INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIO DE INGENIERÍA Y CIENCIAS SOCIALES Y ADMINISTRATIVAS

A P L I C A C I Ó N D E P R O C E S O S I N D U S T R I A L E S II

MESA 2

EQUIPO;

ALUMNOS BOLETAFlores Manzo Diego 2007600652Guerrero Rodríguez Otswall A. 2006-601235

PROFESORA; Graciela Muñoz Pérez.

SECUENCIA; 3am3

Carrera: Lic. en Administración Industrial.

INDICEDE CONTENIDO

P R Á C T I C A N o. 5“Procesos de obtención de productos Minero-metalúrgicos”

Producción de cobre.

TEORÍA Resumen experimental………………………………………3

Síntesis de las generalidades………………………………

PARTE EXPERIMENTAL

Experimento “Procedimiento Ilustrado”……………………………………

“Diagrama del Proceso”……………………………………..

“Estequiometria”………………………………………………

“Balance de masas”………………………………………….

CUESTIONARIO.………………………………………………………….

CONCLUSIÓN GENERAL………………………………………………..

BIBLIOGRAFIA…………………………………………………………….

PROCESOS DE OBTENCIÓN DE PRODUCTOS MINERO-METALÚRGICOS:

PRODUCCIÓN DE COBRE

OBJETIVOSEl alumno

1) Experimentará particularidades de procesos productivos de bienes intermedios obtenidos a partir de recursos minero- metalúrgicos para distinguir condiciones especificas de operación de estos procesos.

2) Obtendrá cobre metálico a partir de una muestra de azurita.

CONSIDERACIONES TEORICASNo obstante que la industria minera cuenta con más de cuatro siglos de existencia en México, se estima que las reservas son aún muy abundantes y que nuestro territorio dista mucho de estar debidamente explorado. Las reservas potenciales no pueden considerarse como agotadas, por el contrario, los inicios de que disponemos nos permite mirar con optimismo el desarrollo futuro de esta industria.

México se encuentra entre los primeros diez productores de plata, plomo, cinc, y sal entre otros productos de origen mineral.

Los yacimientos minerales son acumulaciones o concentraciones de una o más sustancias que pueden ser útiles y en la mayoría de los casos se encuentran escasamente en la corteza terrestre, se presentan como concentraciones extremas de metales que primitivamente estaban dispersos y químicamente combinados.

Los aspectos considerados más importantes para la extracción y rentabilidad de un yacimiento mineral pueden clasificarse en los siguientes factores.Precio de mineral.Naturaleza y magnitud del depósito.Ubicación geográfica yCosto de extracción.

Los yacimientos minerales suelen clasificarse en: metálicos y no metálicos.Los metales a su vez, se clasifican en:Preciosos, como el oro y la plata.Ferrosos, como el hierro y sus aleaciones.No ferrosos, como el cobre, el aluminio y el cinc.

Los metales no ferrosos son prioritarios para el desarrollo de la industria. En México la mineralogía de estos metales no es compleja puesto que existe una gran cantidad de yacimientos conteniendo estos minerales. Los principales centros mineros se encuentran en Sonora (Cananea), Zacatecas (Concepción del Oro), Chihuahua (Santa Bárbara), y en San Luis Potosí, donde se procesan aproximadamente de 72 a 120 millones de toneladas por año de estos materiales.

Los principales consumidores nacionales de estos metales son CONDUMEX Mexicana de Conductores, Conductores de Monterrey y Nacional de Cobre en cuyos usos podemos destacar las tuberías, las aleaciones monetarias y las eléctricas.

EL COBRE

El cobre es un metal que junto con el oro y la plata comenzó a utilizarse a finales de la edad de piedra. Hacia el año 3000 a.C. se descubrió que fundiéndolo con estaño se obtenía un metal mucho más duradero, el bronce que dio su nombre precisamente a la edad de bronce, segundo gran periodo de la historia del ser humano.

