• Author / Uploaded
• Edwin Elías Mejía Reyes

Citation preview

UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA ESCUELA

PROFESIONAL DE INGENIERIA DE MINAS

Bórax y Boratos CURSO: Explotación y Comercialización de minerales no Metálicos DOCENTE: Ing. Ernesto Laricano Flores ALUMNO: Edwin Elías Mejía Reyes

CODIGO: 2014103047

MOQUEGUA – PERU

2019

2

INDICE I.

INTRODUCCION....................................................................................................3

II. HISTORIA/ANTECEDENTES..............................................................................3 III.

COMPOSICION (FISICA – QUIMICA)...........................................................5

IV.

PROPIEDADES (FISICA – QUIMICA)............................................................6

V. YACIMIENTO/ORIGEN........................................................................................7 VI.

EXTRACCION Y PREPARACION................................................................11

VII.

PRODUCCION Y DISTRIBUCION................................................................12

VIII. EMPLEO.............................................................................................................14 IX.

COMERCIALIZACION...................................................................................16

X. CONCLUSIONES..................................................................................................18 XI.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS.............................................................18

3

I.

INTRODUCCION El bórax, uno de los minerales químicos más importantes, y el ácido bórico son los dos principales compuestos comerciales del boro. El bórax se obtiene en parte del bórax natural y en parte de los boratos, que son también la fuente del ácido bórico. Schaller señala que la industria de los boratos se ha venido caracterizando por la sucesiva substitución de un mineral por otro más fácilmente utilizable. Primero se empleaba bórax que procedía de fangos lacustres, luego se obtuvo bórax y ulexita de las playas y marismas de lagos de bórax. Estos productos impuros fueron desplazados por depósitos estratificados de colemanita y ulexita (más pura), procedentes del Valle de la Muerte y dadas a conocer por el “bórax de la recua de las veinte mulas”. En 1925 se descubrió un nuevo borato, la kernita, en depósitos muy ricos junto al bórax, y ésta, junto a los boratos extraídos de los lagos, constituyen la fuente actual del bórax refinado.

Figura 1. Cristal de Bórax

II.

HISTORIA/ANTECEDENTES Según Ortí F. (1996), en el paper con título Boratos cálcico-sódicos de ambientes evaporíticos, lacustres, aspectos sedimentológicos y diagenéticos generales publicado en Geogaceta. 20(2) 1996, 270-273, considera: Los boratos constituyen un grupo de mineral muy amplio (Sureda 1991) que da lugar a depósitos de gran interés económico. Aunque existen varios tipos de yacimientos, los principales son los sedimentarios de origen evaporítico continental. Las cuencas lacustres con boratos, conocidas desde el oligoceno hasta la actualidad, se emplazan en áreas ligadas a la acción de fluidos hidrotermales o volcanogénicos, a sustratos regionales enriquecidos con boro, a climas áridos o semiáridos, y con frecuencia a bajas temperaturas ambientales. En relación con las salmueras lacustres los boratos pueden precipitar en un amplio rango de salinidades y asociadamente a diferentes tipos hidro químicos, 4

desde carbonatados a clorurados de alta concentración. Los principales boratos de formaciones continentales son de Ca y Na en menor grado de Mg, y en pequeñas cantidades de Sr, As. En la actualidad las principales regiones con sedimentación boratífera lacustre son: 

Los salares de los altiplanos andinos (Argentina, Bolivia Perú y Chile)



Las playas de lagos salinos del desierto de Mojave y de Death Vally (California).



Los lagos salinos de Plateau Qinghai-Xizang (Tibet)



La región del lago Inder (Al Norte del Mar Caspio).

En estas zonas endorreicas la sedimentación de boratos se produce en diferentes ambientes: 

En las proximidades a las surgencias boratíferas, frecuentemente hidrotermales, en forma de conos o abanicos (spring apron).



En el subsuelo de algunas playas salinas.



En las orillas (más raramente en los fondos) de numerosos lagos efímeros y de unos pocos lagos permanentes, mayores y más profundos.

En todos estos ambientes las soluciones boratíferas pueden presentarse solas, dando lugar a depósitos exclusivamente de boratos emplazados entre lutitas, cineritas y niveles volcanoclásticos, o bien mezclados con soluciones evaporíticas diversas dando lugar a boratos en complejas paragénesis con carbonatos, sulfatos y cloruros.

