el knolV-holV lecnológico de sus procesos produclivos y la complela red comercial en contacto directo con los clientes. En 1998 las venias lulales de la Compañía disminuyeron en un 1,5 % respecto de 1997. a/can:ando los US$ 505.7 millones. (/n 79.15 % de las ventas totales correspondió a exportaciones efectuadas a más de 90 IJaíses.

218

AII'l"o G(lIIzález Lelelier

"e/ltas por Area de Negocios (/998) Fertiliza/ltes de Especialidad ¡'odo J' Litio Q/límicos I/ldustriales Otros

46 % 28 % 14% /2 %

, "e/Itas por ZO/la Geográfica (/998) Europa Clrile ;VO rlelllllériclI LIIIi /1 ollmérica . 1.Iill .r Ocell/líll

32 % 2/ %

2/ % 17 % 9 % ".

~19

Riquezas minerales lIe Chile a nivel munllial

FERTILIZANTES DE ESPECIALIDAD "Con el inicio de la producción de sulfato de potasio durante el segundo semeslre de 1998, SQM se ha convertido en el productor y comercializador de fertilizantes de especialidad más imporlante a nivel mundial. Los fertilizanles de especialidad tienen ciertas caracteríslicas y propiedades que los hacen ser produclos de mayor valor agregado con respeclo a los fertilizantes de tipo commodity. El mercado de ferlilizantes de especialidad representa aproximadamente el 2 % del mercado mundial de ferlilizanles. con grandes pOlencialidades de crecimiento futuro. SQM produce cualro fertilizantes de especíalidad principales y más de 200 mezclas de fertilizantes adecuadas a las necesidades parliculares de determinados agricultores. Los fertilizantes de SQM son: • • • • •

Nitrato de potasio Nirraro de sodio Nitrato sódico-potásico SlIlfalo de potasio Más de 200 mezclas específicas adecuadas a los requerimientos de los agricullores

Los fertilizantes de especialidad de SQM lienen ventajas técnicas respeclo a los fertili::antes de tipo commodity (como por ejemplo la urea y el cloruro de potasio). Estas ventajas son propias a su composición química y de la forma de aplicación, que se rradllcen en una mayor produclividad y calidad de los cullivos. Las principales ventaias de los fertilizantes de especialidad producidos por SQM son: •

Lihres de cloro

• • • •

Permiten una rápida ahsorción por los cultivos Ayudan a reducir y regular la acidez de los suelos 100 % solubles en agua 100 % de origen natural

La presencia de cloro afecra la calidad y rendimienro de ciertos cultivos. En estos casos, el nirralO de potasio J' sulfato de potasio son las principales alternativas como fuentes de porasio libre de cloro. Adicionalmeme. los fertilizantes de especialidad de SQM conlienen nilrógeno nítrico (nitrato de potasio, nitrato sóduco potásico y ni/ralo de sodio) . que es absorbido más rádida y eficientemente por la planta. Los ferlilizanres commodity de origen amoniacal 220

Alvaro González Letelier

(COIIIO la urea) son lenlos e ineficientes en el proceso de ahsorción, ya que necesiwn una reacciún química previa que convierta el nitrógeno amoniacal en nitrógeno nítrico. Este proceso, además, aumenta la acidificación de los suelos haciéndolos menos apropiados para cultivos sensibles como las verduras y hortalizas, Una de las mayores ventajas de los fertilizantes de especialidad de SQM es que son lOO % soluhles en agua, Esta característica es muy importante para técnicas de agricultura como lo f¡idroponía (cultivos sin suelo) o el riego por goteo. Los (ertikantes usados en estos cultim,l' dehen ser soluhles, pues se aplican disueltos en el agua de riego. f;n la medida !fue lo agricultura adquiere un mayor grado de tecnificacirín. estas y otras técnicas son cada I'e~ lIuís alllpliamente utili~adas porque permiten aumentar los rendimientos, la calidad de los cullivos y disminuir el consumo de agua, La creciente escasez de agua y su aumento en el costo han sido .Iúctores Ifue han impulsado el crecimiento del uso de estas técnicas. I 'recimiel1los importal1les en estos usos permiten Ifue el mercado de /ertili~antes de especialidad cre~ca mús rápido Ifue el de losfertilizantes commodity. t )¡ ros /úclores llue perll1iten If ue los /ert i lizantes de especialidad sean un segmento de aito tTecimieIJ/o son el incremento en el costo de la tierra)' la mayor demando por productos

de alta calidad. moderna pril'ilegia el culliw) de los productos de mayor valor lI}!.n!K(u./o CL'rco de los principales centros de cOl1.l'umo. Esto permite llegar con productos en /orma más rápida y reducir costos de transporte. El alto eosto de estas tierros f¡a ohligado o los ogricullores f¡a aumentar la productividad de sus cultivos. f.o lIj.!,r¡cultura

1,0 n/pido ahsorción y lo calidad de los mariel1les aportados por los /ertili~antes de l'Slll'ciolidod de SQM perllliten inCl'emel1lor significativamente la calidad de ciertos cultims. IAlonlerior, en conjunto con el aumento en los rendimientos de producción. es lo 1'101'1' del olIo crecimiento experimenlodo por los /¿"'Iili~antes de especialidad en los ¡;!ri/1/os

W70S.

SI)M rende susfertilizul1les de especialidad en más de 90 países, utilizando para ello 11110 amplio red de distrihución. 1,0 ('ompañía cuenlo con /iliales y oficinas de representación en los cinco col1linentes así como con plantas de mezclas en Chile, México, J'¡'ancia, liélgica l'los Lmiratos Arahes Unidos.

SI)II/, a Irtll'és de SOlfuilllich I 'olllerciol ,<;'.A.. es el lIIayor distrihuidor de /ertili~al1les en ('f¡ile, totalóllldo \'enlas 1)(11' USS 93,8 millones en 1998 En el caso de Chile, a diferencia de lo 111((' SI)A1reoli~o en el resto de los mercados, en conjUl1lo con la comercioli~ación de fálili~antes de especialidad la compañía distrihuye /ertilólI1leS cOllllllOdity. I 'on esto, SOlfuilllich COlllerciol SAo logra llegar CO/l lo lIuís amplia gama de productos a sus clie/lles, permitiéndole mantener su [Josiciún de liderazgo en e/mercado local.


Un ejemplo de la creciente expanslOn geográfica de la venta de fertilizantes de especialidad es la asociación entre SQM Nitratos S.A. y Mineag uno de los principales distribuidores de fertilizantes en Sudáfrica. Esto permitirá a SQM expandir sus ventas al Sur de Africa. ampliando así alÍn más la cobertura mundial de la empresa. El sulfato de potasio complementa la ya amplia gama de fertilizantes de especialidad de SQM, permitiendo ampliar la base de clientes y penetrar nuevos mercados, así como de entregar una mayor diversidad de alternativas a los clientes de SQM En diciembre de 1998, SQM anunció la asociación con el principal productor mundial de fertilizantes, la empresa noruega Norsk Hydro A.P.A. para construir en conjunto una planta de Nitrato de Potasio con capacidad de 160.000 ton. La planta estará finalizada y en operaciones a fines del año 2000 y permitirá aumentar la capacidad de producción de Nitrato de Potasio a aproximadamente 650.000 ton anuales, lo que la convertirá en el productor más grande del mundo. En los próximos dos años SQM completará su plan de expanSlOn de producción de nilralos, superando el millón de loneladas de capacidad anual y en conjunto con una producción de 250.000 Ion anuales de sulfato de potasio. De esta manera, SQM espera mantener y reforzar su liderazgo en ,odos los productos de la gama de ferlilizanles de especialidad. "

222


DESARROLLO DEL PROYECTO DEL SALAR DE ATACAMA ".., fines de 1993. SQM adquirió el Proyecto Mimal conlajinalidad de producir cloruro de pO/llsio. carbol/ato de litio, sulfato de pO/llsio y ácido bórico mediante la extracción de las salmueras ricas el/ estos minerales desde el suhsuelo del Salar de Atacama. Este proyecto desde un inicio ad/fuirilÍ \'ital impor/llncia para la compwlía ya /fue le permitiría all/o ohmtec<'l'se de C!Ortlro de pota.l'io. materia prima fundamental para la producción de nitraw de potasio. reduciendo así si~nificativameme sus costos de produccilÍl/ l' I}('rmitiendo a SQAI consolidar su posicilÍn competitiva en e/mercado de /osfertili:ames de especialidad .4simi.lmo. la explotación de los otros minerales del salar serían la hase de la cXIJlIl/Siún de lo ('om,wiiío en nuevos productos, sustentando de esta manera su (Teí' i /11 i l! 11/()

Ji" uro

/Juronte 1'1'18. SQ'\/ t<'l'mimi lo constrtlcciún de las pllllnas de sulfato de potasio.\' úcido !>úrico '1ue correspondían o la lercera etapa del desarrollo Salar de Atacama. Clorlll'O de Potasio ( 'ollslrtlcción de uno planta con capacidad de Jlllllllllllon anua/es de e/oruro de potmio poro uso como materia prima en la producción de nitrato de po{{/sio. Inicio de la l}ruducciril7 en 1995. · Implioción de la produccirin a 5110.000 I(m anllales. Carbal/ato de Utio ('oll,trtlcciún dI' /1110 plomo COII capacidad de ]2.000 ton lIInwles de corhol/ato de litio. I",rmiliendo o SQ¡\f ser el principal produclor mll/ulial de este prudllclo 01 más hoio cmto IlIicio de lo produccilÍlI en 199rl. FSI"m.liún de 1(/\ úreas de negocios de la ('omlJaiiía con la imrodllccilÍn de este 11111'1'() IlI'odllcto • Sulfato de Potasio ('ol/Strllcciún de 111/(/ plonlo con capacidad de 2511.11011 tOIl anllole.1 de sulfitw de potll.\io I'·.'te producto comp/emema lo goma de f<'l'lili:ontes de especialidad de lo compllllío Inicio de la prodllcciún el/ 1998. • Acido Bórico ('onstrtlccilÍn de 111/0 ploltlo con capacidad de 16.000 ton anuales de ácido hórico. Este I,roduelo complementa lo gamo de /fllímica.1 industriales de la compañía. Inicio de lo IlI'odllcciún en 1'196"


YODO YLITIO "SQM es el más importante productor y comercializador mundial de yodo y carbonato de litio. En 1998 las ventas de este segmento fueron US$ 142,3 millones, cifra superior en un 13.9 % con respecto a las ventas del año anterior. En 1998 SQM mantuvo y reforzó su liderazgo mundial en el mercado del yodo. La producción está concentrada en Chile. Japón y Estados Unidos. Chile es el principal productor con una participación de alrededor del 51 % del mercado mundial. con una participación aproximada a un 31 % de la producción total. Durante 1998 SQM vendió su producción de yodo y derivados en 60 países, destacando principalmente los mercados de Europa y Estados Unidos. Los productos de yodo y derivados de yodo de SQM cumplen con los estándares internacionales de calidad. Además, la Compañía cuenta con certificación ISO 9002 para su organización. instalaciones y procesos productivos. De esta forma SQM ha sido capaz de responder a los requerimientos de calidad y servicio de sus clientes, los que participan en mercados altamente competitivos y de alta exigencia. El yodo, en forma de prills o ¡{ránulas desarrollado, por la Compañía bajo patentes registradas, ofrece claras ventajas de manipulación y aplicación en procesos industriales tecnificados. SQM e.I' también el principal productor y comercializador de derivados de yodo a nivel mundial. Para esto. SQM participa en un joint venture con plantas en Chile, Estados Unidos y Europa. En este segmento, la compañia tiene una participación superior al 20 %. En 1998 se comenzó la producción de yoduro de metilo en Norteamérica, este derivado orgánico tiene un interesante mercado actual y potencial en diversas aplicaciones. El yodo es un elemento esencial para el ser humano. La insuficiencia de yodo puede causar enfermedades como retardo mental y de crecimiento en los niños, así como bocio. Por esto la principal aplicación del yodo es la de la yodación de la sal. El yodo también juega un papel muy importante en medicina, está presente en antisépticos. desinfectantes y jabones quirúrgicos, también constituye un componente principal de los medios de contraste inyectables para examenes de rayos X y se usa direclamente o como intermediario en la producción de antibióticos. corticoesteroides, antiarrítmicos y múltiples aIras aplicaciones farmacéuticas, En la actividad industrial, el yodo y sus derivados se encuentran en innumerables aplicaciones, principalmente en desinfectantes para la industria lechera, nutrientes para

224

Alvaro González LeteJier

olimenlación animal. biocidas para pimuras, fibras de nylon. películas fotográficas, catali=adores para síntesis orgánicas, herbicidas y colorames. El significalivo aumento de la demanda por yodo registrado en los últimos años ha provocado una sostenida recuperación del precío de este producto. No obslanle, hacia fines de 1998 se observó una estahili=acíón en el mercado, asociada a un menor rilmo de crecimiento de la demanda y a una mayor disponibilidad del producto. SQ'\l produce carhonato de litio a partir de soluciones de cloruro de litio obtenidas en el Salar de Atacama. enjórma complementaria a la producción de cloruro de potasio. n,cha.l· soluciones son posteriormente procesadas para producir carbona/() de litio en una plonla uhicada en las cercanías de Anlofagasla. I,'n 1998. segundo aiiu de producción y comercialización de carbona/() de litio, SQM olcan=ó una posición de lidel'{cgo en el mercadu mundial, con una participación eSlimada dd 30 '\0 en el mercado tutal del carbonato de litio, con una amplia diversificación ,\!.t'ognUic(I y c/e c/iellfe.\ La estrategia comercial de S{}Af ha sido clave para alcanzar esta

"""iciólI de titler(cgu. SQAI comerciali=a este pruducto a tra\'és de su red de distribución l/l/Indio!. elllregando un producto de muy alta calidad. 1,'1 mercado mundial de carhonoto de lilio concenlra su producción hásicamenle en Chile y 1:'1'" [FU. teniendo SQAJ recursus de gran cantidad y calidad que la posicionan como la 11I'IIIcipol fuenle de corhonalo de lilio en elfuluro. lo "nlmdo de SQAI olm"rcado o principio.\ de 11)1)- el precio del carhunalo de litio registró IlIIa caída cercana al 50 %. Este nuevo escenario de precius ha provocado el cierr" de operaciones pruductims de airo costo en Rusia. Australia, China y Estados ( nulos. las que han sido sustiluidas en su mayor parle por el carhonato de litio de SQM. I)¡mllllc 1998 los I,recios han lendido a e.l'lahili=arse en un nivel sustancialmente inferior al 'Iu" "l'istia onl"s d" 1" entr"da de SQ.\l. Esle ni"e/ d" precios permite esperar aumentos Iml"II'/(III/es en 1" dem{//ula en elfllluro así como el des"rrollo de nuevas aplicaciones. ('01/

1(1.1' principales usos del carhona/o de liliu y sus derivados se encuentran en las industrias d" cerámica. ,·idrio. aluminio. grasos luhrical/les y haterias recargables. Dichos mercados Ion oltamellle especioll=ados. exigiendo IIIU/ cadena de distrihución lecnificada. como la 'Iu" SQAJ pos"e o lravés de susfiliales comerciales"