La importancia del cobre en las industrias modernas deriva de sus muchas cualidades, se oxida poco y es excelente conductor del calor y la electricidad. Su color es rojo cuando esta puro, funde a 1083°C y su densidad es de 8.92g/cm3.Por lo general, la industria lo ocupa bajo la forma de diferentes aleaciones como el bronce y el latón (cobre y cinc), entre otras.

Los minerales más importantes del cobre son los siguientes: malaquita (CuCO3), calcopirita(CuFeS2), cacobrelcocita ( Cu2S), azurita (2CuCO3. Cu(OH)2) y cuprita (Cu2O).

Minería, obtención selectiva de minerales y otros materiales (salvo materiales orgánicos de formación reciente) a partir de la corteza terrestre. La minería es una de las actividades más antiguas de la humanidad. Casi desde el principio de la edad de piedra, hace 2,5 millones de años o más, ha venido siendo la principal fuente de materiales para la fabricación de herramientas. Se puede decir que la minería surgió cuando los predecesores de los seres humanos empezaron a recuperar determinados tipos de rocas para tallarlas y fabricar herramientas. Al principio, la minería implicaba simplemente la actividad, muy rudimentaria, de desenterrar el sílex u otras rocas. A medida que se vaciaban los yacimientos de la superficie, las excavaciones se hacían más profundas, hasta que empezó la minería subterránea. La mina subterránea más antigua que se ha identificado es una mina de ocre rojo en la sierra Bomvu de Suazilandia, en África meridional, excavada 40.000 años antes de nuestra era (mucho antes de la aparición de la agricultura). La minería de superficie, por supuesto, se remonta a épocas mucho más antiguas.Todos los materiales empleados por la sociedad moderna han sido obtenidos mediante minería, o necesitan productos mineros para su fabricación. Puede decirse que, si un material no procede de una planta, entonces es que se obtiene de la tierra. Incluso las otras actividades del sector primario —agricultura, pesca y silvicultura— no podrían llevarse a cabo sin herramientas y máquinas fabricadas con los productos de las minas. Cabe argumentar por ello que la minería es la industria más elemental de la civilización humana.Los métodos de minería se dividen en cuatro tipos básicos. En primer lugar, los materiales se pueden obtener en minas de superficie, explotaciones a cielo abierto u otras excavaciones abiertas. Este grupo incluye la inmensa mayoría de las minas de todo el mundo. En segundo lugar, están las minas subterráneas, a las que se accede a través de galerías o túneles. El tercer método es la recuperación de minerales y combustibles a través de pozos de perforación. Por último, está la minería submarina o dragado, que próximamente podría extenderse a la minería profunda de los oceános.La minería siempre implica la extracción física de materiales de la corteza terrestre, con frecuencia en grandes cantidades para recuperar sólo pequeños volúmenes del producto deseado. Por eso resulta imposible que la minería no afecte al medio ambiente, al menos en la zona de la mina. De hecho, algunos consideran que la minería es una de las causas más importantes de la degradación medioambiental provocada por los seres humanos. Sin embargo, en la actualidad, un ingeniero de minas cualificado es capaz de limitar al máximo los daños y recuperar la zona una vez completada la explotación minera.Por lo general, la minería tiene como fin obtener minerales o combustibles. Un mineral puede definirse como una sustancia de origen natural con una composición química definida y unas propiedades predecibles y constantes. Los combustibles más importantes son los hidrocarburos