Figura 1. Cristal de Bórax 5

III.

COMPOSICION (FISICA – QUIMICA) El bórax se encuentra a veces en grandes cristales prismáticos incoloros y abundan en masas terrosas; ocurre en forma estratiforme e irregular. Al contacto con el medioambiente se transforma rápidamente en tincalconita (INGEMMETENADIMSA, 1980). La ulexita se halla en la naturaleza en masas fibrosas blancas de varios centímetros de largo, también se presenta en forma de nódulos y masas arriñonadas con estructura asbestoide o acicular con brillo de seda y dureza baja. La colemanita se presenta en masas granulares o esferolíticas. Mineral

Formula

Bórax

Na2[B4O5(OH)4].8H2O Na2O 2B2O3 10H2O Na2B4O7 10H2O Colemanita Ca2[B3O4(OH)3]H2O 2CaO 3B2O3 5H2O Ca2B6O11 5H2O Ulexita NaCa[B5O6(OH)6]5H2O Na2O 2CaO 5H2O3 16H2O NaCaB5O9 8H2O

Componentes

Porcentaje

B2O3 Na2O H2O B2O3 CaO H2O B2O3 CaO Na2O H2O

(%) 36.6 16.2 47.2 50.81 27.28 21.91 43.07 13.92 7.78 35.34

Fuente: Garrett D, 1998. Tabla. 1. Principales Boratos.

Nombre

Formula

Tincalconita o Na2[B4O5(OH)4].3H2O Mohavita Na2O 2B2O3 5H2O Na2B4O7 5H2O Kernita o Na2[B4O6(OH)2] 3H2O Rasorita Na2O 2B2O3 4H2O Na2B4O7 4H2O Priceita o Ca2[B5O7(OH)5] H Pandermita 2O 4CaO 5B2O3 7H2O Ca4B10O19 7H2O Inyoita Ca[B3O3(OH)5] 4H2O 2CaO 3B2O3 13H 2O Ca2B6O11 13H 2O Datolita Ca4[B4(SiO4)4(OH)4] 4CaO 2B2O3 4SiO2 2H2O Ca2B2Si2O9 H2O

%B2O3 Dureza 47,8

2,5

Densida d 1,88-1,91

50,95

2,5

1,906

Monoclínico

49,83

3-3,5

2,41-2,48

Triclínico

37,62

2

1,87-1,88

Monoclínico

21,76

5-6

2,97-3,02

Monoclínico

6

Sistema de cristalización Hexagonal Rombohedral

Probertita

Hidroboracit a Szalbelyita o Ascharita

Ca2Na[B5O7(OH)4] 3H2O Na2O 2CaO 5B2O3 10H2O NaCaB5O9 5H2O CaMg[B3O4(OH)3]2 3H2O CaO MgO 3B2O3 6H2O CaMgB6O11 6H2O Mg2(OH)[B2O4(OH)] 2MgO B2O3 H2O Mg2B2O5 H2O

49,56

3-3,5

2,13-2,14

Monoclínico

50,53

2-3

2,1672,173

Monoclínico

41,38

3-3,5

2,60-2,76

Monoclínico

Fuente: Garrett D, 1998. Tabla 2. Otros Boratos.

Figura 3. Principales minerales de los Boratos.

IV.

PROPIEDADES (FISICA – QUIMICA) Bórax: 

Color: Incoloro, pero en la mayoría de los casos blanco con matices grisáceos, amarillentos, verduscos o azulencos.



Brillo: Vítreo, graso. • Raya: Blanca.



Dureza: 2 a 2,5 en la escala de Mohs.



Densidad: 1,69 a 1.72. • Soluble en agua.



Óptica: Birrefringencia moderada. Biáxico negativo.

Ulexita: 

Color: Blanco.



Brillo: Vítreo, de seda.



Raya: Blanca.

7



Dureza: 1 en la escala de Mohs.



Densidad: 1,65.



Óptica: Biáxico positivo.



Insoluble en agua fría, pero se disuelve en agua caliente.



Se disuelve rápidamente en ácidos.

Colemanita:

V.



Color: Blanco.



Brillo: Vítreo.



Raya: Blanca.



Dureza: 4 en la escala de Mohs.



Densidad: 2,44.



Óptica: Biáxico positivo.



Insoluble en agua.