225

Riquezas miuerales de Chile a "ivelllllll/dial

QUlMICOS INDUSTRIALES Durallte 1998, las ventas totales de químicos industriales fueron de US$ 70,3 millones, representando un 13,9 % de los ingresos totales de la Compañía, y significaron un aumellto de 1,2 % respecto a las ventas de este segmellto durante 1997. Actualmente SQM participa en el negocio de químicos industriales con cuatro productos principales: nitrato de sodio en tres grados de pureza (industrial, refinado y técnico), nitrato de potasio de ¡(rada técnico, ácido bórico y sul(ato de sodio. Con la finalización de la tercera etapa del desarrollo del Salar de Atacama se incorporó el ácido bórico como nuevo producto a la canasta de químicos industriales. Los principales usos del ácido bórico son en la fibra óptica, vidrio y cerámicas, entre otros. Con una inversión de USS 8 millones y una capacidad de 16. 000 toneladas anuales la Compañía se posiciona como uno de los productores de más bajo costo a nivel mundial. Durante 1998 los volúmenes de venta fueron afectados por menores ventas a algunos países afectados por la crisis asiática. A pesar de este efecto, las ventas totales del área aUlllentaron debido a mayores ventas de sulfato de sodio y al inicio de las ventas de ácido hórico durante el segundo semestre de 1998. En la produccián de nitratos industriales SQM se beneficia del proceso de producción integrado que comparte con los fertilizantes de especialidad en base a nitratos. Esta illtegración permite fácilmellte a la Compañía alocar su producción en nitratos, industriales o fertilizantes de especialidad en base a nitratos dándole una mayor flexibilidad y permitiéndole maximizar sus utilidades. Los productos de la Compañía se caracterizan por ser insumas fundamentales de una variada gama de industrias de alta tecnología y exigentes requerimielltos, ubicados hásicamente en paises desarrollados. Los quimicos industriales son productos de alta pureza utilizados, por ejemplo, en el proceso de fabricación de vidrios de alta resolución para pantallas de computadores y televisores, en la producción de cerámicas y explosivos, en el tratamiento de metales, en procesos de blanqueo de celulosa y papel y en la fahricación de detergentes. SQM vende y distribuye sus productos a través de su red de distribución global de filiales comerciales y distribuidores especializados ubicados estratégicamente alrededor del mundo. logrando así importantes economías de escala en la distribución del producto. Todo esto le genera una significativa I'entaja competitiva respecto de su competencia. El año 1999 marca el inicio de una nueva etapa en el desarrollo de SQM El desafio es consolidar las inversiones reali=adas en los últimos años con el ohjeto de aumentar la

226


rentahilidad de los activos y manteller el liderazgo a nivel fertili:antes de especialidad, yodo y lilio.

mundial en las oreas ele

{'aro lograr lo anterior, lo Compañía se concentrará en dos áreas específicas: el c/".wrrol/o de .1'11.1' mercados en coniuntu con el fortalecimiento de su cadena comercial)' la r"c/uccilÍn de coslos de proelucción mediante el aumento de la productivielad ('onlafil/alidod de potenciar ellider(q~u de SQM en cada una ele sus úreas de negocios se CI/ll/illlumí con lo in/roducciril1 de nuel'as y !luís comple/IIS me:c/as de fér/ili:wl/es paro liSOS específicos y l!I desarrollo de nllew}S productos deriwu/os de yodo y ti¡jo ,·ldiciol1l1lme1lle, "(' husclIníll aClU!rtlos y a.\oc/{fC;Olles CO/l empresas complementaria., 1I la., h"hilidoc/e.1 de SQ,II. COIl.H'cuentemen/(' con esto política. el mes ele diciemhre de 1998 .\'1),11 logní /11/ al'uerdo con el ma.l'llr produc/or mll/uliol de /er/ili:antes. lo empr".\O ,\'ol'/lego i\'orsk I/I'elro. poro lo construccirin coniunta de 1I//lI planta de ni/ul/o ele po/(l.lio "" ('hile ..


FUENTES DE MATERIAS PRIMAS DE SQM y PRODUCTOS OBTENIDOS CAL/CHE:

I Y JI REGION

SALAR DEATACAMA:

11 REGION

CAL/CHE

NITRATO DE SODIO

SODIO

SULFATO DE

CLORURO DE POTASIO (del salar)

NITRATO DE POTASIO

NITRATO DE SODIO INDUSTRIAL

NITRATO DE POTASIO TECNICO

YODO

DERIVADOS DEL YODO

SALMUERAS

CLORURO DE POTASIO

228

CARBONATO DE LITIO

SULFATO DE POTASIO

A C/DO

BORICO


RESERVAS DE NITROGENO EIl el mil/Ido podemos distingllir dos tipos de reservas: l. Reservas sintéticas. Del amoníaco silltético. 2. Reservas natllrales. Salitre chileno.

l. RESERVAS SINTETlCAS Como se dijo anteriormeme la expresión no es correcta. pero está aecptada universalmente cn el lenguaje y la expresión salitre sintético engloba los productos fertilizantes: urca. nitrato de amonio. sulfato de amonio. etc .. que se fabrican a partir del amoniaco que se ootiene por sintesis del ¡ + 3H¡ ----. 2 H J • La.\' "u/ferias prilluu luarltl.\' so,,:

N,: l.

que se ootiene por destilación fraccionada del aire líquido: aire aprox. 78 fuente prácticamente inagotaolc.

11.,: al Del ga, natural. que contiene 90 ... 94 o o de metano (CH 4 ) ol Por electrólisis del agua.

00

de

.

La prodllcción mll/ulial de/amoníaco se mllestra en el clladro 6.1 . Según estadísticas de U:.llll .. el R6 % del amoniaco se usa en la faoricaeión de productos tl:rtilizantes (urea. nitrato de amonio. fosfato de amonio. etc.) y el resto se usa en la ootención de l'XplllSi\ os. (joras sintéticas. productos plásticos. resinas. cte.

1·\ mayor productor Illundial de

'hesChina(IO). seguido de EE.UU. (2°) e India (3°).

2. RESERVAS NATURALES: SALITRE CHILENO I os últimos estudios soore reservas de los yacimientos minerales de salitre de Coile. hacen rl'!"ercneia a estudios realizados por Cieorge Eriksen. Se muestran en l'i cuadro 6.2.


CUADRO N°6.J PRODUCCION MUNDIAL DE AMONIACO (Miles de Te.) PAIS Estados Unidos Canadá China Alemania India Indonesia Japón México Paises Bajos Rusia Trinidad y Tobago Ucrania Otros Paises TOTAL MUNDIAL FUENTE:

U.s.

PRODUCCION 1998 1997 13.000 13.200 3.800 3.980 25.000 24.000 2.470 2.600 9.300 8.600 3.600 3.770 1.400 1.570 1.450 1.600 2.300 2.500 5.000 7.l50 2.000 1.800 3.400 3.500 27.500 27.400 101.000 101.000

Gtologlc:al Surwy, MlntNl/ Commodity Summaril!S, Jan"ary 1999

CUADRO N° 6.2 RESERVAS DE N] NATURAL EN LOS MINERALES CONTENIDOS EN EL CAL/CHE CHILENO (En millones de TM)

Localización Tarapacá Antofagasta Taltal TOTAL FUENTE. Póg ZBJ. Re! /O

230

NaNO] 75 - lOO lOO - 150 30-50 205 - 300

Yodo 0,3 -0,6 0,4 - 0,8 0,1 - 0,2 0,8 - 1,6

Bórax 4-6 5 -12 1,6 - 6 10,6 - 27

Alwlro COllzlÍlez Le/e1ier

EXTRACCION DEL SALITRE: PROCESO GUGGENHEIN Modificaciones al Proceso GlIggenltein I.as modificaciones más importantes introducidas al siguicntes: Millll,",

Proceso Guggenhein, son las

Cambio de equipos de earguío por sistcmas de palas)' rctrocxcavadoras más

mo(lernas,

Extracción del Salitre Proceso GIIggl'lI"/'ill

(lIIodi/icl!cifllll'S;11/I'OJllc;d(/s)

Para cI)l1lprcndcr csh: procc.:so prCSl:l1ta111oS un esquema global sintctií'ado (que se 1ll1lL'stra

IOn él diagrama 6,1) IOn qLle aparc"en solo las prineirJales etapas del pnKeso \ postcriormcnte sc hace una descripción más dctallada, St)M, cs duci\a de las Plantas: Pedro de Valdi\'ia, María E1cna )' dc los pOlOS de h aporación Solar. Ctln las correspondicntes pcrtenencias dc algunos yacimientos dl' Calichl', SQM se ha preocupado fundamentalment" c,n los últimos ailos de mejorar \ ol'timi/ar alnú~imo sus opcraciones) au!omizaeiún de los controles dc procesos, (20 ''lo del caliche molido) se cambia la filtración antigua de lillros tipo i\!Oll1'l' por d sistema aclllal que consiste en I"rmar con d lino una borra denominada "SllIrrr" Ctln agua \' soluciones débiles. La pulpa se transporta por tuberías hasta las hotaduras o tranques donde se deseargajunto con un Iluin de agua que la\'a la parte gruesa,

I.ixil'i(/cilÍlI defill(/s.

TRATAMIENTO DE FINO CON FILTROS MOORE (/",1/<' /ru/l!III;I'/1/fI .\(' 11.1(; fU/sIl! (/hl'i/ de 11.)81)

l\\nsistia en ml'/dar los linos con una solución débil )' en caliente cn transportadorcs dc c'spiral Se '"nnaba una borra o slun)' quc se liltraba en filtros Moore, Este tipo dc Jiltros consiste en un marco rectangular de tubos perllJnldns sobre los cuales se coloca una tda liltrante'. 1:1 marco)' la tela '''1'1nan lo que se llama una "hoja": el conjunto dc cuarenta hujas CUllslitll)'e un canasto.todo el conjullto l:Slú concctado a un sistcm'l dc \, ..teío. I.a

p\anta dc filtros está fl11'1nada por varios canastos \' estanques quc contiencn los líquidos quc' dcbcn ser liltrados Los canastos son trasladados por un pucnte-grúa \ sumergidos cn 231


los estanques, se aplica vacío y la solución pasa del estanque a través de las telas filtrantes al interior del marco y tubo central de vacio. La solución clara (solución concentrada) sigue y se mezcla con las otras soluciones concentradas para continuar el proceso. Las partículas sólidas quedan retenidas en la tela filtrante formando un queque que se envía a botaderos. (Este proceso ocupaba mucho personal).

NUEVOS TRATAMIENTOS DE FINOS En este nuevo proceso de finos, éstos se mezclan con agua y/o soluciones débiles. La pulpa formada se impulsa a través de tuberías y es descargada a un botadero o tranque conjuntamente con un chorro de agua que lava las partículas arenosas arrastrándolas hacia el piso del botadero. En el botadero se produce una lixiviación de las partículas sólidas, obteniéndose una solución clara que se acumula en la fosa central. Esta solución se succiona con una bomba "chupador flotante" y se lanza a pozos de Evaporación Solar.

En este proceso, sucede lo siguiente: -Con la formación de la pulpa, se disuelve el 20 % de los finos, los que pasan a la fase líquida; -El nitrato contenido en los finos se disuelve en un J 00 % ; -El yodo contenido se disuelve en un 88 % ; -El botadero en que se realíza la evaporación solar de las soluciones posee un área media aproximada de 100.000 m], con una tasa media de evaporación de 5 It/m] x día.

232

DIAGRAMA N° 6.1 SALITRE: PROCESO GUGGENHEIN (simplificado) PEDRO DE VALDlVIA

POZOS DE EVAPO RAClON SOL.4R

LlXIVIAClO.Y

POZOS DE:

Percolaci6n ~nl' ¡tacional dI.' sol. diluidas en cachuchos SO

0/0

j.!rut"o

220 ro largo 200 ro ancho 1.5 m profundid:td

soluciones

•

diluidas

,\1I.\A 15000 a 30000 1 de ('afiche eDil

6a8°/0 ll'~ lit' '\a'\OJ

•

REGRIGERAC,

IfULI/:;SD.-' (; rllesa ( llaneado l'rirnarlO

~

:">\'l'Ulldari(1

It'rda do \'011 Ilar'lIl',ldo, ( ·orn· ... pon
-.20%r."",

~

Illtcánica usand '\II J como flui intermedio

.

u.'\/1 'f.-IClU,\ l'll holHlh'ro...

\'

CRIST.4L1ZAClOS

CENTRIFUGAClON GRANULACION

drl '\a"'OJ en rr;SlaIiZltrOrrl¡ de tubos a 5·10 oc. La le l, de la sol. de .'\a'\O) p. . Resto tll' la sol. \ uele a la St'cdÚnl.l'l:I\'!·\CJO'·

del p.p. de '\'.:\OJ pllra eliominar exceso de 11 10 previo paso por un ('Sllf' sador que también elimi· na ACl'.\

(Torres de 70 mI)

~iluado" en pO.lOI. n piscinas I ransporll' ru forma de Borra~ en canerias "osleriormt'nlc r,aporarión Solar bl}lnqllc~

:;0

IIIlar~l).

:'JaNOj 98.5 % Impurezas: .'\'ael: h:: Mg : S : .\10 : B: Li ...

('1:111('010 JO

tlI

:tllcho.ll

In

}lllo

PRODCCClON SALITRE 1998

CIOIL'C/lOS 10 C}lchucho) con fondu filtr}lnlr

,..>

'"

'~

el NaNO j se funde en hornos y se lanza en forma de lIu"ia ~Il gOlas deol tamaño dI: un grano de arroz

S"SO, + K.\'O, 880.000 TM


GRANULACION El salitre cristalizado y centrifugado se fundía y se lanzaba al fondo de una gran nave o galpón que posee una cinta transportadora para movilizar el salitre granulado. Actualmente se lanza la lluvia de salitre fundido desde lo alto de torres de 70 m de altura en forma directa hacia abajo.

POZOS DE E VAPORA CION SOLAR La construcción de éstos es antigua pero muy posterior a la iniciación de las Plantas de María Elena y Pedro de Valdivia. Precisamente fueron ubicados en Coya Sur, un sector más o menos equidistante de estas dos Plantas para concentrar las soluciones diluidas de ambas. Los pozos son de: 220 m de largo x 200 m de ancho y 1,5 m de profundidad. La planta de evaporación solar cuenta actualmente con diez de estos pozos y cada uno de ellos tiene una superficie de 44.000 m 2. La energía solar muy potente por sus cielos despejados y los fuertes vientos reinantes en la zona del desierto, producen evaporación promedia anual de aproximadamente 5 lt/m 2/día. Estos pozos fueron construidos con un cemento auto sellante constituido por: ripio, piedra chancada y cal apagada (Cemento Freed, en honor a su descubridor). Este tipo de cemento tiene la cualidad de reaccionar con las soluciones precipitando CaS04 que forma una soldadura impermeable en caso de grietas, lo que evita pérdidas de soluciones por filtración. Los diez pozos están interconectados entre sí y se pueden variar las conexiones, y con ello variar los procesos que se pueden desarrollar. Una disposición de las conexiones, es la siguiente: ocho pozos destinados a evaporación solar integrando el proceso de elaboración de salitre y dos pozos destinados a la elaboración del sulfato de sodio anhídrido. A los ocho pozos llegan las soluciones débiles de las Plantas de Pedro de Valdivia y María Elena. La evaporación de agua de estas soluciones va acompañada de una precipitación continua de NaCl y Astrakanita (Na2S04 Mg . S04 . 4H 20). Estas sales son recolectadas por succión por un equipo móvil provisto de una cañería o manguera movible. (Este conjunto se denomina "elefante").

