Cuarzo

 

Cuarzo

 

Introducción La sí lice lice libre o combinada constituye la especie ás abundante de la corteza terrestre, formando m parte de una gran diversidad de minerales, rocas y de restos de origen orgánico. El térm rmin ino o aren arena a indu in dust stri rial al,, ar aren ena a cuar cuarccí tica, arena de sí lice lice,, son son usados designar lascuarzo. arenas que tienen alta ley de sí para lice, en lice, la formaa de No es susceptible de exfoliación, porque cristalizan en el sistema trigonal (romboédrico). La sí lice l ice se encuentra en dos formas, amorfa y cristalina. La amorfa es representada por la diatomita, que consiste origen sedimentari sedimentario. o. de materia prima mineral de

 

El cuarzo, en estado puro y sin impurezas se denomina  cristal de roca o "cuarzo hialino". Cuando su tono varía al pardo o grisáceo se le llama cuarzo ahumado; amatista si es violeta, citrino si es amarillo. Lassuperficie cristalizaciones una cavidad se llaman "geodas", y sobre una plana oenconvexa se llaman "drusas".

 

La sí lice lice cristalina puede ser encontrada relativamente pura, en forma de cristal de roca, arena no consolidada y consolidada y cuarcita. Puede ser también encontrada en otras formas como ágata, calcedonia, etc. La sí lice lice se usa en la mayor íí a  de los vidrios comerciales; en fundiciones, cer ámicas, en refractarios y cemento; en í mica, ón de   ácidos y fertilizantes, la industria qu m ica, fabricaci en el frac fractu tura rami mie ento nto hidr  hidr áulic lico para la recupera racción secundaria de petr óleo y gas, como cargas en pinturas y plásticos, etc. Las pr Las prin inci cipa pale less espe especi cififica caci cion ones es técn técnic icas as y quím químic icas as para los diferentes usos industriales se refieren a leyes de SiO2, Fe2O3, Al2O3, MnO2, MgO, CaO, TiO2  y ZrO2. Cuando se trata de usos específicos, las leyes de Cr 2O3, Na2O y K2O son importantes.

 

El uso del cuarzo es función del contenido de impurezas, defectos en el cristal y otras normas específicas. Los cristales de mejor calidad son destinados a óptica, electrónica y de instrumentación, en tanto los de menor calidad se usan del en abrasivos, cerámica y metalúrgica. La piezoelectricidad cuarzo es la más importante de sus propiedades. Esta se caracteriza por aplicar una tensión mecánica sobre el cristal o aplicando de un campo eléctrico. La producción de arenas silíceas a nivel mundial fue en el año 2014 de 115 millllo ones de toneladas, en donde Estados Unidos, Eslovenia, Alemania, Austria, Austria, Francia y España. Las exportaciones de Chile de cuarzo y sílice en el año 2014 fueron 6.850 t. con un valor FOB de US$ 147.600; mientras que qu e la lass im impo port rtac acio ione ness de sí sílilice ce,, aren arenas as silí silíce ceas as y cu cuar arzo zo fueron de 14.373 t por un valor US$ CIF 5.443.000.

 

Mineralogía El óxido de silicio es encontrado en la naturaleza bajo las formas cuarzo, tridimita cristobalita. Con de la variaciónpolimorfas: de temperatura ocurren lasytransformaciones fase, recibiendo una denominación específica. El cuarzo alfa es estable a temperatura ambiente, transformándose a beta a 573 ºC y en tridimita a 870ºC. A 1470ºC ocurre la transformación a cristobalita, hasta alcanzar el punto de fusión a 1713 ºC. El cuarzo es el más común de los polimorfos y gracias a los cristales grandes, transparentes y bien formados, es cono co noci cido do desd desde e los los tiem tiempo poss an antitigu guos os.. Las Las pr prin inci cipa pale less variedades cristalinas del cuarzo son el cristal de roca, cuarzo lechoso, ahumado, rojo (amatista), negro (sardo), verde etc. Estas variedades son usadas como gemas(plasma), y ornamentación.

 

Las arenas industriales están constituidas esencialmente de cuarzo y como impurezas óxidos de hierro y metales pesados y arcillas; mientras que la composición química de las arenas industriales varía bastante, dependiendo del lugar de donde son extraídas. Estos son minerales de origen secundario y aquella de mejor calidad fue producida por sedimentos arenosos, arenitas y cuarcitos que sufrieron concentración a través de depositación y erosión.

