Análisis microestructural de clavos y estacas del mineral

CONAMET/SAM 2006
ANÁLISIS MICROESTRUCTURAL DE CLAVOS Y ESTACAS DEL MINERAL
DE CHAÑARCILLO, UBICADO EN LA REGIÓN DE ATACAMA
C. Aguilar, L. Navea, L. Valderrama
Departamento de Metalurgia. Universidad de Atacama. Av. Copayapu 485, Copiapó-Chile.
[email protected]
RESUMEN
El mineral de Chañarcillo fue descubierto en el año 1832 por el minero Juan Godoy. El yacimiento
minero se encuentra a 73 km al sureste de la ciudad de Copiapó. La explotación de este yacimiento de
plata trajo prosperidad y abundancia no sólo a la economía regional sino también a la nacional. Gracias a
sus riquezas fue posible que la naciente Republica de Chile cancelara su deuda externa con Inglaterra en
el siglo XIX. En su auge, el pueblo llego a tener 4.000 habitantes, teniendo una escuela, una iglesia y un
teatro. El pueblo se encontraba en uno de los desiertos más inhóspitos del planeta, el Desierto de
Atacama. En el presente trabajo se recopilaron algunos vestigios de materiales metálicos que han llegado
a nuestros días para su análisis y estudio desde un punto de vista metalúrgico. Se encontró una serie de
clavos usados en la construcción del campamento y estacas empleadas en las labores mineras que fueron
analizadas mediante estudios de metalografía óptica y espectroscopia óptica de emisión. De acuerdo a los
resultados obtenidos, se concluyó que el material de fabricación de los clavos y estaca es de hierro
pudelado, por lo tanto su confección se sitúa alrededor de la mitad del siglo XIX.
Palabras Claves: Mineral de Chañarcillo, hierro pudelado
CONAMET/SAM 2006
1. INTRODUCCION
Este importante yacimiento fue descubierto en
1832 [1] por Juan Godoy, minero oriundo de la
ciudad de Copiapó. El mineral se encontraba a 73
kilómetros al sureste de Copiapó como se observa
en la figura 1 [2].La mina Chañarcillo fue un
yacimiento de plata y su funcionamiento fue una
de las más importantes del mundo. Al respecto
Vicuña Mackenna señalaba: “Cuando llueve todos
se mojan, pero en Atacama se mojan de plata”. Su
explotación causó el enorme auge económico y
político de la región en la segunda mitad del siglo
XIX. El presidente Don José Joaquín Prieto señalo
en 1944 que el descubrimiento de la mina de
Chañarcillo había sacado a Chile de la postración
de ese momento y al gobierno de la bancarrota. La
riqueza de la mina de Chañarcillo permitió entre
otras cosas, cancelar la deuda externa que
mantenía Chile con Inglaterra desde 1822.
Para explotar este yacimiento se necesitó gran
cantidad de mineros, por tal motivo, se estableció
un poblado en las cercanías del mineral
denominado Placilla de Juan Godoy o
simplemente la Placilla como era llamado por los
mismos mineros. Este poblado hervía en actividad,
tenía una escuela, una iglesia, un cementarlo y por
supuesto como pueblo minero algunas cantinas.
Este pueblo llego a tener alrededor de 4000
habitantes. Alrededor de la mitad del siglo XIX
llego a Chañarcillo el primer ferrocarril, que en sus
principios fue rechazado por los habitantes de la
ciudad de Copiapó. La figura 1c entrega un
esquema del trazo de la línea del tren para aquella
época. La misión del tren consistía en trasladar
mineral de la mina hasta el puerto de Caldera
(b)
(c)
Figura 1. Mapas (a) norte y centro de Chile, (b)
localización de las ciudades de la región de
Atacama y (c) extensión de la vía de ferrocarril
alrededor de 1860.
La figura 2 muestra una imagen actual del sitio
donde se encontraba el poblado Placilla de Juan
Godoy y la figura 3 las ruinas del cementerio. El
mineral de Chañarcillo se caracterizo porque tenía
varias entradas o piques, la figura 4 muestra dos
entradas, la primera con una entrada inclinada y la
segunda vertical.