sólidos, que, por lo general, no se definen como minerales. Un recurso mineral es un volumen de la corteza terrestre con una concentración anormalmente elevada de un mineral o combustible determinado. Se convierte en una reserva si dicho mineral, o su contenido (un metal, por ejemplo), se puede recuperar mediante la tecnología del momento con un coste que permita una rentabilidad razonable de la inversión en la mina.Hay gran variedad de materiales que se pueden obtener de dichos yacimientos. Pueden clasificarse como sigue:Metales: incluyen los metales preciosos (el oro, la plata y los metales del grupo del platino), los metales siderúrgicos (hierro, níquel, cobalto, titanio, vanadio y cromo), los metales básicos (cobre, plomo, estaño y cinc), los metales ligeros (magnesio y aluminio), los metales nucleares (uranio, radio y torio) y los metales especiales, como el litio, el germanio, el galio o el arsénico.Minerales industriales: incluyen los de potasio y azufre, el cuarzo, la trona, la sal común, el amianto, el talco, el feldespato y los fosfatos.Materiales de construcción: incluyen la arena, la grava, los áridos, las arcillas para ladrillos, la caliza y los esquistos para la fabricación de cemento. En este grupo también se incluyen la pizarra para tejados y las piedras pulidas, como el granito, el travertino o el mármol.Gemas: incluyen los diamantes, los rubíes, los zafiros y las esmeraldas.Combustibles: incluyen el carbón, el lignito, la turba, el petróleo y el gas (aunque generalmente estos últimos no se consideran productos mineros). El uranio se incluye con frecuencia entre los combustibles.Los depósitos de mineral pueden adoptar casi cualquier forma. Pueden aflorar a la superficie o estar a gran profundidad. En algunas de las minas de oro de la República de Suráfrica, la extracción empieza a profundidades muy superiores a los 1.500 m y baja hasta más de 3.500 metros. En las minas se puede recuperar material poco compacto no consolidado, como los sedimentos del lecho de un río, o minerales situados en roca maciza más dura que cualquier hormigón.Como se ha indicado antes, existen cuatro sistemas fundamentales de extracción minera: la minería de superficie (que incluye las canteras), la minería subterránea, la minería por dragado (que incluye la minería submarina) y la minería por pozos de perforación. A continuación describiremos cada uno de esos sistemas. Dentro de cada uno, los puntos fundamentales permanecen constantes, pero los detalles varían según el material extraído, la dureza de la roca y la geometría del depósito. Por supuesto, existe un cierto solapamiento entre los distintos métodos.

 Cobre, de símbolo Cu, es uno de los metales de mayor uso, de apariencia metálica y color pardo rojizo. El cobre es uno de los elementos de transición de la tabla periódica, y su número atómico es 29.

Ya era conocido en épocas prehistóricas, y las primeras herramientas y enseres fabricados probablemente fueran de cobre. Se han encontrado objetos de este metal en las ruinas de muchas civilizaciones antiguas, como en Egipto, Asia Menor, China, sureste de Europa, Chipre (de donde proviene la palabra cobre), Creta y América del Sur. El cobre puede encontrarse en estado puro.APLICACIONES Y PROPIEDADES  Su punto de fusión es de 1.083 °C, mientras que su punto de ebullición es de unos 2.567 °C, y tiene una densidad de 8,9 g/cm3. Su masa atómica es 63,546.

El cobre tiene una gran variedad de aplicaciones a causa de sus ventajosas propiedades, como son su elevada conductividad del calor y electricidad, la resistencia a la corrosión, así como su maleabilidad y ductilidad, además de su belleza. Debido a su extraordinaria conductividad, sólo

superada por la plata, el uso más extendido del cobre se da en la industria eléctrica. Su ductilidad permite transformarlo en cables de cualquier diámetro, a partir de 0,025 mm. La resistencia a la tracción del alambre de cobre estirado es de unos 4.200 kg/cm2. Puede usarse tanto en cables y líneas de alta tensión exteriores como en el cableado eléctrico en interiores, cables de lámparas y maquinaria eléctrica en general: generadores, motores, reguladores, equipos de señalización, aparatos electromagnéticos y sistemas de comunicaciones.A lo largo de la historia, el cobre se ha utilizado para acuñar monedas y confeccionar útiles de cocina, tinajas y objetos ornamentales. En un tiempo era frecuente reforzar con cobre la quilla de los barcos de madera para proteger el casco ante posibles colisiones. El cobre se puede galvanizar fácilmente como tal o como base para otros metales. Con este fin se emplean grandes cantidades en la producción de electrotipos (reproducción de caracteres de impresión).

