Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Mecánica / El proceso denominado compactación isostática en caliente (o por su nombre en inglés, Hot Isostatic pressing, HIP) es un proceso de manufactura que ha tomado gran relevancia en las últimas décadas para la consolidación de polvos, dado que la aplicación simultánea de temperatura y presión ocasiona que los mecanismos de densificación (obtenidos tradicionalmente por sinterización) se vean optimizados; en efecto, la presión aplicada mejora los mecanismos de difusión y activa los mecanismos de densificación por deformación de las partículas, lo que permite obtener densidades de hasta 100% de su densidad teórica. Por otro lado, el molibdeno (Mo) es un metal de transición cuyas propiedades y características como aleante hacen de este un material de gran importancia en los mercados mundiales, en la producción de aceros de construcción, aceros inoxidables y superaleaciones. El Mo en su estado puro es usado en la industria en aplicaciones donde se requieren altos puntos de fusión, alta resistencia mecánica a altas temperaturas, alta conductividad térmica y/o alta resistencia a la corrosión. Sin embargo, el molibdeno es un material complejo de procesar, por lo que su aplicación a gran escala en la industria solo puede ser concebida cuando el proceso producción es eficiente. Por lo anterior, el objetivo de este trabajo es plantear y desarrollar la base de aplicación del proceso de manufactura HIP en Mo, al desarrollar un modelamiento fenomenológico que permita obtener los mapas de compactación por HIP y contrastar, experimentalmente, los mapas y modelos empleados, al fabricar muestras a diferentes valores de presión, temperatura y tiempos de sostenimiento. Los resultados obtenidos permiten predecir la densidad relativa del Mo durante el HIP, en función de los parámetros de temperatura, presión y tiempo de sostenimiento, al igual que permiten determinar el mecanismo de densificación predominante.

Bajo el favorable escenario en que se encuentra la minería del país, se decide estudiar al molibdato de cobre, especialmente su proceso productivo, que aún no se ha implementado ni industrializado, con la idea de diseñar un proceso productivo eficiente, confiable y que sea capaz de entregar nuevos conocimientos en el área de desarrollo de la metalurgia del país. Como idea central de este trabajo está la elaboración del diseño conceptual de un proceso para la producción de molibdatos de cobre; para ello además se realizaran experiencias a nivel de laboratorio con el fin de determinar condiciones de síntesis óptimas de los molibdatos de cobre, estudiar la cinética de la cristalización de estos molibdatos y realizar una ingeniería de perfil enfocada en el proceso productivo, el mercado, el uso industrial del los molibdatos y una evaluación económica potencial del proceso. Con el fin de cumplir todos los objetivos propuestos se hizo un minucioso y profundo trabajo divido en tres principales etapas: una búsqueda bibliográfica que incorporó datos previos sobre el proceso estudiado; otra parte experimental, que entregó condiciones de síntesis del molibdato de cobre y algunos datos sobre la cinética de la reacción y una tercera etapa enfocada principalmente al desarrollo de la ingeniería de perfil del proceso productivo del molibdato de cobre. Se fijó como meta de producción la cantidad de 250 [ton/año] de molibdato de cobre, cifra que representa alrededor del 0.05% del total de productos químicos preparados en el mundo en base a molibdeno. El tipo de operación escogido es del tipo discontinuo o batch, realizando dos batches al día. La materia prima utilizada es sulfato de cobre, molibdato de sodio y agua. El proceso se puede dividir en tres etapas principales: preparación del licor madre, cristalización del producto y obtención el molibdato de cobre en forma de polvo seco. La temperatura de operación es de 25 ºC y a un pH entre 4 y 5. El tiempo necesario para la correcta formación de los cristales de molibdato de cobre es de 3 a 5 horas. En materia económica el principal y mayor costo lo representan los equipos y su instalación, y su monto estimado es de $96.000.000 de pesos. La energía requerida al año es de 7.000 [kW] para los equipos que consumen energía eléctrica y 2.340 [m3 gas] para el secador de lecho fluidizado. Con lo anterior se concluye que el proceso es perfectamente ejecutable y un valor sugerido del molibdato de cobre es 55 [US$/kg], con lo que se obtiene un 15% de ganancias, sin embargo se estima que este valor es aún algo elevado para el mercado.

