METALURGIA DEL ORO
METALURGIA DEL ORO Procesos Industriales Inorgánicos
TRUJILLO – PERÙ PERÙ
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METALURGIA DEL ORO
ÍNDICE
Pág.
1. Metalurgia
6
2. Definiciones Básicas
6
2.1.Minerales
6
2.2.Mena
6
2.3.Vetas
7
2.4.Ganga
7
2.5.Ley Media
8
2.6.Ley de Corte
8
2.7.Placeres
8
2.8.Lama
8
2.9.Toneles
8
3. Oro
9
3.1.Generalidades
9
3.2.Propiedades Físicas y Químicas del Oro
9
3.2.1. Propiedades Químicas del Oro
9
3.2.2. Propiedades Físicas del Oro
9
3.3.Reacciones del Oro
10
3.4.Estado Natural del Oro
11
3.4.1. Minerales que contienen Oro y Teluro
12
3.4.1.1.Calaverita
12
3.4.1.2.Silvanita
13
3.4.1.3.Petzita
14
3.4.2. Clasificación Mineralúrgica de los Minerales de Oro
14
3.4.2.1.Minerales de Oro en los asientos
14
3.4.2.2.Minerales que contienen Oro natural inoxidable
15
3.4.2.3.Minerales con sulfuro de hierro
15
3.4.2.4.Minerales con sulfuro de arsénico o antimonio
15
3.4.2.5.Minerales con teluros de oro
15
3.4.2.6.Minerales con ganga carbonácea
15
3.4.2.7.Minerales de oro asociado con metales de base
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ÍNDICE
Pág.
1. Metalurgia
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2. Definiciones Básicas
6
2.1.Minerales
6
2.2.Mena
6
2.3.Vetas
7
2.4.Ganga
7
2.5.Ley Media
8
2.6.Ley de Corte
8
2.7.Placeres
8
2.8.Lama
8
2.9.Toneles
8
3. Oro
9
3.1.Generalidades
9
3.2.Propiedades Físicas y Químicas del Oro
9
3.2.1. Propiedades Químicas del Oro
9
3.2.2. Propiedades Físicas del Oro
9
3.3.Reacciones del Oro
10
3.4.Estado Natural del Oro
11
3.4.1. Minerales que contienen Oro y Teluro
12
3.4.1.1.Calaverita
12
3.4.1.2.Silvanita
13
3.4.1.3.Petzita
14
3.4.2. Clasificación Mineralúrgica de los Minerales de Oro
14
3.4.2.1.Minerales de Oro en los asientos
14
3.4.2.2.Minerales que contienen Oro natural inoxidable
15
3.4.2.3.Minerales con sulfuro de hierro
15
3.4.2.4.Minerales con sulfuro de arsénico o antimonio
15
3.4.2.5.Minerales con teluros de oro
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3.4.2.6.Minerales con ganga carbonácea
15
3.4.2.7.Minerales de oro asociado con metales de base
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4. Los Tratamientos Mineralúrgicos
16
4.1.Concentración
16
5. Planta de Tratamiento
17
5.1.Principales procesos de las plantas de tratamiento
17
5.1.1. Preparación mecánica de los minerales
17
5.1.2. Principales equipos de trituración y molienda
18
5.1.2.1.Equipos que actúan por compresión
18
5.1.2.2.Equipos que actúan por fricción
18
5.1.2.3.Equipos que actúan por impacto
19
5.1.2.4.Equipos mixtos
19
5.1.3. La Clasificación de los Sólidos
19
5.1.3.1.Clasificación por Vía Directa
19
5.1.3.2.Clasificación por Vía indirecta
19
5.1.4. Separación de Componentes
20
5.1.4.1.Métodos Basados en la Gravedad
20
5.1.4.2.Métodos Basados en el Magnetismo y Electrostática
20
5.1.4.2.1. Separación Electrostática
20
5.1.4.2.2. Separación Magnética
21
5.1.4.3.Flotación
21
5.1.5. Tratamiento de la Pulpa
22
5.1.5.1.Espesado
22
5.1.5.2.Filtrado
23
6. Extracción del Oro
24
6.1.Amalgamación
24
6.1.1. Pérdidas de Oro en la Amalgamación 6.2.Cloruración
25 26
6.2.1. Calcinación de la Mena
26
6.2.2. Cloruración del Oro y Lixiviación del Cloruro Áurico formado por agua
27
6.2.2.1.Cloruración en Toneles 6.2.3. Precipitación del Oro
29 30
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6.3.Cianuración
31
6.3.1. Fundamentos de la Cianuración
32
6.3.2. Los Pretratamientos para la Cianuración
32
6.3.2.1.Tostado de las menas
33
6.3.2.2.Pretratamientos Acuosos
33
6.3.3. Tipos de Cianuración
33
6.3.3.1.Cianuración en Cuba
33
6.3.3.2.Cianuración en Pila
34
6.3.4. Disolución de los Metales Preciosos
34
6.3.5. Efecto del tamaño de la partícula en la velocidad de la disolución del oro
36
6.3.6. Efecto de la concentración de cianuro sobre la velocidad de disolución del oro
36
6.3.7. Efecto del oxígeno sobre la disolución
36
6.3.8. Efecto de la alcalinidad sobre la disolución de oro
37
6.3.9. Efecto de la temperatura
38
7. Métodos de la Recuperación del Oro
39
7.1.Precipitación con Zinc o Aluminio
39
7.2.Absorción con Carbón Activado
39
8. Tratamiento de Minerales Refractarios a la Cianuración
40
8.1.Oxidación a Presión
40
8.2.Cianuración a Presión
40
8.3.Oxidación Bacterial
40
9. Clarificación
40
10. Precipitación del Oro
40
11. Fundición del Precipitado
41
12. Refinación del Oro
41
12.1. Refinación por Ácido Nítrico
42
12.2. Refinación por Ácido Sulfúrico
43
12.3. Refinación por el Cloro
44
12.4. Refinación del Oro por Electrólisis
45
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13. Análisis
46
13.1. Análisis de Minerales
46
13.2. Análisis de Aleaciones y Oro en Barras
47
14. Aleaciones
48
14.1. Aleaciones con Plata
48
14.2. Aleaciones con Cobre
48
14.3. Aleaciones con Plata y Cobre
49
14.4. Aleaciones con Aluminio
49
14.5. Aleaciones con Arsénico, Estaño o Bismuto
49
14.6. Aleaciones con Cadmio
49
14.7. Aleaciones con Zinc
50
14.8. Aleaciones con Cobalto
50
14.9. Aleaciones con Cromo
50
14.10. Aleaciones con Hierro
50
14.11. Aleaciones con Mercurio
50
14.12. Aleaciones con Níquel
50
14.13. Aleaciones con Plomo
50
15. Aplicaciones del Oro
51
16. Referencias Bibliográficas
52
17. Anexos
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1.
METALURGIA (1),(3),(4) Ciencia aplicada cuyo objeto es el estudio de las operaciones industriales tendientes a la preparación, tratamiento (físico y/o químico) y producción de metales y sus aleaciones. En términos generales, la técnica metalúrgica comprende:
Metalurgia Extractiva, tiene por objeto extraer los metales de sus
menas por diversos métodos mecánicos y químicos.
Metalurgia Adaptiva, esta se ocupa de la fusión y el tratamiento de
los metales y sus aleaciones, la obtención de las formas deseadas y la fabricación de esas formas para producir máquinas, utensilios y otros objetos deseados por el hombre. 2. DEFINICIONES BÁSICAS (1),(2),(6) 2.1. MINERALES: Son sustancias naturales que se originan en la capa rocosa de la Tierra o litósfera, y se caracterizan por tener una estructura homogénea y una composición química bien definida.
2.2 MENA: Es el mineral cuya explotación presenta interés. En general, es un término que se refiere a minerales metálicos y que designa al mineral del que se extrae el elemento químico de interés (Cu de la calcopirita, Hg del cinabrio, Sn de la casiterita, entre muchos ejemplos posibles). En este caso de los minerales metálicos, se requiere un tratamiento de la mena, que en general comprende dos etapas: el tratamiento mineralúrgico y el metalúrgico.
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Fig. 1 Mena aurífera 2.3. VETAS: Yacimiento compuesto por un cuerpo mineral de forma alargada, limitado por planos irregulares de rocas denominadas “encajonantes”.
Generalmente la veta es vertical. Cuando el cuerpo mineral aparece tendido o echado se le llama “manto”. Las vetas constituyen el tipo de yacimiento más
común en nuestro medio.
Fig. 2: Veta de oro 2.4. GANGA: Comprende a los minerales que acompañan a la mena, pero que no presentan interés minero en el momento de la explotación. Ejemplos
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frecuentes en minería metálica son el cuarzo y la calcita. Conviene resaltar que minerales considerados como ganga en determinados momentos se han transformado en menas al conocerse alguna aplicación nueva para los mismos.
2.5. LEY MEDIA: Es la concentración que presenta el elemento químico de interés minero en el yacimiento. Se expresa como tantos por ciento, o como gramos por tonelada (g/t) (equivale a partes por millón, ppm) u onzas por tonelada (oz/t).
