Mineralogía: Clasificación, Propiedades y Usos de los Minerales

1. MINERALOGÍA

Minerales y rocas

Los minerales son sustancias naturales, inorgánicas, sólidas, de composición química definida y que presentan una estructura cristalina. Una estructura cristalina es aquella en la que los átomos que la componen se estructuran en redes basadas en la repetición tridimensional de sus componentes. La estructura repetitiva se denomina celda unitaria. Los cristales se clasifican según las propiedades de simetría de la celda unitaria. La ordenación atómica interna de la materia cristalina tiende a expresarse a nivel macroscópico en la aparición de formas poliédricas externas, llamadas cristales.

Propiedades físicas de los minerales:

  • Cohesión o tenacidad: es la resistencia que un mineral opone a ser fracturado o deformado. Según esto hay minerales frágiles (se rompen con facilidad), séctiles (fáciles de cortar en virutas), maleables (fáciles de expandir en láminas) o dúctiles (fáciles de estirarse en hilos).
  • Exfoliación: es la capacidad de los minerales para romperse según planos cristalográficos. (ej: Calcita en romboedros, micas en planos)
  • Fractura: que es el tipo de rotura que sufren los minerales sin exfoliación o con exfoliación imperfecta (ej. Plata: astillosa; azufre: irregular)
  • Dureza: que es la resistencia de los minerales a ser rayados. Es una de las propiedades diagnósticas más importantes. Para evaluarla de forma sencilla se utiliza la escala de Mohs que va de 1 a 10 (1 talco; 2 yeso; 3 calcita; 4 fluorita; 5 apatito; 6 ortosa; 7 cuarzo; 8 topacio; 9 corindón; y 10 diamante).
  • Color: producido como consecuencia de la absorción de diferentes longitudes de onda por el mineral. En ocasiones las impurezas pueden alterar el color característico de un mineral.
  • Color de raya: hace referencia al color que deja la raya de un mineral sobre una superficie de porcelana blanca. Este color es independiente del color que aparece en la superficie del mineral.
  • Brillo: viene determinado por la reflexión de la luz en la superficie de los minerales. Este brillo puede ser de muchos tipos, pero los mejor definidos son el vítreo, el adamantino y el graso o metálico.
  • Punto de fusión: es la temperatura a la que el mineral pierde su estructura interna y deja de ser sólido.

Propiedades químicas de los minerales

  • Polimorfismo: capacidad de determinados compuestos para formar estructuras cristalinas diferentes en respuesta a distintas condiciones ambientales (presión y temperatura). A veces puede dar lugar a dos estructuras diferentes, como sucede con la calcita y el aragonito, a tres, como ocurre en la serie distena-andalucita-silimanita o a más de tres.
  • Isomorfismo: capacidad de minerales que teniendo una composición química diferente, dan lugar a las mismas estructuras cristalinas. Muchos de estos compuestos forman las denominadas series isomórficas en las que un elemento puede ir siendo sustituido progresivamente por otro de parecido tamaño sin que exista modificación en la red cristalina. Como ejemplo destacan los feldespatos, con sustituciones de Na, K y Ca.

2. CLASIFICACIÓN DE LOS MINERALES

Aunque todos los elementos químicos pueden formar parte de la materia mineral, sólo 8 de ellos (O, Si, Al, Fe, Mg, Ca, Na, K) constituyen el 99% del peso total de la corteza terrestre, se conocen como elementos geológicos primarios. Los 96 restantes son los elementos geoquímicas secundarios. Existen numerosas formas de clasificar a los minerales. Actualmente, la más usada es la clasificación de Strunz basada en la clásica de J. D. Dana (s. XIX), que utiliza criterios químicos y estructurales, para agrupar a los minerales en función de sus aniones o grupos de aniones predominantes:

  1. Elementos nativos, se encuentran en la naturaleza en estado libre, es decir sin combinarse con otros elementos. Ej: oro, plata, platino, azufre, diamante.
  2. Sulfuros, interviene el azufre en su forma de ion sulfuro (S-2 ). Ej: pirita (FeS2), calcopirita (CuFeS2) galena (PbS), cinabrio (HgS), blenda (ZnS), rejalgar (AsS).
  3. Óxidos e hidróxidos, interviene el oxígeno en sus forma de ion oxido (O-2 ) e hidróxido (OH- ). Ej: magnetita (Fe3O4), bauxita (Al(OH)3*H2O), oligisto (Fe2O3), corindón (Al2O3), limonita (FeO(OH)*H2O), casiterita (SnO2)
  4. Haluros o halogenuros, combinaciones de elementos halógenos en sus formas de ion fluoruro (F- ), cloruro (Cl- )… con un metal. Ej: halita (NaCl), silvina (KCl), carnalita (CaF2)
  5. Sulfatos, Wolframatos y molibdatos, interviene en ion sulfato (SO4 -2 ). Ej: yeso (CaSO4*2H2O), baritina (BaSO4), celestina (SrSO4)
  6. Fosfatos, vanadatos y arseniatos: interviene el ion fosfato (PO4 -3 ). Ej: apatito (Ca5(PO4)3(F, Cl, OH))
  7. Silicatos: combinaciones de silicio y oxígeno con otros metales, que son, con diferencia, los minerales más abundantes en la Corteza