234


El elefal/te se COI/forma tle

1111

"motol/ivelatlor" al cual se le Ita agregatlo:

-Un rodillo dentado accionado por un motor eléctrico y que puede ser subido o bajado según el nivel de las sales en el pozo. -Una bomba centrífuga de succión conectada con una mangllera de caucho movible. que se conccta con la rcd de cañcrías quc conducen a la Planta Dual o recupcradora dc sales. Las sales son succionadas en forma de borra. Estas sales dc desecho son almacenadas en la pampa cn grandes montones formando un stock pila y la solución regresa al pozo de donde sc c:\trajo. Cuando en los pozos la solución llega a una concentración deseada (apros. 400 g.p,!. dc NaNO;). la solución se envía a eristali7aeión para continuar con el proceso de elaboración del salitrc. 1amhit'n cn estos p%s se tratan las soluciones débiles que \ ienen de las plantas de yodo. o sca. por las concsioncs quc poseen sc pueden realizar diferentes camhios en el proceso.

EMBARQUE DEL SALITRE 1'1 pucrto dc Iocopilla es ahierto ) no tiene molo protcctor como Val paraíso y I\ntofagasta. lo quc ocasiona dilicultades cn la carga y descarga de barcos. I\l1liguamcntc la carga) dcscarga sc rcali,aha con lanchones quc descargaban en los costados dc la na\'c. lo que cncarc'cia y dilieultaha las opcraciones. subiendo ademús. los costos de operación por la Illa~ 01 cstadia dc los harcos en pucrtos debido a la lentitud de la operaeióo. Actualmcntc SQ I posce un moderno puerto mecanizado en Tocopilla con un bnl/o articulado tcrminal quc facilita la operación. I:n sil1lcsis las principales modificaciones o transformaciones reali7Áldas en los últimos años por la Clllpresa SQM. son:

a) EII las operaciol/e.\· mili eras b) EII la lixi"iaciáll de filloS c) Po:os tle E1'lIporacióII Solar ti) Gral/ulaciól/ tlel pratlucto fUl/tlitlo e) EII el embarqlle tle ,m/i/re .f) EII '" cOlltroly optimizaciólI de los procesos. ~) lIIodificaciiÍlI y optimizaciólI tle los proce.ws tle obtellciiÍlI de los sub productos del s(lI;lrl.#.

235


Existen otras transformaciones menores no mencionadas en este resumen, pero lo más importante es que existen grandes proyectos de innovación que podrían cambiar el proceso. Muchos de estos proyectos están en etapa de estudio y otros en carpeta. Considero que debemos estar optimistas con lo realizado y con las proyecciones futuras del salitre chileno.

PROCESO DE GUGGENHEIN MODIFICADO Observemos el diagrama que nos muestra una visión global del proceso. Con esta visión panorámica podemos entrar al estudio de las diferentes etapas en forma más detallada para comprender mejor las modificaciones realizadas y deducir las mejoras o cambios posibles que pueden efectuarse en el proceso en un futuro cercano, que como ya se dijo, existen proyectos de innovación en estudio que pueden resultar muy interesantes.

ETAPAS PRINCIPALES DEL PROCESO: • • • • • • • • •

Mina Molienda Lixiviación de material grueso Lixiviación de materialfino Refrigeración Cristalización Centrifugación Granulación Ensacado, transporte y embarque

Mina. Las capas geológicas de la formación típica de los yacimientos salitreros se muestran en la figura 6.2. La figura 6.1 muestra la ubicación de estos yacimientos. La primera capa llamada chuca es blanda, contiene desde O a pequeñas cantidades de nitrato. Tiene un espesor de 0,5 a 2 m y es sacada del terreno con máquinas excavadoras. La segunda capa se llama costra o sobrecarga, es dura y debe ser tronada con explosivos. La tercera capa se denomina caliche, su espesor va desde 10 cm a 5 m y también debe ser tronada.

Perforación. (Estas tecnologías son las más cambiantes). Se perforan tiros verticales con diámetro de 2 1/2". Se usan explosivos del tipo SANFO para la "sobrecarga". El SANFO es una mezcla de: Salitre + Amonium Nitrate + Feul Oil. 236

Alvnro González Lelelier

Se deja la denominación inglesa para comprender el nombre del explosivo que corresponde a las letras iniciales
0"1: 11 ;0.

(También tecnologias cambiantes) Es importante consignar que además de los cambios tecnológicos de cquipos por otros más dicientes, se han introducido modilieaciones en la organización y sistcmas de pagos que han aumentado cn forma importante la eficiencia general de toda la operación minera. I a mina proporciona en la actualidad para Pedro de Valdivia aproximadamente 25.000 (lIn día de caliche quc snn transportadas en forma de grandes bloques hasta de tres a cuatro pies de diúrnl'trn por lcrrncarril d0ctrico hasta los molinos. El Illuh.:rial es descargado dirLTtalllL'nle dc los carros por un sistema de pUCnlL' de volteo llamado "cuila" que eogt.; dos

carros simultáneamcnte y efectúa un semi-giro que permite vaciar la carga a los molinos que se uhican a nivel del terreno.

/IIolielldn,

I·u la Planta de t\tolinos, el material se somete a una reducción gradual de tamai'io de tres elapas de molienda sucesivas hasta obtener trozos ~ 'Ix" de diámetro (tamal'io aproximado de una avellana)

¡" elnpn IIsn dO.I· /l/olillOS slIperior 11,f' CII/~1' de 60"

i

elnpn lI.m cllnlro /l/oli'IO.I· COIIO.I' I:rlleSO,f SY/l/OII.I· de 7' - O" ,( <'Inpn lI.m cllnlro /l/olillo,f COIIOSjillOS SY/l/OII.I' de 7' - O"

1 n sistema de harnems permite separar la parte gruesa (SO "o) de la parte lina (20 I a parte gruesa es llevada a lixiviación en lixiviaeiún en botaderos.

"cachuchos"

0'0)

y la parte lina es llevada a

Lixil'incióII 80 % /l/nlerinl ¡:rueso ell "Cnc!IIIc!lOs"

I liS cachuchos son grandes cstanques de concreto de 50 m de largo x 30 m de ancho y 6 m de altura con capacidatl para 11.500 tonelatlas c/u. El fontlo filtrante tlel cachucho 'e compone tic matlcras que cuhren tudo el '(JI1do de cemento del cachucho. Sobre los :!J7


maderos se coloca la tela filtrante y sobre esta van rieles de acero para defender las telas filtrantes de los baldes de descarga que en la etapa final raspan el fondo para eliminar el ripio y descargarlo sobre los carros de descarga. Estos carros transportan el ripio hacia los botaderos de ri pio o "tortas". Los cachuchos son diez en total y se cargan con el caliche que viene de los molinos llevados por una correa transportadora. Sobre los cachuchos se mueve un puente con otra correa transportadora que coge el caliche de la primera correa mencionada y los descarga en el cachucho en forma homogénea llevándolos hasta aproximadamente dos pies medido desde el borde del cachucho hasta la superficie de la carga de caliche. La operación de lixiviación se realiza en la forma siguiente: Al cachucho cargado con caliche se hace llegar la solución de regreso de cristalización que tiene una concentración aproximada de 360 gIl de NaN0 3 llamado "Agua Vieja" (A.Y.) o Mother Liquor (M.L.) que cubre la carga del cachucho (caliche). La solución A.V. queda en circulación durante un tiempo mediante una bomba que succiona la solución de A.V. por abajo y se descarga por arriba. Este tratamiento se llama 'Treatmen Circulation" (TC). En una etapa determinada existen dos cachuchos en tratamiento de circulación TC¡ y TC2. En el ciclo de lixiviación se puede operar con cuatro cachuchos: el cachucho TC 2 (tiene ± 24 horas de tratamiento de circulación) se conecta con otros tres cachuchos y pasa a llamarse cachucho en S.S. (Strong Solution) que envía solución concentrada a cristalización. Los otros tres cachuchos conectados en serie pasan a llamarse 13.12, 1I . La operación de lixiviación en ciclo se efectúa por percolación gravitacional del disolvente tibio. de tal manera que el caliche dentro de los cachuchos es sometido a un proceso de agotamiento sistemático mediante contacto con soluciones de a 0 3 que al comienzo son concentradas y que van siendo desplazadas por soluciones de concentración cada vez menor. con el objeto de mantener en todo el ciclo de lixiviación una velocidad elevada de extracción. La sección de lixiviación se considera como el corazón de la industria y se pueden hacer otros tipos de lixiviación como por ejemplo, ciclos de tres cachuchos u otros tipos de cambios.

Lixiviación de finos 20 % Los finos que se obtienen en la molienda corresponden a aproximadamente 20 % del total del caliche. Estos finos se mezclan con agua y soluciones débiles para formar una pulpa que es transportada por cañería y descargada a un botadero de finos. El botadero de finos es un pozo o piscina donde se descarga la pulpa o borra conjuntamente con agua que lava las 238


partículas arenosas arrastrándolas hacia el piSO del botadero (ver nuevo tratamiento de linos). La solución clara que se acumula en la partc cenlral del pozo se succiona mediante un "chupador Ilolante" y se lanza a pozos de evaporación solar para su concentración.

RefrigeraciólI - CristalizacióII Las soluciones concentradas. tanto de la lixiviación en cachuchos como la de los pozos de evaporación solar. son enviadas a la Plallla de Crislali/.ación o Refrigeración. ¡:n la Planta de Refrigeración el enfriamiento se consigue en dos etapas: la primera usa soluciones de nitratos fríos en contra corriente con el líquido a cristalizar y en la segunda clapa se emplea refrigeraciún provocada por vapori'.<1ciún de 11, líquido. El equipo de refrigeraci()n se compone fundamentalmente de: a)

l/na halerí" de siele

cOlllpre.\"ore.\"

de NII f

•

cada

1/110

de

/0,\' clla/es

posee dos

cililldros I'erticales de simple efecto de 18" de diámetro por 20" de carrera. Cada mtÍqllilla es 11101'ida por 1111 motor sillcróllico de 500 IlP Y 150 RPM. h) Ocho estllllqlle.~ de refrigeraciólI o cristalizaciólI de IIJ' 1" de diámetro illterior por 31' 2" de altllra y 1" de espesor. Cada refrigerador cOlista de 530 tllbos de acero e.•pecial. e) f 'eillte cOlltlell.\"{u/ore.\ c(}lljorlllflll el súlellUI tle condellsacián. Cada condensador \'ertical tielle: 4' 3'/..., de diámetro illterior por 16' lO" de allltra total. EII Sil illterior IIel'll 2.54 tllbos de acero especial. I:n los cristall/adorl's el frio producido. se transmite a las soluciones concelllradas en aNO,. provocando la cristalización de éstos. ¡:stos cristales muy linos forman una pulpa lJlIl.' pasa

i.1

la ~lapa siguiclltl..'.

('elltrifllgacilíll I a pulpa formada se espesa) decanta en espesadores Dorr ) luego sc centrifuga en una hatl'l"Ía de centrífugas de Cl'sta donde sc elimina agua. las pequeiias partículas sólidas. 1'1 salitre cristali/ado es higroscópico ) absorhe humedad. formando masas compactas dilicik, dc lllallL'jar.

GrtllllllaciólI I'<'r L'sta r;l/ón. en la Planta Granuladora. el salitrL' cristalizado se funde en hornos de re. L'rbero a 320 oC - 340 oC y se bombea esta masa rundida a lo alto de torres de 70 m.

239


de altura de donde cae en finas gotas. Las gotas de salitre son enfriadas por una corriente de aire frío ascendente y caen al piso en forma de pequeñas bolas sólidas de 1/8" de diámetro semejante a un grano de arroz. Este salitre en forma de bolas se designa con el nombre de salitre granulado. El salitre granulado pasa por harneros y posteriormente a intercambiadores de calor tubulares, bajando la temperatura a 40 oc.

El/sacado, Transporte y Embarque

El salitre granulado se lleva enseguida a bodega de almacenaje para ser ensacado y/o a silos de almacenamiento para ser embarcado a granel o en sacos (ver figura 6.3). El salitre chileno o NaNo) tiene una pureza de 98 % Y contiene pequeñas cantidades de cloruro de sodio. sulfato de sodio, bórax, yodo (al estado yodado), perclorato de potasio, Magnesio, calcio, litio, molibdeno y otras sales que en conjunto forman las impurezas llamadas "vitales" del salitre natural, porque son esenciales para las plantas.

Producción del Salitre

La evolución de la producción del salitre y la historia de este producto, se resume en los cuadros siguientes:

240

AiI'aro Grl/lztÍlez Letelier

FIGURA N° 6.3 OFICINA SALITRERA PEDRO DE VALDIVIA PROCESO GUGGENHEIN

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1" PRODUCCIÓN ANTES DE LA GUERRA DEL PACÍFICO

CUADRO N° 6.3 EXPORTACION DE PERU POR QUINQUENIOS AÑO

PRODUCCION (Qtles.Españoles)

1830-1834 1835-1839 1840-1844 1845-1849 1850-1854

361.386 761.349 1.592.306 2.060.592 3.260.492

CRONOLOGIA DE LOS CAMBIOS DE PROCESOS Y DE LOS PRINCIPALES EVENTOS RELACIO ADOS CON LA INDUSTRIA SALITRERA Proceso usado: Oficinas de "PARADAS" Característica principal del proceso: calentamíento a fuego directo en fondos de cobre o de fierro.

En 1852, Chile inicia la producción de yodo. 1855-1859 1860-1864 1865-1869 1870-1874

5.638.763 6.979.208 10.594.026 22.817.110

Proceso: Oficinas de Máquinas. Sistema ideado por Pedro Gambioni en 1853. Empleó vapor de agua en la lixiviación. Usa caliches de alta ley. José Santos Ossa, descubre salitre en Aguas BlancasAntofagasta. Es pionero en las Salitreras de la Regíón; esta industria marca el nacimiento de Antofagasta. Participó en esta empresa el Ingeniero chileno Francisco Puelma.

1875-1879

26.795-625

En 1876, el Ingeniero inglés Santiago Humberstone, aplica el proceso Shank en la industria salitrera _Oficina San Antonio-. El proceso permite operar con caliches = 13 % ley NaNo J disminuye pérdidas en los ripios, aumenta el rendimiento.

,

Lixiviación a 100 oc. FUENTE: Usear Buudtz. HistorIo del Salitr~. Ed Uni~trs¡dadde Chil~, 1963.

NOTA: Al pie de la tablo ti autor onola: Las cifras anotadas hasta tI quinquf'nio 1865-/869, atdn lomadas lit las Memorias d~ la Delt'god6n Fiscal de Salitreras (uproducidas por Semptr y Miche/. Apindiu de la Obra y aIras autores). Las correspondientes a los dos qllinquenios últimos 1870-1874 y 1875·1879 d" Miguel Cruchaga (Salitu y Guano. Obras. Tomo YII, Madrid 1929).

242

Af¡'oro González Le/elier

CUADRO N° 6.4 PRODUCClON DE SALITRE DESPUES DE LA GUERRA DEL PACIFICO AÑO

PRODUCCION EN 10' T.M.

1880 1881 1882 1883 1884 1885 1886 1887 1888 1889 1890

224 356 492 590 559 436 451 713 767 951 1.075

I H'> I

H62

18n 1893 1894 1895 1896 1897 1898 1899 1911U 1901 19112 19113 19114 19U5 1'1lI(,

1907 19118 1909 1910 1911 1912 1913

1914 1915 1916 1917 1918 1919

CRONOLOGIA DE LOS CAMBIOS DE PROCESO Y DE LOS PRINCIPALES EVENTOS RELACIONADOS CON LA INDUSTRIA SALITRERA La introducción del Proceso Shanks y la cntrada de nucvos capitalcs lleva a un gran auge a la Industria, que desde 1880 todo el territorio ('n que se encuentran los yacimientos

salitreros pertenecen a Chile. Estc crecimiento se visualiza desde 1880 hasta 1930 por el aumenlo conSlante de la producción y IlOr el crecimiento del número de personas que

trabajan en la Industria.

