Tesis para optar al grado de Magíster en Minería / Memoria para optar al título de Ingeniero Civil de Minas / A nivel mundial existe una gran preocupación por el abastecimiento de ciertos elementos químicos en particular, grupo que el departamento de energía de Estados Unidos ha denominado Elementos energéticos críticos (ECE, por su sigla en inglés) y que son claves para el desarrollo de tecnologías energéticamente eficientes. Si a este fenómeno se agrega la necesidad en Chile de diversificar su industria minera es válido preguntarse si el país puede jugar un nuevo rol en el abastecimiento de estos elementos. Para comprender lo que el mundo considera como Elementos Críticos Energéticos se consideró diversas publicaciones estatales de los países de Europa, China, Estados Unidos y Japón. A partir de éstas, y tomando en cuenta criterios de niveles de riesgo y el comportamiento del mercado en el largo plazo se determinó que a nivel mundial los ECE son Neodimio, Disprosio, Europio, Galio, Indio, Itrio, Telurio, Terbio. Definido lo que el mundo considera como ECE, se evaluó en cuál de estos ocho elementos Chile posee un potencial para participar en el mercado como un oferente competitivo. Para esto se consideró los recursos geológicos del país asociados a sus principales yacimientos como también los desechos obtenidos en las planta de beneficio de las principales operaciones del país. Se determinó que si bien existe un potencial para Neodimio, Disprosio, Europio, Terbio e Itrio estos no logran ser competitivos con lo que actualmente ocurre a nivel mundial, por su parte para Galio e Indio simplemente no existe evidencia de que Chile posea un potencial asociado y por último el caso del Telurio es el más interesante pues Chile prácticamente no participa del mercado sin embargo más del 90% del Telurio producido a nivel mundial se obtiene de los barros anódicos de Cobre. Analizando en profundidad el mercado del Telurio queda en evidencia que Chile posee un enorme potencial y la competitividad del mercado está fuertemente controlada por quienes producen barro anódico y por lo tanto Chile, como principal productor mundial de Cobre y el segundo país del mundo con mayor capacidad de refinería electrolítica, posee una oportunidad que no ha aprovechado. Esta oportunidad se fortalece fuertemente cuando se considera avanzar en la cadena de valor de productos o compuestos de Telurio y se desprende que Codelco, por ser el dueño del barro anódico, es el candidato más adecuado a desarrollar la iniciativa. Finalmente más allá de los resultados obtenidos para los ECE se considera que la metodología de prever el desarrollo de mercados incipientes es de gran ayuda para avanzar en el desarrollo del país, hacer de su industria minera una más diversificada y aportar a que Chile deje de ser exportador de materia prima y haga uso de ésta para desarrollar la industria y la tecnología local.