2.6. LEY DE CORTE: Es la concentración mínima que debe tener un elemento en un yacimiento para ser explotable, es decir, la concentración que hace posible pagar los costos de su extracción, tratamiento y comercialización. Es un factor que depende a su vez de otros factores, que pueden no tener nada que ver con la naturaleza del yacimiento, como por ejemplo pueden ser su proximidad o lejanía a vías de transporte, avances tecnológicos en la extracción, etc.
2.7. PLACERES: Son depósitos auríferos acumulados en arenas, gravas y en el lecho vivo de los ríos. Se definen los placeres como “un depósito de minerales en grano, residuales, de valor económico, que han sido concentrados por agentes mecánicos. 2.8. LAMA: Es el lodo de mineral molido que se deposita en los canales por donde corren las aguas procedentes de los aparatos trituradores. 2.9. TONELES: Recipiente de gran tamaño que sirve para contener líquidos; está formado por listones de madera unidos con aros metálicos y apoyados sobre una base circular.
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3. EL ORO (1),(2),(4),(6),(8)
Fig. 3: El Oro 3.1. GENARALIDADES El oro, Au (del latín aurum), número atómico 79, peso atómico 197.2, es un metal amarillo brillante, es el más maleable y dúctil de todos los minerales, cristaliza en el sistema cúbico central en las caras con un dimensión de célula de 4.0701 A. En estado puro es demasiado blando por lo que se alea siempre con metales tales como la plata, el cobre para ser usado en joyerías. 3.2. PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS DEL ORO 3.2.1.Propiedades Químicas del Oro: Masa atómica Radio medio Radio atómico (calc) Estados de oxidación Estructura cristalina
196,966569(4) u 135 pm 174 pm 3, 1 (anfótero) Cúbica centrada en las caras
Referencia:1
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3.2.2.Propiedades Físicas del Oro: Estado ordinario Punto de fusión Punto de ebullición Entalpía de vaporización Entalpía de fusión Presión de vapor
Sólido 1337,33 K 3129 K 334,4 kJ/mol 12,55 kJ/mol 0,000237 Pa a 1337 K
Referencia: 1 3.3. REACCIONES DEL ORO El oro es uno de los metales menos activos. No se oxida en el aire ni en el oxigeno a ninguna temperatura; de ahí la expresión metal noble que se le aplica. Resiste completamente a los ácidos clorhídrico, nítrico y sulfúrico a las temperaturas ordinarias y a 100 C, también resiste el ataque de los ácidos bromhídrico, yodhídrico y fluorhídrico. El acido selénico ataca al oro por encima de 230 C. Una mezcla de acido clorhídrico y nítrico (agua regia) lo disuelve fácilmente. El oro es atacado por el acido telúrico cuando está presente el acido sulfúrico. Todos los halógenos atacan al oro. El bromo es el más activo, disuelve algo de metal incluso a temperatura ordinaria. El cloro es algo menos activo cuando está seco; pero cuando esta húmedo, o a temperatura elevada ataca fácilmente al metal. Cualquier mezcla de sales halógenas y agentes oxidantes que desprenden un halógeno disuelven al oro. El oro no reacciona con el azufre y no se disuelve en el anhídrido sulfuroso, pero es ligeramente atacado por sulfuros alcalinos. El acido cianhídrico y los cianuros alcalinos reaccionan ligeramente, pero en presencia de oxidantes.
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El mercurio reacciona rápidamente con el oro para formar amalgama. Esta propiedad se utiliza para recoger el metal finamente dividido de arena, gravas y minerales pulverizados. 3.4. ESTADO NATURAL DEL ORO El oro existe en el agua de mar, pero en tan grande dilución que no es comercialmente factible extraerlo. Suele presentarse en estado metálico finamente dividido en los filones de ciertos minerales. Si por la acción de los agentes atmosféricos, estos filones se desintegran poco a poco, los restos aluviales van a pasar a los ríos, en cuyos lechos se depositan las partículas de oro por su mayor densidad. Principales Minerales Portadores del Oro: MINERAL Oro natural Electrum Calaverita Crennerita Silvanita Petzita Hessita
COMPOSICIÓN Au
CONTENIDO DE ORO (%)
DUREZA
DENSIDAD (g/mL)
Mayor 75%
16-19
2.5-3
(Au, Ag)
45%75%
13-16
2-2.5
Au Te 2
40%
9.2
2.5-3
AuTe2
31%44%
8.6
2.5
AuAgTe4
34%30%
8.2
1.5-2
(Ag,Au)2Te
19%25%
9.1
2.5
Menor 5%
8.4
2.5-3
AuAg2Te
Referencia: 8 Predomina el oro en estado natural, con dimensiones entre una decena de micrones y una decena de milímetros (las masas de oro de 50 Kg. o más se encuentran en vetas de cuarzo). La plata es su principal impureza (electrum es una aleación oro con plata en diversas proporciones). Los placeres se componen de arena o grava que contiene oro; los yacimientos más antiguos se encuentran a bastante profundidad y están cubiertos por rocas y gravas. Si bien el oro se presenta en estado metálico, se han descubierto
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algunos compuestos de oro y teluro, estos minerales se oxidan fácilmente y son atacados por agentes atmosféricos, con pérdida de teluro en el proceso. 3.4.1. MINERALES QUE CONTIENEN ORO Y TELURO: 3.4.1.1. CALAVERITA
Fig 4: Calaverita PROPIEDADES FISICAS Color
amarillo-graso a blanco plateado
Raya
verdosa a gris-amarillenta
Lustre
Metálico
Transparencia
Opaco
Sistema cristalino Monoclínico Fractura
Irregular
Dureza
2,5 - 3 (Mohs)
Tenacidad
Quebradizo
Densidad
9,31
La calaverita o teluro de oro, es un mineral metálico. Su composición química presenta la fórmula AuTe2, de masa molecular 452,2 u, contiene 56,44% de teluro y 43,56% de oro. Es uno de los pocos compuestos de los que puede obtenerse oro y teluro. Página 12
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Fue descubierto por primera vez en el condado de Calaveras, en el estado norteamericano de California en 1861, de ahí el origen del nombre de calaverita. El color puede variar desde un blanco plateado hasta un amarillo lácteo. El principal mineral asociado es la silvanita. Las principales reservas de este mineral se han encontrado en los Estados Unidos (Colorado y California), Rumanía (Nagyag), Canadá (Ontário y Québec) y en Australia (Kalgoorlie). 3.4.1.2. SILVANITA
Fig 5: Silvanita. Silvanita o teluro de oro y plata, también conocido como "carta de oro" o "gráfico teluro" presenta la fórmula (A g, Au) Te 2 y (Ag, Au)
2
Te 4, con
6,27% de plata , el 36% de oro y 59,36% de teluro , que es el más común de teluro de oro. La relación oro / plata va de 3:1 a 1:1. Se trata de un mineral cuyo color varía de gris metálico a casi blanco. Se asocia con la calaverita . La silvanita cristaliza en la forma monoclínica. Los cristales son poco frecuentes y generalmente enrollados o peletizados. Es suave con una dureza entre 1,5 y 2,0, y con una alta densidad relativa 8,0 a 8,2. Cuando se expone a luz brillante durante mucho tiempo puede tener una mancha oscura. La silvanita se asocia con el oro nativo de cuarzo , fluorita , pirita , nagyagita , calaverita , kennerita ,y otros teluros. Se encuentra principalmente en las vetas hidrotermales de baja temperatura.
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La silvanita, descubierto en 1835 , se encuentra en Transilvania ( Rumania ) región, que deriva su nombre. Silvanita También hay minas en Australia , en el Distrito Este de Kallgoorlie . En Canadá se encuentra en el lago Kirkland de Ontario y Rouyn Distrito en Quebec . En los Estados Unidos de América se encuentra en los estados de California y Colorado . 3.4.1.3. PETZITA (Ag2Te,Au2Te)
Fig 6: Petzita. Raya de color negro grisáceo. Brillo metálico. Opaca. Color negro hierro, gris acero. Dureza 2,5. Densidad 8,92 g/cm3. 3.4.2.CLASIFICACIÓN MINERALURGICA DE LOS MINERALES DE ORO Según McOuinston y Shoemaker la clasificación de los minerales de oro, desde el punto de vista mineralógico es la siguiente:
3.4.2.1.
MINERALES DE ORO EN LOS ASIENTOS:
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Están constituidos por las arenas o conglomerados poco o nada consolidados. El oro se presenta con un débil contenido bajo la forma de metal natural. Suelen explotarse por gravimetría. 3.4.2.2.
MINERALES QUE TIENEN ORO NATURAL INEXORABLE: Comprende los minerales no refractarios en los que el oro se presenta en estado nativo, no incluido en sulfuros. La cianuración es la técnica utilizada, para recuperar el oro.
3.4.2.3.
MINERALES CON SULFUROS DE HIERRO: El oro se presenta en estos minerales, al mismo tiempo diseminado en los sulfuros y en estado libre. La pirita es el sulfuro más frecuente y su tratamiento habitual consiste en una flotación de sulfuros y del oro libre, seguido de una cianuración del concentrado, eventualmente remolido.
3.4.2.4.