La metalurgia del cobre varía según la composición de la mena. El cobre en bruto se tritura, se lava y se prepara en barras. Los óxidos y carbonatos se reducen con carbono. Las menas más importantes, las formadas por sulfuros, no contienen más de un 12% de cobre, llegando en ocasiones tan sólo al 1%, y han de triturarse y concentrarse por flotación. Los concentrados se funden en un horno de reverbero que produce cobre metálico en bruto con una pureza aproximada del 98%. Este cobre en bruto se purifica por electrólisis, obteniéndose barras con una pureza que supera el 99,9 por ciento.El cobre puro es blando, pero puede endurecerse posteriormente. Las aleaciones de cobre, mucho más duras que el metal puro, presentan una mayor resistencia y por ello no pueden utilizarse en aplicaciones eléctricas. No obstante, su resistencia a la corrosión es casi tan buena como la del cobre puro y son de fácil manejo. Las dos aleaciones más importantes son el latón, una aleación con cinc, y el bronce, una aleación con estaño. A menudo, tanto el cinc como el estaño se funden en una misma aleación, haciendo difícil una diferenciación precisa entre el latón y el bronce. Ambos se emplean en grandes cantidades. También se usa el cobre en aleaciones con oro, plata y níquel, y es un componente importante en aleaciones como el monel, el bronce de cañón y la plata alemana o alpaca.

El cobre forma dos series de compuestos químicos: de cobre (I), en la que el cobre tiene una valencia de 1, y de cobre (II), en la que su valencia es 2. Los compuestos de cobre (I) apenas tienen importancia en la industria y se convierten fácilmente en compuestos de cobre (II) al oxidarse por la simple exposición al aire. Los compuestos de cobre (II) son estables. Algunas disoluciones de cobre tienen la propiedad de disolver la celulosa, por lo que se usan grandes cantidades de cobre en la fabricación de rayón. También se emplea el cobre en muchos pigmentos, en insecticidas como el verde de Schweinfurt, o en fungicidas como la mezcla de Burdeos, aunque para estos fines está siendo sustituido ampliamente por productos orgánicos sintéticos.ESTADO NATURAL  El cobre ocupa el lugar 25 en abundancia entre los elementos de la corteza terrestre. Frecuentemente se encuentra agregado con otros metales como el oro, plata, bismuto y plomo, apareciendo en pequeñas partículas en rocas, aunque se han hallado masas compactas de hasta 420 toneladas. El cobre se encuentra por todo el mundo en la lava basáltica, localizándose el mayor depósito conocido en la cordillera de los Andes en Chile, bajo la forma de pórfido. Este país posee aproximadamente el 25% de las reservas mundiales conocidas de cobre y a comienzos de 1980 se convirtió en el primer país productor de este metal. Los principales yacimientos se localizan en Chuquicamata, Andina, El Salvador y El Teniente.Las principales fuentes del cobre son la calcopirita y la bornita, sulfuros mixtos de hierro y cobre. Otras menas importantes son los sulfuros de cobre calcosina y covellina; la primera se encuentra en Chile, México, Estados Unidos y la antigua URSS, y la segunda, en Estados

Unidos. La enargita, un sulfoarseniato de cobre, se encuentra en la antigua Yugoslavia, Suráfrica y América del Norte; la azurita, un carbonato básico de cobre, en Francia y Australia, y la malaquita, otro carbonato básico de cobre, en los montes Urales, Namibia y Estados Unidos. La tetraedrita, un sulfoantimoniuro de cobre y de otros metales, y la crisocolla, un silicato de cobre, se hallan ampliamente distribuidos en la naturaleza; la cuprita, un óxido, en España, Chile, Perú y Cuba, y la atacamita, un cloruro básico, cuyo nombre proviene de la región andina de Atacama, en el norte de Chile y Perú.Azurita, mineral azul de fórmula Cu3(OH)2(CO3)2, también llamado malaquita azul. Está estrechamente relacionada con la malaquita mineral, Cu2(OH)2CO3, de color verde, aunque esta última es algo más básica. Ambas son carbonatos de cobre básicos, productos de otros minerales con cobre, formadas por la acción corrosiva del aire y el agua. Son similares a la pátina o verdín que se forma sobre el cobre ordinario. Se encuentran juntos en Chessy, cerca de Lyon en Francia; en los Urales de Rusia; en Australia; y en Arizona en Estados Unidos. Tanto la azurita como la malaquita son menas importantes de cobre. La dureza de ambas está entre 3,5 y 4, la densidad relativa de la azurita es 3,8 y la de la malaquita 4,0. La azurita y la malaquita han sido usadas como pigmentos; cuando se muelen, la azurita toma un color azul verdoso y la malaquita un verde intenso. Ambos minerales tienen un delicado brillo vidrioso y cuando se pulen convenientemente son muy decorativos. Desde la antigüedad se han usado extensamente como gemas.1