3. MINERALES DE INTERÉS PETROGENÉTICO

3.1. LOS SILICATOS

Los silicatos constituyen aproximadamente el 25% de los minerales conocidos y están presentes en más del 90% de las rocas de la corteza terrestre. Son por ello, el grupo de minerales más abundante y de mayor importancia petrogenética. Su unidad fundamental es el tetraedro de SiO4 4- con un átomo de Si en el centro y cuatro O en los vértices. Las cargas negativas de los oxígenos pueden compensarse con diversos cationes de tamaño mediano. Estos tetraedros pueden unirse entre sí compartiendo los oxígenos de los vértices y originando distintos grupos de silicatos:

  • Nesosilicatos: Están formados por tetraedros individuales. Los más importantes son el olivino y el granate. También destacan sillimanita y andalucita
  • Sorosilicatos: Dos tetraedros unidos por uno de sus vértices (Si2O7 6- ). El más importante es la epidota pero no muy abundante en las rocas ígneas.
  • Ciclosilicatos: los tetraedros comparten 2 vértices formando anillos cerrados. Existe anillos de tres (Si3O9 6- ), cuatro (Si4O12 8- ) y seis (Si6O18 12- ) tetraedros. Encontramos el berilo la turmalina, cordierita 
  • Inosilicatos: Los tetraedros se disponen formando cadenas lineales. Estas pueden ser dos tipos.
    • Sencillas: unión de tetraedros que comparten 2 oxígenos (SiO3)2 4- . Destacan los piroxenos como la augita, diópsido, jadeíta…
    • Doble: En este caso las cadenas sencillas se enfrenta unas a otras de manera que habrá tetraedros que compartan dos oxígenos y otros que comparten tres oxígenos. Son los anfíboles como la hornblenda, glaucofana…
  • Filosilicatos o minerales hojosos: Forman una malla en la que todos los Si comparten 3 vértices (Si2O5 2- ).Son el grupo de las micas (biotita y moscovita, clorita), talco, caolinita…
  • Tectosilicatos: los tetraedros forman una malla tridimensional en la que todos los tetraedros comparten los 4 vértices (SiO2). Es el cuarzo. Si en estos silicatos, el aluminio, de tamaño similar al silicio, pero con solo 3 cargas, sustituye al Si, queda 1 carga negativa sin compensar, lo que permite la entrada de otros cationes como K+ , Na+ y Ca2+ dando lugar a los feldespatos. El Ca2+ y Na+ son de tamaño similar y pueden sustituirse formando una serie isomórfica (serie de las plagioclasas calcosódicas que va desde la Anortita a la Albita). Los feldespatos de K+ se llaman ortosa u ortoclasa. 

Los silicatos ricos en Fe y Mg (olivino, piroxenos, anfíboles, biotita…) son densos y oscuros y se agrupan formando rocas magmáticas básicas (basaltos, gabros…), mientras que los silicatos pobres en estos elementos son de colores claros y poco densos (cuarzo, moscovita feldespatos alcalinos) se agrupan para formar rocas magmáticas ácidas (granitos). Los silicatos también componen las rocas sedimentarias detríticas, así el cuarzo y feldespatos forman las gravas y arenas, mientras que algunos filosilcatos componen las arcillas. Por último, las rocas metamórficas (pizarras, esquistos, gneis…) que se obtienen por metamorfismo de los grupos de rocas anteriores se componen también de minerales silicatados (clorita, granates, moscovita, cuarzo…)

3.2. CARBONATOS

Los carbonatos son el segundo grupo de minerales formadores de rocas. Intervienen como componentes esenciales de rocas sedimentarias de origen químico (calizas, dolomías) y sus derivados metamórficos (mármoles). Los minerales carbonatados más importantes son:

  • La calcita (CaCO3) es un mineral muy abundante que aparece en todas las variedades de calizas y mármoles.
  • La dolomita (CaMg(CO3)2), es el mineral esencial de la roca sedimentaria dolomía y en los mármoles dolomíticos.

4. MINERALES DE INTERÉS ECONÓMICO

Actualmente una gran cantidad de minerales y rocas tienen valor económico para nuestras sociedades. Algunos minerales se explotan para obtener metales (plomo, aluminio…), otros se extraen con fines energéticos (uranio) y algunos se emplean en joyería (gemas y piedras preciosas).

Elementos nativos

Se encuentran en la naturaleza en estado libre, es decir sin combinarse con otros elementos. No forman rocas.

  • El oro, es un metal de gran valor económico. Se utiliza fundamentalmente en joyería, para la fabricación de instrumentos científicos, en el pan de oro, para prótesis dentales y como lingotes de inversión.
  • La plata, tiene menor valor que el oro. Los principales usos de la plata son para la industria fotográfica, para el plateado, en aleaciones con cobre, para la fabricación de cubiertos de mesa y en equipos electrónicos.
  • El cobre, se emplea principalmente para usos eléctricos, como cables. También en aleaciones como el latón o el bronce.
  • El platino, se emplea para aparatos químicos, equipo eléctrico y joyería, y como catalizador en la industria química y la del petróleo.
  • El azufre, se utiliza en la fabricación de ácido sulfúrico, pólvora, abonos, insecticidas…
  • El diamante, es la gema más importante. Aunque por su elevada dureza también se utiliza para otros usos técnicos (por ejemplo para cortar).