MINERALES
CON
SULFUROS
DE
ARSÉNICO
O
DE
ANTIMONIO: Generalmente el oro se presenta en estos minerales muy finamente diseminado en los sulfuros. El tratamiento habitual es una concentración de oro por flotación de los sulfuros, seguido de un tostado y de una cianuración del concentrado. 3.4.2.5.
MINERALES CON TELUROS DE ORO: Se presentan a menudo acompañados de oro natural y de oro diseminado en los sulfuros. El tratamiento es más complejo, y consiste en una flotación de los sulfuros, seguido de una cianuración.
3.4.2.6.
MINERALES CON GANGA CARBONACEA (CARBONOSA):
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Estos minerales contienen las materias carbonosas bajo una forma orgánica o mineral. Este carbón puede absorber el oro disuelto que se pierde entre los residuos. El tratamiento necesita antes de la cianuración una etapa de oxidación del mineral, una separación por flotación del carbón o la añadidura de reactivo, como el kerosén, recubriendo la superficie de los minerales carbonáceos. 3.4.2.7.
MINERALES DE ORO ASOCIADO CON METALES DE BASE: Este tipo de mineral asegura una gran parte de la producción mundial. El oro es habitualmente recuperado con los concentrados de los sulfuros de los metales de base (cobre, plomo o zinc). Las partes estériles de flotación, cuando contienen todavía oro, pueden ser cianurados.
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4.
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LOS TRATAMIENTOS MINERALÚRGICOS (6),(8) Los fragmentos de roca procedentes de las operaciones de minado contienen dos componentes principales: a)
Componente valioso: el cual contiene compuestos metálicos o no
metálicos de interés económico. b) Componente no valioso o estéril con muy poco o nada de compuestos de interés económico y al cual se denomina comúnmente ganga. El producto final de los tratamientos mineralúrgicos es el concentrado de la especie valiosa, mencionándose la especie de mayor importancia económica. En función de la naturaleza del yacimiento y el tipo de mineral se pueden realizar los siguientes procesos físicos:
Gravimetría
Reducción de tamaño
Separación Magnética
Separación Electrostática
Molienda en Seco
Flotación
Sedimentación
4.1. CONCENTRACION (8) De acuerdo con esta clasificación, se puede observar que el tratamiento integral del material procedente de la mina, incluye tres tipos de operaciones.
Disgregación mecánica del material.
La extracción de las fases minerales de interés económico.
Obtención de los metales que poseen un valor en el mercado.
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5.
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PLANTA DE TRATAMIENTO (6),(8) Es el lugar donde se llevan a cabo los procesos mineralúrgicos, y suele estar situada en los alrededores de la explotación minera, para reducir los gastos asociados al transporte del material a la planta metalúrgica, ya que, en general, el mineral está constituido en su mayor parte (en ocasiones hasta en un 99%) por estéril, por lo que resulta imprescindible que el transporte efectúe únicamente a los componentes que posean interés económico.
5.1.
PRINCIPALES PROCESOS DE LAS PLANTAS DE TRATAMIENTO:
5.1.1.
PREPARACIÓN MECÁNICA DE LOS MINERALES Consistente en una fragmentación del material sólido, tiene como objetivo reducir un sólido de volumen dado en elementos de volumen más pequeños. Con ello se liberan los componentes con valor económico del estéril, se reduce el mineral a dimensiones dictadas por la utilización. También puede tener por objeto reducir el material a unas dimensiones que
permitan unas reacciones fisicoquímicas o químicas cuya cinética es función de la superficie de los cuerpos presentes. El proceso consta de 2 etapas o fases cuyos objetivos son, en general, obtener un material con unas dimensiones determinadas. Dichas etapas son: A. TRITURACION O CHANCADO: se obtienen elementos con diferentes tamaños a partir del material suministrado en la fase anterior. Se suele hablar de una trituración primaria (tamaño inferior a 100mm), una trituración secundaria (tamaño inferior a 25mm) y una trituración terciaria, al final de la cual el material está formado por fragmentos inferiores a 10 mm. B. MOLIENDA: Genera un producto definitivo, para la etapa posterior de separación. En ocasiones, el tamaño de las partículas debe
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alcanzar valores tan pequeños como 20 – 30 micras (p.e.para la entrada en los circuitos de flotación). 5.1.2. PRINCIPALES EQUIPOS DE TRITURACIÓN Y MOLIENDA: Los equipos de trituración que se utilizan en la preparación mecánica del mineral pueden clasificarse en diferentes categorías en función de la naturaleza de las fuerzas que actúan:
Por Impacto
Por compresión
Por fricción
Mixtos
Lo que los caracteriza es el tipo de fragmentos que generan. Un aparato que actúa por compresión produce una menor cantidad de finos que otro que actúa por impacto y éste, a su vez, menor cantidad de material fino que los que actúa por fricción. 5.1.2.1.
EQUIPOS QUE ACTÚAN POR COMPRESIÓN: Las trituradoras de mandíbulas y las trituradoras giratorias son los aparatos más utilizados en las plantas de tratamiento, ambos trabajan en seco. Estos aparatos generan relaciones de reducción entre 4:1 para la trituradora de mandíbulas y 15:1
para los trituradores
giratorios y/o cónicos. 5.1.2.2.
EQUIPOS QUE ACTÚAN POR FRICCIÓN: Someten el material a esfuerzos de frotamiento o fricción, obligándolo a pasar entre dos superficies lisas o rugosas, una de las cuales es fija y la otra móvil. La acción de fricción está combinada con una acción de aplastamiento o comprensión. En el caso de los molinos de muelas, la presión viene dada por la gravedad.
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5.1.2.3.
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EQUIPOS QUE ACTÚAN POR IMPACTO: Utilizan el hecho de que la energía cinética de un cuerpo en movimiento es integralmente transformada, partir de un choque, en energía de deformación, afectando al cuerpo y al obstáculo. Los aparatos más utilizados en el mundo son los molinos de impacto y los molinos de martillos.
5.1.2.4.
EQUIPOS MIXTOS: Este tipo de aparatos combinan el aplastamiento, fricción y percusión Se encuentran representados por los molinos de bolas y de barras que trabajan en medio húmedo y seco.
5.1.3.
LA CLASIFICACIÓN DE LOS SÓLIDOS La clasificación tienen por objeto substraer los materiales excesivamente gruesos o finos con el fin de aumentar el rendimiento de los equipos. La clasificación puede llevarse a cabo de dos maneras:
5.1.3.1.
CLASIFICACIÓN POR VÍA DIRECTA (cribado o tamizado), utilizando unas aberturas de dimensiones y formas dadas. Este método se aplica para separaciones de tamaño alrededor de 3 mm por tamices convencionales vibratorios y hasta malla 200 (74 micras) en tamices vibratorios de alta frecuencia.
5.1.3.2.
CLASIFICACIÓN POR VÍA INDIRECTA: Este método se basa en la separación de varios productos en función de su diferente velocidad de caída en un fluido determinado, normalmente agua y se utiliza en un campo comprendido entre 1 mm y algunas micras. Este tipo de clasificación, en conjunto, es menos precisa que la vía directa. El fluido puede estar constituido por aire o agua, siendo éste último el más frecuente.
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5.1.4.
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SEPARACIÓN DE COMPONENTES: Una vez que el material se ha triturado y clasificado de forma adecuada, está listo para los siguientes procesos, para obtener el producto final. El material presenta tres tipos de partículas:
Con interés económico (el mineral propiamente dicho).
Sin interés económico (estéril).
Partículas con parte de mineral y parte de estéril (mixtos).
Las técnicas que se utilizan para la presente etapa se relacionan directamente con las propiedades fisicoquímicas y naturaleza de los minerales. Los métodos de enriquecimiento más utilizadas en la industria se basan en las siguientes propiedades físicas: A. Gravedad B. Magnetismo y electrostática. C. Flotación (Propiedades superficiales). 5.1.4.1.
MÉTODOS BASADOS EN LA GRAVEDAD Utilizan el efecto combinado de la masa volumen, forma y peso específico de las partículas para obtener unas trayectorias diferentes en un medio líquido, estático o en movimiento.
5.1.4.2.
MÉTODOS BASADOS EN EL MAGNETISMO Y EN LA ELECTROSTÁTICA Se basan en la fuerza que una partícula experimenta al ser sometida a un campo eléctrico o magnético.
5.1.4.2.1. SEPARACIÓN ELECTROSTÁTICA: La fuerza de separación se produce por la acción que un campo eléctrico efectúa sobre una partícula cargada. El proceso tiene la funcione de:
Cargar las partículas de interés económico selectivamente frente a las partículas estériles y exponerlas a la acción de un
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campo eléctrico en el que la respuesta es diferente según el tipo de partícula cargada La propiedad que se explota en las separaciones electrostáticas es la diferente conductividad eléctrica de los minerales. 5.1.4.2.2. SEPARACIÓN
MAGNÉTICA:
Se
utiliza
la
diferente
susceptibilidad magnética de los minerales. Según sea esta susceptibilidad, los minerales pueden incluirse en uno de los tres grupos siguientes:
5.1.4.3.