A·O

804

'no 1.103 1.260 1.158 1.149 1.284 1.390 1.460 1.274 1.4UU 1.445 1.488 1.670 1.822 1.846 1.971 2.111 2.465 2.449 2.493 2.738

1.847 2.023 2.988 2.777 2.979 2.207

o

1880 1890 1'100 191U 1920 1930

FUENTE: Cien Años de

DE PERsa AS 2.848 13.060 19.672 43.533 46.254 44.100

linería ell Chile. (Patrocina

SO AMI)

PRI 1ERA GUERI{A 1UNDIAL. Los años prc\'ios al J!ran conflicto bélico. los grandes países se preparan para la J!ucrra. Se balen todos los records de producción del Salilre. El gran aUIllCJllO del consumo se debe al uso de Salitre en la

243


fabricación de explosivos.

1920

2.051

1921 1922 1923 1924 1925 1926

613 2.106 2.176 2.566 2.249 1.545

1927 1928 1929

2.872 2.961 2.199

Construcción de la Oficina Maria Elena ( 1927 ) Proceso Guggenhein.

1930

1.682

Construcción de la Oficina Pedro de Valdivia ( 1930 ) Proceso Guggenhein. Caracteristicas principales: a) b)

Requiere Caliche mínimo 7 % ley NaNO, Lixiviación en cachuchos de 50 x 30 x 6 m a temperatura de 40 oC e) Recuperación racionalizada del calor d) Mayor mecanización que el Proceso Shanks.

244

920

Crisis Mundial. La mayor de este siglo.

1931 1932 1933

1.172

1934 1935 1936 1937 1938 1939 1940

1.281 1.339 1.500 1.424 1.427 1.488 1.362

Creación de COVENSA (Corporación de ventas de Salitre y Yodo), administrado por el fisco y productores privados. COVENSA, tenia como objetivo estudiar el Comercio, fijar las cuotas de producción de cada empresa y comercializar los productos.

1941 1942 1943 1944 1945 1946 1947 1948 1949 1950 1951 1952

1.363 1.298 996 1.119 1.603 1.600 1.750 1.752 1.601 1.660 1.474 1.583

SEGUNDA Tiene poca sustitución fabricación

270

GUERRA MUNDIAL importancia para el Salitre Natural porque la por "Salitre Sintético" era casi total en la de explosivos.

AI"'lro GOllztilel Lete/¡er

1%3 1954

1.430 1555

1955

1.461

1956 1957 1958 1959 1960 1961 1962 1963 1964 1965 1966 1967

1.117 1.290 1.263 1.191 933 1.120 1.106 1.144 1.157 1.160 948 786

REFF:RE D M SALITRERO. En ese año se ratifie.. el Refercndum que otorga franquicias tributarias a las empresas privadas, lihcración de derechos aduaneros, retorno parcial de sus divisas producidas. facilidades en la aTl10rti1...1 rión de capitales. E,.;t lIledida ...in l' solo para mantener tina ",itllación cada \ cz 1113\1; difícil pOf la rompetencia del "Salilrt' Sintrliro" que COIIIO "le (·'pn·...a 111:1'\ adelante la... ~randcs potrncias pro(q.:icrnn hl inliu,rria de" 2"' CII (orma c\lraordinaria. ConO;¡lnlt.'fión lit' pOlfllOi de c\'aporaciim . . olar.

1%8

719

("reari"'" de la SOClEIlAIl Ql1IMICA y

Il)()l)

6:'9

CIIILE S.A. (S()QIJI~IICII) Inll'gr:lda por capitah.. \ de: Cía. AIlj.!,lo L'llItaro ton 62,5 'X,

CORFO

liNERA Ill-:

37,5 %

1'170

810

Compañia AIlj.!,lu Lalltaro dccide retirar parle dl' li;1J aporre a 1:1 Soril'dad. COI{FO lom.1 cl l'ontrul con el 51 lYt, de la" iU'l'iollC".

19 1 1'172 1'173 1'174

782 679 697 739 727 618 562.2

~l' produce la N:.cionaIiLarilln de la Industria. COH.FO se (Iued:. run c199.99 u/., dc capital.

1975 1')7(,

19 7 1'178 1979 1980 1981 1982

En e"lo, añu, 'ie prodUCl'Tl ,aria, rnotiific:H.'iullrs en el Prlll'l"W CUJ;:gl'nhl'in CII 'u parh' (l'rllolój!ir:I, 0lltillliLación dr prul'c~n' ~ uq~ani,.tcil)(1 dr la rmprr"J qU(' II1rjoran lIulahlel11enll' la efiriencia dr co¡¡;t:t.

529.6

621.3 620.4 624.4 576.8

1983 1984 1985

6225

1987 1988

'91.100 82.1.584

7275-

(OI{FO iniciú la ,('nta dr acciones dc la Sociedad al sector prhadu.

770.3 A pani .. drl 6 dr Ma)o dr 1983 la Hol,a de ("omerrio de Sallliago aronl'" arrplar la iOforpo ..ari...o dr SOQlIll\1lCH CTl ('ll\lrlT:lllu Ihlro¡¡;:ilil.

245


1989 1990 1991

785.500 769.070 776.310

1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998

828.970 863.755 822.441 894.750 808.500 847.000 881.682

FUENTE. Cifras sacadas de SUTULOV - Mmtrla ChIlena lH:sdt 197'. los ,-%res de producdón son sacados dtl "ANUARIO DE LA AI/NERIA DE CHILE," SERVICIO NACIONAL DE GEOLOGIA y MINERIA - CHILE

246

A/\I(IrtI GOllzlÍ/ez Lele/ier

VENTAJAS DEL SALITRE NATURAL vs

PRODUCTOS SINTETlCOS NITROGENADOS Cuando sc comparan ambos tipos dc fertilizantc. gencralmente se toma un criterio muy simplista y se concluye que la unidad de nitrógcno en el salitre natural cs más cara quc la unidad dc nitrógeno cn el salitre sintético y csto conlleva a un recargo de los costos en el transporte y en la aplicación. Sin emnargo. podemos decir que el salitre natural es un verdadero campeón en su especialidad: es un producto excclcntc en cI más amplio scntido de la palanra. que a pesar de tener un costo ligeramente Illás alto quc el fenili/.ante sintético. es preferido por los expertos del área por sus caraeteristicas intrinseeas que verelllos rosteriormcntc. 1·1 salitre natural se da el lujo de ser un fertilizantc '"esreeializado" en ciertos cultivos con eslabk's \'isihlcs a "ojo de huen \'~róll" ell casos especiales como d culti\o dd ¡abae" v el algodón con gran demanda en I,stados Unidos. \l'lltajas

I:n el primer caso liene gran inllucncia sobre las hojas del tabaco que 'llllllellla \ IIlClora la calidad con el nitrógcno nitrico que dc partida rosce el salitrc chilellll \ n" necesita trans!ill'maciones posteriores para llegar a esto COIllO es el caso del rrodueto amtlnlacal de 1,,, fcrtilitantes sintéticos. '1 ambiL'n es notablc el mejoramiento en los cultivos de hortalita, \ frutales donde d aspccto general) d color son importantes para obtcner un Illejor pre"o !-tI los paises euroreos. el salitre natural es prcferido cn los cultivos de rClllolacha atuearera para Ill~j(lrar los rendimientos

.\ pesar de la compctencia de los productos tátilitantes sintético, ) la a\ uda gubernamental que siempre han otorgado los paíscs a los productores de Icrtilil:antes. el salitrc' chileno mantiene su \ igc'ncia) es competitivo en los mercados internacionales.

CUADRO N° 6.5 TIPOS DE SALITRE Y PRINCIPALES SUTRIENTES QUE APORTAN (Kíflll) -

SAl.rmF:

I NITRO(; F:NO (N)

SODI('O POTASICO

160 150

I'OloASIO ( K,O)

1 '-- 140- -

1A(;, F:SIO ( MJ(O )

0,5 t,2 -

AZlIFRF: ( SO, )

llORO

0.'1 3,0

0,6 0,3

( Il )

-

, I

1


VENTAJAS a) En la actualidad, el mundo le confiere prioridad uno a los productos que tienen baja o cero contaminación ambiental. El salitre cumple con este requisito. Su efecto contaminante es mínimo si es arrastrado por las aguas naturales y tampoco altera la capa de ozono de la atmósfera. Los fertilizantes sintéticos en base a nitrógeno sí pueden afectar porque derivan del amoníaco. Esto se hace evidente con la experiencia siguiente: en una hectárea de terreno se usó para los pastizales fertilizante natural (salitre) en 'h hectárea y en la otra 'h hectárea se usó fertilizante nitrogenado sintético y se dejó entrar un grupo de animales. Antes de una hora el grupo de animales se encontraba en la media hectárea fertilizada con salitre natural y esto siguió hasta que consumieron la totalidad del pasto de la 'h hectárea. Cuando se comieron la totalidad de este pasto, recién empezaron a comerse el pasto fertilizado con el producto sintético. b) Eficiellcia Fertilizante. El salitre es el abono nitrogenado de más alta absorción por las plantas, porque no se producen pérdidas por volatilización. Esto es válido en cualquier época del año como también en suelos húmedos, ácidos y fumigados. En cambio la urea u otro fertilizante nitrogenado sintético o amoniacal necesita que su nitrógeno se convierta del estado amoniacal al nítrico antes que la semilla haya germinado y que hayan aparecido las primeras raicillas porque es el nitrógeno nítrico el que puede absorber la planta. c)

Asimilación Rápida. El nitrato chileno es 100 % nítrico y en esa forma tiene una alta solubilidad en el agua del suelo, por esta razón su efecto nutriente en los terrenos es rápidamente absorbido por los cultivos. No sucede lo mismo con el fertilizante nitrogenado sintético que necesita previamente una conversión de su nitrógeno amónico a nitrógeno nitrico.

d)

Efecto Sobre La Flora Microbiana. En los suelos se han desarrollado gran cantidad de materia orgánica, como sucede en antiguas praderas, desmontes, rastrojos de maíz. ctc.. cl salitre actúa como un estimulante de la flora microbiana acelerando los procesos de descomposición, actuando como alimento microbiano, lo que provoca finalmente la nitrificación de la materia orgánica descompuesta.

En los suelos ácidos (ph 5,5 o menos) e) Evita Acidez Excesiva De Los Terrellos. corrige la acidez por su acción suavemente alcalina. La disminución de la acidez provoca una reducción de la concentración del aluminio y del manganeso que se encuentra libre y puede resultar tóxico a niveles altos. Además, un ph alto limita el desarrollo de hongos fitopatógenos. f) AdiciólI De Potasio.

El salitre potásico producido por SQM (contiene dos tercios de itrato Sódico y un tercio de ¡trato Potásico). aporta 14 % de potasa combinada técnicamente con 15 % de nitrógeno nítrico. Es muy eficiente en cultivos de la

248

Ah'lIro Gllllzá/ez Letelier

remolacha. papa. tabaco. villas. frutales. hortalizas. ete. ; constituye un abono binario (con dos elementos básicos: y K. vitales para las plantas) es práctico y es el único abono potásico que se aplica en "cobertura". Además. el potasio actúa como regulador en la absorción)' retención del agua aumentando la resistencia de las plantas a la sequía ) a los efectos de las heladas. El salitre sódico también contiene en pequeña proporción. potasio al estado de perelorato. g) SlIministro De Sodio. Este elemento de alta concentración Ic conliere al salitre una suave alcalinidad equivalente: IOOk tienen el mismo efeclo neutrali'Á1dor de 29 k de carbonalo de calcio puro. Existen cultivos en los cuales cI sodio liene un decto nulriente específico como son: algodón. lino. cáliamo. avena. trigo) algunas hortali/as como el apiu. col. nabo. rabano. espinaca. etc. Incluso el sodio es más importante qu.: el putasio cn el cultivo de la remolacha. h) Aporta Boro Con Eficiellcia Y Sin Riesl!tH. El boro es un importante microelcmento nutriente (micro. por la canlidad de elemento boro 0.03 % a 0.06 ~o) Estas cantidades que se encuentran .:n el salilr.: son dosis adecuadas para las nee.:sidades

n..'rtili:l~lIltl's

del terreno. tk.i:ll1do

UIl

rango slIlicicnh.: con 1.:1 ni\"\..'! <.k· lo:'.icidad. El horo

eU!llplc funciones de r.:gular d metabolis!llo de las plantas y Jircreneiar edulas que eumplir;'1Il diversas funciones. En manzanos y vi ¡ledos de secano se han detectado importantes d.:lieieneias de boro. Además. su uso es valioso en culti,'os sensibles a la d.:liei.:neia de boro como la r.:molacha. maíz. all;III;\. trébol. hurtali/.as del género Ilmssiea. apio. vilia. eitrus. peral. tabaco. lino. raps. cte .. aumentando el rendimiento) calidad de las cosechas por el dohlc eli:elo de aportar pequeñas cantidades del elemento ell forma homogénea. l'\'itando excesos que provocarían trastornos lisiológicos.

il Aporta Magllesio. El magnesio limna parte de la c1orolila. la que es esencial para la captaciún ) aprovechamiel1lo de la energía solar) el posterior proceso de IOlosintesis. La I¡¡lta de este e1emenlo produce una eoloraeión amarillel1la entre las nendduras d.: las hujas ) estas s.: cunan hacia arriba a lo largo de sus hord.:s. I'sta ddielencia .:s csr~ciaIIlH':llh: importante en cítricos) Illall7anos.

i) SlImillistro De I'odo.

I I "odo se elKu.:ntra en una proporclon prom.:dio d.: (l.02 oo. ('umo la aplicación corrienl.: dd salilr.:.:s dd orden de 400 a ROO k ha. en las planws se I.:ndría una ':OIK.:ntraeión ad.:cuada )' nec.:saria para su valor nUlrili,o. humano) animal nurmal. evitandu .:nli:rmedad.:s como d hoeio. Tamhién s.: ha ohs.:n adu el .:li:clu nutrienl.: del )Ollu .:n eulti\(ls especílieos como lomal.:. espinaca. trébul. rc·molaeha. echada. lino. trigo. mostala. etc. P.:ro. su acción más notahle se obli.:nc ellando int.:raeeiona conulros mieronutri.:ntes como cl lierro. Ad':l11ás. se supone que la pr.:s.:neia del yodo aumenta la asimilación del nitrógeno por la planta. como así mismo su lijaei,\n mierohiana ) poslerior nitrilieaciún en el suelo. por el electo estil11ulante sohr.: el d.:sarrolio d.: la micro llora.

RiqueZlls minerales de Chile a nivel mundial

k) Suministro De Otros Micronutrientes. Micronutrientes como el magnesio ya mencionado, azufre, molibdeno y manganeso en pequeñas concentraciones pero suficientes para activar la corrección de deficiencias frecuentes en los suelos livianos muy sembrados o con plantaciones frutales demasiado antiguas. Las interacciones de los micronutrientes en general con los nutrientes primarios (Nitrógeno-fósforo-Potasio) son múltiples, complejas y poco conocidas, pero adquieren real importancia económica como en el caso del yodo.