Se disuelve en HCl al calentarse.

YACIMIENTO/ORIGEN Los depósitos de boratos se encuentran en los bordes de las placas con tectónica extensiva en todo el mundo. La génesis de los yacimientos está estrechamente relacionada a procesos volcánicos que serían los que proporcionan los boratos, cuencas endorreicas y mecanismos de evaporación, en climas áridos a semiáridos y fuentes termales que son las que se encargan de transportar las soluciones, que favorecerían los procesos de concentración de boro en cuencas evaporíticas y/o lacustres (Chong, G., 2000). Los autores han observado que existe actualmente una depositación significativa de boratos a través de fuentes termales, y que todos los yacimientos conocidos en los salares se ubican en los primeros metros del nivel freático, a partir de la superficie de las secuencias salino-detríticas de las cuencas (INGEMMETENADIMSA, 1980). Muy pocos boratos, en particular el bórax. dan lugar a depósitos lacustres estratificados y potentes, con fábricas cristalinas propias de precipitación primaria subacuática. El resto de boratos suelen presentar litofacies propias de crecimientos diagenéticos (nodulares macro cristalinos intersticiales), así como mostrar diversos tipos de reemplazamientos petrológicos, los ciclos de formación de los boratos se observan en Figura 4. 8

Fuente: Geogaceta 20(2) – Ortiz F. 1996. Figura 4. Esquema de secuencias deposicionales en boratos de Ca-Na lacustres.

Comercialmente los compuestos del boro se obtienen de: 1) depósitos estratificados situados debajo de playas antiguas. 2) salmueras lagos y marismas salinos. 3) incrustaciones alrededor de playas y lagos. 4) manantiales termales y fumarolas.

9

Los depósitos estratificados están formados por ulexita, colemanita, bórax o kernita, junto con otros minerales secundarios de boro, y se presentan en arcillas terciarias y posteriores. Los depósitos de kernita consisten en un 25 % de arcilla y 75 % de kernita y bórax en proporciones iguales. Los detalles de los yacimientos se dan en la descripción que sigue más adelante, y que han sido y son las principales fuentes productoras de boro en los Estados Unidos. Siguen en importancia las salmueras lacustres, que representan concentraciones de lagos antiguos y sulfatos solubles, como ocurre en el lago Searles. Las incrustaciones cerca de lagos y playas salinas forman depósitos superficiales impuros, cuyo espesor llega hasta unos 30 cm. Antiguamente tenían importancia en el Valle de la Muerte y en los lagos Searles y Borax, y todavía la tienen en Argentina, Chile, Bolivia y China. En Italia se obtiene boro de las fuentes termales y las fumarolas que contienen ácido bórico. El origen de los distintos tipos de depósitos de borato implica una concentración y evaporación sencilla, seguida por muchas transformaciones mineralógicas antes de transformarse finalmente los boratos que existen en la actualidad. La fuente primaria del boro de los depósitos estadounidenses fueron probablemente las fumarolas y manantiales térmicas asociados al volcanismo terciario. Emitióse probablemente ácido bórico, que, al reaccionar con la cal y la sosa, formó ulexita en la arcilla. La colemanita se formó a partir de ulexita por lixiviación del borato sódico soluble, que se acumuló en lagos donde la evaporación produjo salmueras o incrustaciones de bórax. Algo de bórax quedó también enterrado bajo sedimentos posteriores, y parte del mismo pasó de bórax con 10H2O a kernita con 4H2O por deshidratación parcial, provocada tal vez por sólo el hecho de estar enterrado. Una parte de kernita se hidrató posteriormente y pasó a tincalconita con 5H2O, finalmente otra vez a bórax. La kernita expuesta al aire libre durante el laboreo se hidrata y pasa a bórax. Numerosos manantiales de aguas calientes asociados a vulcanismo básico contienen concentraciones de boro, a esto se suman mecanismos de precipitación continua en un marco de interrelación química-evaporítica, y climas áridos a semiáridos que favorecerían los procesos de concentración en cuencas evaporíticas no marinas y/o lacustres (Orris, G., 1992) (Figuras 5 y 6).

10

Fuente: Alonso, 1986. Figura 5. Marco de la generación de evaporitas en las cuencas de intra-arco/intraplateu andinas, con vulcanismo activo con termalismo asociado, cuencas cerradas con drenaje interior y clima árido.