Tesis para optar al grado de Doctor en Ciencias de la Ingeniería, Mención Ingeniería Química y Biotecnología / Molybdenum(Mo)-doped ceria (CMO) nanoparticles were synthesized by the combustion method with three different Mo concentrations: 5 wt.%, 7 wt.% and 10 wt.%. The catalytic activity of CMO for wet gasification of carbon was studied in a fluidized bed reactor, while the mechanical and electrical properties of this material were characterized using dense sintered CMO pellets. The Young s modulus increases with the Mo content; the highest measured value is 340.3 GPa for CMO with 10 wt.% Mo. Measurements of Vickers microhardness demonstrate that an increase in the Mo content produces a decrease in the microhardness of the material, suggesting that Mo confers semimetallic characteristics to CMO. The highest fracture toughness value, determined by the Niihara equation, is 4.65 MPa m^0.5 for CMO with 10 wt.% Mo. In addition, an increase in the molybdenum content produces an increase in the electrical conductivity under air and H2 atmospheres. The maximum electrical conductivities under air and H2 are found for CMO with 10 wt.% Mo at 800 °C: 1.87x10^-3 S cm^-1 and 9.37x10^-1 S cm^-1, correspondingly. Therefore, CMO with 10 wt.% Mo shows good catalytic activity during carbon gasification. Based on its mechanical, electrical and catalytic properties, CMO 10 wt.% Mo was selected to perform electrochemical impedance spectroscopy (EIS) measurements in symmetric-cells with CMO-based electrodes, and polarization curve measurements in SOFCs with CMO anode, YSZ electrolyte and LSM cathode. The area specific polarization resistance (ASPR) values measured in air and hydrogen-water atmospheres are 6.76 Ohm cm^2 and 5.68 Ohm cm^2 at 800 °C, respectively. These ASPR values are lower than those reported in the literature for the same system under study, which was related to the improve synthesis method proposed in this work (combustion method). The diffusion of gaseous oxygen was related to a Knudsen-type mechanism, while the diffusion of hydrogen-water was related to a mixed mechanism between molecular and Knudsen-type diffusion. The maximum electrical power density obtained in the SOFC (using CMO-YSZ as cell anode) was 48.9 mW cm^-2. This low value was related to cathode problems and inadequate SOFC fabrication procedures. The addition of molybdenum to cerium oxide improves its mechanical, electrical and catalytic properties, while the CMO anode in this work shows a lower polarization resistance compared to the results reported in the literature. These results show that the CMO is a good candidate for use as a carbon-air solid oxide fuel cell (CA-SOFC) anode. However, it is necessary to improve the SOFC fabrication method to determine if it is the reason for the low electrical power density obtained.

Las partículas atmosféricas, que pueden provenir de fuentes naturales o antropogénicas, producen una serie de efectos negativos en la salud humana y en el medio ambiente, en el clima, en la visibilidad, en los materiales de las construcciones etc. En la provincia de Castellón, en un área de aproximadamente 300 Km2 se localizan más de 200 empresas relacionadas con el sector cerámico. Allí se concentra el 94 % de la producción cerámica española que supone el 43 % de la producción europea. Desde el año 2005 existe un convenio entre el Ayuntamiento de Alcora y la Universidad Jaume I de Castellón con el objetivo de realizar un seguimiento de la contaminación en su término municipal, estudiando la zona industrial y la zona urbana de la población. Este seguimiento se refiere tanto a los niveles de PM10 y de PM2,5 como a la composición química (contenido de níquel, cadmio, arsénico y plomo en PM10 y PM2,5 ) del material particulado muestreado. La experiencia y datos obtenidos a partir del citado convenio llevaron a plantear como tema central de este trabajo el estudio de los niveles de contaminación y la composición química en cuanto a elementos regulados (Ni, Cd, As y Pb) de las partículas atmosféricas en ambas zonas de Alcora, su evolución entre los años 2006 y 2010 y su correspondencia con los niveles medidos por la Conselleria en el resto de localidades del cluster cerámico en el mismo periodo estudiado, así como el grado de cumplimiento de la legislación. Además, se han seleccionado una serie de muestras en las zonas industrial y urbana de Alcora, PM10 y PM2,5, repartidas entre los años 2006 y 2010 y se han analizado determinando su composición química. La utilización de un modelo de receptor, análisis de componentes principales (PCA), a partir de los resultados de los análisis ha dado como resultado la identificación de las posibles fuentes, de origen natural y antropogénico. A partir de los datos horarios de PM10 y PM2,5 de las distintas estaciones que la Consel / García Aleix, JR. (2012). Evolución de la calidad del aire en el cluster cerámico de Castellón (y su relación con la actividad industrial). Origen y efectos de la contaminación por partículas en suspensión atmosférica [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/16545 / Palancia

