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BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA.

DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN MEDIA SUPERIOR
ACADEMIA GENERAL DE QUÍMICA

GUÍA METODOLOGICA

UNIDAD I

INDUSTRIA MINERA

CICLO ESCOLAR

JUNIO 2010 - 2011

GUÍA METODOLÓGICA
PROGRAMA DE QUÍMICA PARA INGENIERÍAS

UNIDAD I. INDUSTRIA MINERA


    1. LA LITOSFERA Y SU RIQUEZA.


METALES Y MINERALES

Hill, John W. Kolb, Doris k.11. Química de la Tierra. Metales y Minerales

Química para el Nuevo Milenio. 8ª. Ed. Pearson Prentice Hall. México 1999 pp. 277-278 ISBN 970-17-0341-3
Nuestros astronautas han caminado sobre la estéril superficie de la luna, carente de aire. Nuestras sondas espaciales han explorado la desolación de Marte y el infernal calor de Venus, con sus nubes huracanadas de ácido sulfúrico. Estas sondas nos han proporcionado también imágenes cercanas de Mercurio seco y lleno de cráteres y de Júpiter y Saturno con sus terribles tormentas eléctricas y turbulentas atmósferas de hidrógeno y helio. La Tierra no es más que una isla en la inhóspita inmensidad del espacio, un diminuto oasis singularmente adecuado para la vida que lo habita.

La nave espacial Tierra transporta casi 6 000 millones de pasajeros y su número aumenta con rapidez. ¿Qué tipos de materiales tenemos a bordo de esta nave espacial? ¿Son suficientes para esta enorme carga de pasajeros? Comencemos por examinar la composición de la Tierra.
La nave espacial Tierra:

¿De qué está hecha?

La Tierra se divide en tres regiones principales: el núcleo, el manto y la corteza.

Se piensa que el núcleo terrestre se compone en gran parte de hierro (Fe) con algo de níquel (Ni). Puesto que el núcleo no es accesible, y como no parece probable que algún día lo sea, no lo consideraremos como fuente de materiales.

El manto está formado principalmente de silicatos, esto es, de compuestos de silicio y oxígeno con diversos metales. Aunque quizá algún día podamos llegar al manto, es probable que contenga pocos materiales útiles que no estén disponibles en la corteza terrestre más accesible.

La corteza terrestre es la capa sólida externa de la Tierra, a la que solemos llamar litosfera. La hidrosfera es la parte que contiene agua, constituida por los océanos, mares, lagos, ríos, etc. La atmósfera es el aire que rodea al planeta. La litosfera tiene un espesor de alrededor de 35 Km. bajo los continentes y 10 Km. bajo los océanos. El extenso muestreo que se ha llevado a cabo ha permitido a los científicos estimar la composición elemental de la porción exterior de la Tierra. Consideremos una muestra al azar de 10 000 átomos. De éstos más de la mitad (5 330) serían de oxígeno. Este elemento está presente en la atmósfera en forma de oxígeno molecular (O2), en la hidrosfera en combinación con el hidrógeno en forma de agua, y en la litosfera combinado con silicio (la arena pura es principalmente SiO2) y diversos elementos más.

El elemento que ocupa el segundo lugar en abundancia en la corteza terrestre es el silicio (Si). De los 10 000 átomos de nuestra muestra, 1590 serían de silicio. El hidrógeno ocuparía la tercera posición con 1510 átomos, la mayor parte de los cuales están combinados con el agua. El hidrógeno es un elemento tan ligero (el más ligero de todos) que constituye sólo el 0,9 % de la corteza en masa.

En la tabla 11.1 se muestran los elementos más abundantes junto con el número de sus átomos que contendría nuestra muestra de 10 000. Estos nueve elementos harían un total de 9630 átomos, lo cual deja sólo 370 para todos los demás elementos. No obstante, entre estos elementos poco abundantes en nuestro planeta se encuentran algunos que son muy importantes, como el carbono, el nitrógeno y el fósforo.
Tabla 11.1 Composición de la superficie terrestre: átomos de cada elemento en una muestra de 10 000 átomos y su porcentaje en masa.


