17 va semana cepre unmsm

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  • 1. Página | 1 DECIMASÉPTIMA PRÁCTICA DIRIGIDA DE QUÍMICA UNMSM TEMA: RECURSOS NATURALES RECURSOS NATURALES MINERALES Son sólidos naturales inorgánicos de composición química definida y estructura cristalina, pudiendo ser elementos [oro nativo (Au), plata nativa (Ag), diamante (C), etc.] o compuestos químicos [Esfalerita o blenda (ZnS), cuarzo (SiO2), galena (PbS)]. Sus nombres no guardan relación con su composición química. La ciencia que estudia a los minerales se denomina MINERALOGIA. Desde el punto de vista de su industrialización se clasifica a los minerales como: a) Mineral metálico: a partir de los cuales se extraen los metales. Ejemplo: Blenda: Zn Galena: Pb b) Mineral no metálico: se utilizan como materia prima o insumo para obtener productos acabados. Ejemplo: Cuarzo: vidrio Caliza: cemento Nota: Los minerales metálicos forman parte de la corteza terrestre y cuando se presentan en lugares con valor económico, se denominan yacimientos. El mineral valioso, por lo general, se encuentran en vetas o diseminados, y la explotación de estos yacimientos pueden ser a través de socavones, minas, para las vetas y a tajo abierto para los diseminados. El material extraído conteniendo el o los minerales de interés económico constituye la denominada MENA, la misma que está formada por el mineral valioso y la GANGA, que viene a ser la parte complementaria y que constituye el material estéril de la mena. METALURGIA La metalurgia es la ciencia y la tecnología de la extracción de metales de sus fuentes naturales y de su preparación para usos prácticos. La metalurgia implica varios pasos: (1) explotación de las minas, (2) concentración de la mena o su preparación por algún otro medio para el tratamiento posterior, (3) reducción del mineral para obtener el metal libre, (4) refinación o purificación del metal, y (5) mezclado del metal con otros elementos para modificar sus propiedades. Este último proceso produce una aleación, es decir, un material metálico compuesto de dos o más elementos. METALURGIA DEL HIERRO (Fe) a) Mineralogía Hematita: Fe2O3 Magnetita: Fe3O4 Siderita: FeCO3 Pirita: FeS2 b) Metalurgia La metalurgia del hierro toma el nombre de SIDERURGIA. Casi siempre se realiza en altos hornos llamados así por su gran tamaño. Las sustancias usadas en el alto horno son: mineral de hierro (óxidos generalmente), reductor (carbón o coke), fundente (CaCO3 que disminuye la temperatura de fusión y forma escorias) El proceso dentro del horno es el siguiente: El coke, al arder, se oxida, formando monóxido de carbono. 2C(s) + O2(g) → 2CO(g) El monóxido de carbono actúa sobre los óxidos reduciéndolos Fe2O3(s) + 3CO(g) → 2Fe(l) + 3CO2(g) METALURGIA DEL COBRE (Cu) a) Mineralogía Se encuentra como elemento nativo y combinado formando los siguientes minerales: Calcopirita: CuFeS2 Calcosita: Cu2S Cuprita: Cu2O Malaquita: Cu2CO3(OH)2 Mineral valioso + ganga = mena
  • 2. “Año de la Inversión para el Desarrollo Rural y la Seguridad Alimentaria” Página | 2 b) Metalurgia En el Perú la mayor producción es a partir de la calcopirita, su proceso se resume en: Tostación: descompone el mineral y transforma en óxidos 2CuFeS2(s) + 3 O2(g) → 3FeO(s) + 2CuS + 2SO2(g) Separación de impurezas: la calcina, se mezcla con sílice (SiO2) y caliza (CaCO3) para formar escoria que sirve para separar el FeO del CuS. Formación del óxido cuproso y su posterior oxigenación: a 1000ºC el CuS se convierte en Cu2S