 

Propiedades Propie dades fisicas •

  Durez Dureza: a: 7 según la escala de Mohs Mohs..

•

  Raya: Incolora.

•

  Exfoliación: Ausente, fractura, concoidea.

•

  Brillo: Gr Graso aso y oleoso en los planos fracturados concoideamente, concoideament e, vítreo en los planos del prisma.

•

  Densidad: Cuarzo = 2,65 kg/L

•

  Color: Depende de la variedad a la que pertenezc pertenezca. a.

•

  Punto de fusión: 1713 ºC

 

Propiedades piezoeléctricas •

  Esto se refiere a que cuando se comprime se produce una separación de cargas eléctricas que genera a su vez una diferencia diferencia de tensión y, y, de manera recíproca, reacciona mecánicamente cuando se somete a un cierto voltaje.

•

 Este efecto lo convierte en un elemento de gran utililid ut idad ad pa para ra gr gran an va vari ried edad ad de tr tran ansd sduc ucto tore res, s, desde encendedores o mecheros hasta altavoces.

 

Comportamiento resonante •

•

•

  Cuando un cristal de cuarzo es sometido a un estí mulo mulo eléctrico puede continuar vibrando a una cierta frecuencia (dependiente de la propia naturaleza del cristal) hasta perder ese impulso.

í mulo ódica y  Si se mantiene el est m ulo de manera peri sincronizada, tendremos una señal a una frecuencia extraordinariamente precisa

 

Termoluminiscencia

La cuatermoluminiscencia ndo es calentades o. la Lcapacidad os rayosde emitir cósmicluz os proc pr oced eden ente tess de dell es espa paci cio o pr prod oduc ucen en ca cam mbi bios os en la estructura cristalina del cuarzo que se acumulan con el tiempo. Cuando se calienta el cuarzo, la estructura vuelve a la normalidad, emitiendo luz. Cuanto más tiempo ha sido radiado, más luz emite el cuarzo. Al medir las longitudes de onda, y compararlas con elementos ya datados, se puede obtener el tiempo que ha estado expuesto a la intemperie. La técnica arqueológica de fechar cuarzo se le denomina datación por termoluminiscencia.

 

Ocurrencia del cuarzo •

  Es componen componente te fundament fundamental al de muchos tipos de roca:

- Roc ocas as ígn ígneas eas áci ácidas das - Ro Rocas cas sedi sedimen menta tarias rias - Ro Rocas cas met metamó amórfic rficas as

 

Yacimientos acimientos en Chile •

•

•

  Los yacimientos yacimientos de arenas silíceas, se distribuyen en casi todo Chile.   Los principales yacimientos yacimientos de arenas silíceas están están en la comuna de San Sebastián en la zona costera central y en la zona coster costera a de Talca y Concepción.   La Región de Valparaíso produce el 43% de la producción total de cuarzo del país, región de Atacama un 19,0%, la Región de Bío-Bío un 14,0%, O`Higgins un 8,0%, y las otr otras as regiones aportan con con el resto. resto.

 

Producción de recursos silíceos de Chile (t)   2012

2013

2014

2015

2016

 

2017

65.297

43.907

47.628

35.912

2.251

 

43.089

7.513

-

-

-

-

  24.412

58.581

57.785

56.634

57.026   57.092

  67 673.592

770.107

612.409

600.011

685.064   714.666

 

496.662

485.553

365.322

518.425

528.137   613.908

 

-

-

110.113

46.231

38.827   25.775

1.267 1.2 67.47 .476 6

1.358 1.358.14 .148 8 1.193 1.193.26 .267 7 1.365. 1.365.62 628 8 1.311 1.311.30 .305 5  1.482.705

Región/año Antofagasta  

Atacama Coquimbo Valparaíso Maule Biobío Total

 

28.175

 

Yacimientos en la Región de Atacama •

•

  El cuarz rzo o en la Región de Atacama se presenta generalmente como vetas pegmatíticas lenticulares de cu cuar arzzo ma maci cizzo, con co con nten enid idos os de fel elde desp spat ato o, ortoclasa, algo de pirita y limonita en concentraciones variables   Los que actualmen actualmente te se encuentr encuentran an en oper operación ación se enccuen en entr tran an en Pot otrrer eriillo llos, Co Cop pia iap pó, Lo Loss Lo Lorros y Vallenar.