Elemento

Símbolo

Número de átomos

Porcentaje en masa

Oxígeno

Silicio

Hidrógeno

Aluminio

Sodio

Hierro

Calcio

Magnesio

Potasio

Todos los demás

Total

O

Si

H

Al

Na

Fe

Ca

Mg

K

-

5330

1590

1510

480

180

150

150

140

100

370

10 000

49.5

25.7

0.9

7.5

2.6

4.7

3.4

1.9

2.4

1.4

100.0


1.1.1HISTORIA DE LOS METALES
YACIMIENTOS MINERALES Y MINERÍA

Juan Manuel Espíndola. V. Yacimientos minerales y minería

Minerales y Rocas. Ciencia Imágenes de la naturaleza. SEP UNAM. 1ª. ED. 1986, MEXICO pp. 65-69 ISBN 968-29-0492-7
En un sentido amplio podríamos decir que la Tierra entera es un yacimiento mineral, pues está formada de rocas y estas son agregados de minerales. ¿Por qué entonces se buscan ciertos lugares para explotar sus minerales? Sencillamente porque esos lugares poseen concentraciones apreciables de minerales de importancia económica. Generalmente asociamos la palabra mina con minerales como el oro y la plata. Sin embargo debemos recordar que todo lugar en que se exploten rocas de importancia económica son también minas como, por ejemplo, las de arena y cuando hablamos más en un sentido más general, lo son también las excavaciones donde se extraen cantera y otras rocas para construcción.

A las rocas que son el objeto principal de la explotación en una mina, las llamamos yacimiento mineral, y al conjunto de las que lo rodean, roca huésped o matriz. En la mayoría de los casos los yacimientos consisten de rocas en las cuales el objeto de interés primordial es uno o varios de los minerales que las forman. El resto de los minerales son generalmente desechados y se les llama “minerales ganga”.

Los yacimientos pueden ser importantes por varias razones como se muestra en la tabla 6.


Tabla 6


Criterios para evaluar la importancia de los yacimientos

  • Como elementos de construcción: mármol, cantera, grava, etcétera.

  • Por contener minerales metálicos valiosos: oro, plata, cobre, hierro y aluminio.

  • Por contener minerales no metálicos valiosos en la industria: grafito, cuarzo, sal azufre, petróleo.

  • Por contener minerales de buen tamaño para su uso en joyería: diamante, turquesa, berol, turmalina, etcétera.





Lo que hace que una concentración de rocas sea considerada como un yacimiento es que en ella abunden minerales que contengan algún elemento importante, o sean aprovechables económicamente. Por ejemplo en algunos casos se busca que los minerales contengan fierro, y en otros casos como en el del diamante, el mineral es importante en sí mismo.

Muchas veces lo que en una época es considerado como un yacimiento sin importancia en años posteriores se vuelve valioso porque contiene algún elemento cuyo precio en el mercado ha aumentado y se vuelve costeable extraerlo.
La minería es una actividad que se ha practicado desde tiempos muy remotos. Podríamos decir que las primeras minas aparecieron en la Edad de Piedra, cuando se empezaron a explotar depósitos de pedernal, primero en la superficie y luego bajo ella. Algunas de las minas más antiguas de pedernal consistían en pozos de unos 2 metros de diámetro y con profundidades hasta de 10 metros. En el fondo de estos pozos se hacían otras excavaciones más o menos al azar siguiendo las direcciones en que se encontraba concentrada esta roca. El pedernal era muy importante porque es una roca que cuando se golpea o talla con fuerza desprende fragmentos inflamados con que se puede hacer fuego. Los implementos de minería que se usaron en estas minas incluían cuernos de ciervo y omóplatos de animales grandes.
La llamada Edad de los Metales comenzó hace unos 5 000 años. En ésta época el hombre descubrió los depósitos de oro, plata, cobre, turquesa y malaquita (un sulfuro de cobre).El uso de éstos materiales quizá precedió a la búsqueda de los yacimientos subterráneos porque muchos de sus depósitos eran superficiales. Cuando los depósitos superficiales fueron agotados se hizo necesaria su explotación de yacimientos subterráneos. Para esta empresa debió ser importante la experiencia adquirida en los depósitos de sílex o pedernal. Sin embargo la extracción de los metales no sólo requería de la explotación del mineral que los contiene, también de la separación de minerales ganga. El hombre aprendió tempranamente a separar el mineral de su interés por procedimientos mecánicos como la pulverización y el lavado. El metal que se extrajo primero fue probablemente el cobre de la malaquita (sulfuro de cobre). Este mineral se encuentra bastante extendido en el Oriente Medio y se utilizó como pigmento desde alrededor del 5 000 a. C. Si se calcina malaquita en un fuego fuerte de carbón se elimina el azufre y queda el cobre en forma metálica. Este proceso es quizá el que dio lugar a la utilización de hornos y las primeras técnicas de metalurgia. Un método llamado copelación, que consistía en fundir el material deseado sobre un crisol de arcilla porosa (la copela) haciendo circular sobre el una corriente de aire, se introdujo alrededor del 8 000 a. C. Este procedimiento se utilizaba para aislar la plata de la galena (mineral de plomo), el chorro de aire acarreaba las impurezas y el plomo oxidado. El oro se mezclaba con galena y se seguía el mismo procedimiento.