Ferromagnéticos
Diamagnéticos
Paramagnéticos
FLOTACIÓN (PROPIEDADES DE SUPERFICIE) Es el método fisicoquímico que consiste en la concentración de minerales finamente molidos. Este proceso comprende el tratamiento químico de una pulpa de mineral que crea condiciones de adherencia de las partículas minerales a las burbujas de aire. Estas burbujas emergen con los minerales seleccionados a la superficie de la pulpa y forman una espuma estabilizada, que es recogida mientras los otros minerales permanecen sumergidos en la pulpa. El método de recuperación de minerales por Flotación es actualmente el más eficaz y el más extensamente usado en todo el mundo. La importancia de la flotación reside en su relativa eficiencia y selectividad, su aplicabilidad a la mayor parte de las especies minerales ya sus altas capacidades por unidad de flotación, lo que permite tratar menas con leyes muy bajas. La importancia económica de la flotación puede evaluarse al tener en cuenta que se utiliza en un 80% de los minerales. Basándose en el hecho de que ciertos minerales (los térreos) son hidrófilos,
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mientras que otros (los metálicos) son hidrófobos. Por el contrario, el comportamiento de estos minerales frente al aceite es totalmente opuesto, es decir, los térreos actúan de forma hidrófoba y los metálicos hidrófilamente. Si en un líquido con ambos tipos de partículas (estéril y mena) introducimos un líquido oleaginoso y creamos burbujas, las partículas metálicas se adherirán a las burbujas aceitosas y sobrenadarán con éstas debido a la presencia del aire contenido en la burbuja. Con ello, habremos conseguido la deseada operación de separación de las partículas estériles de las de interés económico. La flotación está fuertemente condicionada por el tamaño de partícula. Este debe ser suficientemente pequeño (0.5 mm) como para que las fuerzas de superficie que sostienen a la partícula adherida a la burbuja no sean superadas por la fuerza de gravedad. 5.1.5.
TRATAMIENTO DE LA PULPA Los productos que salen de las diferentes etapas de concentración suelen contener altos contenidos en agua, en ocasiones superiores al 90%.
5.1.5.1.
ESPESADO El objetivo del espesado es concentrar la pulpa, es decir, aumentar el contenido en sólidos en suspensión, normalmente por procesos de sedimentación. Se introduce la pulpa en un recipiente durante un tiempo determinado, separando las partículas de sólidos las que tienden a sedimentarse en el fondo mientras que el agua de la parte superior del recipiente se va clarificando al disminuir su contenido en sólidos en suspensión. Este proceso puede complicarse si el tamaño de partícula es muy fino.
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Para aumentar la velocidad de sedimentación de las partículas, suelen utilizarse productos químicos que producen fenómenos de coagulación o floculación, disminuyéndose así el tiempo de decantación. Aumentando la clarificación de las aguas residuales. Los
productos
utilizados
pueden
ser
el
quebracho,
los
lignosulfonatos, las poliacrilamidas, etc., tratándose, de polímeros de cadenas largas. 5.1.5.2.
FILTRADO Proceso de separación de la fase sólida y liquida presente en la pulpa, a través de un medio poroso. Los sólidos se van acumulando en la pantalla de filtrado formando una torta, la que actúa en sí misma, como un nuevo filtro, permitiendo solo el paso de la fase liquida. Tanto la torta como el panel de filtrado ofrecen una importante resistencia al paso del líquido, esta resistencia viene determinada por la viscosidad del líquido, el tamaño de poros del panel y el tamaño de los intersticios dentro de la torta. Para evitar esta resistencia e incrementar la evacuación del líquido, se aplica una presión al sistema.
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6.
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EXTRACCIÓN DEL ORO (1),(2),(3),(4),(6),(7),(8) El oro puede extraerse de los placeres recurriendo a la concentración gravimétrica, debido a la diferencia del peso específico del oro de 19.3 g/cm3 y de la ganga que fluctúa alrededor de 2.6 g/cm3. El oro que se encuentra en combinación química o dispersada en un grano más fino en la mena, no puede recuperarse con facilidad, suele encontrarse en combinación con la plata, pero en aquellas menas en la que figura como metal principal, puede recuperarse por una de los siguientes procesos:
6.1.
Amalgamación.
Cloruración.
Cianuración.
AMALGAMACIÓN: Proceso que se aplica para recuperar oro y plata nativa de materiales auríferos o argentíferos. El oro, la plata y varios otros metales y sus compuestos son capaces de alearse con el mercurio. Dichas aleaciones se conocen como amalgamas, que son sustancias viscosas y de color blanco brillante. La amalgamación sirve para recuperar el oro en forma de amalgama y así separarlo de los minerales acompañantes. La amalgama se forma por el contacto entre mercurio y oro en una pulpa con agua. El mercurio puede estar presente en forma de "perlas" dispersas en la pulpa o extendido sobre una superficie (planchas amalgamadoras). El oro libre (nativo) en un tamaño de grano entre 20-50 mm y 1-2mm es apropiado para la amalgamación. El oro grueso se puede recuperar fácilmente con métodos gravimétricos. Todo el oro libre y limpio se amalgama. Sin embargo, frecuentemente el mineral bruto puede contener ciertos minerales acompañantes y/o impurezas con efectos negativos para el
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proceso de amalgamación. Algunos de tales problemas se describen a continuación:
Los sulfuros de arsénico, antimonio y bismuto reaccionan con el mercurio, produciendo una pérdida significativa del mineral precioso y mercurio.
Los silicatos hidratados de magnesio y aluminio podrían interrumpir el proceso e incrementar las pérdidas de oro y mercurio.
Los lubricantes y las grasas, se fijan al mercurio y tienden a atrapar sulfuros, talco, arcillas y otros minerales. Causando la flotación del oro, alejándolo del contacto con el mercurio.
El aluminio o el cobre metálico de los detonadores o cables eléctricos, como el plomo metálico y el zinc metálico de baterías se pueden amalgamar, consumir y ensuciar el mercurio.
6.1.1. PÉRDIDAS DE ORO EN LA AMALGAMACIÓN:
Falta de contacto entre el oro y el mercurio.
Oro demasiado fino de comportamiento coloidal o cuando se presenta en lamillas muy delgadas que sobrenadan sin ponerse en contacto con el mercurio.
Cuando el oro se encuentra como teluro.
Cuando la superficie del oro está cubierta por materia extrañas.
Oro que se pierde como amalgama.
Mercurio con apariencia de harina, el cual es incapaz de atacar al oro adecuadamente.
El metal está cubierto por herrumbre o con una película de cualquier sustancia extraña que evita el contacto entre en mercurio y el oro.
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6.2.
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CLORURACIÓN: En este proceso se consideran las siguientes etapas:
Calcinación de la mena.
Cloruración del oro y lixiviación del cloruro áurico formado con agua.
Precipitación del oro.
6.2.1. CALCINACIÓN DE LA MENA: El objeto de la calcinación es la liberación del oro y la conversión de todos los metales presentes, excepto el oro y la plata en óxidos los cuales son poco atacados por el cloro. La mena calcinada se clorura para obtener el cloruro áurico (AuCl3) soluble en agua. El cloro naciente tiene poca acción sobre los óxidos metálicos, pero si la ejerce sobre los metales así como, los sulfuros arseniuros y antimoniuros. Sirven de ejemplo las reacciones siguientes: 3Au + 9/2Cl2 3AuCl3 2Ag + Cl2 2AgCl 4Cl + 2Cu2S + 3O2 4CuCl2 + 2SO3 El oro precipita generalmente con sulfato ferroso, con carbón vegetal o con ácido sulfhídrico. El sulfato ferroso es uno de los más antiguos precipitantes del oro, el cual reacciona de acuerdo a la ecuación química siguiente: 2AuCl3 + 6FeSO4 Au2 + 2FeCl3 + 2Fe2(SO4)3
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La precipitación del oro contenida en la solución rica con acido sulfhídrico se efectúa de acuerdo a la siguiente reacción: 2AuCl3 + 3H2S Au2S3 + 6HCl La precipitación es rápida y el precipitado (Au2S3) se separa de la solución por medios de filtro prensa y finalmente se somete a fusión, la recuperación por este método es del 95%. 6.2.2. CLORURACIÓN DEL ORO Y LIXIVIACIÓN DEL CLORURO ÁURICO FORMADO CON AGUA: El tratamiento de tales materiales por cloruración involucra, como ya se ha mencionado anteriormente, la tostación de la mena que es la parte más costosa de la operación. Las condiciones para una satisfactoria cloruración de las menas auríferas que recubran las partículas de oro protegiéndolo de la acción del cloro y el empleo de cloro puro especialmente más libre de ácido clorhídrico. Si el oro no se encuentra finamente dividido su cloruración tarda demasiado tiempo. El cloro empleado en la cloruración se obtiene por las reacciones siguientes: 2NaCl + MnO2 + 3H2SO4 2NaHSO4 + MnSO4 + 2H2O + Cl2 ↑ CaOCl2 + 2H2O + H2SO4 CaSO4 + 3H2O + Cl2 ↑ El hipoclorito de calcio se obtiene tratando el hidróxido de calcio con cloro. Ca(OH)2 + Cl2 CaOCl2 + H2O
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La cloruración del oro se efectúa ya sea en tanques o en barriles giratorios en el método antiguo conocido como „PROCESO PLATTNER ‟, el aparato que se emplea para esta operación está representado en la siguiente figura:
Es una cuba de madera revestida de asfalto, cuya capacidad es muy variable y puede ser de 2 a 5 toneladas. Tiene un doble fondo de madera con agujeros de 25 mm más o menos, situado a 10 ó 12 cm debajo del fondo verdadero sobre el que se coloca una capa de trozos de cuarzo de 15 a 20 cm de espesor. Después se pone una capa de arena de 5 cm de espesor, de manera que cubra perfectamente los últimos trozos de cuarzo y sobre ella se extiende una tela que sirve de filtro. La cuba se cubre con una tapadera de hierro fundido que tiene una abertura.