 

Yacimientos acimientos en el mundo •

•

  Los Los ma mayo yore ress recu recurs rsos os mu mund ndia iale less de gr gran ande dess cristales naturales de cuarzo se encuentran en Brasil y Madagascar   ..   Paí ses Exportadores: Brasil, Madagascar, Bélgica, España, Italia, Alemania, Chile, Estados Unidos, Suecia, Per ú y Dinamarca.

 

Producción mundial de sílice industrial (millones de toneladas) País Estados Unidos

2012 2013 2014 2015 2016 2017 50,7 5 2 ,5 110 9 4 ,9 91,7 105,0

Italia  Alemania

16,4 7,5

1 6 ,4 7,4

13,9 7,5

1 3 ,9 7,5

13,9 7,5

Francia

6,3

6,3

8,8

8,8

8,8

Turquía  Australia

7 5,3

7 5,6

8,0 5,5

8 ,0 5,5

8 ,0 6,0

Reino Unido

3.8

3.8

4

4

4,0

México

3 ,6

3 .6

3,6

3 ,6

3 ,6

España

5

5

3,4

3 ,4

3 ,4

4,0 1,7

In d i a

1 ,9

1 ,9

3,4

3 ,4

3 ,4

6,3

J apón

3 ,2

3 3,,2

3

3

2, 2 ,8

8,0

Polonia

2 ,6

2 ,6

2,3

2 ,3

2 ,7

2,9

13,9 10,4 7,5 8,8 8,0 3,0

Finlandia

2 ,4

2 ,4

2,4

2 ,4

2 ,4

2,7

 

Producción mundial de sílice industrial (millones de toneladas)

 

Producción mundial de sílice industrial (millones de toneladas) País Estados Unidos

2012 50,7

2013 52, 5

2014 110

2015 94, 9

2016 91,7

2017 105,0

16,4 7,5 6,3 7 5,3

16, 4 7, 4 6, 3 7 5, 6

13,9 7,5 8,8 8,0 5,5

13, 9 7, 5 8, 8 8, 0 5, 5

13,9 7,5 8,8 8,0 6,0

13 13,9 10,4 7, 5 8, 8,8 8, 0

Reino Unido México España India Japón

3.8 3,6 5 1,9 3,2

3. 8 3. 6 5 1, 9 3, 2

4 3,6 3,4 3,4 3

4 3, 6 3, 4 3, 4 3

4,0 3,6 3,4 3,4 2,8

3, 0 4, 0 1, 7 6, 3 8, 0

Polonia Finlandia Sudáfrica Canadá

2,6 2,4 2,6 1,6

2, 6 2, 4 2, 2 1, 6

2,3 2,4 2,1 1,7

2, 3 2, 4 2, 1 1, 7

2,7 2,4 2,1 1,7

C hile

1 ,3

1 ,2

1,4

1 ,4

1 ,3  

2, 9 2, 7 1, 9 2,1

O Totrtaols

1315 9,,4 0

1411,7 0

193 113 6,,2 0

13 11 83 1,,06

Italia Alemania Francia Turquía Australia

  22,7 14 1 4 , 3   179,0 210,0

 

Importaciones de sílice, arenas silíceas y cuarzo

Ítem  Arenas silíceas US$/t Ferro silicio 50% Si US$/kg Ferro silicio 75% Si US$/kg Si metalúrgico US$/kg

2012 75 2 ,2 2 ,0 2 ,9

2013 119 2,3 2,1 2,7

2014 104 2 ,4 2 ,2 3 ,1

2015 99 2 ,2 1 ,9 2 ,8

 

Importaciones de sílice de alta pureza

País Toneladas

US$ US $ CIF CIF US$/t

2012 2.746

2013 4.096

2014 8.132

2015 7.032

2016 5 .2 7 2

3.30 3.300. 0.00 000 0 4.40 4.400. 0.00 000 0 5.10 5.100. 0.00 000 0 4.90 4.900. 0.00 000 0 4. 4.50 500. 0.00 000 0 1201,8

1074,2

627,2

696,8

8 5 3 ,6

 

USOS Las arenas reciben reciben su nombr nombre e en función de ssu u aplicación industrial, determinadas por sus propiedades tales como ley de sílice, composi composición ción química, ley de óxi óxido do de hierro hierro,, álcali álc alis, s, ma mate teria ria or org gáni ánica ca,, pé pérd rdida ida al fu fueg ego o, dis distri tribu bució ción n granulométrica, granulométric a, forma de los granos y ley de arcilla.