Cuprita, óxido de cobre (Cu2O), conocida también como rubí de cobre o mena roja de cobre. Es una mena importante de cobre. La cuprita se presenta en cristales largos, en agregados de grano fino o en yacimientos macizos. Sus cristales cúbicos rojos son a veces transparentes. La cuprita tiene una dureza entre 3,5 y 4, y una densidad relativa de 6. Se encuentran yacimientos en Australia, Francia, Gran Bretaña, la antigua Unión Soviética (URSS), Namibia y Estados Unidos.Cuprita, óxido de cobre (Cu2O), conocida también como rubí de cobre o mena roja de cobre. Es una mena importante de cobre. La cuprita se presenta en cristales largos, en agregados de grano fino o en yacimientos macizos. Sus cristales cúbicos rojos son a veces transparentes. La cuprita tiene una dureza entre 3,5 y 4, y una densidad relativa de 6. Se encuentran yacimientos en Australia, Francia, Gran Bretaña, la antigua Unión Soviética (URSS), Namibia y Estados Unidos.

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MATERIAL Y EQUIPO

MATERIAL USO EQUIPO USO1 probeta(100 ml)

Para medir el volumen exacto de las sustancias.

1 Balanza electrónica

Para poder medir la masa de los reactivos

1 mortero de porcelana

Para triturar a nuestro sólido

1 Estufa atmosférica con termómetro

Para poder secar nuestro producto y eliminar agua.

1 Espátula chica Para trasladar a nuestras sustancias.

1 Desecador Para eliminar la solución que contiene al cobre

1 vidrio de reloj Como soporte de nuestra sustancias y papel filtro.

1 Fuente de poder de C.D. y juego de caimanes.

Para poder llevar a cabo la electrolisis.

2 vasos de precipitados (100ml)

Para poder medir nuestras sustancias y realizar mezclas.

2 electrodos (carbono y acero inoxidables)

Como apoyo en la electrolisis.

1 embudo de tallo largo

Como apoyo en la filtración.

1 celda electrolítica Para realizar la electrolisis.

1 soporte universal de hierro, con anillo chico.

Como base y apoyo en nuestras actividades.

1 varilla de vidrio Como apoyo en la agitación.

1 pinza para crisol Para sujetar a nuestro vidrio de reloj.

1 hoja de papel filtro

Servirá como base de nuestro producto en la filtración y secado.

PROCEDIMIENTO DEL EXPERIMENTO

1. Pese en un vidrio de reloj 1.5 gramos de azurita.2. Observe el mineral y complete la tabla No.1 (en el cuestionario) de

acuerdo con los datos que se presentan en la ficha técnica (Fig.1).3. Triture el mineral hasta convertirlo en un polvo fino y páselo a un vaso

de precipitados (figura 2).4. Adicione 40ml de ácido sulfúrico 1M (medidos con la probeta).5. Agite con la varilla hasta disolución total y luego filtre la mezcla,

recibiendo el filtrado en otro vaso (figura 3)6. Lave con acetona los electrodos de su celda y espere a que se sequen7. Pase el contenido del vaso (solución de sulfato de cobre) a su celda

electrolítica tapando el contenedor e insertando los electrodos.8. Por medio de los caimanes, haga la conexión eléctrica a la fuente de

poder la cual debe de estar apagada. El electrodo de carbono va conectado a la salida negativa (-) de la fuente de poder y el electrodo de acero a la terminal positiva (+).