1) Aptitud De Combinación Y Mezcla. El salitre y el sulfato de potasio son los únicos fertilizantes comerciales que pueden aplicarse al mismo tiempo o mezclarse con cualquiera de los otros. Esta cualidad unida a su singular composición química, hacen del salitre la base para fabricar fertilizantes policomponentes de los nutrientes primarios ( N-P-K ). (Información de ventajas del Salitre, proporcionadas por SOQUlMICH a través de folletos y otros escritos).

250

Alvaro Gallzález Letelier

CONCLUSIONES

En SOQUlMICl/. se han realizado grandes modificaciones tanto en la parte técnica como en la organización de la empresa que la han llevado a su estado actual de progreso. El:istell varios proyectos para el futuro que sill duda mejoraráll afÍlI más las perspectivas fJromisorias de esta illdustria. Podemos cilar algullas:

l. I-:n la granuladora donde el rrndueto (salitre cristalizado pasa a granulado) se gasta gran cantidad de energía cn forma de petróleo o carbón para calentar el cristalizado y transformarlo en rroduclo fundido (± ~~o OC). 1·1 ahorro podría ser considerable si se cambia el proceso de granulación por un proceso de pciletizaeión. Cambio del "EIeIClIlte" usado en los pozos de evaporación solar por otro equiro.

DES' 'EN TAJAS DEL USO DEL ELEFANTE: a) 1'1 "I:lel:lnle" no es un equipo hecho en serie. sino que se compone de varias panes qUL' deben ser acopladas posterionnente. originando mayor costo y p0rdida de

tiempo. b) ,"rabaja sumergido en soluciones altamente cnrrosivas. () Fonnación de costras de sales en el l(lIldo del p%. Estas se van acumulando) pueden ser desde blandas hasla muy duras: en éSle caso (costra dura) el rodillo del eleICnlle no logra moler la costra) el operador busca olro Irente más blando. Resultad,) final. que en los pozos se 1(1I"Inan pequctios islotes de sal. para cuya Eliminación el pO/O debe ser drenado) las sales removidas con buido/eL Se ba propuesto eli:ctuar una evaporación a sL'quedad \ sacar las sales con equipos lradici(Hla!t:s

.i

Existe en provecto. un cambio revolucionario del proceso que de realizarse ya no se podría hablar de Proceso Cluggenhein. porque modifica fundamentalmente este proceso. En sínlcsis el cambio seria el siguicntc: EII la etapa de lixil'iacitÍlI, la .WIIlCilÍlI cOllcelltrada .1'1' bombearia directamellte a pOZO.I· tle evafJoracilÍlI .mlar 1'11 ve~ de enviarla.\' a cristalización. Con t!.\'IO se elilllillll tolio el s;.\'fenul de refriKerllciáll (compre.mres de (lI/lOlIíaco, cOlldell.Hulores bomba.I, etc.) y además los cristalizadores tubulare.\·. I:\ta solucÍlill cOllcelltrada iría a pozos de el'aporaciólI y .\1' "aría IIl1a cOllcelltracilÍ1I a .\equedad 1'11 los pozos

~

Otro proyecto interesante por sus proyeccIOnes. es una investigaclOn realizada cn la Ilni\'Crsidad de Chik por el I'rorcsor Ingeniero .laime Cases. en que se considera el ":il


salitre como materia prima para producir hidróxido de sodio (NaOH) ácido nítrico (HNO) en forma simultánea. Un resumen del proceso sería el siguiente: La reacción químíca llamada termohidrólisís del nitrato de sodio, permite la formacíón de NaOH y HNO j a partir del salitre. Estudios prevíos índican rendimíento de 75 a 80 % para temperaturas de alrededor de 600 oC, lo que se considera apto para un diseño índustrial. Una evaluación económica del proceso, indica lo siguiente: TIR = 30,1 % .BNA = US$ 16.096.07/. para una inversión de US$ 23.614.306. El estudio fue realizado en 1984 en una Memoria de Grado de Eduardo Bonnet Saavedra, Profesor Patrocinante de la idea y por el Profesor Guía Dr. Jaime Cases. Hemos tenido conOCimIento que existirían más de cien proyectos e ideas de distintos tipos en el área del salitre. Esto muestra, que la industria del salitre está en pleno proceso de desarrollo.

5. ALTERNATIVA "A" NUEVA PLANTA DE SALITRE Consideramos que la conclusión más importante sería la construcción de una nueva planta salitrera con las correspondientes: Planta de Yodo y Sulfato de Sodio y los Pozos de Evaporación Solar. Esta nueva planta podría ubicarse retirada de las plantas Pedro de Valdivia y María Elena, para aprovechar otros depósitos de caliche (posiblemente más al Norte de Chile) con el objeto de no alejarse de las líneas de abastecimiento. Recordemos lo que se dijo anteriormente: las actuales dos plantas disponen de Caliche para más de treinta a cuarenta años de explotación continuada, lo que justificaría plenamente continuar con los trabajos actuales de mejoramiento y proyectando nuevos estudios para bajar más los costos de producción. La nueva Planta Salitrera aprovecharía las innovaciones y todas las mejoras positivas sancionadas por la experiencia obtenida en Pedro de Valdivia y María Elena. Si se dispone de 250 millones de toneladas de salitre de reserva, calculadas con un gran coeficiente de seguridad, esto es. bajando los cálculos estimados. Un nuevo estudio de reservas, arrojaría una cantidad superior a la cifra anterior. Lógicamente para una nueva planta debiera estudiarse cuidadosamente su ubicación en la región de mayor concentración de caliche de buena calidad (Ley 7 % en aNOj) y mayor extensión para futuras ampliaciones.

252

Alvaro GOllzólez Lelelier

6.

ALTERNATIVA "B" LIXIVIACIÓN EN PILAS La lixiviación del caliche es una de las operaciones más importantes de la industria salitrera. La actual lixiviación por percolación gravitacional en cachuchos (cl sistcma consiste en diez cachuchos de 50 m de largo. 30 m de ancho y 6 m dc altura. cada lll10 de concrcto armado) cubre una superficie de 500 x 30 m2 con una red de cañeria dc accro dc 18" de 0 de varios kilómetros para conectar los cachuchos entre si y con las torrcs dc evaporación. cristalización. etc. y otras cañerías dc diversos diámetros. con las wrrespondientes bombas para mover los !luidos. Si se construyera una nueva planta como la Planta Pedro de Valdivia. con las instalaciones. accesorios (cvaporación solar. transporte. campamcnto) etc .. tendríamos que pensar en un costo aproximado de :100 millones de dólares aceptando un alto margen de error en esta ei Ira cstimativa. 1':11 la
y

por esta razón sus utilidades

son excelentes. pero si se partiera de cero con una nueva empresa tendria que hacerse un cálculo de factibilidad técnico-económico para determinar si conviene hacer una gran invcrsiÓn en otros yacimientos de caliche empleando el mismo proceso (iuggenhcin madi licado. En cl caso dc una toma de desiciún de una nueva planta salitrera sería conveniente. además. de incorporar todas las modificaciones realizadas. camhiar el sistema de lixiviación en cachuchos por una "/i\'i"iaciáll del caliche ell pillls ".

I ste procedimíento ha sido ampliamente usado en la extracción de cobre. oro. plata. uranio. etc. En Chile tenemos experiencias sancionadas por su éxito. en minerales de cobre. oro. plata (Minera I'udahuel): de los cuales sc pucde aprovechar cstc gran conocimiento adquirido a través de los años para aplicarla en el salitre. ¡.:¡ caliche se encuentra irregularmente diseminado en el norte de Chile en 1(Jr1na de "manchones" de este mineral aprovechable lo que podría resultar más bcnelicioso un diseílo de li\iviaeión en pila que la gran inversión que signilica una planta disellada según el proceso de (iuggenhein modificado.

En el disello con lixiviación a pilas pueden proyectarse dos o tres plantas con una instalación central de las otras operaciones para bajar costos. I'n este caso debe iniciarse una intensa investigación. Esta II1vestigaclon debemos hacerla nosotros los chilenos porque somos los únicos poseedor" en el mundo de este tipo de yacimiento. Podell1os hacerlo porque nucstros cientílicos e ingenieros tienen la ~53

Riquezas minerales de Chile a nivel mIli/dial

capacidad suficiente para realizar grandes empresas. La tecnología general se conoce y es necesario adaptar estas experiencias al caso especial del salitre. Como un primer intento de tecnología a seguir, se sugiere involucrar lo siguiente: •

•

Lugares o sitios donde deben ubicarse los tres o más equipos de lixiviación en pilas a distancias convenientes de una instalación central donde operarían las secciones: molienda y concentración de soluciones hasta obtener salitre granulado o pelletizado. Seguir en cierto grado el sistema de lixiviación en pilas de la Minera Pudahuel, esto es, lixiviación TL (Thin layer leaching = lixiviación en capas delgadas) con las correspondientes modificaciones que la investigación aconseja.

En la lixiviación TL se consideran dos conceptos fundamentales: curado y lixiviación propianlente tal. -Curado, que puede suprimirse en el caso especial del salitre, consiste en rociar con el solvente el mineral previamente chancado y molido, seguido de un período de "curado" o reposo, durante un tiempo variable según el tipo de mineral. -Lixiviación en pilas: la lixiviación propiamente tal es efectuada por aspersión o rociado de las soluciones débiles en Nitrato de Sodio, en el caso del salitre, sobre el mineral "curado". Para cumplir la función básica de la lixiviación: disolver los productos que se desean extraer (Na O), 12 , a2S04 Yotros productos o elementos que se consideran factibles), es necesario analizar las siguientes variables: •

Granulometría del mineral que se considere óptimas para conseguir el objetivo deseado. Se puede empezar por la reducción del mineral, en los molinos al tamaño actual usado en la lixiviación de cachuchos ()/8" de 0 ). Se pueden hacer varias experiencias con diferentes tamaños y cuantificar en cada caso la recuperación de NaNO) , 12 , etc., en un tiempo determinado (se pueden hacer otras experiencias pero recordemos que el presente trabajo representa un esbozo de un esquema sugerido).

•

Altura media en la pila del material sólido.

•

Cantidad de solución diluida (Licor Madre o Agua Vieja), conque se rocía por aspersión el material en pila por hora. En esta etapa se puede aprovechar la experiencia actual de aplicar un sistema de recirculación de esta A.V. en cachucho (Treatment Circulation, TC) durante el período de tiempo que se puede deducir de la investigación correspondiente.

254

Alvl/ro GOllzález Letelier

•

Desplazamiellto de las soluciones a través del material. En este caso. el caliche en la pila es sOl11etido a un proceso de agotamiento sistemático de NaNO) y otras salcs mediante el contacto del caliche con soluciones cada vez menos concentradas en Na O,. Todo esto deducido de investigaciones previas.

•

Ritmo del desplazamiento de las soluciones en m)/h. lixiviación.

•

Estudio de posibles canalizaciones que se pueden producir con el paso de soluciones a través del caliche y las precauciones que dehen adoptarse para este knómeno. Las canali'lacioncs provocan bajas en el rendimiento de extracción porque quedan porciones de ealiche sin lomar contaclo con las soluciones o solamcntc sufrir un parcial

Estudiar posibles cielos de

contacto.

•

Tiempo de lavado y "estruje" del calicbe en las pilas para obtener finalmente un buen rendimiento en todo el sistema de lixi\·iaeión. Fsto significa terminar con un ripio con d mcnor contenido de las descadas o ütiles.

•

fmpermeabifizacifÍlI dellerreno en que se ubicarilll las pilas.

SOT·I:

Queremos destacar Ifue este 1'.\' UII primer esbozo de eSlfuema posible lixil'iaciólI 1'11 pila,. 1'11 el proceso de obtellciólI de .mlitre.

1'11

ulla operaciólI de

Se pla/llea como 1111 desafío a la fll¡:elliería C"ilella. Podemos decir Iflle la idea 110 1'.\' ori¡.:illal porlflle el proceso es cOllocido 1'11 el campo de la millería, pero II/I/Ica "a sido realizado 1'11 el.mlitre. Además. la idea está 1'11 lamellte de aIKIIIIO,. "Viejo.f Salitreros" COII

10.\'

clla/e.\' !le cOlIl'cr.wu/o.

255


REFERENCIAS CAPITULO VI

l.

SHREVE. Industria de Procesos Químicos. Ed. Dorsat S.A. 1954 Madrid

2.

ANUARIO DE LA MINERIA DE CHILE

3.

SHREVE AND BRINK. Fourth Edition. Chemical Process Industries

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DOCUMENTOS INEDlTOS DE LA CORPORACION DE VENTAS DE SALITRE Y YODO, /958 GEORGE E.ERIKSEN. Minerals. Vol. 38

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5.

CROIZER, RONALD D. PhD Mining Magazine

6.

BERMUDEZ, OSCAR. Historia del Salitre. Ed. Universidad de Chile

7.

SUTULOV, Minería en Chile

8.

CIEN AÑOS DE MINERIA EN CHILE, Patrocina SONAMI

9.

SOQUlMICH. Documentos y Folletos varios

10.

U.S.GEOLOGICAL SURVEY MINERAL COMMODITY SUMMARIES /998/999-2000

1/.

SOCIEDAD QU/MICA Y MINERA, SOQUlMICH. Memoria Anual 1998

256

CAPITULO VII

YODO

Brelle Reset;a Histórica Durantc' las guerras napoleónieas. Francia se VI{) rodeada por los eJercltos de Prusia ~ ,\uslria por ticrra y por la Ilota británica por mar. Aislada Francia nu pudia abastecerse de nitrato para f¿lbriear pólvora. que corno es sabido. se necesita rne,clar 75 % de nitrato con ;I/ufre )' carbón. En éstas circunstancias se vio obligada a buscar otras fuentes de nitrato. Sus hombres de "Cieneia" encootraron que cuando se mezcla sucios que eontienen orina o estic'reol eon cali,a molida (CaCO-, J, se forma nitrato de caki" Ca(NO,h. por un proCCS() de ()xidación de NII, . que resulta de la lkscornp()sieión de la rnateria orgánica por 1;1 acción de las bactcrias que se encuentran en el suelo. 1'1 ('a( O,b. se trataba con K!CO, para transformarlu en KN0 1 según la reacción:

Bl'rnardo COl/rloís. quimico francés. descubrió el yodo por la necesidad de encuntrar una fuentc harata del K!('O, . que necesitaba para su reacción quimica de transformación del ('al O;), en KNO,

I.as ceni/as de algas marinas llamadas: varee, varee" a vareek en Francia. )' Kelp en inglés. son ricas en carbonato de sodio y en aquellos tiempos era la principal fucnte de Na!('O, para las industrias de jabón y vidrio. a O,. haciendo hen ir la ('()urlois. modilicó el proceso)' transf(lI"rnó el Cal (l;b cn Illocla dc' Cal O,l! con ceni/as de algas rnarinas y posteriores evaporaciones ~ nistali/acilH1c's para eliminar los cloruros y sulf¿llos de sodio y obtener una solución de la O, relativamente puro. Po."eríorllll'l/le lralaba el NaNO-, eOI/ KCI, seglÍl/ la reacciólI:

NaNO.. + KO

-f

KN0 3 + NaO

257

Riquezas minerale.f de Chile a nivel mllndial

La necesidad de encontrar un proceso barato de obtención de ceniza de soda (Na2CO)) llevó a Courtois a descubrir el yodo. En efecto, la obtención de ceniza de soda a partir de las cenizas de algas se realizaba en recipientes metálicos. Se supone que estos eran de Cu, después de varias operaciones en estos recipientes o tinas quedaba en el fondo un material espeso insoluble. Courtois, usaba ácido sulfúrico para limpiar estos recipientes. Es lógico suponer que en una oportunidad usó un ácido sulfúrico más concentrado y mayor calor. Por la acción combinada de calor y ácido, Courtois vio desprenderse vapores de hermoso color violáceos, los que posteriormente se depositaban en los bordes fríos del recipiente en forma de cristales oscuros, de apariencia metálica. Bernard Courtois, sacó muestras de esta sustancia y solo la estudió brevemente porque no tenía tiempo de seguir investigando. Posteriormente, mandó muestras de esta sustancia a París, donde llegó a manos del químico francés más distinguido de la época J.L.Gay Lussac, quien escribe en su obra "Memoire SlIr L '[ode":

-"11 Y avait pres de dellX al/s qlle COllrtois avait fait la décollverte de I'[ode, lorsqlle M. Clement L 'al/I/ollca a I'[nstitllt,le 29 novembre 1813". Este anuncio ubica la fecha del descubrimiento del yodo a fines del año 1811. La palabra yodo deriva del griego "ioeides" que significa de color violeta.

PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS Propiedades Físicas En el Sistema Periódico de los Elementos, el yodo se ubica en el Grupo VII b, o grupo de los halógenos, constituidos por F, el, Br, 1, At, los que se caracterizan por su alta reactividad por lo que ninguno de ellos existe en la naturaleza en forma elemental. El I es un sólido negro-azulado que posee un ligero brillo metálico de Número Atómico 53 y Peso Atómico 127. A presión atmosférica se sublima sin fundir, desprendiéndose en forma de vapores violáceos. Es poco soluble en agua ---
258


cs. está constituido exclusivamente por 1127 Ocupa el lugar 46 entre los elementos que constituyen la corteza terrestre con OJO ppm .

CUADRO N° 7.1 PROPIEDADES F/S/CAS DEL YODO PROPIEDADES

SOLIDO 113,6

1'111110 de fllSiólI (oC)

Punto de ebullición (oC) Presión crítica MPa

Ilensidad de 101,3 Kpa, g/cmo d/o

4,940 4,886

d.¡f111

d 1211

3,960

llm

3,736

Densidad dcl vapor a 101,3 kPd gil Entropía a 25°C o 298,2 k .J/(mol· K) Calor cspccífico J/(g . K) 25-113 oC

113,6 - IR-t oC 25 - 1.200 oC' Calor de fusi
,

GASEOSO

184 512 11,75

Temperatura crítica (OC)

d

LIQUIDO

..

Ilml Ulllltrl1' !lfp" "idtlir por ././8.1

(1

ufm. II/lltl" por O,U}/,

6,75 62,25

116,73 0,21163+ -19,615x x Uf" 0,3163

0,1464 62,13 238,24 164,35 0,041 12,07 0,421

5,85 x \0(,

Pum comen" 1tPa

1,1 x lOs 10,3 11,0S tI

"un lit

H~,

"uI¡"phCl1f por 7.JO . Pum (oma/lr J

ti

cal,

"-"ENTE: PáJ.:.hH. Rl1

~59


CUADRO N° 7.2 SOLUBILIDAD DE YODO EN AGUA TEMPERATURA oC

SOLUBILIDAD glkg "20

TEMPERATURA oC

SOLUBILIDAD Glkg "20

O

0,162 0,293 0,340 0,399 0,549 0,769

60 70 80 90 1.00 1.10

1,06 1,51 2,17 3,12 4,48 6,65

20 25 30 40 50 FUENTE. Pdg.651, R-fi

Propiedades Químicas La reacción química más característica y conocida es la formación de un compuesto azul con el almidón. La opinión más generalizada es que el yoduro de almidón, no es compuesto sino un "complejo", o más bien, un producto en el que el yodo es absorbido por el almidón en los que los "átomos de yodo se el/cuel/tran alineados el/ los canales del polisacárido" (pág.590, ref.5). Además, se debe tener presente que el almidón no es coloreado de azul por el yodo en ausencia de yoduro. Una solución acuosa de yodo libre de iones yoduro pero. que contiene almidón, permanece incolora. Se torna azul inmediatamente por la adición de yoduro de potasio o ácido yodhídrico. La coloración azul intensa es extraordinariamente sensible y se usa extensamente para establecer el punto final de la titulación en muchos procesos analíticos basados en la yodometría. Las soluciones más conocidas. son las "til/tllras de yodo". Son solucíones de yodo en alcohol. También se pueden obtener soluciones de yodo en agua en forma fácil, con la adición de yoduro de potasio, por formación del triyoduro ( 1)'). El yodo al igual que el resto de los halógenos es muy activo químicamente. Con el hidrógeno reacciona formando el yoduro de hidrógeno ( HI ), que es un gas incoloro. fácilmente soluble en agua, dando una solución de ácido yodhídrico que es un ácido fuerte. El yodo forma compuestos bínarios con todos los otros elementos con excepción del azufre, selenio y gases nobles.

260

Alvaro GOflzález Lelelier

CUADRO N° 7.3 SOLUBILIDAD DEL YODO EN SOL VENTES ORGANICOS A 25 oC SOLVENTE Benceno Bromoformo Disulfuro de C Tetrac1oruro de C Cloroformo Cic1ohexano Cis-dic1oroetileno

SOLUBILIDAD g/k solv. 164,0 65,9 197,0 19,0 49,7 27,9 38,3

SOLVENTE Cloruro de etileno Cloruro de etilideno Glicerina n-hepteno n-hexano

Alcohol isobutílico (2,2,4-trimetilpentano)

SOLUBILIDAD g/k solv. 57,6 39,8 9,7 17,3 13,2 97,0 13,2

isooctano

Trans-dic1o roetileno

37,6

2,2 dimetilbutano Acetato de etileno Alcohol etílico Bromnro de etilo Cianamida etilica Eler etílico Bromuro de elileno

13,9 157,0 271,7 146,0 141,0 337,3 115,1

,

(1,3,5-trimetilhenceno mesitileno Pentac1oroetano Pcr-nuroheplano Sim-tct ral'lorochlno

Tet rac1oroetileno Tolueno Tric1oroestíleno p-xileno

253,1 69'" 0,12 62 ' 61'" 182,5 79'" 198,3

FUENTE. PdR.65_. Ref.' J.:rtwroJ por lilro dI! .wl"dó/I

((1)

Con cl oxígeno forma los siguientes compuestos: hO,.. /,0 9 " /]0 5 " /]0 7 , El más importante es el pentóxido de yodo. /]0 5• que se obtiene por calentamiento del ácido yódico a temperaturas del orden de los 240 oc.

El I~(), . se ohtiene en forma de un sólido cristalino. blanco. estable hasta los 300 oC Se comporta como un agente oxidante de numerosas sustancias como: H]S ; HCL ; CO . Frentc al eo reacciona:

Se aprovecha para determinar euantitativamcnte el CO por método yodométrico. FI ácido yódico HICl,. se obtiene oxidando el yodo con ácido nítrico concentrado.

261


El ácido peryódico tiene la fórmula H1I0 6

Se conocen dos series de peryodatos : K]HJ/OJ , Ags/OJ, etc. y K/0 4 , Na/04, etc. El peryodato se encuentra en pequeñas cantidades en el salitre chileno. .

El yodo reacciona con el ion hidróxido para formar el ion hipoyodito, /U, y el ion yoduro.

h + 20H --+ /U +

r

+ H]O

Con los compuestos orgánicos insaturados forma los derivados poliyodados:

CH]

=

CH] + h --+ CH]/CH]/

Pequcñas cantidades de yodo producen gran efecto en varias reacciones de formación de productos orgánicos como: halogenaciones, isomerizaciones y descomposiciones pirro líticas lo que se aprovecha como catalizador de tales reacciones.

Productos Comerciales del Yodo El yodo crudo comercial, es el producto más importante y debe cumplir con los requisitos de pureza siguientes:

CUADRO N° 7.4 YODO CRUDO COMERCIAL Yodo Total Residuo no Volátil Acidez como H 2S0 4 Azufre como Sulfato Fierro como FezOJ Acido Bóríco HJBOJ

Mín. 99,S % Máx. 0,050 % Máx. 0,015 % Máx. 0,016 % Máx. 0,003 % Máx. 0,006 %

En EE.UU.. un 11 % del yodo usado se convierte directamente en compuestos del yodo. El 39 % se transforma en productos orgánicos, el 20 % se usa como KI ; el 2 % como NaI y el 30 % restante en otros productos inorgánicos ( pág. 320, ref. 8 ).

262

Alvaro González Lete/ier Principales Produclos Comerciales del Yodo • • •

•

Yodo crudo comercial Yodo resublimado Compuestos inorgánicos: yoduro de potasio yoduro de plata yoduro de sodio pentóxido de yodo ácido yodhídrico, etc. Compuestos orgánicos: yoduro de metilo yodoformo yoduro de etilo yodobenceno diyodofenol. ele.

Usos del Yodo y sus Compuestos Es necesario tener en cuenta que el yodo a di ferencia del cobre. estaño. aluminio, fierro. etc.. puede scr empleado una sola vez y al ser usado en la gran mayoría de los casos se disipa cn forma que no es posiblc su recuperación para volver a usarse. En otras palabras no sc produce acumulación dc yodo que puede agregarse a la producción nueva de eada año.

La última estadistica disponible de los usos de yodo y sus compuestos empleados en los diferentes campos de aplicación, correspondiente a los usos finales de 1998 en Estados Unidos. se muestran a continuación:

l.-Catálisis 2.-Aditivos en alimentos para animal J.-Pinturas y colorantes 4.- Farmacéuticos 5.-Sanitarios y desinfectantes industriales 6.-Film fotográficos 7.-Estabilizadores (nylon) Otros "-VENTE: IISCl'%gical SlIn't:I'. Minua/ Commodit)' SJlmml.rie.f, /999

263

Riquezas minerales de Chile a nivel mundial SOQUIMICH, muestra en su última Memoria Anual 1998, usos del yodo y sus compuestos, en %.

•

• • • • • •

Sales inorgánicas Contrastes Rayos X Iodoforos Químicos Compuestos Orgánicos Farmacéuticos Herbicidas

34%

23 % 17% 10 % 8% 4% 4%

Catálisis Los usos más corrientes en este campo son:

a) Producción de Acido Acético b) Caucho Sintético

a) Producción de Acido Acético Los métodos de obtención de ácido acético, son:

l. Oxidación del acetaldehido 2. Oxidación directa del etanol 3. Procesos metanol-monóxido de carbono El uso del yodo o del ácido yodhidrico (solución de yoduro de hidrógeno en agua) como catalizador del proceso de síntesis de metanol-monóxido de carbono fue descrito por Mr. Irving Wender (Pittsburgh Energy Researc Center), en el año 1975. De acuerdo a dicha información el uso del yodo o el H1 como catalizador de la reacción metanol-monóxido de carbono produce un rendimiento de 99 % en ácido acético.

b) Caucho Sintético El yodo o el ácido yodhídrico actúan como catalizadores en la obtención de cauchos sintéticos de polibutadieno y poliisopreno. Se dan cifras de aproximadamente 700 toneladas de consumo de yodo en esa área.

264

Alvaro González Letelier Otros Usos Químicos El yodo y sus compuestos son muy reactivos. Así por ejemplo, cuando se calienta pequeñas cantidades de yodo junto con resinas, taH oil u otros productos de las maderas forma otros productos más estables. En forma de yoduro de estaño en sus dos formas (Sn12, Sn]4) ha sido recomendado en la hidrogenación de carbón y en la destilación posterior de sus productos. También existen estudios en la obtención de aceites insaturados (aceites secantes) a partir de grasas insaturadas de animales. El yoduro de níquel ( Nil¡ ). ha sido usado en Alemania en la adición de monóxido de carbono a compuestos orgánicos. Sc usa cn forma industrial cn la deshidrogcnación del butano y butileno para la obtención del 1.3 butadieno.

Aditivos etI Alimelltos para Allimales Es importantc recordar que toda persona adulta normal. contiene 20 a 50 miligramos de yodo aproximadamente. un tres millonésimo del peso total del cuerpo. Esta pequeñísima cantidad es esencial para el mantenimiento de la vida. La importancia vital del yodo. se manifiesta al observar el curso de la evolución humana o animal. La aturaleza ha creado una glándula especial para controlar el intercambio del yodo dentro del cuerpo. Esta es la "glálldula tiroides ". situada en la parte posterior del cuello. Aproximadamente la quinta parte de todo el yodo. está concentrado en la tiroides. Aquí los suministros de yodo provenientes de la alimentación diaria, se filtran de la corriente sanguinea y se movilizan para formar parte de un elaborado compuesto químico. llamado "tiroxina", que contiene 65.35 % de yodo. La tiroxina es la secreción esencial que conticne yodo por medio dc la cual la glándula tiroides ejerce una influencia reguladora tan profunda sobrc las fuociones de los organismos: humano y animal. De la fórmula estructural de la tíroxina se puede observar los cuatro átomos de yodo unidos a dos anillos aromáticos enlazados

265

Riquezas millerales de Cltile a lIivel mlllldial Se ha comprobado que el yodo en esta forma orgánica específica es necesario para el desarrollo fisico y mental, para una capacidad reproductora adecuada, para el crecimiento del pelo y de la lana (en animales), sobre todo para la regulación de la temperatura del cuerpo y el control de todo el ritmo del proceso vital. Cuando el suministro de yodo en los animales es insuficiente para hacer frente a la demanda de la tiroides o cuando por alguna razón el mecanismo que regula la producción y utilización de la tiroxina se enferma o existen deficiencias, se producen irregularidades en la actividad tiroidea y por consecuencia en las funciones del organismo. Los desordenes de la tiroides son de muchas clases pero, el más común es el que reconocemos por la hinchazón del cuello llamada bocio simple. Se ha establecido que la deficiencia de yodo ambiental en los alimentos y el agua potable, es la única causa de esta clase de bocio. Si la deficiencia es extrema y de larga duración el desarrollo fisico y mental se daña seriamente y se pone de manifiesto las condiciones aún más angustiosas del mixedema o cretinismo (pág. 43, ref. 2). Por lo anteriormente expuesto se prefiere evitar deficiencias de yodo, adicionándolo a la alimentación del ganado y aves domésticas, esto se hace en forma más extensiva en los paises más avanzados, porque además, se postula que mejora ciertas cualidades no cspeci ficadas debidamente. Esto ha contribuido a que el consumo de yodo en este campo ha ido aumentando constantemente hasta ubicarse en los primeros lugares.

Pillturas y Coloralltes Existen varias materias colorantes en base a yodo, muchas de éstas están permitidas para ser usadas como colorantes en alimentos. En el listado de colorantes permitidos en Estados Unidos, en alimentos, drogas y cosméticos, son importantes:

•

Rojo N° 3, eritrosilla, Es 1111 polvo parduzco soluble en agua dando una disolución rojo-cereza soluble en alcoltol defórmula:

•

Naranja N° /0, diyodojTuoresceina defórmula química:

266

Alvara Gallzález Letelier Los diferelltes coloralltes se usall ell: -cerezas (maraschillo) -/telados -pasteles y productos de cereales -masas dulces -drogas ell soluciólI -tabletas -pastas de dielltes

I:n algunas regiones de Estados Unidos de probada dcficiencia de yodo. se recomienda el uso de sal yodada que se expende en supcrmcrcados o farmacias. I'amhién se postula que el yodo. además de prevenir ciertos tipos de enfermedades. mejora el rendimiento en la producción dc lechc y huevo (pág. 673. rer. ¡).