Fuente: Alonso, 1986. Figura 6. Modelo genético y evapofacial de minerales de borato.

VI.

EXTRACCION Y PREPARACION Los depósitos estratificados de boratos se explotan por procedimientos mineros subterráneos; la kernita y el bórax se trituran juntos, se tuestan para eliminar el agua, se separan de la arcilla y se refinan hasta formar bórax. Las salmueras se extraen mediante bombas, y los diferentes constituyentes se separan mediante complicadas operaciones químicas, que esencialmente consisten en la evaporación, seguida por una cristalización fraccionada a una 11

temperatura y concentración muy bien controladas. Durante la evaporación se precipita el carbonato, el sulfuro y cloruro de sodio; cuando se ha alcanzado la saturación adecuada al cloruro potásico, se precipita éste por enfriamiento rápido, y luego por un nuevo enfriamiento se obtienen bórax y otras sales, que finalmente se refinan hasta formar bórax puro. Ejemplo:

12

Figura 7. Planta de Ácido Bórico.

VII.

PRODUCCION Y DISTRIBUCION Desde hace más de un siglo se producen boratos-ulexita solamente en la región Arequipa. A partir de 1985 el principal productor es la empresa Inkabor S.A.C., que nace como resultado de una fusión de siete productores independientes de boro, entre ellas Cia. Minera Ubinas S. A., que fueron adquiridos por el Grupo Colorobbia Inversiones de Italia, quienes implantan una nueva tecnología y maquinaria para mejorar la eficiencia del proceso de producción. En 1987 instalaron una nueva planta para la calcinación de los minerales del boro en el área de la laguna Salinas, y en 1997 inauguraron una planta para la producción del ácido bórico en Río Seco- Arequipa. En el año 2000 instalaron otra planta para la producción de octoborato de sodio tetrahidratado en la región CallaoLima. Dos años después construyen una nueva planta para la producción de bórax en su refinería de Río Seco. En el año 2004 instalaron una nueva planta para la producción del boro líquido en su refinería ubicada en la región Callao Lima. La producción mundial de boro asciende a unas 400000 toneladas, de las cuales los Estados Unidos producen casi el 93 %, y el resto procede de Argentina, Italia y Turquía, con pequeñas cantidades de Chile, Bolivia, Alemania y Tibet. La

13

producción estadounidense proviene de California, Nevada y Oregon. El famoso bórax del Valle de la Muerte pertenece al pasado. País Argentina Bolivia Chile China Alemania Iran Kazakstán Perú Rusia Turquia Estados Unidos Total

1996 242 9 149 157 2 1 30 60 1 000 1 451 1 250 4 351

1997 423 12 171 136 1 1 30 54 1 000 1 569 1 190 4 587

1998 350 7 280 137 1 2 30 92 1 000 1 650 1 170 4 719

1999 360 7 200 110 1 4 30 48 1 000 1 410 1 220 4 390

2000 513 43 338 145 1 4 30 151 1 000 1 402 1 070 4 555

2001 634 32 328 150 1 3 30 153 1 000 1 493 1 050 4 731

2002 510 40 431 145 1 2 30 143 1 000 1 346 1 050 4 562

2003 545 110 401 130 1 3 30 244 1 000 1 370 1 150 4 750

2004 560 110 401 135 1 3 30 192 500

2005 550 100 600 140 1 3 30 147 500

2006 650 60 460 145 1 3 30 188 400

1 450 1 210 4 410

1 700 1 230 5 001

2 500 1 300 5 737

Tabla 3. Producción mundial de boratos por países (en miles de toneladas)

Fu ente: A. Diaz en base de la producción de la Dirección General de Minería del Ministerio de Energía y Minas. (1995 – 2007) Figura 8. Evolución de la producción de minerales bóricos (ulexita) y sus derivados en el Perú (en toneladas métricas)

14

VIII.

