MINERALOGÍA ¿Qué es un mineral? Un mineral es una sustancia natural, de composición química definida, normalmente sólido e inorgánico, y que tiene una cierta estructura cristalina. Es diferente de una roca, que puede ser un agregado de minerales o no minerales y que no tiene una composición química específica. Hay más de 5300 especies minerales conocidas, de ellas más de 5070 aprobadas por la Asociación Internacional de Mineralogía (International Mineralogical Association, o IMA). Continuamente se descubren y describen nuevos minerales, entre 50 y 80 al año. ¿Por qué son importantes los minerales? 1. 2. 3. 4. 5. Son las materias primas para la construcción. Son necesarios en la alimentación (sal y fertilizantes). Sostienen la vida (suelos). Producen energía. Aplicaciones en otras ciencias Cerámicas especiales (motores, aislamiento en centrales nucleares, prótesis) Cementos, catalizadores Ciencias médicas (huesos, piedras en riñón, biominerales) Metalurgia Arqueología Medio ambiente (bioremediación) Algunas definiciones Mineralogía: Ciencia que estudia los minerales, sus propiedades físico-químicas, estructura y su origen. Clases mineralógicas: divisiones mayores, 9-10, criterios químicos-estr. Clases cristalinas: conjunto de elementos simetría que pasan a través de un punto. Subclase: minerales con similar estructura: tecto, ino, ciclosilicatos… Grupo: relacionados por su estructura y a veces composición: grupo de carbonatos romboédricos como calcita, dolomita… Nesosilicatos: grupo del olivino, grupo del granate. Serie mineral: serie de plagioclasas, de los piroxenos rómbicos… Variedad: individuos de la misma especie mineral caracterizados por pequeñas variaciones en su composición química, morfología, etc. Corindón, variedad: zafiro, rubí… Recuperación ambiental: Los emprendimientos de extracción y procesamiento de minerales comprenden una serie de acciones que producen significativos impactos ambientales, que perduran en el tiempo, más allá de la duración de las operaciones de extracción de minerales. Los proyectos de este sector se relacionan con la extracción, transporte y procesamiento de minerales y materiales de construcción. Consecuencias: Drenaje ácido de minas, AMD (por sus siglas en inglés acid mine drainage), es la formación de aguas ácidas, ricas en sulfatos y metales pesados. Esto es provocado por la lixiviación de sulfuros metálicos y de la pirita presente en carbones. Esto sucede por dos procesos oxidación abiótica y oxidación biótica. Cristalización: nucleación y crecimiento mineral Existen dos modalidades de nucleación: * Nucleación homogénea: Cuando la partícula es de la misma composición y estructura del cristal que se va a formar. * Nucleación heterogénea: Cuando el núcleo es una sustancia diferente y preexistente que favorece su cristalización. Las partículas extrañas quedan incluidas dentro del nuevo cristal como impurezas o inclusiones. * La nucleación es un momento delicado y la inestabilidad del medio puede hacer que su formación no se produzca, o bien, que sea efímera. A partir de los núcleos se inicia el crecimiento de los cristales siempre que las condiciones del medio lo permitan (tiempo, estabilidad, etc). Mineraloides: Un mineraloide es una sustancia natural, inorgánica, sólida o líquida de origen geológico, con características similares a las de los minerales, pero que no representa un auténtico mineral pues sus átomos no están ordenados. Los mineraloides no presentan una composición química suficientemente uniforme como para ser considerada un mineral en particular y se dice que son sustancias amorfas. Los mineraloides presentan un importante interés económico y gemológico. Entre ellos se pueden citar el ópalo, la limonita, el carbón, el lignito, el azabache o el ámbar y la obsidiana entre muchos otros. Las perlas son a menudo consideradas como minerales debido a la presencia de cristales de carbonato cálcico en su estructura; sin embargo, su composición química no es uniforme, de manera que es más exacta su definición como mineraloides. También se consideran mineraloides los líquidos inorgánicos que se encuentran en la