Las principales especificaciones técnicas y químicas para los diferentes usos industriales de la arena se refieren a las leyes de SiO2, Fe2O3, Al2O3, MnO2, MgO, CaO, TiO2   y ZrO2. Para usos específicos, las leyes de Cr2O3, Na2O y K2O deben también ser consideradas.

 

El uso del cuarzo en la industria es función del contenido de impurezas, en cristal y .otras norm no rmas as es espe pecí cíffic icas as qu que e defectos la ind ndus ustr tria ialel l re requ quie iere re. Los Los cristales de mejor calidad son destinados a la industria óptica, electrónica y de instrumentación, en tanto los de calidad inferior se destinan a abrasivos, cerámica y metalúrgica. En los Estados Unidos, la industria del vidrio consume el 38 38% % de la lass ar aren enas as in indu dust stri rial ales es,, las las fundi undici cion ones es consumen un 20%, fluidos hidráulicos con 5%, fractura hidráulica y abrasivo 5%, el 32% restante tiene otros usos.

 

La tabla muestra los diferentes usos que tiene el cuarzo en las diferentes industrias   Usos

Porcentaje (%)

 Abrasivos

27%

Fractura hidráulica

23%

Industria química

11%

Filtración

8%

Cargas

3%

Cerámicas

2%

Refractarios

1%

Otros

25%

 

  Tabla 6. Especificaciones para arenas de cuarzo para vidrios planos.

Especificaciones químicas SiO2 

99,5% min.

Fe2o3 

0,04% máx.

 Al2O3 

0,30% máx.

TiO2,

0,10% máx.

Cr 2O3  Co3O4 

2,0 ppm máx. 2,0 ppm máx.

MnO2 

0,002 ppm máx.

H2O

0,05% máx. Especificaciones físicas

Granulometría (malla)

Acumulado retenido (%)

14

0,0

20

0,01 máx.

35

0,10 máx.

150

92,0 min.

200

99,5 min.

 

PROCESAMIENTO Las arenas silíceas, a pesar de ser una materia prima abundante en la naturaleza, son pocas las que cumplen con las especificaciones exigidas por la industria del vidrio. Los objetivos que se plantean a una planta de tratamiento de arenas silíceas son muy exigentes en lo que se refiere a cumplimientos de las especificaciones físico - químicas del producto a obtener, lo cual se refiere a granulometría y pureza. Por esto, dichas plantas se tienen grandes capacidades de producción, como lo son las de áridos para la construcción, más bien son plantas destinadas a obtener productos especiales en calidad.

 

Teniendo como base lo anterior, el proceso que se aplique a una determinada arena dependerá de los requerimientos especificados por  el vidr vidriio a prod produ ucir cir y las las car caracte acterí ríst stic icas as del mate materi ria al en bruto ruto a procesar.  Algunas veces, los cambios o modificaciones a realizar a la arena bruta son menores, limitándose a eliminación de arcillas y materia orgánica, lo que se consigue con un simple lavado.

Otras veces, los cambios a introducir requieren tratamientos más comp co mple lejo jos, s, como como la modi modififica caci ción ón de la distr distrib ibuc ució ión n gran granul ulom omét étri rica ca interna, para lo que se precisa una clasificación, generalmente vía hidr hi dráu áulilica ca,, o bien bien la elim elimin inac ació ión n de dete determ rmin inad ados os cont contam amin inan ante tes, s, como pueden ser minerales pesados (hierro, titanio, etc.), o minerales

ligeros (carbón, mica, etc.).  

Diagrama de flujo del cuarzo

 

Si grado elect  99,999999  99,999999 %

Procesamiento del cuarzo para obtener diferentes productos

 

Precio del cuarzo y sus productos

Cuarzo

55 US$/t

Silicio metalúrgico

1.900  2.200 US$/t

Silicio grado solar

30 US$/kg

Sililici Si cio o grad grado o elec electr trón ónic ico o

400 400 US US$ $ /k /kg g

 –