El cobre fue otro metal muy apreciado y explotado. Aunque puede obtenerse sólo, se le llegó a procesar muy pronto con el estaño para formar una aleación de mayor resistencia: el bronce. Con bronce se fabricaron muchas herramientas que no han cambiado con el tiempo: el cuchillo, la lima, la espada, etc.
El hierro se conoce desde hace mucho tiempo, probablemente por su presencia en los meteoritos metálicos. Quizá por esta razón se le considera un don del cielo y se utilizaba al principio para fabricar ornamentos. La dificultad para fundirlo puede ser la causa de que su uso se haya generalizado tardíamente (el hierro funde a 1535 grados y el cobre a 1083 grados centígrados). En la llamada Edad del Hierro. Para el año 1 000 a.C. el uso del hierro se había extendido y la posesión de minas de hierro ocasionó no pocas guerras. De esta época datan también las primeras formas de obtener el hierro acerado por calentamiento en presencia de carbón vegetal.
Los romanos adquirieron la experiencia minera de los pueblos conquistados y dejaron pruebas de su actividad en toda Europa. Utilizaron mucho el hierro para fabricar todo tipo de armas y armaduras. Quizá de estas épocas provengan las leyendas de espadas maravillosas pues imaginémonos la superioridad que tenían las armas de hierro ante las quebradizas espadas de bronce. Los romanos contribuyeron a la minería al introducir el uso del mercurio para separar el oro. El mercurio, fue obtenido por primera vez en España por destilación del cinabrio. Muy pronto se descubrió que el mercurio disolvía al oro y se separaba por destilación. Los romanos trituraban la roca, la trataban con mercurio y por destilación separaban ambos elementos. Este procedimiento se utilizó hasta fechas muy recientes.
Durante el siglo III d. C. se descubrieron otras dos aleaciones muy importantes. Una de ellas es el peltre, una mezcla de estaño y plomo. Otra es el latón, aleación de cobre y zinc.

La minería continuó durante toda la Edad Media sin muchos cambios esenciales excepto en la maquinaria para vaciar de agua las minas y para extraer el mineral. Un libro clásico de aquella época es el escrito por George Bauer conocido como Agrícola. Su libro lleva el nombre en latín de De re matellicas y es una extensa exposición sobre la extracción y procesado de los metales tal como se hacía en la Edad Media.
En España la minería alcanzó un alto nivel y fue perfeccionada por los árabes, de manera que sus técnicas llegaron a ser de las mejores en Europa. En el siglo XVII don Alonso Barba escribió un libro que se hizo famoso: El Tratado de los metales. Esta tradición contribuyó al esplendor de la minería en América española.

En el siglo XVIII la minería adquirió una gran madurez y sentido científico. Como hemos visto, en ese tiempo Ulloa descubrió el platino en Colombia, d´Élhúyar el volframio y Del Río el Vanadio.

