EL BORO[Recopilacin de Estudios sobre el Boro]

Antonio Ros Moreno

2009

ndice:

1.0 Generalidades del Boro:

1.1 El boro y sus aplicaciones. 1.2 Yacimientos de menas bricas. 1.3 Panorama de la industria boratera. 1.4 Aspectos econmicos de los productos de boro. 1.5 Especificaciones tcnicas. 1.6 Aspectos tecnolgicos de la industria boratera. 1.7 Obtencin de boratos de alto valor agregado.

2.0 Caracterizacin de los procesos:

2.1 Explotacin. 2.2 Procesos de concentracin: 2.2.1 Descripcin de los mtodos de concentracin. 2.2.2 Equipos utilizados en concentracin. 2.2.3 Determinacin del proceso de concentracin. 2.3 Procesos de refinado: 2.3.1 Brax. 2.3.2 cido brico. 2.4 Boratos de alto valor agregado.

3.0 Conclusiones.

4.0 Bibliografa.

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1.0 Generalidades del boro

1.1 El boro y sus aplicacionesEl boro es un elemento qumico que se encuentra en la corteza terrestre en cantidades pequeas, aunque en unos pocos lugares se encuentra concentrado formando yacimientos. Por trmino medio, el boro forma parte de la litosfera en la cantidad de 0,0003 %. Debido a la solubilidad de la mayor parte de los boratos y a la volatizad del cido brico, se le encuentra tambin ms concentrado en la hidrosfera y en la cantidad de 0,001 %; asimismo se halla en todas las sedimentaciones de origen marino. La importancia de los productos del boro se ve reflejada en la gran variedad de aplicaciones que poseen. Los principales usos de los boratos y compuestos de boro son: en la industria de esmaltes y cermicas (sanitarios, vajillas, cermicos, azulejos), industria del vidrio, cristales y fibras de vidrio, vidrios Pirex para utensilios, lmparas y focos, detergentes y blanqueadores, retardadores del fuego, abrasivos, cosmticos, en la preservacin de la madera, en capacitares, aleaciones, catlisis, caucho (ignfugo), cemento (disminuye la velocidad de fraguado), combustible (borano para aviones y cohetes), curtiembres (evita putrefaccin), farmacia (antisptico suave), pinturas (fungicida), aplicaciones nucleares, en ptica, etc. Adems de estos usos industriales, el boro es uno de los 7 micronutrientes esenciales para las plantas, por lo que la dosificacin del boro como fertilizante adquiere suma importancia.

1.2 Yacimientos de menas bricasEl boro origina diversos compuestos, desde xidos simples a estructuras muy complejas de tipo polimrico. Entre ellos se encuentran los xidos denominados boratos. Los yacimientos de boratos de importancia comercial se encuentran solamente en un reducido nmero de regiones geogrficas en el mundo: Anatolia (Turqua), California y Nevada (suroeste de Estados Unidos), la Puna Sudamericana (sur de Per, suroeste de Bolivia, norte de Chile y noroeste de Argentina), Inder (Rusia) y Asia Central (China y Rusia). La Puna Sudamericana posee las terceras reservas mundiales de boratos, despus de Turqua y la costa oeste de Estados Unidos. La composicin de los minerales de boro ms importantes se resume en la Tabla 1.

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Los yacimientos de la Puna Sudamericana producen preferentemente ulexita, tincal, colemanita e hidroboracita. Estos constituyen el mineral til, de valor comercial, que se encuentra mezclado con otros materiales sin valor que constituyen la ganga, de los cuales debe ser separado. La ulexita es un borato de sodio y calcio, poco soluble en agua fra, acompaado por ganga constituida por arenas, arcillas, yeso, calcita, todo impregnado en una salmuera compuesta principalmente por cloruros y sulfatos de sodio. Los boratos conocidos como duros (tincal, colemanita e hidroboracita) poseen ganga constituida por rocas (calcita, dragonita, arcilla, tobas, tufitas) e impurezas de hierro. El tincal es un borato de sodio, soluble en agua, propiedad que se utiliza para separarlo de la ganga insoluble, y obtener posteriormente brax mediante cristalizacin por enfriamiento. La colemanita es un borato de calcio con cinco molculas de agua en su estructura y la hidroboracita es un borato de calcio y magnesio con seis molculas de agua. Ambas tienen como impurezas principales hierro y arsnico.