(a)
Figura 2. Fotografía actual de la zona donde se
encontraba el poblado de Placilla de Juan Godoy.
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2. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Se procedió a recorrer la zona donde se encontraba
el antiguo poblado de Placilla de Juan Godoy para
realizar una búsqueda de vestigios de clavos de
construcción y estacas usadas en labores mineras.
Se encontraron varios calvos cuadrados y estacas.
Figura 3. Al lado izquierdo arriba se muestran los
restos del cementerio de Placilla de Juan Godoy.
Las muestras encontradas se prepararon para el
análisis metalográfico, con una secuencia de papel
lija con tamaño de grano de 120, 220, 320, 400,
500, 600, 750 y 1000. Posteriormente se pulió a
espejo con alúmina 1 (tamaño de partícula de 1
μm), alúmina 2 (tamaño de partícula 0,5 μm) y
alúmina 3 (tamaño de partícula 0,05 μm) y luego
se atacó con Nital al 2% por un periodo de tiempo
de 10 seg. El análisis químico de espectroscopia se
realizo en un espectrómetro de emisión óptica
marca SPECTROLAB. La caracterización
metalográfica de las muestras se realizó en un
microscopio óptico marca Zeiss, modelo
AXIOTECH.
3. RESULTADO Y DISCUSION
(a)
En el sector donde estaba el pueblo de Placilla de
Juan Godoy se encontraron diferentes piezas como
clavos de construcción y estacas. Los clavos son
de sección cuadrada y de diferentes ancho y largo,
como se observa en la figura 5a. El clavo F (el más
pequeño) tiene un largo de 4 cm y el clavo A (el
mayor) de 11 cm aproximadamente. La sección
transversal de igual manera es diferente, para el
clavo F es cercana a 0.3x0.3 mm, el clavo C
alrededor de 1x1 cm y clavo A cerca de la cabeza
posee una sección de 0.6x0.6 mm y se va
adelgazando hacia la punta. Por otra parte, la punta
de estaca posee un diámetro de 2.5 cm, figura 5c.
Finalmente se debe mencionar que todas las piezas
encontradas poseen una capa de oxido en la
superficie característica de materiales ferrosos.
(b)
Figura 4. Dos diferentes entradas al mineral de
Chañarcillo, (a) pique con entrada inclinada y (b)
pique con entrada vertical.
El presente trabajo tiene como objeto analizar
desde un punto de vista metalúrgico algunos
vestigios de materiales metálicos que han llegado a
nuestros días. Se analizaran una serie de clavos
usados en la construcción del campamento y
estacas empleadas en las labores mineras. Para
analizar el tipo de material se realizaron estudios
de metalografía y espectroscopia óptica de emisión
de ambos materiales.
(a)
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(b)
(a)
(c)
Figura 5. (a) clavos encontrados, (b) imagen
aumentada del clavo C (a) y (c) punta de estaca.
(b)
La tabla I muestra el análisis de espectroscopia de
emisión óptica para el clavo C mostrado en la
figura 5a. Del análisis respectivo se obtiene que los
promedios de porcentaje de carbono, silicio,
manganeso y azufre son: 0.048, 3.19, 0.101 y
0.116, respectivamente. Así se observa que la
cantidad de carbono presente en el clavo es baja.
La figura 6 muestra algunas imágenes de la
metalografía. En ella es posible observar que hay
una gran cantidad de escoria presente en el
material orientada en sentido. Debido a los
porcentajes de elementos dados en la tabla I, los
compuestos de escoria son silicatos de manganeso
y en las metalografías no se observa presencia de
perlita, debido al bajo porcentaje de carbono.
Tabla I. Análisis de espectroscopia de emisión
óptica de clavo C, figura 5a.
