Unidad i. segunda clase. propiedades de los minerales.

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METALÚRGIA EXTRACTIVA
I
UNIDAD I
Segunda clase
ROCAS Y MINERALES
Ing. Tania Godoy
UNEXPO - BARQUISIMETO

Propiedades físicas de los minerales:
La necesidad de reconocer y diferenciar los distintos
minerales condujo al desarrollo de distintas técnicas de
análisis. las propiedades físicas de cada mineral,
proporcionan pistas para una identificación correcta, las
mismas se consideran de la manera siguiente:
I.- Dependientes de la luz:
• Color ( Raya).
• Lustre o Brillo.
• Diafanidad: -Transparencia.
- Translucencia.
• Luminiscencia: - Fosforescencia.
- Fluorescencia.
• Valores especiales determinados en minerales
tallados.
I

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

Principales tipos de interacción luz-materia:
Reflexión
Difracción
I

Refracción / Dispersión
I

Principales tipos de interacción luz-materia:
I

Factores que influencian la transmisión de color
producidas por la interacción de luz visible con la
materia (procesos electrónicos):
• Presencia de un elemento de transición
específico.
• Estado de oxidación (determina el número de
e-
en los orbitales d).
• Geometría del campo cristalino.
• Fuerza del campo cristalino.
• Sensibilidad del receptor humano.
I

Raya: Es el color del mineral finamente pulverizado.
Aunque el color del mineral puede variar, la raya suele
ser constante.
Raya de varios minerales Raya de hematita
(Fe2O3)
I

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

Submetálico: Reflejo débil.
I

Brillo No Metálico:
I

Grados de reflejo del brillo:
 Reluciente (Espejo)
 Luciente ( Espejo Sucio)
 Empañado (No da la imagen de un objeto)
 Vislumbre (Brillo débil)
 Mate (carece de brillo)
Otros rasgos ópticos de la reflexión del Brillo:
 Asterismo.
 Patina.
 Chatonancia.
 Iridiscencia.
I

Asterismo: Cuándo la orientación de las inclusiones se
orientan en los ejes basales de un sistema hexagonal
se produce el asterismo. Se genera una figura que
asemeja una estrella de seis puntas.
Patina: Película delgada superficial, formada en
algunos minerales por exposición al aire y que difiere
del aspecto o apariencia de una superficie recién
fracturada.
I

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

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

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

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

Si la luminescencia continua después de retirar la
fuente de excitación, el mineral se conoce como
fosforescente.
Valores especiales determinados en minerales tallados:
existen minerales que tallados cambian sus propiedades
( Opacos)
I

II.- Carácter Organolépticos:
• Sabor o Gusto.
• Olor.
• Tacto.
Sabor o Gusto: Propiedad perceptible si la sustancia es soluble
en agua:
 Salino ( sal común)
 Alcalino (potasa o soda)
 Amargo (Sal de higuera)
 Agrio (acido sulfúrico)
 Astringente (Alumbre o Al2(SO4)3)
I

Olor: Se manifiesta al romper golpear, calentar o frotar
el mineral:
 Aliáceo ( ajo podrido).
 Sulfuroso (azufre).
 Fétido (huevo podrido)
 Refanaceo (rábano podrido).
 Arcilloso ( tierra mojada)
Tacto:
 Suave.
 Graso .
 Áspero .
 Basto o Tosco.
I

III.- Dependientes del estado de Agregación:
• Forma o habito
• Cristaloquímica: - Isomorfismo
- Seudomorfismo.
- Polimorfismo.
• Dureza (H).
• Tenacidad o Cohesión.
• Fractura.
• Exfoliación o clivaje.
• Tensión Superficial.
Forma o habito: Es el aspecto natural en que se presentan
los minerales en la naturaleza, depende de la cristalografía
y enfriamiento o característica de solidificación del mineral
I

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

Enfriamiento: solidificación de la .estructura del
mineral
I

Isomorfismo. Dos minerales o más son isomorfos cuando
presentan un mismo sistema cristalino (igual forma) y distinta
composición química.
Son isomorfos la galena [PbS] y la halita [NaCl], su celdilla
elemental es cúbica.
Seudomorfismo. Se denomina así al fenómeno que tiene lugar
cuando al transformar un mineral en otro(incrustacion,
infiltración, sustitución o alteración) cambia su estructura
interna, pero no se modifica su forma cristalina externa
I

Polimorfismo. Dos minerales o más son polimorfos
cuando presentan la misma composición química y
distinto sistema cristalino.
Composición
Química
Mineral Simetría (E.C)
SiO2 Cuarzo
Tridimita
Cristobalita
Trigonal
Hexagonal
Cúbico
CaCO3 Calcita
Aragonito
Trigonal
Ortorrómbico
C Diamante
Grafito
Cúbico
Hexagonal
I