Tabla 1: COMPOSICIN DE LOS MINERALES DE BORO MS IMPORTANTES Nombre Kernita (rasorita) ... Composicin Na2B4O7.4H2O Yacimientos Desierto de Mohave, distrito Kramer Kern County, California (EE.UU.). Searles-See, San Bernardino County, California (EE.UU.). Nevada californiana (EE.UU.), Chile. Turqua

Brax de lagos desecados (de aguas salinas) .. Colemanita Pandermita . Boro-cal:

2CaO.3B2O3.5H2O 4CaO.5B2O3.7H2O

Boro-natrocalcita CaB4O7.NaBO2.18H2O Ulexita ............ CaB4O7.NaBO2.8H2O

Argentina Chile y Per. Nevada californiana (EE.UU), Amrica del Sur. California, Nevada (EE.UU.),Tibet. Toscaza (Italia). Regin de los lagos de la India, KasaKstan (URSS).

Brax ................................. cido brico .. Boratos ndicos ..

Na2B4O7.10H2O H2BO3 Boratos de Ca y Mg (principalmente ascharita)

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La importancia y el valor comercial de cada uno de ellos, depende del contenido de anhdrido brico (% B2O3) y de la facilidad para concentrarlos y/o purificarlos. En la Tabla 2 se resume la composicin qumica de los boratos mencionados.

Tabla 2: COMPOSICIN QUMICA DE BORATOS DE INTERS COMERCIAL Peso Molec. Brax 10 (tincal) Na2O.2B2O3.10H2O 381,3 Brax 5 Na2O.2B2O3.5H2O 291,3 Brax anhidro Na2O.2B2O3 201,3 Colemanita 2CaO.3B2O3.5H2O 410,9 Colem. Anhidra 2CaO.3B2O3 321,0 Hidroboracita CaO.MgO.3B2O3.6H2O 413,2 Hidrob. Anhidra CaO.MgO.3B2O3 305,2 Ulexita Na2O.2CaO.5B2O3.16H2O 810,1 Ulexita anhidra Na2O.2CaO.5B2O3 522,1 Borato Frmula Composicin qumica % B2O3 Na2O CaO MgO H2O 36,53 47,81 69,20 50,84 65,10 50,54 68,45 42,97 66,69 16,26 21,28 30,80 7,65 11,87 27,26 34,90 13,55 18,35 13,82 21,45 9,76 13,2 47,22 30,90 0 21,90 0 26,14 0 35,56 0

1.3 Panorama de la industria borateraEl consumo de boro es absorbido casi en un 50 % por el sector de la fibra de vidrio, tanto para aislamiento como textil, con un tercio destinado a la fabricacin de jabones y detergentes, y pequeos porcentajes para usos agrcolas, productos ignfugos y otros. Entre las aplicaciones menores que estn en aumento cabe citar su empleo como aditivo en aleaciones para ncleos de transformadores y motores elctricos; en forma de nitruro y carburo, para composites cermicos; como nitruro, para endurecimiento superficial, y como cristal, para duplicadores de frecuencia en rayos lser. La demanda de materias primas minerales de boro se abastece a partir del brax (borato sdico) en sus dos variedades (tincal, brax decahidrato, y Kernita, brax tetrahidrato), sassolita (cido brico), colemanita (borato clcico), ulexita (borato calcisdico) y salmueras, con leyes en B2O3 tan dispares como 0,8 - 1 % en las salmueras, 34 % en los concentrados de tincal, 37 % en los de colemanita cruda, 42 % en los de la calcinada o 50 % en los de sassolita, lo que dificulta la determinacin de la produccin minera mundial en B2O3 contenido, mxime si se tiene en cuenta que las estadsticas nacionales no especifican la cantidad y naturaleza de los minerales extrados. No obstante, segn el USGS la produccin mundial de minerales de boro en el 2006 fue de 4,75 millones de toneladas. En la Tabla 3 se presenta la produccin mundial por principales pases.