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil Mecánico / Cold spray es una técnica de deposición de material en donde partículas impactan a altas velocidades sobre un sustrato con el objetivo de generar un recubrimiento para refuerzo o reparación de superficies, para aplicaciones en la industria aeroespacial principalmente. Dada la escala nanotemporal del proceso, existe una gran dificultad para medir experimentalmente las deformaciones y temperaturas alcanzadas durante el impacto, por lo que se hace necesario apoyar los estudios experimentales con simulaciones numéricas. En este trabajo se estudia la micro dureza Vickers de un recubrimiento de aluminio 1100 sobre un sustrato de aluminio 6061-T6. El objetivo del trabajo es determinar la capacidad del modelo computacional para predecir la dureza del material recubierto mediante cold spray. Por una parte, el estudio se lleva a cabo mediante mediciones experimentales de microdureza Vickers con 0.05, 0.1 y 0.2 kgf de carga de indentación. Por otra parte, se utiliza el programa ABAQUS para realizar simulaciones con elementos finitos con el método explícito y el enfoque Lagrangiano para el impacto de múltiples partículas. De las simulaciones, se obtiene la deformación de las partículas y se determina su influencia en el endurecimiento por deformación plástica del material a través del modelo de plasticidad de Johnson-Cook. Con este modelo se calcula el esfuerzo de fluencia por endurecimiento y se relaciona dicho esfuerzo con la dureza del material mediante relaciones empíricas. En las simulaciones, el tamaño de partícula utilizado es de 25 m y la velocidad de impacto es de 600 m/s, ambos datos obtenidos a partir de mediciones en el proceso de formación del recubrimiento. Los resultados de las simulaciones son comparados con las mediciones experimentales y se observan grandes diferencias entre la dureza simulada y la dureza medida, con errores entre 28.6% y 66.2%. A pesar de ello, se comprueba que hay endurecimiento en el recubrimiento debido al impacto de las partículas, tal como se ve en la práctica de esta técnica. Se discute como causa de estas diferencias la configuración espacial de las partículas en el impacto y un posible ablandamiento térmico del recubrimiento luego de su formación experimental.

Estudio de la aplicación del Sistema de Colores Munsell, para la caracterización de mineral aurífero proveniente de “labores de cateo libre” antes de su procesamiento; para tal efecto se considerarán los aportes que brindan las disciplinas de geología, mineralogía, química de los minerales y el mismo proceso metalúrgico.La investigación se llevó a cabo en la cordillera oriental de los Andes, al norte de Perú en la provincia de Pataz, donde se encuentra el Batolito de Pataz, yacimiento de tipo orogénico asociado a procesos de metamorfismo y caracterizado por vetas auríferas acompañadas de cuarzo y sulfuro; específicamente en el área de influencia de las actividades de la Compañía Minera Poderosa S.A. / Studying the possibility of Munsell Color System application in order to get gold ore characterization before its process. It is important, to mention that this research consider several contributions, which have been taken from geology, mineralogy, ore chemistry, and metallurgical process. This research took place in the eastern mountain range of the Andes, in the north of Peru in the province of Pataz, where the Pataz Batholith is located, an orogenic type deposit associated with processes of metamorphism and distinguished by its auriferous veins accompanied by quartz and sulfur; this mining site is specifically in the area of influence of the activities of Compañía Minera Poderosa S.A. / Tesis