Figura 7. Barril giratorio El cloro se produce en otro aparato de hierro, revestido de plomo interiormente, por la acción del ácido sulfúrico sobre una mezcla de cloruro de sodio y dióxido de manganeso antes de usarlo se hace un lavado perfecto con el objeto de eliminar el ácido clorhídrico que pueda contener, el cual puede reaccionar con los sulfuros produciendo ácido sulfhídrico, susceptible de precipitar el oro al estado de sulfuro. La reacción en este caso es:
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2NaCl + MnO2 + 3H2SO4 2NaHSO4 + MnSO4 + 2H2O + Cl2↑ El cloro gaseoso se introduce por medio de un tubo colocado en el fondo de la cuba hasta que la mena está completamente saturada y salgan los vapores por la abertura de la tapa. Una vez concluida la cloruración, se deja la mena en reposo durante uno o dos días, al cabo de los cuales se levantan la tapa y se agrega agua que se deja percollar hasta que la solución que se evacue por un tubo especial no lleve cloruro de oro en disolución. La solución decantada de cloruro áurico, que todavía contiene materiales en suspensión, se filtra como paso previo a la precipitación. 6.2.2.1. CLORURACIÓN EN TONELES: En este método la mena se carga en toneles o barriles giratorios alrededor de su eje horizontal, agregando los reactivos necesarios para la producción del cloro dentro de la carga misma. La reacción que se produce es la siguiente: CaOCl2 + H2SO4 + H2O CaSO4 + 3H2O + Cl2 ↑ El aparato es un cilindro de palastro (hierro o acero laminado) revestido interiormente de plomo. En el interior del cilindro se dispone un filtro consistente en un cuadro de madera sobre el cual se coloca planchas de plomo perforados con pequeños orificios. Como se muestra en la siguiente figura:
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Figura 8. Toneles En este método, para generar el cloro, se carga al tonel con suficiente cantidad de agua que en la práctica es de 135 a 140 galones para hacer una pulpa de 65% de sólidos con una tonelada de mena. Seguidamente se agrega el acido sulfúrico de 66%, luego la mena tostada y finalmente el hipoclorito de calcio. El tiempo de operación es de 4 a 6 horas de acuerdo a las naturalezas de las menas. Una vez cargado el tonel con agua, mena y reactivos, se cierra herméticamente y se hace rotar a razón de 12 RPM. Tan pronto se haya detectado por el olor la presencia del cloro libre, se deja rotar 1 hora más y luego se vacía la solución. La solución pasa a las tinas de precipitación. 6.2.3. PRECIPITACIÓN DEL ORO: La precipitación del oro al estado de cloruro, se puede hacer empleando diversos reactivos, tales como el sulfato ferroso, el hidrogeno sulfurado, el sulfuro de cobre recientemente precipitado, el sulfuro de hierro fundido ó precipitado y otros sulfuros metálicos. El sulfato ferroso reacciona con el cloruro áurico según la fórmula siguiente: 2AuCl3 + 6FeSO4 2Au + 2FeCl3 + 2Fe2(SO4)3
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La precipitación del oro con ácido sulfhídrico se efectúa de acuerdo a la siguiente reacción: 2AuCl3 + 3H2S == Au2S3 + 6HCl La precipitación es rápida y el precipitado (Au2S3) se separa de la solución por medio de filtros prensa y, finalmente, se somete a fusión. La recuperación por este método es del 95%. 6.3.
CIANURACIÓN: Las reacciones que tienen lugar durante la disolución del oro en las soluciones de cianuro bajo condiciones normales; han sido establecidas en forma suficientemente definidas. La mayoría de las autoridades en la materia concuerdan en que la ecuación global de la disolución es: 4Au + 8NaCN + O2 + 2H2O 4NaAu(CN)2 + 4 NaOH En un sistema relativamente simple de este tipo, el oro se disuelve con facilidad y la únicas condiciones que se requieren son:
Que el oro esté libre y limpio.
Que la solución de cianuro no contenga impurezas que puedan inhibir la reacción.
Mantener un adecuado abastecimiento de oxígeno a la solución durante todo el proceso de la reacción.
Muchos minerales de oro se comportan de acuerdo con esta reacción y los problemas que presenta la extracción del oro son más mecánicas que químicas. Una de las causas más frecuentes que ofrece dificultades en la cianuración, es la presencia de minerales de cobre en la mena, cuyo contenido puede ser menos de 0.10%, pero su efecto en la disolución y precipitación del oro es perjudicial.
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6.3.1. FUNDAMENTOS DE LA CIANURACIÓN Los cianuros más importantes que se usan en este procedimiento son: el de sodio y el de calcio. Este último se expende en una forma impura que contiene cerca del 50% de Ca(CN)2 equivalente. El de sodio se expende en varias concentraciones desde el 85 hasta el 98% de NaCN. Una disolución de cianuro alcalino en agua se hidroliza como sigue: NaCN + H2O ↔ HCN + NaOH La extensión hasta donde prosigue esta hidrólisis en las soluciones de cianuros comerciales en agua, depende principalmente de la cantidad de álcali libre en el cianuro. Si este álcali es apreciable, entonces la descomposición del cianuro podría ser despreciable. En ausencia del álcali libre apreciable, la hidrólisis puede retardarse mediante la adición de cal. La adición de la cal a la pulpa con cianuro es una práctica universal, no solamente para evitar pérdidas de cianuro por hidrólisis sino también para neutralizar cualquier constituyente ácido del mineral, que de otra manera liberaría ácido cianhídrico. El ácido carbónico que es más fuerte que el cianhídrico descompone las soluciones de cianuros alcalinos, de acuerdo a la siguiente reacción química: NaCN + H2CO3 HCN + NaHCO3 Esta reacción también puede evitarse con el uso de cal y otros álcalis. 6.3.2. LOS PRETRATAMIENTOS PARA LA CIANURACIÓN Son aplicados cuando el oro es del tipo refractario (no libre) los métodos más utilizados son:
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6.3.2.1. TOSTADO DE LAS MENAS Debido a sublevado costo operativo, esta técnica es aplicada sobre los concentrados, obtenidos por flotación. Por el contrario, el tostado de los concentrados de oro es practicado cuando los sulfuros de hierro, de arsénico o de antimonio están presentes. El tostado permite, además, liberar el oro submícroscópico contenido en los sulfuros, eliminar el arsénico y, en menor medida, el antimonio (que son nefastos en la cianuración). Permite también oxidar ciertos sulfuros como la pirrotina soluble a los cianuros y destruir los reactivos orgánicos (floculantes, colectores etc.). También elimina las materias carbonatadas que pueden fijar el oro cianurado. El tostado es conducido en las condiciones de oxidación controladas, adaptadas a cada caso, a una temperatura entre 600°C y 750°C (a más alta temperatura es nefasto). Los productos tostados son luego lavados con ácidos y remolidos para así favorecer la eliminación de compuestos de cobre y arsénico. 6.3.2.2. PRETRATAMIENTOS ACUOSOS Responden a muchos objetivos: Oxidación de algunas sustancias nocivas (pirrotita y los sulfuros en general); separación de ciertos elemento s
incómodos para la cianuración. Desoxidación y liberación del oro natural recubierto de oxido de hierro o de otros compuestos, también para inhibir la absorción del oro por parte de los compuestos carbonáceos añadiendo kerosén a la pulpa antes de la cianuración. 6.3.3.
TIPOS DE CIANURACIÓN
6.3.3.1. CIANURACIÓN EN CUBA (Tina): El mineral, después de ser molido, es introducido bajo la forma de pulpa en los reactores (que son de 3 tipos: pachucas, agitadores Dorr y cubas agitadas), para ser puesto en contacto con el cianuro. Hoy día esta técnica se está abandonando, si bien la utilización de reactores tipo cubas agitadas,
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dado su menor consumo de energía, puede ser todavía viable económicamente. 6.3.3.2. LA CIANURACIÓN EN PILA (Montón): Este proceso permite valorizar los yacimientos de más débil contenido o procesar los viejos residuos. Así yacimientos con contenidos de 1 a 2 gramos de oro por tonelada pueden ser explotados a cielo abierto con lixiviación en pila. El funcionamiento de este proceso es muy simple: se colocan varias decenas de millares (hasta un millón de toneladas) de mineral en un montón (pila) y sobre un área impermeabilizada (con arcilla, plástico, asfalto, etc.). La solución con cianuro es enviada por medio de distribuidores sobre lo alto de la pila drenando a través de la misma por gravedad. Las aguas madres reunidas en la base de la pila, con la ayuda de una capa drenante, son colectadas y enviadas a la unidad de recuperación del oro (carbón activo en columna o precipitación sobre Zinc) El proceso continúa hasta que la extracción de oro no aumente o lo haga muy lentamente. 6.3.4.