-Dureza (H): La dureza es una propiedad mecánica de los materiales
consistente en la dificultad que existe para rayar (mineralogía) o crear
marcas en la superficie mediante micro-penetración de una punta
(penetrabilidad).
La dureza de un mineral puede ser probada de varias
maneras:
.- Mediante el uso de equipos calibrados, el cual
expresa su magnitud en una escala de dureza con valores absolutos,
estas escalas por lo general toman el nombre de su creador.
1.- Escala de Mohs.
2.- Escala de Rosiwal.
3.- Escala de Knoop.
.- Método experimental de campo, se realiza con
herramientas sencillas y de fácil maniobrabilidad.
.- A un nivel profesional, se utilizan en mineralogía, las
escala de Rosiwal y de Knoop, ya que estas permiten realizar la
valoración de medias con una cuantificación absoluta.
I

Escala Mohs es la mas utilizada debido a su sencillez y
facilidad para estimar la dureza de los minerales con medios
simples.Dureza Mineral Comentario Composición química
1 Talco Se puede rayar fácilmente con la uña Mg3Si4O10(OH)2
2 Yeso Se puede rayar con la uña con más dificultad CaSO4·2H2O
3 Calcita Se puede rayar con una moneda de cobre CaCO3
4 Fluorita Se puede rayar con un cuchillo de acero CaF2
5 Apatito Se puede rayar difícilmente con un cuchillo Ca5(PO4)3(OH-,Cl-,F-)
6 Ortoclasa Se puede rayar con una lija para acero KAlSi3O8
7 Cuarzo Raya el vidrio SiO2
8 Topacio
Rayado por herramientas de carburo de
Tungsteno
Al2SiO4(OH-,F-)2
9 Corindón Rayado por herramientas de carburo de Silicio Al2O3
10 Diamante Es el mineral natural más duro C
I

Tenacidad o Cohesión: es la resistencia que un mineral
opone a ser roto, molido, doblado o desgarrado en
otras palabras es la capacidad de cohesión que
presenta un mineral.
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Fractura: Es la tendencia de un mineral a romperse sin
generar caras o superficies paralelas o planas. Las fuerzas
de los enlaces en la estructura cristalina en estos minerales
son similares en todas las direcciones.
I

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

EXTRACTIVA I
Tensión Superficial: Como el trabajo que debe
realizarse para mover las moléculas de la superficie,
venciendo la resistencia de las fuerzas de cohesión y
poder penetrar dicha superficie o La energía necesaria
para crear una mueva área superficial.
Cuando un líquido está en contacto con un sólido se
ponen de manifiesto la cohesión (fuerzas liquido-
líquido) y la adherencia (fuerzas sólido-líquido):
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Si la primera es mayor que la segunda, el líquido
NO MOJA al sólido.
Si por el contrario es mayor la segunda, el
líquido MOJA al sólido.
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IV.- Dependientes del calor:
- Fusibilidad
V.- Caracteres Especiales:
- Magnetismo.
- Radiactividad.
- Electricidad.
. Piezoelectricidad.
. Piroelectricidad.
VI.- Peso Especifico(G) y/o Densidad Relativa(ρ).
Se denomina peso específico de un mineral al
cociente entre su peso y el peso de un volumen equivalente de
agua a 4ºC (condiciones de máxima densidad del agua), siendo un
valor adimensional. Por el contrario, la densidad relativa es un
valor equivalente correspondiente a la masa por unidad de
volumen y viene expresado en unidades tales como g/cm3
, Kg/m3
,
Lib/ pie3
.
I

El peso específico es una propiedad intrínseca y constante
para un mineral de composición química determinada, se basan
en el principio de Arquímedes y depende básicamente de dos
factores:
• De los átomos que constituyen el mineral.
• Del tipo de empaquetamiento de los átomos.
Métodos para el Calculo del Peso Especifico:
Los métodos de medida del peso específico se
basan en el principio de Arquímedes y consisten en medir el peso
en aire del mineral ρ(seco) y posteriormente el peso de dicho mineral
sumergido en agua ρ(agua).
Para el calculo de esta propiedad, las técnicas se
dividen en tres tipos:
a.- Experimental de campo u ordinaria: para
aplicar estas técnicas el mineral debe ser Puro y Homogéneo, Sin
Grietas, y Tener un volumen equivalente a 1 cm3
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a.1- Balanza Jolly: se miden los pesos en función del
alargamiento de un muelle helicoidal.
Formula:
G = N1 – n / N1 – N2
n: Blanco
N1: Peso de la muestra
en seco (al aire)
N2 : Peso de la muestra
sumergida (humeda)
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a.2.- La balanza de Brazo o Penfield: donde el peso
específico se determina por la posición de pesas en el brazo
derecho graduado, es un instrumento de gran exactitud y
debido a su sencillez es de fácil construcción muy utilizada en
la medición de peso o densidad de las gemas.
G= Wa / (Wa –Ww)
Wa: peso del mineral en aire
Ww: peso del mineral sumergido
en agua
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Picnómetro (mineral Pulverizado):
La medición de la gravedad específica de
sólidos que tienen una masa homogénea de gránulos
pequeños se puede realizar con gran exactitud por medio del
Picnómetro.
El Picnómetro es una pequeña botella de vidrio
con tapón de vidrio esmerilado que termina en un capilar; la
operación de medición tiene los siguientes pasos:
1. Se pesa el Picnómetro limpio y seco (P)
2. Se introducen los fragmentos de la muestra
en el Picnómetro, se tapa y se pesa (M).
3. Se llena parcialmente el Picnómetro con agua
destilada, se calienta para eliminar las posibles burbujas de
aire, se deja enfriar y se termina de llenar con agua destilada,
luego se se tapa teniendo el cuidado que el capilar quede
I