Magíster en Ciencias, Mención Física / La fricción interna corresponde a la capacidad de los materiales de disipar la energía de ondas de sonido. Esta capacidad depende del tipo de material así como del tipo y cantidad de defectos que contenga. Durante muchos años se ha utilizado la espectroscopía mecánica para obtener información del material a través de distintos experimentos, midiendo por ejemplo la fricción interna de un material específico. A pesar de la capacidad para medir fricción interna, hasta ahora es difícil conocer con precisión cuales son los mecanismos microscópicos que dan origen a la disipación de energía al interior del material. De particular interés es un pico en la curva de disipación interna versus temperatura llamado pico de Bordoni. La evidencia sugiere que la generación de este pico se debe a propiedades de las dislocaciones. Modelos teóricos que usan mecánica del continuo permiten una descripción cualitativa, pero no cuantitativa, del efecto. Hasta ahora se ha estudiado el pico de Bordoni desde el punto de vista experimental y desde la mecánica del contínuo. En este trabajo se propone estudiar este efecto desde las simulaciones atomísticas a través de dinámica molecular. Para ello se generó una muestra de cobre de 892800 átomos con dos dislocaciones ancladas y se generaron ondas de corte en el material. Se midió la tensión generada en la muestra y se encontraron las curvas de tensión-deformación. Luego se estudió la disipación de energía generada por la interacción de las ondas con las dislocaciones a través de una posible histéresis en las curvas de tensión-deformación. Estas simulaciones se realizaron a las temperaturas de 0, 50, 100, 150, 200 y 250 K, con períodos de 125 ps y 38 ps y un máximo de deformación de 0.0008 y 0.008. Para estimar el orden de magnitud esperado para la respuesta del sistema se usó un modelo de cuerda sobreamortiguada, lo que también permitió estimar el período de forzamiento para el cual las pérdidas deberían ser máximas. Todo esto llevó a una estimación del cuociente entre energía disipada por ciclo y energía acumulada máxima del orden de 10^{-4} lo cual se ajusta a los resultados experimentales. Para estimar el valor de los parámetros que aparecen en el modelo analítico se realizaron simulaciones con las dislocaciones desancladas. Dentro de la precisión numérica utilizada, no se encontró histéresis. Se deduce que la barrera de Peierls es muy pequeña para permitir detección de la histéresis. Se establece una cota para la precisión en las mediciones para cuantificar la fricción interna en el futuro. Posibles direcciones de trabajo futuro incluyen la disminución de las fluctuaciones en las mediciones de la tensión, lo que se podría lograr con un mayor número de ciclos generados en las ondas de corte y promediando sobre muchas realizaciones. Otra opción es realizar las simulaciones en otros materiales, con mayores coeficientes de fricción, para aumentar la energía disipada.

Esta tesis se centra en el estudio del uso de óxidos de metales de transición en aplicaciones energéticas y medioambientales (degradación de carbón grafito y reducción electrocatalítica de CO2). Concretamente, se aborda su uso como una estrategia prometedora para permitir la implementación de fuentes de energía alternativas mediante la síntesis de combustibles y sustancias químicas neutras por la reducción electroquímica de CO2. Así mismo, se presenta la utilización del TiO2 dopado con nitrógeno en la degradación sonofotocatalítica de contaminantes. En el capítulo 1 se hace la presentación del contexto de la investigación, junto a consideraciones para la generación de conocimiento científico, en el marco de la remediación medioambiental y la búsqueda de fuentes de energía alternativas, a partir de la reducción electroquímica de CO2. Para esto, se presentan los fundamentos químicos y físicos de las propiedades y el comportamiento de los óxidos de metales de transición, así como consideraciones sobre las limitaciones actuales para llevar a cabo la reacción de reducción de CO2 y la degradación de contaminantes por medio de la sonofotocatálisis. En el capítulo 2 se presentan los métodos experimentales empleados para la obtención de los resultados. Se hace una descripción de los métodos preparativos para la síntesis de los materiales utilizados, mostrando la versatilidad de los mismos en cuanto a la obtención de diferentes morfologías y fases cristalinas en los óxidos de metales de transición. A continuación, se realiza una breve descripción de las técnicas instrumentales utilizadas con el fin de mostrar el alcance de cada una de ellas en la obtención de resultados. Están agrupadas en técnicas electroquímicas, espectroscópicas, microscópicas y de análisis. Los aportes más significativos de esta tesis, en el marco del estudio de la reducción electroquímica de CO2 en un medio aprótico de acetonitrilo, se presentan a partir del capítulo 3. En este capítulo se detallan los resultados obtenidos con el WO3. Esto nos permite introducir una propuesta de mecanismo que se usará como punto de partida para el estudio con los demás óxidos. En el capítulo 4, se presentan los resultados obtenidos para el TiO2, haciendo énfasis en los aportes del uso de técnicas espectroelectroquímicas en la caracterización de la interfase óxido/disolución. En el capítulo 5 se completa el uso de óxidos de metales de transición con los resultados obtenidos para Fe2O3 y MoO3. Se presenta una correlación para el inicio de la zona de acumulación de cada óxido. Se exponen además, consideraciones acerca de las perspectivas de uso de óxidos de metales de transición, como posibles cátodos para la reducción electrocatalítica de CO2.En el capítulo 6 se presenta el estudio del uso del TiO2 en remediación ambiental, como fotocatalizador asistido con ultrasonidos. Estos resultados se abordan, tanto con un enfoque en los efectos de la modificación del TiO2 mediante el dopado con nitrógeno, como en su uso en la degradación de carbón grafito.