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Tabla 3: Produccin mundial (miles de TM)

Pas Turqua Estados Unidos Argentina Chile (ulexita) Rusia China Per Bolivia (ulexita) KazaKhstan Total

2006 1850 1150 650 460 400 140 140 60 30 4750

Fuentes: USGS. Mineral Conmodity Summaries, January 2007. 1/ Se ha introducido la cifra oficial al presentar el estimado 2006 de USGS, presentando un desfase.

En la actualidad, ningn pas de la Unin Europea produce minerales de boro, por lo que dependen al 100 % de los suministros externos de esta sustancia. Consecuentemente con todo lo anterior, los minerales que en su composicin contienen boro, como la ulexita, en los pases europeos han sido catalogados como materiales estratgicos para el desarrollo.

1.4 Aspectos econmicos de los productos de boroEn general, el precio de los productos de boro depende de sus contenidos en anhidro brico (% B2O3) y de la facilidad para concentrarlos y/o purificarlos. Por esta razn los refinados de base, productos puros obtenidos por precipitacin a partir de sus soluciones, poseen mayor precio que los calcinados (concentrados anhidros y en ciertos casos fundidos), siendo los concentrados los productos de menor valor. No obstante, existen boratos de alto valor agregado cuyo precio est motivado por las rgidas especificaciones que deben cumplir, ya que ellas exceden a las concernientes a su composicin qumica y tamao de partcula. En particular y a modo de ejemplo: los boratos de cinc deben ser estables trmicamente (retener el agua de hidratacin a temperaturas relativamente altas, de 290 C ms) para ser usados como retardantes del fuego en plsticos y gomas, (US Brax Inc. 1999); el perborato de sodio requiere de un mnimo de oxgeno disponible (15 %, aproximadamente) y que pueda liberarse a baja temperatura (alrededor de 40 60 C) para su empleo como agente blanqueador en la frmula de los polvos de lavar; los boratos de amonio tienen exigencias en cuanto a su conductividad elctrica (por su empleo en capacitares y en electrolisis); el octoborato de sodio utilizado para la fabricacin de micronutrientes del suelo debe carecer de arsnico, (Garret, 1998). La importancia econmica de la fabricacin de productos de alto valor agregado queda an ms en evidencia si se compara el precio de los productos comerciales del 6

boro, expresados por tonelada de xido brico contenido. As, por 1 tonelada de B2O3 se obtienen entre 190 y 430 dlares si el borato se encuentra como concentrado (calcinado no), se perciben entre 710 y 940 dlares si el producto est como refinado de base (brax cido brico) y ms de 1.250 dlares si se ha transformado la materia prima en un borato de alto valor agregado. En la Figura 1 se presenta un diagrama con los precios de distintos boratos (Mercado Argentino 2005). Tomando la cadena de valor del octoborato de sodio, ntese que el margen econmico entre el octoborato de sodio (refinado de alto valor agregado) y el cido brico (refinado base) es de ms de 500 u$s/Tn B2O3, lo mismo sucede si se compara el cido brico con su materia prima de partida, ulexita concentrada. Pueden arribarse a similares resultados analizando la obtencin de boratos de cinc, perborato de sodio, pentaborato de sodio y otros. Estas simples comparaciones justifican la conveniencia de modificar la oferta de boratos actual agregando valor a la produccin.

1.5 Especificaciones tcnicasEl mineral se comercializa y su precio se basa en el contenido de B2O3. La colemanita calcinada concentrada contiene aproximadamente 42 % B2O3 con As (elemento penalizado entre los rangos 30 2.000 ppm; el cido brico tcnico contiene 56,3 % B2O3. La Tabla 4 muestra la composicin de las fibras de vidrio y cermica que contienen boro (% en peso). Se presentara solo esta especificacin con el objeto de ser indicativa, sin destacar la existencia de otras, que por no estar disponibles no se pudieron mostrar en este informe.

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Tabla 4: Composicin de las fibras de vidrio y cermica contenedoras de boro

Elementos Vidrio C Vidrio D Vidrio E Fibras Cermicas SiO2 65,0 74,0 54,5 52,9 Al2O3 4,0 14,5 45,1 Fe2O3 0,2 0,5