EMPLEO El bórax refinado químicamente y los numerosos compuestos que se obtienen del mismo se emplean en muchos artículos de uso corriente. El bórax es un artículo doméstico muy conocido, pero tiene mayor importancia en la industria. Según Schaller, “el quitamanchas, el farmacéutico, el fabricante papelero y textil, el metalúrgico, el hojalatero y el joyero, todos usan boro”. Tal vez no existe ninguna otra substancia que intervenga en ramas tan diversas de la industria. El bórax es un buen quitamanchas, tanto aplicado directamente como en jabones. Es un ingrediente de polvo secado, y de conserva de alimentos, extractos para condimentos, jarabes y adobos, e insecticidas. Medicinalmente, es un antiséptico suave. Impide que se enrancien los cosméticos, pastas y colas; el moho en las frutas, cueros, textiles, papel y maderas, y las enfermedades de la remolacha azucarera y del apio. Sirve para curtir y da un acabado suave al cuero. Hace incombustibles la madera y los tejidos. Da brillo a los papeles y es un fundente para el vidrio. Se le emplea en la fabricación de papel, bujías, utensilios, alfombras, drogas, calzado, sombreros, tintes, tinta, joyería, aceite, pinturas, pulimentos, tabaco y herramientas. Compuestos de boro, se utilizan en aceites, barnices, tintas, linóleo y equipo eléctrico. Usos Los principales usos de los boratos no han cambiado mucho en esta ultima década, siendo sus aplicaciones más importantes las siguientes. Ácido Bórico El ácido bórico se produce a partir de la ulexita calcinada, ulexita peletizada, etc., es un componente muy importante que ingresa en diversos procesos industriales tal como sucede con lo boratos en general. Industria de esmaltes y cerámicas El ácido bórico es un ingrediente esencial para la producción de azulejos cerámicos, losetas y vasijas de barro. Es usado para: 

Reducir significativamente el punto de fusión de fritas cerámicas y glaseados borosilicatados.



En el contenido de flujo en piezas de cerámica y niveles de influencia de trasparencia. 15



Es una alternativa económica para flujos tradicionales.

Fertilizantes El boro es considerado un micronutriente esencial para el crecimiento de plantas. Pesticidas El acido bórico es toxico para las cucarachas, hormigas, escarabajos, larvas y otros insectos. No es dañino para mamíferos o humanos. Retardador de fuego El boro es un efectivo retardante de flama para una serie de productos, sobre todo los que contienen una base celulosa. También puede usarse en muchos otros productos, incluyendo madera, contrachapado, productos textiles, algodón y papel. Inhibidor de corrosión Las diferentes composiciones del boro pueden ser usadas como inhibidor corrosivo y anticongelante (mezclado con el glycol etileno refrescan los sistemas del motor del automóvil), así también en preparaciones, tratamientos térmicos, fluidos hidráulicos, y el tratamiento de productos metálicos después del «pickling». Preservante de madera Los boratos y el ácido bórico son seguros y efectivos para controlar y eliminar los insectos y hongos que atacan la madera, por lo que tiene importancia en esta industria. Metalurgia Las propiedades del boro son muy usadas para una amplia variedad de aplicaciones en la industria metalúrgica. El boro se usa como sellador para los metales no ferrosos y en la producción de acero. Es usado también en las aleaciones de metal: por ejemplo, trazas de ferroboro en el acero aumentan su dureza. El boro en aluminio normalmente se agrega como una aleación maestra, elimina las impurezas y es particularmente útil en los conductores eléctricos. Farmacéutica y cosméticos El ácido bórico es reconocido por sus propiedades antisépticas y emulsionantes moderadas, y por su efecto buffer. Es un componente de ungüentos, talco para pies, lociones de ojos, sales de baño, cremas y champú.

16

Vidrio y fibra de vidrio. El boro era usado principalmente en fibra de vidrio y vidrio borosilicatado. Similar al óxido de sodio, el óxido bórico es una base poderosa con alta resistencia química. El óxido de boro es un esencial componente en la producción de vidrio óptico. Reduce los cambios de temperatura bruscos y mecánicos, incrementando su durabilidad y resistencia química. La resistencia del vidrio al calor es atribuida al óxido bórico que reemplaza el óxido de sodio en la estructura del vidrio, creando una baja expansión termal. También se

SiO Al2O3 Fe2O3 B2O3 CaO MgO Na2O K2O BaO TiO2

Vidrio C

Vidrio D

Vidrio E

65,0 4,0

74,0 -0,2 22,5 0,5 0,2 1,0 1,5 NA NA

54,5 14,5 0,5 7,5 17,0 4,5 0,8 -NA 0,1

5,0 14,0 3,0 0,5 8,0 1,0 NA

Fibras Cerámicas 52,9 45,1