Cu2S(l) + O2(g) → 2Cu(l) + SO2(g) Refinación electrolítica del cobre: en los ánodos el Cu impuro se oxida a Cu+2 , el cual se reduce a Cu (99,9% de pureza) en el cátodo METALURGIA DEL PLOMO (Pb) a) Mineralogía Galena: PbS Cerusita: PbCO3 Anglesita: PbSO4 b) Metalurgia En el Perú el mineral que se emplea para extraer el plomo se llama galena, su proceso se resume en: Tostación: se realiza en hornos especiales y se transforma en una mezcla sólida de PbO y PbSO4 3PbS(s) + 5 O2(g) → 2PbO(g) + PbSO4(s) + 2SO2(g) A la calcina se le agrega 2/5 del material primitivo y el conjunto se calienta a altas temperaturas en un horno, obteniéndose plomo impuro de 94 a 95% de pureza. La refinación electrolítica del plomo permite obtener Pb con una pureza de 99,99%, el cual se deposita en el cátodo. METALURGIA DEL ZINC (Zn) a) Mineralogía Esfalerita o blenda: ZnS Smithsonita: ZnCO3 b) Metalurgia Tostación: empleado para transformar los sulfuros en óxidos. 2ZnS(s) + 3 O2(g) → ZnO(s) + 2SO2(g) Lixiviación: empleado para transformar el metal valioso desde la fase sólida a la fase acuosa. ZnO(s) + H2SO4(ac) → ZnSO4(ac) + H2O Electrólisis: la solución resultante ZnSO4(ac), se purifica y se envía a celdas electrolíticas, depositándose en el cátodo el Zn 99,99% de pureza (refinamiento) METALURGIA DEL ORO (Au) a) Mineralogía El oro es un metal de baja reactividad química y por ello que existe en estado nativo, a veces se encuentra como telururo de oro (Au2Te3) b) Metalurgia Existen varios procesos que conllevan a la extracción del oro, siendo los principales: Amalgamación: El oro que se encuentra disperso en ganga se pone en contacto con el mercurio líquido, éste lo colecta formando las denominadas amalgamas y después por destilación se separa el oro. Cianuración: El oro nativo puede separarse de la roca estéril disolviéndolo en una solución muy diluida con cianuro de sodio o potasio. 4Au(s) + 8KCN(ac) + 2H2O(l) + O2(g) → 4K[Au(CN)2](ac) + 4KOH(ac) Reducción: Luego las soluciones de K[Au(CN)2] se reducen con zinc metálico Zn(s) + 2K[Au(CN)2](ac) → 2Au(s) + K2[Zn(CN)4](ac)
  • 3. “Año de la Inversión para el Desarrollo Rural y la Seguridad Alimentaria” Página | 3 METALURGIA DE LA PLATA (Ag) a) Mineralogía La plata se encuentra en estado nativo y también en forma de compuestos: Cerargirita: AgCl Argentita: Ag2S b) Metalurgia La mayor parte de la plata metálica se obtiene de los residuos anódicos (lodos) de la refinación del cobre y plomo. La metalurgia de la plata es similar a la del oro, siendo los procesos más comunes la amalgamación y cianuración. SEMANA N°18: RECURSOS NATURALES 1. Completa la siguiente expresión: En la naturaleza los minerales se presentan como sólidos……………., algunos tienen............. externas y son estudiados por la…………………… A) Cristalinos, estructuras, geoquímica B) Amorfos, formas geométricas, geología C) Cristalinos, formas geométricas, mineralogía D) Iónicos, estructuras, metalurgia E) Amorfos, estructuras, mineralogía 2. Indique la secuencia correcta: I. Los yacimientos contienen minerales con una concentración adecuada para su explotación rentable II. En la corteza terrestre, el mineral valioso se encuentra diseminado o formando vetas. III. La explotación de los minerales valiosos se puede realizar a tajo abierto si el mineral está diseminado IV. Una mena extraída de un yacimiento está formada solo por el mineral valioso. A) VVVV B) VVVF C) VVFF D) VFVF E) FVVF 3. Marque la secuencia de verdadero (V) o falso (F) respecto a las siguientes definiciones: I. Mena: Mezcla de ganga y mineral valioso. II. Mineral: Sólidos inorgánicos, de origen natural y artificial. III. Mineral metálico: Mineral a partir del cual se obtiene un metal de interés. A) VFV B) VVV C) VVF D) VFF E) FFF 4. Marque el enunciado INCORRECTO A) La hematita y la magnetita, son minerales de hierro. B) La principal mena de cobre es la calcopirita. C) El principal mineral de Zinc es la blenda D) La Siderurgia es el proceso de tratamiento del mineral de hierro. E) La galena es un mineral no metálico, a partir de ella se extrae el S. 5. Marque la respuesta correcta para la correspondencia mineral – fórmula a) Hematita ( ) (Zn, Fe)S b)Calcosita ( ) Ag2S c) Esfalerita ( ) Fe2O3 d)Argentita ( ) Cu2S A) dbac B) adcb C) cdab D) abdc E) dcab 6. ¿Cuántas toneladas métricas (TM) de Pb se obtiene a partir de 890TM de una mena de plomo que tiene 60% de cerusita (PbCO3) como único mineral de plomo? PF (PbCO3= 267); P.A (Pb=207) A) 276 B) 207 C) 552 D) 414 E) 372 7. Una mena de hierro de 1000TM que contiene hematita (Fe2O3) y 29% de impurezas reacciona con CO produciendo Fe metálico y CO2. Determine la cantidad de Fe obtenida, en kg, si el rendimiento del proceso es de 80%. P.A( Fe= 56; C=12; O=16) A) 3,98x105 B) 3,98x106 C) 4,97x108 D) 4,97x105 E) 3,17x105 8. ¿Cuántos metros cúbicos (m3 ) de SO2(g) medidos a C.N, se obtienen a partir de 47,8TM de galena? Según la ecuación: 2PbS(s) + 7/2 O2(g) → PbO(s) + PbSO4(s) + SO2(g) Dato: PF( PbS= 239; SO2= 64) A) 2,24x106 B) 2,24x103 C) 2,24x104 D) 2,24x102 E) 2,24x105
  • 4. “Año de la Inversión para el Desarrollo Rural y la Seguridad Alimentaria” Página | 4 9. Indique la secuencia de verdadero (V) o falso (F) con respecto a las siguientes reacciones: a) 2CuFeS2 + 3O2 → 2FeO + 2CuS + 2SO2 b) Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2 c) ZnO + H2SO4 → ZnSO4 + H2O I. La reacción (a) representa el proceso de tostación de un mineral sulfurado II. En (b) el agente reductor es el CO III. En (c) se representa la lixiviación del ZnO A) VVF B) VFV C) VVV D) FVV E) FVF 10. ¿Cuál es el % de rendimiento si durante la lixiviación de 16,28TM de ZnO se obtuvo 30TM de ZnSO4? PF( ZnO= 81,4; ZnSO4= 161,4) A) 90,50 B) 86,45 C) 94,94 D) 92,94 E) 95,65 11. Marque la secuencia correcta de verdadero (V) o falso (F) con respecto a la metalurgia del Zn I. La esfalerita es un mineral que contiene Pb, Zn y Fe II. En la tostación del mineral se produce SO2(g) III. La calcina se transforma en ZnSO4 mediante la lixiviación. A) FFV B) VFV C) FVF D) FVV E) VVF 12. Con relación a los procesos metalúrgicos, marque la secuencia correcta de verdad (V) o falsedad (F) I. La metalurgia del hierro se denomina siderurgia y se realiza fundamentalmente a bajas temperaturas. II. La metalurgia de los metales sulfurados puede esquematizarse en 3 etapas: tostación, separación de impurezas y refinación electrolítica III. La cianuración es una técnica que permite extraer oro y la plata a partir de los respectivos metales nativos A) VFF B) FVV C) FVF D) FVV E) VVV 13. La amalgama de dentista contiene 70%W de Hg y 30%W de Cu. Marque la cantidad (en kg) de amalgama que podría elaborarse a partir de 2800g de Hg y 960g de Cu. A) 3,76 B) 0,56 C) 3,20 D) 4,00 E) 2,56 14. Establezca la correspondencia reacción – proceso metalúrgico I. CaCO3(s) + SiO2 → CaSiO3(l) + CO2(g) II. 2K[Au(CN)2](ac) + Zn(s) → 2Au(s) + K2[Zn(CN)4](ac) III. Ánodo: Cu(s) → Cu+2 + 2e- Cátodo: Cu+2 + 2e- → Cu(s) IV. CuFeS2(g) + O2(g) → FeO(s) + CuS(s) + SO2(g) ( ) Tostación de la calcopirita ( ) Formación de escoria ( ) Precipitación química ( ) Refinación electroquímica A) IV,I,III,I B) IV,I,II,III C) II, III,I,IV D) III,I,II,IV E) I,III,II,IV 15. Marque la alternativa INCORRECTA con respecto a las aleaciones: A) Son mezclas que contienen uno o más metales. B) Su estado de agregación final es sólido. C) Algunas contienen elementos no metálicos D) Sus propiedades son iguales a la de los elementos que la constituyen. E) Su composición depende de la naturaleza y proporción de los metales. 