naturaleza, como son el agua y el mercurio nativo. Los mineraloides se forman en bajas temperaturas y bajas presiones en superficie de la tierra y en entornos subterráneos poco profundos. Muchos de estos materiales eventualmente van a transformar en minerales con el tiempo, calor o presión. Son abundantes en medios superficiales de alteración como en suelos por la alteración meteórica de las rocas y zonas con actividad volcánica. También existen los mineraloides en estado metamíctico, los cuales son minerales que pierden el orden por efecto de radiación ionizante. (Desintegración radioactiva de U , U , Th con emisión de partículas alfa o radiación beta). El proceso se describe con una rotura de enlaces que conlleva una acumulación de defectos. Ejemplo: zircón ZrSiO4 , Uraninita UO2. MÉTODOS DE ESTUDIO ESTRUCTURAL: CRISTALOGRAFÍA La cristalografía de rayos X (XRD) es una técnica experimental para el estudio y análisis de materiales, basada en el fenómeno de difracción de los rayos X por sólidos en estado cristalino. Difracción de rayos x monocrista (SCXRD): Esta técnica se basa en hacer incidir un haz de rayos-x sobre un monocristal de algún compuesto químico. En un monocristal los átomos están dispuestos de forma periódica en las tres dimensiones del espacio y, cuando un haz de rayos-x incide sobre ellos, actúan como fuentes secundarias y reemiten los rayos-x en todas direcciones. La diferencia de caminos ópticos recorridos por los rayos-x da lugar a fenómenos de interferencia y el resultado final es que el rayo incidente se separa en rayos difractados. La resonancia magnética nuclear (RMN) es un fenómeno físico basado en las propiedades mecánico-cuánticas de los núcleos atómicos. CLASIFICACIÓN MINERAL A LO LARGO DE LA HISTORIA o o o o o 340 antes de cristo: usos prácticos. 740 después de cristo: propiedades físicas. 1750: propiedades químicas. 1884: propiedades magnéticas. 1928: propiedades químico-estructurales. Clasificaciones importantes Lima de Faria y Figueiredo (1983): en base a la estructura de los minerales. (Laser YAG estética, oftalmología… Clasificación de Strunz(1941): usado universalmente en mineralogía que se basa en la composición química de los minerales. Fue creada en 1938 por el minerólogo alemán Karl Hugo Strunz y ajustada posteriormente en 2004 por la International Mineralogical Association (IMA). El sistema clásico y que aún aparece en muchos libros de mineralogía divide los minerales en nueve clases, que a su vez se dividen nuevamente en varias divisiones, familias y grupos, de acuerdo con la composición química y la estructura cristalina de los ejemplares. Las nueve clases principales son:4 I. Elementos nativos II. Sulfuros y sulfosales III. Halogenuros IV. Óxidos e hidróxidos V. Nitratos, carbonatos VI. Sulfatos, cromatos, molibdatos y wolframatos VII. Fosfatos, arseniatos y vanadatos VIII. Silicatos - Son los que conforman en el grupo más abundante en la corteza terrestre (con un 90%) IX. Sustancias orgánicas RECURSOS MINERALES Una mena de un elemento químico, generalmente un metal, es un mineral del que se puede extraer aquel elemento porque lo contiene en cantidad suficiente para poderlo aprovechar. Así, se dice que un mineral es mena de un elemento químico, o más concretamente de un metal, cuando mediante un proceso de minería se puede extraer ese mineral de un yacimiento y luego, mediante metalurgia, obtener el metal. Asociado al concepto de mena, está el de ganga. Se llama así al conjunto de todos los minerales sobrantes que se encuentran asociados a la mena en la roca extraída en un yacimiento. La ganga hace que la ley del metal disminuya, por lo que es necesario separarla de la mena, como primera etapa en la concentración y obtención del metal. Mena Fórmula Elemento Símbolo Calcopirita CuFeS2 Cobre Cu Cinabrio HgS Mercurio Hg Mena Fórmula Elemento Símbolo Coltan (Fe,Mn)(Nb,Ta)2O6 Tantalio Ta Galena PbS Plomo Pb Esfalerita o blenda ZnS Zinc Zn Uraninita UO2 Uranio U Wolframita (Fe,Mn)WO4 Wolframio W Fluorita CaF2 Flúor F Halita NaCl Sodio Na Dolomita CaMg(CO3)2 Magnesio Mg Magnesita MgCO3 Magnesio Mg Pirita FeS2 Azufre S