DISOLUCIÓN DE LOS METALES PRECIOSOS En su forma más simple, la reacción para disolución de oro metálico en una solución diluida de cianuro es: Au + 2 CN → Au(CN)2 + e
Se ha observado en la práctica que el oro no se disuelve sin aereación intensa; en consecuencia las siguientes reacciones han sido propuestas para la disolución del oro en soluciones diluidas de cianuro. 4 Au + 8 CN + O2 + 2 H2O → 4 Au(CN)2 + 4 OH (Elsner) 2 Au + 4 CN + 2 H2O → 2 Au(CN)2 + 2 OH + H2 (Jannin) 2 Au + 4 CN + 2 H2O + O2 → 2 Au(CN)2 + 2 OH + H2O2 (Bodlaender)
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2Au + 4 CN + H2O2 → 2 Au(CN)2 + 2 OH (Bodlaender) Barsky, Swainson y Hedley determinaron la energía libre de formación de los iones complejos de oro – cianuro. De los datos obtenidos, ellos calcularon los cambios de energía libre en la diferentes reacciones sugeridas y puntualizaron cuales de ellas son teóricamente posibles bajo condiciones corrientes de cianuración. Para la energía libre del ión aurocianuro, Au(CN)2 encontraron un valor de 69 064 cal. Con otros datos disponibles fueron calculadas las constantes de equilibrio para las ecuaciones propuestas anteriormente. Para la ecuación del Elsner………………….k=10^66 Para la ecuación de Jannin………………….k=10^9.9
Para la ecuación de Bodlaender……………k= 10^16 Para la ecuación de Bodlaender……………k=10^12.1
Sus resultados demostraron que para la ecuación de Elsner, la reacción continua hasta su terminación, es decir, hasta que prácticamente todo el cianuro es consumido o todo el metas es disuelto. Consecuentemente, la ecuación de Elsner es la que realmente expresa la reacción de la disolución del oro en las soluciones de cianuro. Para la ecuación de Jannin, las constantes de equilibrio son tan desfavorables que la formación de hidrógeno puede considerarse imposible bajo condiciones normales. Para las ecuaciones de Bodlaemder las constantes de equilibrio son desfavorables; consecuentemente, las reacciones propuestas son posibles.
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6.3.5. EFECTO DEL TAMAÑO DE LA PARTICULA EN LA VELOCIDAD DE LA DISOLUCION DEL ORO Cuando se presenta oro grueso libre en la mena, la práctica generalizada es recuperarlo por medio de jigs, trampas, etc., antes de la cianuración, ya que las partículas gruesas podrían no disolverse en el tiempo disponible de cianuración. 6.3.6. EFECTO DE LA CONCENTRACIÓN DE CIANURO SOBRE LA VELOCIDAD DE DISOLUCIÓN DEL ORO De acuerdo con J.S.Mac Laurin, la rapidez de disolución del oro en las soluciones de cianuro, alcanzan un máximo pasando de disoluciones concentradas a diluidas. En su investigación demostró que este máximo es alcanzado a una concentración de 0.25% de KCN en la solución, o un equivalente a 0.19 % de NaCN. Christy encontró que las soluciones más débiles que 0.001% de KCN no disuelven el oro. White encontró que la velocidad máxima de la disolución es cuando a concentración de solución es de 0.027% de KCN o 0.020% de NaCN y cuando dicha solución está saturada de oxígeno. Julián Smart demostraron que la velocidad con que se disuelve el oro se agiliza rápidamente con el aumento de la concentración de la solución hasta 0.10% de KCN. Barsky, Swainson y Heddley, comprobaron que la concentración de la solución para una rápida disolución es de 0.05% de NaCN. 6.3.7. EFECTO DEL OXÍGENO SOBRE LA DISOLUCIÓN El uso del oxígeno o un agente oxidante es esencial para la disolución del oro bajo condiciones normales de cianuración. Los agentes oxidantes tales como: permanganato de potasio, peróxido de sodio, bromo y cloro fueron
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usados en el pasado con relativo éxito pero debido al costo de estos reactivos y las complicaciones que su uso implicaba, actualmente ya no se usa. 6.3.8. EFECTO DE LA ALCALINIDAD SOBRE LA DISOLUCIÓN DEL ORO Las funciones del hidróxido de calcio en la cianuración son las siguientes:
Evitar pérdidas de cianuro por hidrólisis.
Prevenir pérdidas de cianuro por acción del anhídrido carbónico del aire.
Neutralizar
los componentes ácidos tales como sales ferrosas, férricas
y sulfato de magnesio contenidos en el agua.
Descomponer los bicarbonatos del agua antes de su uso en la cianuración.
Neutralizar
la acidez de los constituyentes de la mena.
Neutralizar
los componentes ácidos resultantes de la descomposición
de los diferentes minerales de la mena en las soluciones de cianuro.
Facilitar el asentamiento de las partículas finas de modo que pueda separarse la solución rica de la mena cianurada.
Mejorar la extracción cuando se tratan menas que contiene teluros, plata roja o rosicler que se descomponen más rápidamente a una mayor alcalinidad.
En la práctica se usa soda cáustica o cal, pero por su bajo costo se prefiere la cal para neutralizar la acidez de la mena y contrarrestar los efectos dañinos de los cianicidas. La cantidad de cal que se añade, expresada en términos de kg de óxido de calcio por tonelada de mena tratada, se llama “Alcalinidad protectora” aun que un exceso de cal protege al cianuro de sodio de la
hidrólisis, pero si está presente en grandes cantidades puede retrasar la velocidad de disolución del oro, especialmente si se trata de menas sulfurosas.
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La acción de la cal en la neutralización de los productos de descomposición se muestra en las siguientes ecuaciones: H2SO4 + CaO → CaSO4 + H2O CaO + CO2 → CaCO3 6.3.9. EFECTO DE LA TEMPERATURA Cuando se aplica calor a una solución de cianuro que contiene oro metálico, dos factores opuestos influyen en la velocidad de disolución. El aumento de la temperatura agiliza la actividad de la solución y consiguientemente acelera la velocidad del oro. Al mismo tiempo, la cantidad de oxígeno en la solución disminuye porque la solubilidad de los gases decrece con el aumento de la temperatura. En la práctica, el uso de soluciones calientes para la extracción del oro de una mena tiene muchas desventajas, tales como el costo de calentamiento de la pulpa, el aumento de la descomposición de cianuro debido al calor y el consumo excesivo de cianuro a causa de la reacción acelerada entre los cianicidas de la mena (sulfuros de cobre, de hierro, etc.) y el cianuro.
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7. METODOS DE RECUPERACIÓN DEL ORO (2),(4),(5),(6),(7),(8)
7.1. PRECIPITACIÓN CON ZINC O ALUMINIO: El proceso comprende una separación líquida-sólida después de la cianuración (decantación contra corriente o filtración); una clarificación de la solución aurífera, una desaereación de la solución, a tratar bajo vació parcial. El aumento del polvo de zinc y de la sal de plomo, para que mejore la precipitación del oro y la recuperación del oro precipitado sobre un filtro, generalmente precubierto. Un cierto número de elementos (particularmente el cobre) pueden perturbar la reacción, tanto en términos de tiempo como de rendimiento. Las separaciones liquido-sólido y la clarificación son operaciones difíciles y costosas para ciertos minerales (pulpa de mineral fuertemente molida o mineral arcilloso). 7.2.
ABSORCIÓN CON CARBÓN ACTIVADO: El proceso descansa en la propiedad que tienen las materias carbonadas activas de absorber el oro contenido en las soluciones de cianuro. El carbón activado utilizado es preparado a partir del carbón vegetal duro (nuez de coco), tratado especialmente para desarrollar su capacidad de absorción y su porosidad. A la salida de la cianuración la pulpa mineral es enviada a otros agitadores mecánicos donde se añade el carbón activado y este es retenido evitando su fuga del reactor por un sistema de criba. Un cribado final permite separar la pulpa del mineral estéril, del carbón cargado. No es preciso pues la separación sólido-líquido y por tanto es recomendable para tratar minerales difícilmente filtrables o decantables. Por último, las soluciones auríferas son tratadas por electrólisis y el oro se deposita sobre los cátodos de lana de hierro. El proceso es especialmente recomendable en los casos en que las separaciones líquido-sólido son difíciles por la presencia de cobre en la solución madre o cuando el mineral tiene un débil contenido.
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8. TRATAMIENTO
DE
MINERALES
REFRACTARIOS
A
LA
CIANURACION (6),(7),(8) 8.1. OXIDACIÓN A PRESIÓN: Es un proceso de oxidación de los sulfuros ricos en oro y plata, se utilizan reactores a presión denominados autoclaves. 8.2. CIANURACIÓN A PRESIÓN: Consiste en cianurar la pulpa a alta presión y temperatura lo cual aumenta la velocidad de disolución del oro hasta 7 veces. 8.3. OXIDACIÓN BACTERIAL: El proceso de oxidación bacterial consiste en aplicar bacterias como el thiobacillos ferroxidans sobre la pulpa mineral, esta bacteria oxida el sulfuro presente liberando al oro que era inicialmente refractario, debido a esto se puede recuperar luego hasta un 85% del oro por cianuración del producto bioxidazo.