Elemento
Análisis
1
Análisis
2
Análisis
3
%C
0.0487
0.0771
0.0204
% Si
3.19
2.99
3.40
% Mn
0.102
0.0977
0.106
%P
0.0222
0.009
0.0354
%S
0.117
0.104
0.129
% Cu
0.009
0.02
0.0079
(c)
Figura 6. Metalografías clavo C mostrado en la
figura 5a (100X).
En la tabla II se entregan los resultados del análisis
de espectroscopia de emisión óptica para la estaca
mostrada en la figura 5c. De la tabla mencionada
se puede obtener los promedios de porcentaje de
carbono, silicio, manganeso y azufre, los que
resultaron ser: 0.068, 4.89, 0.0671 y >0.504
respectivamente. Al igual que en el caso del clavo
analizado, el porcentaje de carbono es bajo.
Observando una imagen metalográfica de la
estaca, figura 7, se aprecia que existe también una
cantidad apreciable de escoria presente en el
material. Debido a los porcentajes de los elementos
mostrados en la tabla II, la composición de la
escoria es un silicato de manganeso.
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La cantidad de escoria encontrada en la estaca es
bastante superior en comparación a la encontrada
en el clavo, sólo basta observar las figuras 6 y 7.
Otro rasgo característico de la imagen 7 es el
hecho que la escoria esta orientada en un sentido.
Tabla II. Análisis de espectroscopia de emisión
óptica de estaca, figura 5c.
Elemento
Análisis
1
Análisis
2
Análisis
3
%C
0.0524
0.0466
0.106
% Si
5.51
3.33
5.84
% Mn
0.070
0.048
0.0834
%P
0.142
0.110
0.138
%S
>0.504
>0.504
>0.504
% Cu
0.012
0.0263
0.0194
Finalmente el aire con oxido carbono salía por la
chimenea. La descarburización aumentaba la
temperatura de solidificación, por lo que al final
del proceso se obtenía una masa pastosa que se
forjaba para eliminar la escoria presente. El
proceso no era eficiente por tal motivo siempre
quedaba una cantidad de escoria en el material que
se orientaba en el sentido de la forja, como se
observa en las figuras 6 y 7.
4. CONCLUSIONES
A partir del análisis de composición y observación
metalografía se puede decir que los materiales de
fabricación de los clavos y estaca corresponden a
hierro pudelado.
AGRADECIMIENTOS
Los autores desean expresar sus agradecimientos al
señor Lincoyan Montiel V. por el apoyo prestado
para la realización de este trabajo.
5. REFERENCIAS
1.
Libro publicado por L. Montiel. Copiapó
2005, reseña histórica.
2.
L. Navea, C. Aguilar, J. Palacios, L.
Valderrama,
B.
Zazzali.
Jornadas
SAM/CONAMET 2005 – MEMAT 2005.
Sociedad Chilena de Metalurgia y Materiales
–Asociación Argentina de Materiales, Mar del
Plata-Argentina, 2005.
3.
The Making, Shaping and Treating of Steel.
Edited by Harold E. McGannon. Eighth
Edition, United State, 1969.
Figura 7. Metalografía punta de estaca mostrada
en la figura 5c (100X).
En resumen se puede decir que existen varios
aspectos microscópicos y químicos iguales en los
materiales del clavo y la estaca; (a) la metalografía
consiste en una estructura con granos grandes con
presencia de escoria, (b) no se observa la presencia
de perlita y (c) hay una matriz de hierro con
inclusiones de escoria alargadas en un sentido. Por
los antecedentes, mencionados, se podría inferir
que los clavos y estaca estudiados deben
pertenecer al periodo en el cual el mineral de
Chañarcillo funcionó, es decir, entre 1832 y 1890.
Con la información señalada los materiales de
construcción
de
los
clavos
y
estaca
corresponderían a hierro pudelado, denominado en
ingles Puddle Iron. Este material se fabricaba a
través de un proceso llamado “Hand Puddling
Processes” [3.]. El proceso consistía en que la
masa inicial de hierro se refinaba por oxidación.
Una corriente de aire se hacía pasar a través de una
parrilla donde se colocaba carbón. El aire en
contacto con la masa pastosa constantemente
refinaba a este.