Farlllflcéuticos

1':1 más ¡illlliliar agcntc germicida. es la tintura de yodo que es una solución de yodo en alcohol. 1':1 yodo como germicida se usa cxtensamente en cirugía civil y militar para el tratamiento antiséptico de las heridas y cs reconocido como uno de los agentes más confiables para la tlcsinlCeeión de la piel prcvia a una opcración quirúrgica. hisl\:n diferentes tipos de drogas en base a compuestos yodados para combatir algunas enICrmedades. 1':1 yodo 131. es ampliamente usado como trazador radioactiva para dctectar cnfermedades tic la tiroidcs. I.os usos filrmacéuticos. fueron los más importall1es en las primeras décadas después de su Jcscuhrimiento. Actualmell1e ocupa el quinto lugar con 12 % del total del yodo consumido. hto prueba la importancia industrial que ha ido adquiriendo este elemcnto.

Saltitarios.r Desinfectantes

Continuando con el orden dado cn LJ.S.Gcological Survey de los usos finales del yodo en 199R éste ítcm que podría incluirse en el anterior. aparece en el 5° lugar del consumo total de yodo. Ilahría quc agregar cn estc ítcm a los herbicidas. 267


El yodo y sus compuestos, son ampliamente usados en: hospitales, pabellones quirúrgicos, laboratorios, lecherías, plantas procesadoras de alimentos, etc. El producto yodóforo (portador de yodo), es ampliamente usado como germicida y las propiedades del yodo en este compuesto, no deja olor ni tiene propiedades irritantes ni tampoco deja manchas en las superficies metálicas. Por estas propiedades se usa junto con compuestos de carácter detergente o agentes de superficie activa, en esta forma, el compuesto actúa como agente de limpieza y desinfectante. También se menciona un producto formado por lanolina y yodo. Otro producto usado con los mismos fines, es el complejo polivinilpirrolidona yodada o también PVP yodada. Se usa ampliamente en la desinfección de H20. Estudios realizados por la Armada de Estados Unidos, ha demostrado que 5ppm de yodo no produce alteraciones en el organismo humano y que es suficiente Ippm para asegurar la desinfección del agua. Un producto muy importante ampliamente usado en Europa y Estados Unidos es el "ioxynil", empleado como herbicida, es un diyodofenol muy recomendado. La firma May & Baker describe el ioxynil como el mejor herbicida.

Film Fotográfico

El uso del yodo en fotografías es también muy antiguo y ha ido perdiendo terreno frente a los otros usos mencionados. Una emulsión fotográfica o film, está formado por un gran número de pequeños cristales de tamaño que varía de 0,05 a 5,0 Jl de diámetro, formados de sales de plata dispersas en un film transparente de gelatina. Estos cristales pequeños consisten principalmente en bromuro, cloruro y yoduro de plata. El yoduro de plata se encuentra aproximadamente en un porcentaje de 7 %. El uso es variable y los mayores consumidores son Estados Unidos, Japón y Alemania.

Estabilizadores

En este campo se usan compuestos de yoduros de metales alcalinos o el compuesto ácido aminodiyodobenzoico. La estabilización de las fibras de nylon se realiza porque estas fibras usadas en neumáticos pierden resistencia con las altas temperaturas, las que se producen en la etapa de

268

Alvaro González Letelier vulcanización de neumáticos (etapa final del proceso de fabricación de neumáticos) o por recalentamiento en el rodaje caminero. Además, en condiciones húmedas y altas temperaturas el nylon sufre cierta degradación. lo que se evita usando estos estabilizadores. Este uso pierde importancia por el menor empleo del nylon en neumáticos.

Otros Usos Existen varios usos menores actuales y también algunos usos potenciales:

-ObtellciólI de metales ell alto grado de pureza como titallio, zircollio, boro y Itafllio -SeparaciólI de olejillas de hidrocarburos parafillicos -Mejoramiellto dellllÍmero de octallos ell gasolillas -llIhibiciólI del smog y lIieblas. AdiciólI de diez parte~' de yodo ell ciell mil/olles de partes de sm ag. El OZOI/O es Ul/O de los irritalltes el/ el sll/og -El yoduro de plata lal/zado el/ ul/a atmósfera cargada de I/ubes puede provocar lluvia -Como compollelltes ell aceites lubricalltes

269


FUENTES DE YODO Presencia del yodo en la naturaleza Aproximadamente el 99,6 % de la corteza terrestre está formada por 26 elementos químicos. El 0,4 % restante está distribuido entre 64 elementos todos los cuales se encuentran en escasa proporción dentro de la masa terrestre. El yodo es uno de estos 64 elementos, constituyéndose además, en el más escaso de todos los elementos no metálicos en la composición total de la tierra. A pesar de ser muy escaso el yodo está distribuido en casi todas partes. Se encuentra presente en las aguas de la tierra y del mar, todas las plantas lo contienen y como se dijo anteriormente, se encuentra en los animales superiores como uno de los elementos esenciales para la vida. La creencia general es que el yodo es más abundante en el mar. Sin embargo, la corteza terrestre es cien veces más rica en yodo que el agua de mar. Esta idea nace principalmente porque las algas marinas tienen un considerable contenido de yodo. Lo destacable es precisamente el poder de las algas marinas para extraer el yodo de un medio tan diluido y concentrarlo en sus tallos y frondas. El análisis de la cantidad de yodo existente en algunos tipos de algas se muestra en el cuadro 7.5, expresados en micrógramos ( Jlg) por kilógramo de sustancia seca. Esto equivale a una parte por mil millones o una parte por billón como se expresa en Estados Unidos.

CUADRO N° 7.5 CONTENIDO DE YODO EN ¡ig/kg DE SUSTANCIA SECA ALGAS MARINAS

Chondrus (roja) Gelidíum (rojas) Cladophora (verde) Fucus (parda) Laminaría (parda) FUENTE. Pdg. 10. Rtf ]

270

PARTES POR MIL MILLONES = I Jl g DE YODO POR KILO 40.000 300.000 256.000 600.000 3.500.000

Alvara González Letelier

Minerales de Yodo Los minerales más conocidos del yodo, son los siguientes: Hgl -Coccillita (AgCI/)I -Cltpro)'odoargirita -Dietzeita 7Ca (IOJh ·8CaCrO, -lodembolita Ag(BrlCl) 2AgCl ·2AgBr .Agl -lodobromita -lodirita (lodargirita) Agl -Lautarita Ca (lO.lh -Marshita Cltl 4Agl . Cul -Miersita -Salesita CtdO.lOH -Sch lVarzembergita Pb(IClh 2PbO (AgHg)l - Tocomalita

I.11S millcralc~

lautarila y diclzcila. son dos formas cristalinas en que se presenta el yodo en

lilrma natural en el caliche. Fueron bautizadas y descritas por el Dr. Dietze, quien fue 4uimico jefe de la ex Compañia Salitrcra Lautaro, Chile. La salesita cs un mincral que se eneuentra en Chuquicamata.

Fuentes Comerciales del Yodo

u Y""" se 1m extraid" comercialmente de las jilentes siguientes: -Algas maril/(u -Recursos milierales (salitreras del liarte de Chile) -Salmuems COII gtlS lIatural (JapÓII e Italia) -Salmltertu de pOZO.f petrolíferos (Loltisialla, Cttlífomia)' OklallOma) -Solmueras C{/II gas lIaturalasociado (Mie/ligall)' RI/sia). ,.llga.f Marillas

Se han realizado estudios dc factibilidad técnico-económico de obtención de yodo de esta fuente especialmente de las algas marinas del tipo focus (parda) y laminaria (parda) que son las que contienen mayor proporción de yodo (ver cuadro 7.5) La conclusión es que necesitaría un precio de ± US$ 35 el kilo de yodo para que se .Justificara una planta de producción primaria de yodo de esta fuente (pág.283. rer. 10)

Riquezas minerales de Chile a nivel mundial En la actualidad se obtienen pequeñas cantidades a partir de algas marinas pero solo como sub producto de la obtención de algina, ácido algínico, etc.

Depósitos minerales Yacimientos de caliche en el Norte de CMle. Los yacimientos de caliche están situados en la región norte de Chile entre los paralelos 19 y 26 de latitud sur. Las capas geológicas de la formación típica de los yacimientos salitreros chilenos se muestran en la figura 6.2 del capítulo anterior. El yodo se encuentra en dos de las capas geológicas: Costra y Caliche. Estas capas están formadas por sales de sodio, principalmente, nitrato, cloruro y sulfato mezcladas en diversas proporciones con sustancias insolubles como arcillas, feldespato, piedras, etc. La historia ubica a Lambert como el primer investigador que señaló en 1843 la existencia del yodo en los minerales de nitrato de sodio. Sin embargo, anteriormente Darwin, había informado de la existencia de yodo en su diario de viaje "El Viaje en el Beagle", en el cual relata que al pasar por Iquique en 1835, él había visitado algunas "Paradas,,(I) donde sacó una muestra de caliche para analizarla. En esta muestra se habría detectado yodo por primera vez en el salitre. Posteriormente, Lambert en París también encontró yodo en muestras de caliche. En 1852, el chileno Francisco Puelma, ayudado por el ingeniero francés Enrique Jecql/ier, instalaron una pequeña industria de recuperación de yodo proveniente de la planta de nitrato de sodio "Oficina". Esta pequeña industria cerró por falta de conexión con el mercado de yodo en Europa. En 198 ¡ el doctor A. Dietu químico y jefe de la Compañía Salitrera Lautaro, informó de dos compuestos de yodo encontrados en las Pampas de Taltal: Lal/tarita y Dietzerita.

-Lalilarita, que es un yodato de calcio: Ca (/03h y -Dietzerita, que es un compuesto de cromato y yodato de calcio: 7Ca(/03h . SCaCrO. Las leyes de yodo de la costra y del caliche. son muy variables; de 0,04 a 0,1 % son las más comunes, 0,02 % se considera como superior y por excepción se encuentran leyes de 0,5 % (ítem 3.22, ref. 11). En la actualidad la producción de yodo está sujeta a la producción de salitre (Na 03) y es el principal sub producto de la industria salítrera. Otro sub producto es el sulfato de sodio. I

Primer método de extracción del caliche.

272

Alvaro GOlIZález Letelier Ultimamente no se ha realizado un estudio de las reservas de los yacimientos minerales de Chile y se hacen referencias a estudios realizados por George Eriksen, publicados en 1963. (ver cuadro 6.2 del capítulo anterior). En ese estudio las reservas de yodo se estiman entre 0,8 ... 1,6 millones de T.M. Es necesario tener presente que la producción actual de Chile, 10.000 l/año, está sujeta a la producción de NaNO} que es el producto principal. Sin embargo, existen dos fuente que podrían ser atractivas económicamente previo estudio de factibilidad técnico-económico.

-yodo en la sobrecarga de caliche: 125.000 toneladas ~yodo en los botaderos de ripio : 75.000 toneladas

Yodo de Salmueras Aproximadamente el 50 % del yodo producido en el mundo proviene de esta fuente y son procesados por los países de Japón. Rusia y Estados Unidos. En el cuadro 7.6 se muestran las reservas mundiales de csta fuente. Las últimas cifras (ver cuadro 7.7) se obtienen del U.S.Geological Survey, usando los conceptos de reservas y reserva hase definidos en ANEXOS del Capitlllo I COBRE.

lOs importante hacer notar la diferencia que existe con respecto a la producción chilena dadas por las dos fuentes: la de Estados Unidos y la de Chilc. Adcmás y sin comcntario. cito otra fuente chilena: Gllía ASIQU1M S.A. 1999-2000-

273


CUADRO N° 7.6 RESERVAS MUNDIALES ESTIMADAS DE YODO EN SALMUERAS YODOppm

RESERVAS, TM

95-\25 +80 +80 +80

286.000 350.000 1.500.000 135.000 2.271.000

RUSIA Neflechalinski Slavyanski-Troilskoe

20 60-100

? 1.800.000

ESTADOS UNIDOS Sub-producto: Michigan California

20-40 50-60

23.000 16.000

250 +300

14.000 500.000

LOCALlZACION JAPON: Kanto : Mobora Otros Deducidas Niigata Sub-Total

Primaria Oklahoma: Estudiadas Deducidas

553.000

Sub.Total 20-300

TOTAL

4.624.000

FUENTE: Pdg. 185. Re¡ /0

CUADRO N° 7.7 PRODUCCION MUNDIAL DE MINA RESERVAS Y RESERVA BASE TM PAIS

EE.UU. Azerbaijan Chile China Indonesia Japón Rusia Turkmenistan Producción Mundial (aproximado)

PRODUCCION DE MINA 1997 1998 1999 1.320 1.490 1.630 300 300 300 12.618'" 5.000 8.000 500 500 500 70 70 80 5.500 6.000 6.000 120 120 150 260 250 250 13.100

21.300

RESERVA T.M 550.000 170.000 900.000 400.000 100.000 4.000.000 N.A. 170.000

RESERVA BASE T.M. 550.000 N.A. 1.200.000 400.000 100.000 7.000.000 N.A. N.A.

6.300.000

N.A.

16.900

FUENTE: U.S.Geologica/ Survt!:r. Minual Commodity Summaria, 1999-1000 (.) Posible error tn la aIra

274


CUADRO N° 7.8 PRODUCCION CHILENA DE YODO (últimos años)

1 II".Nl L.

ANO 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 '

PRODUCCION T.M. 3.250 3.967 4.881 4.658 4.936 5.907 4.978 4.884 5.103 5.514 7.154 10.000 .

lNlllRIO nE l.... MINEN';! DE CfIIl.F..

PRODUCCION CHILENA DE YODO (7:M.) 1995 6.000

1996 7.000

1997 9.000

1998 10.000

FtlENTE: (¡{lIA ASIQllIM ..1.(;. /999·}fJ(/O

Se puede obserl'Gr que Chile desde 1998 es: 1° ell PRODUCClON 2° ell RESERVAS Chile. puede seguir aUlllelltalUlo m producciólI si cOllsideTlllllos: l.

En Chile la producción dc yodo se obtiene como subproducto de las "aguas lIIadres" del salitre. Un aumcnto de la producción de NaNO./ conlleva a un aumento de la obtención de yodl1. Obtención de yodo directo: a) de la "J()brecarKa" delmilleTllI de caliche, y b) de los botaderos de ripio

275

,


En ambos casos el yodo sería el producto principal y los productos secundarios o subproductos (NaN03 ; Na2S04 y bórax) pueden ser fácilmente recuperados en las líneas correspondientes de obtención de estos productos.

3. Mejorar el proceso de recuperación del yodo que es del orden del 50 %.

TECNOLOGIA DE OBTENC/ON Japón fue el mayor productor y explotador de 12 del mundo hasta 1997, en que Chile pasa al primer lugar en producción. Japón sigue siendo primero en reservas como se puede observar en el cuadro 7.7 Su primera producción fue a partir de algas marinas, hasta 1944, cuando la Empresa Nihon Tennen Gas Co. Ltda., inicia la recuperación de yodo de las salmueras de los campos de gas de Kujukuni, empleando el método de recuperación con carbón activado.

PROCESO DE CARBON ACTIVADO En este proceso la salmuera se clarifica primero, se acidifica con ácido sulfúrico y se trata con nitrito de sodio en grandes estanques, donde se verifica la reacción base siguiente:

El yodo libre se recupera de la solución por tratamiento con carbón activado que absorbe el yodo. A continuación el yodo se extrae del carbón activado por tratamiento con soda caústica caliente en estanques provistos de agitación, reacción básica: 3I¡ + 6NaOH -+ 5Na/ + Na/O] + 3H2 0

El yodo se libera por cloración y se separa en una columna de destilación, recogiéndose el yodo sublimado en un condensador de cerámica. El yodo se purificaba por resublimación. El proceso de carbón activado fue abandonado en 1966 y reemplazado por el proceso de intercambio iónico.