16. Señale la relación correcta de las expresiones: I. La galena es un mineral que contiene Pb II. La tostación de la galena genera PbO III. La refinación electrolítica del plomo, permite purificarlo. A) VVV B) VFF C) FVV D) FFV E) FVF 17. Para los siguientes minerales establecer la relación correcta nombre – fórmula: a. Calcopirita ( ) PbS b. Blenda ( ) Fe2O3 c. Hematita ( ) CuFeS2 d. Galena ( ) ZnS A) dcab B) abcd C) cdab D) dcba E) dabc 18. Indique verdadero (V) o falso (F) las siguientes proposiciones: I. Uno de los productos de la tostación de la calcopirita es SO2
  • 5. “Año de la Inversión para el Desarrollo Rural y la Seguridad Alimentaria” Página | 5 II. La refinación de cobre es por electrólisis III. El plomo contenido en la galena se extrae por lixiviación. IV. El zinc del mineral esfalerita se refina por tostación. A) VFVF B) FFVV C) VVFF D) FVFV E) FFFF 19. En los altos hornos la hematita se………… a hierro, debido al……….. que se produce por la oxidación del coque. A) oxida – CO2 B) reduce – CO C) volatiliza – calor D) funde – calor E) oxida – CO 20. Uno de los métodos para obtener metales nobles como el oro y la plata consta de 3 etapas importantes: cianuración, precipitación con Zn (Merrill Crowe) y refinamiento electrolítico. 2K[Au(CN)2](ac) + Zn(s) → 2Au(s) + K2[Zn(CN)4](ac) Si a partir de esta reducción se consumen 3,25TM de Zn en polvo y se precipita oro con 90% de pureza. La cantidad de oro producida, en TM, es: P.A (Au= 197; Zn= 65) A) 17,73 B) 17,79 C) 17,37 D) 15,73 E) 16,73 21. Respecto a los recursos minerales y energéticos, marque la secuencia correcta de verdadero (V) o falso (F): I. Son de origen natural y son renovables II. Los minerales se clasifican como metálicos y no metálicos III. Los no metálicos son usados como insumos de productos terminados. IV. La mena está constituida por el mineral valioso más la ganga. A) VVFV B) VFVF C) VFFV D) FVVV E) FFVV 22. Respecto a los proceso metalúrgicos, señale la alternativa INCORRECTA A) Permiten concentrar y extraer el metal de un mineral. B) La metalurgia del hierro se llama siderurgia C) Los minerales que contienen azufre son procesados por tostación D) La extracción de los metales a partir de sus compuestos son procesos redox. E) La lixiviación es un proceso que se aplica a la extracción del hierro. 23. Los minerales constituyen la materia sólida valiosa de la tierra. Al respecto seleccione las características inherentes a éstos: a. Sólidos amorfos b. Sólidos cristalinos c. Naturales d. Artificiales e. Composición química definida f. Origen inorgánico g. Origen orgánico A) adfg B) bcef C) bcdeg D) acef E) aceg 24. En una concentradora se trabaja con 970 TM de mena que contiene 9,70% de esfalerita; 4,78% de galena y la diferencia es ganga, Determine el % de Zn y él % de Pb, presentes en dicha mena. P.A( Zn=65; Pb=207)P.F( PbS=339; ZnS=97) A) 6,5 y 4,1 B) 5,6 y 4,14 C) 6,5 y 4,14 D) 4,1 y 6,5 E) 6,0 y 4,0 Profesor: Antonio Huamán Navarrete Lima, Julio del 2014