9. Encienda la fuente, ajuste el voltaje a 6 voltios, y permita el paso de la corriente eléctrica durante 30 minutos. No permanezca muy cerca de la celda, para evitar la inhalación de los gases que se forman durante el proceso (figura 4)

10. Apague la fuente de poder y observe si la solución perdió su color inicial. Si es así, pase al punto siguiente, en caso contrario continúe con la electrólisis durante algunos minutos más.

11. Separe por decantación o por filtración, el metal obtenido y colóquelo sobre un vidrio de reloj limpio y seco.

12. lleve a secar su producto a la estufa, a una temperatura entre 80 y 90°C.

13. Terminado el tiempo de secado, que puede ser de 20 a 30 minutos, saque su material y deje que se enfríe en el desecador, por espacio de cinco minutos.

14. Por último, pese su producto (figura 5) y anote sus observaciones.

INICIO

Pese en un vidrio de reloj 1.5 gr de azurita.

Observe el material.

Triture el mineral hasta convertirlo en

polvo fino.

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1

Lave con acetona los electrodos de su celda y espere a que sequen.

Pase el contenido del vaso a la celda electrolítica.

Por medio de los caimanes, haga la

conexión electrolítica a la fuente de poder.

2

2

Separe por decantación o por filtración, el metal obtenido y péselo.

Lleve a secar su producto a la estufa.

Fin

Adicione 40 ml. De ácido sulfúrico

Agite con la varilla hasta la disolución

total y luego filtre la mezcla.

Encienda la estufa y ajuste el voltaje a 6 voltios y permita el

paso de la corriente..

Apague la fuente de poder y observe si la solución perdió su

color inicial.

Seque su material y deje que se enfría en el

desecador.

Pese su producto y anote las

observaciones.

Cuestionario

1) Que propiedades físicas tiene el mineral de cobre2) Cuales son las aplicaciones industriales del cobre en nuestro país

Ya sea considerando la cantidad o el valor del metal empleado el uso industrial del cobre es muy elevado. Es un material importante en un sinfín de actividades económicas principalmente como conductores de energía eléctrica en los cable de todo tipo Se produce el cobre metalico y el no metalicoEl no metalico lo vemos como plaguicida en la agricultura

3) Investigue en los anuarios del inegi de la secretaria de energía y de la dirección general de la secretaria de minas e industria paraestatal cual ha sido la producción de cobre en las cuatro principales entidades del país durante las últimos 5 años

4) Problema:Calcule la cantidad máxima de cobre que puede obtenerse a partir de 1 kg de cada uno de los siguientes minerales

MineralMalaquitaCrisocolaCalcopirita

5) Calcule la base de sus datos experimentales, el porcentaje de cobre en el mineral que se le proprcione

6) Sobre un diagrama de bloques que ilustre el proceso comleto efectue un balance materiales con los resultados obtenidos experimentales

7) Con base en el costo del mineral calcule el costo de producción de 1 kg de cobre costo de 1 kg de azurita =$75

8) Enliste por separado las operaciones y los procesos unitarios efectuados en esta practica correspondientes al proceso de producción industrial de cobre

9) Que tipo de energía se aplican en cada etapa del proceso de producción de cobre

10) Que es la patina y como se conforma11) Como relaciona usted lo aprendido en esta practica con su campo de

trabajo, la administración industrial

Bibliografia

MÉTODOS DE LA INDUSTRIA QUÍMICA (Tomo 1)TEGEDER, Fritz y Mayer, Ludwig.

Editorial Reverte, España, 1987.

PRÁCTICAS DE QUÍMICA GENERAL INORGÁNICA E INDUSTRIAL.

IBAÑEZ, Jorge. Editorial Linca- Noriega, México, 1993.

ENCICLOPEDIA DE TECNOLOGÍA QUÍMICA.KIRK- OTHMER.

Editorial John Wiley and sons, E.U.A., 1985.

Enciclopedia, ENCARTA 2000Microsoft Corporation, 1993- 1999.