9. CLARIFICACIÓN (7),(8) Proceso en el cual se debe eliminar todos los sólidos en suspensión de la solución rica, aun aquellas suspensiones coloidales prácticamente invisibles a la vista. La clarificación se efectúa mejor en filtros de hojas al vacio de baja presión cuyo diseño especial facilita el manejo y el cambio de los forros. El dispositivo más simple empleado es un filtro de arena que consiste en un tanque circular con filtro en el fondo, cubierto con arena silícea limpia.
10. PRECIPITACIÓN DEL ORO (2),(3),(6),(8) Una eficiente precipitación del oro depende de control adecuado de ciertas propiedades físicas y químicas de la solución. Las propiedades más importantes son:
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1.
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Materias en suspensión tales como lama y precipitados de carbonato
de calcio con hidratos de aluminio, magnesio y hierro, presentes en la solución rica antes de la clarificación. 2.
Precipitados en suspensión que podrían formarse después de la
clarificación. 3.
Compuestos que forman sarro principalmente carbonatos y sulfatos
de calcio. 4.
Oxígeno y dióxido de carbono disueltos en la solución.
5.
Concentración del cianuro y la alcalinidad.
11. FUNDICIÓN DEL PRECIPITADO (2),(6) El precipitado con contenido de 10 a 40% de zinc, se seca en un horno eléctrico donde los últimos indicios de humedad son eliminados. El precipitado seco se puede tratar de varias maneras. La elección depende principalmente de la riqueza del producto y la presencia de ciertas impurezas. Los métodos de tratamiento son los siguientes:
Fusión directa.
Fusión después de una tostación.
Tratamiento con ácido, seguido de una fusión.
12. REFINACIÓN DEL ORO (2),(4),(6),(7) La refinación del oro consiste en hacer dos operaciones para obtener el oro fino: La primera, llamada también “Purificación del oro bruto” tiene por objeto la eliminación de todos los metales menos la plata, y la segunda, el refino propiamente dicho, que consiste en la separación de estos dos metales. Las impurezas se eliminan mediante una operación preliminar de fundición agregando fuentes tan conocidas como el bórax, el nitro, permanganato de
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potasio, o mediante la acción del aire o de los óxidos metálicos, los cuales tienen por objeto la oxidación de las impurezas. Con el fin de eliminar el hierro algunas veces se emplea el azufre. El sulfuro de hierro que se forma se superpone al oro y se separa fácilmente después de la solidificación. El refino que consiste en una aleación de plata debe someterse a uno de los procesos de refinación para obtener el oro en su máxima ley de pureza (99.9% de oro) para ello hay varios procedimientos:
12.1.
Refinación por ácido nítrico.
Refinación por ácido sulfúrico
Refinación por el cloro.
Refinación por electrólisis.
REFINACIÓN POR ÁCIDO NÍTRICO Como el ácido nítrico tiene la propiedad de disolver la plata y no ejercer acción alguna sobre el oro, basta atacar la aleación por este reactivo para conseguir el objeto deseado. Una advertencia importante precisa que la aleación no pasa del 36.7% de oro, para lo cual si contiene una cantidad mayor de oro se le diluye en plata hasta aquella proporción y se disuelve la totalidad de la plata aleada en ácido nítrico. Una vez disuelta la mayor parte de la plata de acuerdo a la reacción química: 3Ag + HNO3 3 AgNO3 + 2 H2O + NO Al cabo de algunas horas se deja reposar la disolución con un sifón y los residuos se someten nuevamente a la acción del ácido nítrico. Todos los líquidos de nitrato de plata se juntan y se precipita al estado de cloruro por medio de cloruro de sodio según la reacción:
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AgNO3 + NaCl AgCl + NaNO3 Después de lavar el precipitado y reducirlo por el zinc en presencia de agua acidulada con ácido sulfúrico, se lava la plata, se exprime, se seca y se funde. 2AgCl + Zn 2 Ag + ZnCl2 El oro queda como residuo igualmente se lava, se exprime, se seca y se funde en lingotes. 12.2.
REFINACIÓN POR EL ÁCIDO SULFÚRICO Este reactivo no ataca al oro aunque esté concentrado y caliente, razón por la cual se usa también para la separación del oro y la plata. La disolución de la plata tiene lugar de acuerdo a la siguiente ecuación: 2 Ag + 2 H2SO4 Ag2SO4 + SO2 + 2 H2O La cantidad de metales comunes presentes en la disolución debe ser estrictamente controlada, pues sus sulfatos, especialmente el de cobre y el de plomo son pocos solubles en el ácido sulfúrico concentrado; en consecuencia, impregnaría la aleación, impidiendo su disolución. Una pequeña proporción del plomo que no exceda del 5% se dice que ayuda en la solución del cobre y no interfiere en la operación. La plata puede ser también precipitada de la solución de sulfato con el hierro o sulfato de hierro. La precipitación por hierro tiene la ventaja de economizar el combustible y el vapor para calentar la solución, además de que el hierro es un precipitante muy barato. Fe + Ag2SO4 2Ag + FeSO4
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Y cuando la plata es precipitada con sulfato ferroso, la plata metálica es reducida con formaciones de sulfato férrico que se va en la solución, así: Ag3SO4 + 2 FeSO4 2 Ag + Fe2(SO4)3 Para completar la refinación, pues siempre queda alguna plata, se calcina el oro calentándolo en un horno en una pequeña vasija de hierro con su mitad en peso de bisulfato de potasio, con lo cual parte de la plata adicional se convierte en sulfato. La masa fundida es hervida con ácido sulfúrico y lavada otra vez, y después se funde con salitre y cenizas de huesos. La ley de oro por este método de refinación alcanza 999 milésimas. 12.3.
REFINACIÓN POR EL CLORO Este procedimiento está fundado en la acción del cloro sobre la plata de la aleación Au-Ag, que se convierte en cloruro y puede separarse del oro en ese estado. El cloruro de plata (escoria colorada) retiene alrededor del 2% del oro, principalmente en forma de granitos y cristales diminutos, reducidos del cloruro de oro que entró a la escoria. Para recuperar este oro se funde varias veces con carbonato de sodio y bórax. La reacción del cloruro de plata con carbonato de sodio, es como sigue: 4 AgCl + 2 Na2CO3 4 Ag+ 4 NaCl + 2 CO2 + O2 Para obtener la plata del cloruro puede emplearse la electrólisis, o bien precipitarla por el hierro: 3AgCl + Fe 3 Ag + FeCl3
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12.4.
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REFINACIÓN DEL ORO POR ELECTRÓLISIS Este es un procedimiento que se emplea para la refinación del oro, cuando contiene platino, paladio, iridio, plata, cobre, plomo, etc. Está basado en los principios que sigue:
Si se electroliza una solución neutra de cloruro áurico en la que el oro se trata de refinar se dispone como ánodo, se observa que el cloro que se desprende en el ánodo no ataca el oro.
Si la operación se efectúa en presencia de ácido clorhídrico de una determinada concentración, se comprueba que los valores de cloro producidos disuelven el oro.
Este proceso electrolítico de refinación del oro se debe a WOHLWILL y establece las siguientes reacciones: En el ánodo: HCl + Au + 3 Cl - == HAuCl4 + 3 eHCl + Au + Cl- == HAuCl2 + 1 eEn el cátodo: HAuCl4 + 3 H+ + 3 e- == Au + 4 HCl HAuCl2 + H+ + e- == Au + 2 HCl
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13. ANÁLISIS (1) La reacción cualitativa más sensible para el oro es la formación de “púrpura de Cassius”, suspensión coloidal de oro fuertemente coloreada que se forma al
reducir una solución de un compuesto trivalente de oro con cloruro estanoso. El método de análisis por el fuego, que se describe más adelante, es muy sensible y sirve para descubrir el oro cuando está en pequeña cantidad (2 partes por millón o menos). Para la determinación cuantitativa del oro hay dos métodos:
El método del análisis por fuego: es muy exacto y es el que se emplea cuando el oro y la plata son los únicos metales preciosos que están presentes.
El método por vía húmeda: es más complicado y más lento, pero tiene que emplearse si hay en la muestra metales del grupo del platino.
Se emplean dos modificaciones del método del fuego: una, cuando la cantidad de oro es pequeña, como suele suceder en el caso de los minerales; la otra, cuando el contenido de oro es muy alto (aleaciones de oro, oro en barras, etc.). 13.1. ANALISIS DE MINERALES Es muy importante obtener una muestra genuina del mineral. Esto suele hacerse por el procedimiento del cuarteo. La muestra final debe triturarse hasta obtener un polvo muy fino. El mineral pulverizado se mezcla íntimamente con tres veces su peso de una mezcla fundente:
Si el mineral es de naturaleza ácida, el fundente debe ser algo alcalino;
Si el mineral es alcalino, se emplea un fundente ácido.