1.1.2. LOS MINERALES EN MÉXICO
LA MINERÍA EN MÉXICO

Juan Manuel Espíndola. VI. La minería en México

Minerales y Rocas. Ciencia Imágenes de la naturaleza. SEP UNAM. 1ª. ED. 1986, MEXICO pp. 71- 76 ISBN 968-29-0492-7
En la América Precolombina el arte de la orfebrería alcanzó un gran esplendor, primero en Ecuador y Perú y posteriormente en Panamá, Costa Rica y México (Oaxaca). Se tiene noticias de que en México se extraían el oro y el cobre desde el siglo XI, cinco siglos antes de la conquista. Estos se extraían en forma de pepitas o de bancos de sedimentos llamados placeres que contienen partículas de metales preciosos. Como el oro es muy resistente a la corrosión y más pesado que los silicatos (arena) que también componen los sedimentos, recogían fragmentos de éstos últimos y los ponían en un recipiente que se golpeaba ligeramente para que el oro cayera en el fondo por su propio peso. Después sacaban la arena del recipiente con agua o viento. Esta forma de extraer el oro fue muy utilizada. Posteriormente fundían el oro en hornos de carbón vegetal y lo empleaban en la confección de joyas. En la orfebrería utilizaron mucho el método llamado” de la cera perdida” que consiste en modelar en arcilla la forma que se desea obtener, esta se cubre entonces con una capa fina de carbón vegetal y luego con una capa uniforme de cera. Estas dos capas se cubren, a su vez, con una nueva de carbón y una última de arcilla con dos perforaciones opuestas. El oro es vaciado por el agujero superior mientras se tapa el inferior, después de que la cera fundida ha sido desalojada para dejarle lugar. Una vez que el metal está frió, se rompe el molde y se obtiene la figura deseada. Los objetos más antiguos fabricados en México por los indígenas fueron fundidos por los españoles, sin embargo se han conservado trabajos excepcionales de la época precolombina, por ejemplo, los descubiertos en 1932 por Alfonso Caso y que corresponden a una tumba mixteca. El oro fue muy apreciado por los habitantes del México prehispánico en la fabricación de joyas y ornamentos pero no se usó como moneda en forma tan extendida como el cacao. A veces se utilizaban como monedas pequeños cartuchos llenos de polvo de oro o navajillas de cobre martillado.
Para los aztecas eran más importantes las piedras preciosas como el jade, la turquesa o la nefrita, También apreciaban mucho la obsidiana que empleaban en la construcción de una gran variedad de instrumentos y armas.

Entre las primeras cosa que hicieron los conquistadores españoles en el Nuevo Mundo está la explotación del oro y la plata. En el siglo XVI en la Isla de la Española descubrieron ricos placeres auríferos, sin embargo, se agotaron muy pronto y hubo que emprender la explotación minera. En 1545 se descubrieron vetas riquísimas en el Cerro Rico de Potosí, hoy Bolivia; alrededor nació la ciudad de Potosí con 160 000 habitantes, honrada con el título de Villa Imperial. Poco después, en 1546 comenzó la explotación de las minas de Zacatecas en México.
En España la minería romana fue perfeccionada por lo árabes y alcanzó un gran desarrollo en América Española. La minería fue la industria principal de la Nueva España. Todos los fondos mineros pertenecían al rey, por eso se conocían como reales de minas y se concedía su explotación a quien los descubriera. Los españoles introdujeron muchas técnicas en la minería, pero quizá la más importante fue el uso del mercurio o azogue para amalgamar el oro y la plata y separarlo del mineral de ganga. Esta técnica fue introducida desde el siglo XVI y se utilizó durante el resto de la Colonia. La corona española controló la producción americana de oro y plata por medio de la distribución del mercurio, pues monopolizaba este elemento. España enviaba mercurio de sus yacimientos en Almadeen e Istría y controlaba todas las minas americanas entre las que destacaba la de Huancavelica en Perú.
En el siglo XVIII la minería americana alcanzó un desarrollo científico con la fundación de la Escuela de Minería en México en 1792. Esta fue la primera escuela de su tipo en el continente y alcanzó gran prestigio por la labor de los hermanos Juan y Fausto d´Elhúyar, éste último descubridor del volframio y de Andrés del Río descubridor del vanadio.
La minería mexicana proveyó grandes cantidades de oro y plata a Europa y al oriente al Oriente por el comercio y el contrabando con Filipinas. La plata mexicana dio la vuelta al mundo y llegó a convertirse en moneda universal.

Otra riqueza esperada de América son los diamantes descubiertos en 1729 en Minas Gerais, Brasil. Durante el siglo XVIII y XIX este país fue el primer productor de piedras preciosas en el mundo. Antes de eso los diamantes llegaban a Europa en pequeñas cantidades procedentes de la India.

Los minerales están entre los principales productos que nuestro país exporta. La figura 19 muestra los productos principales y su valor durante 1982 y 1983. Estos valores representan el orden del 1.4 % del producto interno bruto.
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