totalmente lleno de agua, se seca cuidadosamente
retirando todos los excesos y por último se pesa (S).
4. Se desocupa el Picnómetro y se limpia
lavando cuidadosamente para que no queden partículas de
muestra en éste, luego se vuelve a llenar con agua destilada,
cuidando que el capilar quede totalmente lleno al taparlo, se
seca y se pesa (W).
G = (M-P)/W+(M-P)-S
P: Peso de botella vacía + tapa
M: Peso de botella + tapa + muestra
S: Peso de botella + tapa + muestra + agua
W: Peso de botella + tapa + agua
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b.- Valores Técnicos o Preestablecidos: Son
equipos que utilizan tablas o codificaciones normalizadas,
básicamente se usan para pulpas minerales.
b.1.- Balanza Marcy:
Este equipo es el más ampliamente usado en el control de
circuitos de molienda en la industria minera pequeña y mediana.
Es análogo a una pesa tipo percha, en cuyo gancho cuelga un
recipiente dotado con un rebalse para mantener un volumen de
1000 cm3
. (1 lit.).
La lectura se realiza en el visor donde una aguja registra el valor
medido, sobre una escala circular. La escala superior
corresponde al peso específico de la pulpa. Las escalas
siguientes corresponden a porcentajes de sólidos, que difieren
entre sí, básicamente en el peso específico del sólido.
I

Balanza Marcy
I

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

c.- Método teórico ( Estructura Cristalina):
ρ = (Z x M)/(N x V)
M: peso atómico del elemento químico
N: número de Avogadro
V: volumen de la celda unitaria
Z: número de átomos en la celda unitaria.
Para aplicar este método debemos conocer el tipo de
estructura cristalina y su distribución, el mismo se puede realizar
de 2 formas:
1.- Conociendo el valor del parámetro de red
(a).
2.- Calculando el valor del parámetro de red
(a).
En ambos casos dicho valor nos va a permitir calcular el
I

Dicho calculo a la vez dependerá también, de la
cantidad de elementos químicos (binarios, ternarios,
cuádruples, etc.) y del tipo de asociación que tengan
los átomos que conforman la composición química del
mineral ( sustitucional o intersticial).
Estructura cubica: para el calculo se toman los valores
de los radios iónicos.
Redes de Bravais:
B.C.C.: Sustitucional
F.C.C.: Intersticial: Tetraédrico.
Octaédrico.
Solo tomaremos elementos binarios.
I

B.C.C.: ( sustitucional)
Numero de
Átomos:
Z1(vértices) : 8* (1/8= 1
Z2(sustitucional) : 1
I

B.C.C.: ( sustitucional):
Calculo del parámetro de red:
1.- X2
= a2
+a2
X= √2*a
2.- (XI)2
=(√2*a)2
+ a2
XI=√3*a
3.- XI= r1+2*R2+r1 =
2(r1+R2)
Igualando 2 y 3 tenemos que: √3*a = 2(r1+R2)
Por lo tanto: a = 2(r1+R2)/ √3
I

Celda F.C.C
I

F.C.C.: (Intersticios tetraédricos)
Numero de atomos:
Z1(vértices ycentro de las caras) : 8* (1/8)+6*(1/2)= 4
Z2(interstecial) : 8
I

I

1.- X2
= a2
+a2
X= √2*a
2.- (XI)2
=(√2*a)2
+ a2
XI=√3*a
3.- XI= r1+2*R2+2*r1+2*R2+r1
XI= 4(r1+R2)
Igualando 2 y 3 tenemos que: √3*a = 4(r1+R2)
Por lo tanto: a = 4(r +R )/ √3
I

F.C.C.: (Intersticios octaédricos)
Numero de atomos:
Z1(vértices ycentro de las caras) : 8* (1/8)+6*(1/2)= 4
Z2(interstecial) : 12*(1/4)+1= 4
I

F.C.C.: (Intersticios octaédricos)
a = 2r1+2R2 = 2*(r1+R2)
I

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