Un fundente común es una mezcla de litargio, carbonato sódico anhidro, vidrio de bórax y sílice. Se añade también como reductor carbón vegetal o harina y se pone la mezcla en un crisol de arcilla frío, que se calienta muy lentamente hasta el rojo vivo. En una hora aproximadamente se funde toda la
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carga, el plomo y el oro están en el fondo del crisol y la escoria en la parte superior, Se deja enfriar el conjunto, y cuando está completamente frio, con un martillo se rompe el crisol y se separa el botón de plomo y oro de la escoria. Después se lleva el botón a una copela (pequeña capsula porosa de ceniza de huevos) que se ha colocado previamente en un horno de análisis calentado a 800-1000 °C; se continúa el calentamiento con entrada libre del aire; el plomo se oxida poco a poco y se convierte en litargirio, que es absorbido por la copela, y el oro queda como residuo. 13.2
ANÁLISIS DE ALEACIONES Y ORO EN BARRAS Este material es copelado directamente con plomo. Si el oro está en proporción inferior a 50%, se funde primero la aleación con fundente para formar escoria y un botón metálico, como se describió antes. Si el oro está en proporción superior a 50% se usa la copelación directa; en este caso se mezclan plata y plomo con el material aurífero y se trata al conjunto como se indicó en el párrafo anterior. El plomo es separado completamente por volatilización y absorción en la copela, y el botón metálico es una aleación de oro exenta de plomo. Se limpia el botón, se aplasta sobre un yunque, se recuece y se lamina para convertirlo en una cinta delgada, que se pone a digerir con ácido nítrico a 25% calentado a 150 °C. El residuo insoluble se pone después a digerir en ácido nítrico de 50% calentado a 90 °C, durante 20 minutos, luego se decanta el ácido; el residuo se lava varias veces con agua caliente, una vez con amoniaco de 20% y finalmente otra vez con agua. El residuo se traslada entonces a una cápsula de recocido con un chorro fino de alcohol, se evapora el alcohol y el residuo se recuece durante 20 minutos a 650 °C. Después de enfriar a la temperatura ambiente, se pesa el residuo. Es buena precaución comprobar, por disolución en agua regia, si se ha dejado en el oro alguna plata. Si hay en la muestra metales del grupo del platino, no puede usarse el procedimiento del análisis por el fuego y hay que aplicar el método húmedo. En este caso se disuelve el material en agua regia, se elimina el ácido nítrico por evaporación con ácido clorhídrico y se precipita el oro con
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un reductor en condiciones controladas. A este fin pueden emplearse sulfato ferroso, ácido oxálico o nitritos, es necesario regular muy bien la concentración del ácido; si el pH es inferior a 3.5, no es completa la reducción, y por encima de 6.5 puede precipitarse el paladio. El ácido oxálico precipita el cobre y el plomo; estos metales pueden separarse del oro por digestión con amoniaco diluido y un lavado con ácido nítrico caliente al 10%. En las soluciones que contienen oro y cobre, puede precipitarse el oro con anhídrido sulfuroso en solución de ácido clorhídrico al 20%. Si hay mucho paladio, es necesario volver a trabajar el oro.
14. ALEACIONES (1),(2) Como sucede generalmente con los metales, las aleaciones de oro son de más utilidad práctica que el propio metal. El oro puro no es excepción a la regla de que un metal puro puede ser demasiado blando (Se aplica al mineral que se raya con facilidad) para la mayoría de las aplicaciones por lo que tiene que endurecerse aleándolo para que resulte más útil; en realidad, el oro es uno de los metales más blandos. 14.1.
ALEACIONES CON PLATA: Son todas blandas y dúctiles. No se necesita mucha plata para hacer que el oro tenga un color más pálido; agregando una cantidad mayor, por ejemplo, 25%, se obtiene un color verde, y esas aleaciones son muy empleadas por los joyeros para fabricar los “oros verdes”.
14.2. ALEACIONES CON COBRE: Las aleaciones con el cobre son soluciones sólidas en todas las proporciones. Los puntos de fusión son más bajos que los de los metales componentes. La aleación de 82% Au y 18% Cu es la de punto de fusión más bajo (884 °C) en el sistema. Los metales son completamente miscibles en el estado líquido y
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también cuando se acaban de solidificar juntos; pero en el estado sólido se producen algunas transiciones; por ejemplo: a 400 °C. Se forman compuestos que tienen las composiciones AuCu y AuCu3, según la composición original, y comunican a las aleaciones una dureza considerable e incluso las hacen quebradizas, lo cual se evita enfriando rápidamente la aleación desde una temperatura superior a la de transformación; así la aleación es maleable. 14.3. ALECIONES CON PLATA Y COBRE: Presenta las siguientes denominaciones:
Oro rosa. El contenido de 1000 g presenta 750 g de oro fino 50 g de plata fina y 200 g de cobre.
Oro amarillo. Aleación que tiene, por cada 1000 g de la misma, 750 g de oro fino, 125 g de plata fina y 125 g de cobre.
Oro rojo. Aquí las proporciones son 750 g de oro fino, 200 g de cobre y 50 g de plata.
14.4. ALECIONES CON ALUMINIO: El oro con 5% de aluminio y el aluminio con 7% de oro son aleaciones fáciles de trabajar; más allá de esas composiciones se forman diversos compuestos que hacen que no puedan trabajarse las aleaciones. 14.5. ALECIONES CON ARSÉNICO, ANTIMONIO O BISMUTO: Adiciones muy pequeñas de estos tres elementos hacen que el oro sea quebradizo y tienen que excluirse rigurosamente cuando se preparan aleaciones de oro para uso práctico. 14.6. ALECIONES CON CADMIO: El cadmio forma una serie de aleaciones de color verdoso. Se conocen dos compuestos, AuCd y AuCd3, y quizá existan otros. El cadmio hace bajar rápidamente el punto de fusión del oro; por consiguiente, se añade a las soldaduras que emplean los joyeros para soldar el oro. La aleación con punto de fusión más bajo se funde a 309 °C.
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14.7. ALECIONES CON ZINC: El zinc no blanquea el oro tan rápido como el níquel, el paladio o el estaño. Con frecuencia se añade zinc a algunas aleaciones de oro en las que actúa como buen desoxidante y por lo general mejora la ductilidad de las aleaciones. 14.8. ALEACIONES CON COBALTO: Este metal blanquea rápidamente el oro, y su efecto endurecedor y de fragilidad es mayor que el del níquel. 14.9. ALEACIONES CON CROMO: Las aleaciones con 15%, o menos, de cromo pueden trabajarse, y con esta cantidad la aleación es casi blanca. Con adiciones mayores, las aleaciones son duras y quebradizas. 14.10. ALEACIONES CON HIERRO: El hierro es miscible con el oro en todas las proporciones, pero generalmente las aleaciones son bastante duras. Su color varía entre el amarillo y el blanco pasando por el gris. La aleación con 25% de hierro se ha llamado “oro azul”, pero es un oro gris más bien que verdadero azul. 14.11. ALEACIONES CON MERCURIO: El mercurio reacciona a temperaturas ordinarias y blanquea el oro; calentando la amalgama, se expulsa el mercurio y queda el oro en estado poroso. Las aleaciones son líquidas en el extremo del mercurio, sólidas en el extremo del oro y pastosas en el intervalo medio. 14.12. ALEACIONES CON NÍQUEL: La adición del níquel al oro hace bajar el punto de fusión; la aleación con punto de fusión más bajo, cuya composición es aproximadamente 80% Au y 20% Ni, se funde a 950 °C. Se llama Oro gris a la aleación que presenta por cada 750 g de oro fino y alrededor de 150 g de níquel. El resto es de cobre. 14.13. ALEACIONES CON PLOMO: Puesto que pequeñas cantidades de plomo hacen quebradizas diferentes aleaciones de oro puro se hace quebradizo cuando contiene unas cuantas décimas de uno por ciento de plomo.
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APLICACIONES DEL ORO (1),(2) Por sus propiedades de resistencia a la corrosión, conductividad, maleabilidad, ductilidad y reflectividad es empleado principalmente en:
JOYERÍA: Se emplea en forma de aleaciones. La proporción de oro en la aleación se indica en quilates, el oro puro tiene 24 quilates; las aleaciones de 10,14 y 18 quilates contienen 10/24, 14/24, 18/24 respectivamente. El numerador nos indica el número de partes de oro presentes en 24 partes de aleación.
ODONTOLOGÍA: Presenta un uso muy importante en la preparación de aleaciones dentales; la ortodoncia exige materiales muy resistentes que no se empañen en la boca y esto lo satisface plenamente una aleación de oro; esta aleación es de 20 a 22 quilates.
EN ELECTRÓNICA (circuitos): Es útil para hacer contactos eléctricos sobre todo cuando la presión de contacto es pequeño.
RESERVAS: Por el valor intrínseco que el hombre le ha asignado, en el sistema financiero es utilizado como respaldo de bancos y constituye la reserva de los países.
SOLDADURA: La soldadura de oro son aleaciones con un contenido menor de este metal, con mayor presencia de plata, cobre, zinc y cadmio, estas se utilizan para soldar piezas hechas de oro macizo.
INDUSTRIA FOTOGRÁFICA: Se emplea para el virado de las imágenes los cloruros de oro con un contenido de 49.5 – 51.5% de oro. USOS PRINCIPALES DEL ORO Joyería
44.1%
Electrónica
15.0%
Odontología
14.6%
Reservas
10.2%
Otros usos
16.1%
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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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