Tesis

El cianuro es una sustancia química que se utiliza en el ámbito industrial y minero. No obstante, también es considerado un toxico potencialmente letal. El cianuro es potente inhibidor del metabolismo celular y uno de los gases que contamina el ambiente atmosférico. La mayoría de tratamientos fisicoquímicos empleados para mitigar los efluentes cianurados son caros y/o insuficientes, por esta razón la utilización de microorganismos capaces de biodegradar el cianuro es una buena alternativa por los bajos costos operativos y alta eficiencia que presenta. El objetivo de este trabajo fue evaluar la capacidad biodegradativa de cianuro por bacterias alcalófilas. Se recolectaron 7 muestras de relave procedentes de la Planta Concentradora Mesapata (Cátac – Ancash). Se lograron aislar 25 cepas de las cuales tres (P-CIAN 2, P-NUT 1 y P-KING 2), obtuvieron los mejores rendimientos en las pruebas de selección, tolerando concentraciones de hasta 100 mg/L de CN‾ a pH 11,0. Las cepas P-CIAN 2, P-NUT 1 y P-KING 2 obtuvieron velocidades de crecimiento de 0,063 h-1; 0,039 h-1 y 0,082 h-1; y tasas de biodegradación de 0,472 mg L-1 h-1, 0,688 mg L-1 h-1 y 0,875 mg L-1 h-1, respectivamente. P-CIAN 2, P-NUT 1 y P-KING 2 fueron capaces de biodegradar una concentración de 100 mg/L de CN‾ hasta en 77, 85 y 91%, respectivamente. Solo las cepas P-NUT 1 y P-KING 2 pudieron ser identificadas como Pseudomonas pseudoalcaligenes y Chromobacterium violaceum, respectivamente. / Tesis

El presente estudio se centra en la recopilación de información acerca de estudios numismáticos alrededor del mundo, así como de los realizados en el Perú. Se observa que los estudios numismáticos realizados a través de técnicas de análisis químico, en su mayoría, permiten estudiar las monedas sin generar daños visibles y obtener datos de su composición elemental superficial que se pueden relacionar con etapas económicas de la sociedad que acuñaba dichas monedas, la procedencia de estas, el tipo de acuñación, la diferenciación entre una moneda verdadera de una falsa, entre otros. Sin embargo, estos estudios presentan una dificultad al poder analizar el núcleo de la moneda de manera apropiada debido un fenómeno denominado enriquecimiento superficial que consiste en el incremento composicional de un metal en la superficie respecto a la composición real del núcleo de la moneda. En el caso del Perú, no se han realizado muchos estudios numismáticos apoyados por un estudio químico salvo unos estudios realizados sobre monedas coloniales, monedas de uno y dos céntimos (1950-1965), y monedas de Sol de plata de 9 décimos (1863-1917). Gracias a estos estudios se ha podido observar que hubo un envilecimiento en las monedas de uno y dos céntimos mientras que en el caso de las monedas de Sol de plata se realizó un análisis cuantitativo en el cual se observó que la composición superficial de estas estaba alrededor de 97-98 % en peso de plata que no va acorde a la norma monetaria de esa época, además de la presencia de elementos diferentes a la plata y cobre. La presencia de estos elementos, así como la diferencia de la composición de plata hallada respecto a la teórica da pie a una nueva investigación.