Qué son la minería, la metalurgia y el beneficio
En la naturaleza son muy escasos los metales puros, casi todos se encuentran asociados químicamente con otros elementos formando compuestos conocidos como minerales. El mineral o conglomerado de minerales útil para la obtención de metales se conoce con el nombre de mena y se llama yacimientos a los sitios donde se encuentran acumuladas las menas.En las menas los minerales se encuentran combinados con elementos como azufre, cloro u oxígeno para formar sulfuros, silicatos, cloruros, carbonatos u óxidos. Los carbonatos de cobre, por ejemplo, son verdes vistosos (malaquita) o azules (azurita) o de color rojo fuerte (cuprita). Al estar expuestos en la superficie son fácilmente visibles.
A pesar de su escasez, ocasionalmente se encuentran concentraciones de metales nativos en la corteza terrestre en áreas relativamente pequeñas; este es el caso del oro, la plata, el cobre y metales del grupo del platino. Los yacimientos de cobre nativo más grandes, famosos y con evidencias de producción de larga data son los de la Isla Royale en los Grandes Lagos de Norteamérica.
Los metales pueden encontrarse concentrados (yacimientos masivos), en vetas o en yacimientos sueltos (gravas en el lecho de los ríos) también conocidos como placeres.
La minería consiste en la extracción selectiva de minerales y otros materiales a partir de la corteza terrestre, con frecuencia en grandes cantidades para recuperar sólo pequeños volúmenes del producto deseado. En la actualidad se reconocen cuatro tipos básicos de métodos de minería:
1. Minas de superficie o explotaciones a cielo abierto. Constituyen la inmensa mayoría de las minas de todo el mundo
2. Minas subterráneas a las que se accede a través de galerías o túneles
3. Pozos de perforación
4. Minería submarina o dragado
Dentro de la minería de superficie algunos técnicos ubican las minas de placer. Los placeres son depósitos de minerales mezclados con arena o grava. Suelen estar situadas en los lechos de los ríos o en sus proximidades, en terrenos aluviales, de ahí que también se le conozca como minería de aluvión. La naturaleza de los procesos de concentración que dan lugar a los placeres, permiten que en estos depósitos se obtengan materiales densos y ya liberados de la roca circundante. Esto permite un proceso de extracción y limpieza relativamente sencillo que se limita al movimiento de tierras y al empleo de sistemas sencillos de recuperación física del metal. Los ríos y arroyos pueden recuperar sus niveles de agregados siempre y cuando las condiciones geológicas y medioambientales no cambien río arriba.
Los placeres se explotan de forma industrial mediante el dragado con máquinas mecánicas pero suelen ser explotados artesanalmente con el uso de una batea de madera para recoger la arena y la grava y limpiarla. Al hacer girar agua, arena y pequeños granos de oro, éstos por ser más pesados tienden a quedar en el fondo de la batea y son detectados por el minero.
La minería subterránea correspondiente a los metales es minería de roca dura. Es necesaria cuando la mena se encuentra a gran profundidad y para llevarla a la superficie se requieren pozos y túneles.
Se presume que en un principio no se utilizaron túneles o socavones para la minería, si no que se exploraba la montaña buscando la zona en la que la veta llegaba a la superficie. En algunos casos se encuentran los metales nativos en la superficie. Se piensa que la metalurgia se inició con el trabajo del cobre, precisamente debido a los llamativos colores de los minerales de las menas que lo contienen, los cuales pudieron haber inducido al hombre a recogerlos y a tratar de elaborar con ellos objetos semejantes a los que hacían con otras piedras.
La metalurgia y el beneficio de los metales
La metalurgia es el arte de extraer metales de sus menas, refinarlos y prepararlos para su uso. El proceso consiste en modificar la naturaleza química de los minerales para separar el metal de sus compuestos sulfúricos, óxidos, silicatos o carbonatos. Estos métodos dependen mucho del tipo de mena y de su composición química; en algunos casos este es un proceso mecánico, por ejemplo, cuando el oro se recupera de su núcleo pulverizándolo y después pasándolo por lavado en agua.Los metales obtenidos por los diferentes métodos de metalurgia extractiva por lo general contienen impurezas tales como otros metales, elementos no metálicos, pequeños restos de escoria y gases disueltos. La remoción de tales impurezas es el refinamiento o beneficio de los metales y es necesario para permitir que el metal sea trabajado posteriormente. Muchas de las propiedades de los metales importantes para el orfebre (maleabilidad, ductilidad, brillo, color, dureza, etc.) se ven afectadas o favorecidas por las impurezas. El oro recuperado en los procesos extractivos generalmente contiene cantidades significativas de cobre, plata y trazas de metales del grupo del platino; para la refinación de cierto punto en adelante, se necesitan procesos más complicados como la electrólisis.
El separar y extraer los metales de las concentraciones de minerales es un trabajo delicado y que requiere mucha destreza. Se hace en la actualidad en casas de fundición o refinerías y los métodos empleados incluyen la pirometalurgia, electrometalurgia e hidrometalurgia. En épocas prehispánicas se utilizaron métodos que incluían la acción del fuego o pirometalurgia. Lograr obtener cobre fue un gran paso en el origen de la metalurgia, debido al proceso dispendioso que significa la reducción del cobre a partir de los minerales. Para el oro el proceso es más fácil.
Los carbonatos suelen estar en la parte superior de los afloramientos minerales y su reducción es relativamente sencilla, por lo que se piensa que éstos debieron ser los primeros minerales que el hombre aprendió a reducir. El proceso consiste en moler los carbonatos, mezclarlos con carbón de leña y dispuestos en el interior de un crisol o de una vasija de cerámica refractaria introducirlos en un horno u hoguera para fundirlos; el carbón junto con el calor producen la descomposición de gases de carbono (monóxido y dióxido de carbono) y el cobre queda libre (como metal líquido puro) y se deposita en el fondo del crisol formando un botón. Este es el proceso conocido como reducción. Los desechos líquidos adicionales se conocen como escoria.
Las menas más profundas formadas por sulfuros requieren procesos más dispendiosos. Los sulfuros deben ser sometidos a tostación o calentamiento al aire. Por acción del calor el azufre de los sulfuros se desprende y pasa a formar óxidos de azufre (anhídrico, sulfuroso y sulfúrico), mientras que el cobre se oxida y forma óxidos de cobre como la cuprita y tenorita. La tostación debe seguir hasta que se desprendan todos los gases y entonces los óxidos resultantes se pueden reducir al mezclarlos con carbón y someterlos a calor, en un proceso igual al de la reducción de carbonatos.
Las temperaturas necesarias para realizar a cabalidad estos procesos de reducción o fundición dependen de los puntos de fusión de cada metal. El oro funde a 1.063°C; el cobre, a 1.083°C, la plata a 963°C y el platino a 1.773°C.
Para fundir y separar los metales de la ganga o materiales adicionales considerados como inservibles, es necesario lograr las temperaturas suficientes para derretir los metales deseados. En la actualidad, las menas se calientan (calcinan) en hornos en presencia de carbón (coque) y es usual el uso de fundentes como la piedra caliza para facilitar la fundición.