276

Alvaro González Letelier PROCESO DE INTERCAMBIO ION/CO En este proceso, la salmuera acidificada se trata primero con cloro para liberar el yodo el cual se absorbe en resinas de intercambio iónico (Amberlita) según la reacción siguiente:

R == N + Clz + ¡- + nh

-+ R == N + ¡- (Iv n + CI]

El yodo se extrae de la resina en dos etapas:

l. Con solución de NAOH R == N +¡- (Iv

11

+ 6NaOH -+ R == N+¡- + 5Nal + NalOJ + 3H]0

2. Con solución de NaO R == N + 1- + NaO -+ R == N + 0- + Nal I.a solución de yodato y yoduro se trata con ácido sulfúrico en reactores de vidrio

5Nal + NaIOJ + 3H;50. -+ 3h + 3Na;50. + 3H]0 El yodo precipita en forma de barro. se separa por filtración o centrifugación y se purifica por sublimación o por fusión con ácido sulfúrico a 120 oc.

PROCESO DE RECUPERACION POR TRANSFORMACION A YODURO CUPROSO l.a Empresa United Resources lndustry Company Ltda.. operó durante algunos años con este método. En este proceso la salmuera clarificada se mezcla con sulfato ferroso y sulfato cúprico. se ncutrali7.3 la solución con carbonato de sodio para precipitar yoduro cuproso e hidróxido "-'rrico.

Reacción básica:

La solución se espesa y filtra. para separar el yoduro cuproso e hidróxido férrico precipitados. El precipitado se suspende en agua y se trata con S02 . para regenerar el sulfato ferroso solublc y liberar el yoduro cuproso dc acuerdo a la reacción siguiente:

2C,,1 + 2Fe(OH).l + 2S01 + r, O] -+ 2e,,1 + 2FeSO. + 3H]0 277


El yoduro cuproso se separa por filtración y se calienta el CuI coagulado (slurry) con cloro en un reactor de vidrio para dejar el yodo libre. CuI +

Ch -+ CuC/] + Yz lz

El yodo libre en forma de barro se recupera por filtración y el cloruro cúprico regresa al proceso. El yodo se purifica por fusión con ácido sulfúrico.

PROCESO BLOW-OUT Este proceso fue usado en Japón primeramente por lse Chemical Industries Company Ltda. En la actualidad es el proceso de obtención de yodo más usado. En este método se aprovecha la alta presión de vapor del yodo elemental en soluciones acuosas para desolberlo de ellos con un flujo de aire en contracorriente en torres de relleno o de platos. El proceso se inicia con una clarificación de la salmuera y luego se acidifica con H2S0 4 hasta obtener un pH 2-3 enseguida se mezcla con cloro a la entrada en la primera torre. En ésta el yodo liberado es vaporizado por una corriente de aire. Enseguida el vapor de yodo se absorbe en una solución de yoduro que contiene S02 que se lanza por arriba en una segunda torre. El vapor de yodo entra por abajo. El diseño de la [SE Chemical, consiste en una sección de concreto que contienen las dos torres: La torre de Blow-out y la torre de absorción. Las reacciones principales, son: -/ forre : Torre Blow-Ouf 2NaI + CI] -2' forre:

-+ lz + 2NaCl

Torre de Absorción

lz + SO] + 2H]0 -+ 2HI + HzS04 La solución de yoduro se recoge del fondo de la torre con una concentración de 50 a 100 gil. Esta solución se trata con cloro en reactores de vidrio para precipitar el yodo en forma de barro (slurry). Se filtra, luego se introduce en el circuito de yoduro y el precipitado en forma de queque se purifica por fusión con ácido sulfúrico a 120 oc. En la figura 7.1 se muestra el diagrama de flujo.

278


CHILE: TECNOLOGIA DE OBTENCION (ver re! 10) Para no entrar en detalles podemos decir que en los últimos decenios, Chile ha usado dos procesos de obtención de yodo:

JU proceso: cortadllra de yodo con bislllfito de sodio (NaHSO j ) proceso: cortadllra de yodo continlla con SOl

ro

;

El primer proceso se usó por más de cincuenta años hasta aproximadamente 1960 y fue reemplazado por el segundo proceso que es el que se usa actualmente.

Cortadura de yodo

eOIl

bisuljito de sodio (NaHSOJJ

Las aguas "viejas o madres". provenientes de la cristalización de nitrato de sodio, se envían a un gran estanque de almacenamiento ubicado a cierta altura. De este estanque se alimentan los estanques donde se verifican las reacciones. Las aguas viejas tienen composición variable generalmente de I - 1.2 g.p.!. de yodo. Esta agua vieja se hace reaccionar con solución concentrada de bisulfito de sodio en ligero exceso produciéndose la reacción química siguiente:

NaJO j + 3NaHSO j

---+ NaJ + 3NaHS04

Enseguida se agrega una mayor cantidad de agua vieja para reducir el yodo y su reacción es la siguicnte:

El líquido se deja reposar y sobre la parte líquida que sobrenada se ensaya si la reacción ha sido completa. esto es agregar más agua vieja o bisulfito según sea necesario. En los estanques "cortadores" de yodo se dejan reposar durante aproximadamente seis horas para producir una buena decantación. La parte clara de la solución se denomina "aglla feble" y se devuelve a la lixiviación. El residuo del estanque que contiene el yodo precipitado se cnvía a filtración.

279


FIGURA N° 7.1 DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO BLOW-OUT ( FUENTE: R'f/O)

TORRE BLOW-oUT

TORRE DE ABSORCION

TORRE DE ACIDIFICACION

J

v

-.}

SOLUCION DE 1 2

...... •

o",

".

_ ••

I-t-'~r---~':"'--':'" ..... ....":. .. - .: .". .:.-. "

".'

VENTILADOR

REACTORES

SALIDA DE BRINE

DE VIDRIO

FILTRADO

FILTRO

PURIFICACtoN POR fUSION

280

Alvaro GOlIZález Lele/ier

Cortadura de yodo continua con SO]

(verfif!,urcI 72 y 73)

El SO, se produce en la misma planta quemando azufre. El flujo de S02 se hace llegar por la parte inferior de una torre de absorción y por la parte de arriba se agrega: -SoluciólI de tr~voduro cualldo está a régimell Opara pOllerla a réginrell ; -Agua vieja (Licor Madre) de cristalizaciólI COII ácido sulfúrico cOllcelltrado.

Cuando el sistema está a régimen se agrega solución de triyoduro que contiene ácido sul fúrico. En la torre de absorción y en el reactor de pistón se realizan reaccIOnes prImarIas y secundarias. RCllccioues prim{/ri{/.~

¡{cducción del iún yodato o yodo libre según la reacción: /'/le,\"/o

(1

Réxime,,:

El reactor pistón solo ocurre la reacción siguiente: 10,' +

sr

+ 61T --+ JI, + JH]O

Para ohtener la máxima eOIl\-crsión (98 %) es necesario que las reacciones se verifiquen en amhicnte fuertemente ácido (pll ~ I o menos). /\ continuación de la torre se agrega un estanque llamado estanque de "Llapa·· donde se recibe la solución saliente de la torre y se agrega agua vieja. En este estanque debe existir una huena agitación y debe tener dimensiones suficientes para obtener un tiempo de residencia mínimo de veinte minutos. Esta etapa fue modificada en 1980. El estanque se reemplazó por un reactor pistón disCl'iado por el Dr. Ingeniero Jaime Cases. I,a solución obtenida se en\'Ía a una batería de celdas de flotación. Este proceso de flotación no usa reactivos especiales y se emplean celdas de flotación Den ver tipo Sub-A. ":n el rebalse de In flotación se obtiene una pulpa o espuma de yodo del orden de 20-30 %. 281


La cola del sistema de flotación es una solución llamada Agua Feble (A. F.) en la industria salitrera y contiene 0,05 - 0,1 g.p.l. de yodo libre. La pulpa o espuma de yodo se almacena en un estanque para su etapa siguiente que es la refinación. La recuperación del yodo del agua feble se realiza por extracción líquido-líquido empleando kerosene y yoduro como fases orgánicas y acuosas respectivamente. En una primera etapa del yodo libre disuelto en el A.F. se recupera por un proceso de extracción líquido-líquido con kerosene, aprovechando la gran solubilidad que presenta el yodo libre en el kerosene.

h (A. F.) + ker :¡¡..f=~. h (ker) + A.F. En la segunda etapa se efectuará la recuperación de yodo del kerosene mediante extracción líquido-líquido con solución de yoduro según la siguiente reacción:

h (ker) +

r (agua)

:¡¡¡..¡:::::~.

h

(agua) + ker

El triyoduro se convierte a yoduro haciéndolo reaccionar con S02 ( en la Torre ).

La extracción del yodo del Brine (últimas soluciones de lavado de caliche) se realiza en la misma forma.

Refinación de yodo por fusión La pulpa o espuma obtenida en el rebalse de la batería de celdas de flotación se almacena en un estanque stock, de aquí pasa a un estanque chico desde donde se bombea a un serpentín de calentamiento a 120 oC y 60-65 p.s.i. de presión (en la actualidad se suprimió el estanque chico). El yodo se funde y pasa al reactor R-2 donde se produce la separación de fase yodo-agua (ver fig.7.3). El agua (capa superior) sale hacia el reactor R-I el cual sirve como columna de agua para mantener la presión del sistema. La fase yodo fundido de R-2 (capa inferior) después de ocupar las % partes de este reactor, Se transfiere al reactor R-3 el que se encuentra lleno con agua salada a 120 oc. De esta 282

Alvaro González Lelelier

manera se produce un lavado en contracorriente pucsto que el agua de R-3 es desplazada por el yodo y deben pasar por la misma cañería. El agua de R-3 sube al R-2 y el yodo de R~ baja al R-3. Una vez que se transfiere todo el yodo se cierra la válvula de traspaso entre R-2 y R-3. Se lava el reactor R-3 con agua caliente a 120 oC y se deja reposar. Posteriormente el yodo se lamina en rodillos laminadores refrigerados interiormente con agua. La figura 7.3 muestra la etapa de purificación del yodo por fusión. Si el yodo líquido. es un buen disolvente de muchas sales inorgánicas y de varios compuestos orgánicos, la puri ficación por fusión con agua. puede no scr suficiente y se rccurre entonces a la puri ficación por fusión con H¡S04.

Fusión de Yodo con HzS0 4 Estc proccso es semejante al anterior hasta la etapa R·2. IJ reactor R-3 se lIen3 en este caso con II¡S04 al 100 % Y a 120 oc de temperatura y se opera a presión atmosférica. El sistema de traspaso del yodo es diferente. El yodo se deja caer en forma de un chorro de aproximadamente 1/,' al reactor R-3 donde se pulveriza mediante un dispositivo especial. Esta pulverización tiene por objeto aumentar el tiempo y la superficie de contacto de las fases yodo-ácido.

La purificación del yodo en este caso es más completa porque se realiza un proceso de extracción líquido-líquido scguido además por reacciones químicas en la fase ácido sulfúrico.

283


Estados Unidos. Tecnología de Obtención

La primera producción importante en Estados Unidos se inició en la tercera década del siglo XX, en Louisiana por la Empresa Jones Chemical Ca. A partir de pozos petrolíferos asociados con salmueras. Esta Empresa cerró en el período de recesión de 1933. Posteriormente, Dow Chemical Co. instaló una planta en Seal Beach, California, a partir de salmueras de campos petrolíferos de Los Angeles. El método seguido fue el proceso BlowOut. Esta Planta cerró en 1966. En la actualidad existen dos plantas que extraen el yodo en Estados Unidos: en Midland, Michigan (Dow Chemical Company y Woodward, Oklahoma (PPG Industries and Amco Production Company). En la primera etapa se obtiene como co-producto junto con sales de potasio, bromuro, calcio y magnesio y en la segunda planta se obtiene a partir de salmueras subterráneas como producto principal (pág. 653, ref 1) En ambas plantas se usa el Proceso Blow-Out.

284

~

1:;

Licor Madre A V - H~SO..\ conc.

Torre

Rellena

~

¡

~

so,

Cola

Reactor Pistón

~

I-J

Sol. Agua Feble ( A. F.) Recuperación de I~ por extracción Iíquidolíquido en dos etapas.

10, . + 51' + 611 '->11, + lfl,O

G

E .\

BA TERIA DE CELDAS FLOTACION

l' 1, ( AF) + ker ) 1, (ker) + AF 2' 1, (ker) - l' (H,O) --) /3' (H,O) - ker

H,O

E R A

D

O

R

VAPOR

SO!.

Reacciones en la Torre

/3

210,' - 550, - 4H,0 --> 1, + 550, 8W 1, - 50, - 211,0 --> l' - 2HI - H,SO, o

Estanque 1,' H,O l~

00

'J'

-

FIGURA N° 7.2 CORTADURA CONTINUA DE YODO CON SOl

STOCK PULPA

I

•


FIGURA N° 7.3 ESQUEMA DE LA PLANTA DE FUSJON

AGUA

R STOCK PULPA

--::=-

,

AGUA

--

"

YODO

./ !.J', V.t,no

":20

S'\1 tOA H 0 2

80!1¡'l:A

R

~;-

AGUA 3

-==;;-"'-7"" ~

YODO

RCDILLOS LAMINADORES

286

Ah'aro González Letelier

MERCADO Y ECONOMIA En la actualidad (año 2000) la crisis asiática y su repercuslOn mundial ha afectado prácticamente a casi todas las materias primas con una persistente baja de los precios. especialmente en los años 1998-1999. El principio del año 2000 parece marcar un término de la recesión mundial con una posible recuperación económica.

El yodo muestra una notable excepción a esta baja generalizada de los precios de materias primas con importantes alzas de los precios en los últimos años que podemos observar en el cuadro 7.9. La misma fuente de cste cuadro informa que en 1998 hubo un precio máximo de US$ 21.0 por kilo.

1

I:sle mayor precio se debe al aumento de la demanda que fue satisfecha en gran parte por &'l tina mayor producción de Chile. V I:sto es una bucna señal de cómo Chile pucde aumel1lar sus exportaciones mejorando o buscando nuevos

liSOS

de estas materias.

CUADRO N° 7.9 YODO.. PRECIO PROMEDIO DEL CRUDO -

ANO 1994 1995 1996 1997 1998 1999

.

Fi'odtL '"

US$ x KILOS ( el.F. ) 7,56 8,88 12,90 12,82 16.45 16,77

('/1 f

o' f., L tJ "'1:

.~~o{'" T

¡(

.3fl7U¿G -

Á

I . , Fl E\TE.. If.S G/(lltl¡:'rll'S"n~1, M",naICommo(/"J SlImmartu.1999

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'1, S y c: 'l'C ~

lel",;U.:w. Crf(.~Oot... ~'¡c.. J I e g P4}';¿ f i

1

NOTA: Nuel'Omente insisto en decir que Chile debe impulsar, priorizar e incentivar la IlII'estigación de nuevos usos de las materias en que nuestro país es rico en reservas a nivel/lIIlIl/lial. Este incentiva se puede realizar en las Imlustrias, en las Universidades o en las Centros de IIII'e.ftigación.

287


REFERENCIAS CAPITULO VII l.

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CORPORACION DE VENTAS DE SALITRE Y YODO. El Yodo elemento W 53. Of. Educacional del Yodo. Chile, 1952

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Folletos

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información directa

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Riquezas Minerales de Chile a Nivel Mundial

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