Sulfuros

No tienen gran interés en petrografía, pero la mayoría ellos forman importantes menas metálicas por lo que son de gran interés en la industria metalúrgica:

  • – La galena (PbS), es prácticamente la única fuente de plomo. El plomo se emplea en tuberías, como placas de los acumuladores eléctricos, y para placas aislantes para protección contra el uranio y otras sustancias radiactivas. Fue un aditivo antidetonante en la gasolina si bien tiende a ser sustituido por problemas medioambientales.
  • – La blenda (ZnS), constituye la principal mena de cinc. Sus usos principales son la galvanización, en las baterías eléctricas (como aleación), en la fabricación de pinturas…
  • – El cinabrio (HgS) constituye la principal mena de mercurio. Aunque por sus impactos ambientales su uso está disminuyendo, este metal se utiliza por ejemplo en aparatos eléctricos, instrumentos de control industrial, preparación electrolítica del cloro y la sosa cáustica, en ortodoncia, etc.
  • – La pirita (FeS2), se utiliza para la fabricación de ácido sulfúrico y sulfato ferroso
  • – la calcopirita (Cu,FeS2) es la principal fuente de cobre

Óxidos e hidróxidos

A esta clase pertenecen aquellos elementos naturales en los que el oxígeno se combina con uno o más metales. Son minerales que casi siempre se encuentran presentes en la mayor parte de las rocas, aunque en pequeña cantidad:

  • – Óxidos e hidróxidos de hierro, como la magnetita (Fe3O4), el oligisto (Fe2O3) y la goethita (FeO(OH)), se emplean como menas de hierro. El hierro se emplea en la industria siderúrgica para la fabricación de hierro forjado, acero y hierro comercial.
  • – Óxidos e hidróxidos de aluminio, como el corindón (Al2O3), cuyas variedades dan lugar a piedras preciosas como el rubí, el zafiro o el topacio y la bauxita que se utiliza como principal mena de aluminio y para fabricar productos abrasivos y refractarios, latas…
  • – Otros como la pirolusita (MnO2), la casiterita (SnO2) o la uraninita (UO2) constituyen las principales menas de manganeso, estaño y uranio. El manganeso se emplea en aleaciones y como colorantes en ladrillos, cerámica y vidrio. El estaño se emplea en aleaciones y soldaduras. El uranio se emplea como combustibles en centrales nucleares

Haluros

Aunque existen bastantes especies, sólo algunas son abundantes y se aprovechan industrialmente o en la alimentación:

  • – La halita (NaCl), aunque tradicionalmente se conoce por su uso como condimento alimenticio, la mayor demanda de sal es para usos industriales como fuente de sodio y cloro.

Carbonatos y sulfatos

  • – la calcita y la dolomita se importantes en la fabricación de cementos y piedra de construcción
  • – el yeso (SO4Ca*2H2O), es un mineral muy corriente y muy frecuente en rocas sedimentarias. Su principal utilización es la producción de escayola y como material de construcción.

Silicatos

  • –Nesosilicatos: Los granates Se utiliza principalmente como gema bastante barata. o el topacio frecuentemente utilizado como gema.
  • –Ciclosilicatos: El berilo es utilizado como gema (esmeralda, aguamarina,…etc).
  • –
  • Filosilicatos: La arcilla es una de las sustancias naturales de mayor importancia industrial, con la cual se fabrican muchos y variados artículos como ladrillos, baldosas, alfarería,..etc. La arcilla de más pureza, conocida como caolín o tierra de porcelana es utilizada, además de en la fabricación de vasijas y lozas, en la industria del caucho o para la fabricación de refractarios.
  • -el talco, que puede presentar diferentes colores y es utilizado para pinturas, cerámicas, caucho, insecticidas y revestimientos de fundición. También se emplea como polvos de talco y en ocasiones se talla como objetos decorativos.
  • -la sepiolita es un excelente aislante que también se usa frecuentemente como absorbente (tierra de gatos).
  • – la moscovita y la biotita, por sus excelentes propiedades eléctricas y de resistencia al calor se emplea principalmente como material aislante en la fabricación de aparatos eléctricos. 

Tectosilicatos:

  • El cuarzo, es ampliamente utilizado en la industria de la óptica, en aparatos de precisión y científicos, para osciladores de radio, como arena se emplea en morteros de hormigón, como polvo en fabricación de porcelanas, pinturas, papel de esmeril, pastillas abrasivas y como relleno de madera. Sus variedades coloreadas se utilizan como piedras de adorno, siendo muy cotizados en joyería los ópalos de diversos colores (tripletes).
  • -La ortosa y las plagioclasas se utiliza fundamentalmente en la fabricación de porcelanas