Ingeniero Civil de Minas / El objetivo de este estudio fue separar compuestos de renio y molibdeno en una solución de ácido sulfúrico por medio de electrodiálisis. Se pretendió además determinar la eficacia en la separación de los compuestos, y optimizar los parámetros de operación. Para este proceso se utilizó una celda de 5 compartimientos, que se encontraban separados por membranas de intercambio iónico (aniónicas y catiónicas). El estudio se centró en 4 variables, cuyos valores fueron establecidos de manera de asemejarse a los valores que son utilizados en la industria, de la siguiente forma: Re: 1-3 [g/l] Mo: 0,4-1 [g/l] H2SO4: 1-2 [M] Tº: 25-50º C Los resultados indican que iones de renio migran desde la solución de trabajo hacia el concentrado aniónico, en forma de ReO4-, mientras que el molibdeno se traslada preferentemente hacia el concentrado catiónico, pero a una tasa de transferencia muy baja. Los mejores resultados fueron obtenidos al aumentar la concentración de renio a 3 [g/l] y al aumentar la temperatura de la solución a 50º C, mientras que al aumentar la concentración de ácido la tasa de transporte disminuye y al aumentar la concentración de molibdeno la tensión de celda aumenta sobre los 22 V. Para optimizar los parámetros se realizó una matriz experimental, en la cual se dejaron fijas, la concentración de renio y la temperatura de la solución (3 [g/l] y 50º C respectivamente), variando las concentraciones de molibdeno y ácido sulfúrico en los mismos rango establecidos anteriormente. Con estas consideraciones se logró concentrar, en el mejor de los casos, un 33,1 % del renio inicial en el compartimiento aniónico, con una tensión de celda promedio de 17 V, una tasa de transferencia de 0,415 [mol/m2h] y un CEE de 236,18 [kWh/kg]. Estos resultados fueron conseguidos con 0,4 [g/l] de molibdeno y 1 M de H2SO4. Además se observó un depósito en la membrana aniónica del compartimiento aniónico, formado por un compuesto de renio-molibdeno (3:7), lo que provocó un aumento en la tensión de celda y una disminución en el trasporte de especies desde la solución de trabajo hacia el concentrado aniónico, lo cual además aumenta el consumo de energía del sistema.

No autorizada por el autor para ser publicada a texto completo / El objetivo principal del presente trabajo de título es generar conocimiento que contribuya al desarrollo de nuevas tecnologías en la producción industrial de renio, enfocándose en la obtención del metal desde soluciones acuosas mediante la técnica de electro deposición. Es por ello que se plantearon dos metas a cumplir: 1) Estudiar la cinética de deposición de renio en soluciones acuosas bajo distintas condiciones de temperatura, agitación, concentración de renio y de ácido sulfúrico y 2) Analizar la morfología y composición química del depósito obtenido en el cátodo para cada experimento. La metodología empleada consistió en la realización de dos ciclos de experimentos, el primero corresponde a ocho experiencias en las que se analizó la influencia de las concentraciones iniciales de ácido sulfúrico (0,5-1,0 M) y de renio (1-3 g/l) y el efecto de la temperatura (25-50ºC) y de la agitación (200-500 rpm) del electrólito a una densidad de corriente fija de 200 A/m2. La segunda serie corresponde a cuatro experiencias finales, tomando los mejores resultados de las exploratorias y cambiando algunos parámetros de interés como la densidad de corriente de celda a 140 A/m2, la concentración de ácido sulfúrico (1,0-2,0 M) y la concentración de renio (1-2 g/l) en solución. Los principales resultados fueron: La morfología de los depósitos se caracterizó por ser homogénea y globular, con un espesor (diámetro del glóbulo) del orden de 1 µm y en algunos casos con bastantes grietas cuando el espesor de la capa es mayor. El nivel de recubrimiento en el cátodo varía entre 60 y 80%. En general se obtuvo un alto porcentaje de renio en el depósito (97,5-99,5%) con muy poco oxígeno (0,0-1,1%) y molibdeno (0,3-1,4%). En dos experiencias se obtuvo nula presencia de oxígeno indicando la existencia de renio metálico en el depósito. Baja eficiencia de corriente en la primera serie de experiencias con una media del 15% y una mayor eficiencia en la serie final con una media del 33%, destacando dos experimentos con valores cercanos al 40%. Los consumos específicos de energía medios fueron de en las experiencias iniciales y de en las experiencias finales, destacando un consumo mínimo de al disminuir la densidad de corriente y por ende reducir la intensidad de la reacción de evolución de hidrógeno. La tensión de celda fue muy poco variable y siempre permaneció en el rango 2,0-2,2 V. El aumento de temperatura a 50ºC disminuyó la tensión de celda respecto de 25ºC pero en cantidades muy bajas (30-50 mV). Puede concluirse que la técnica de electro deposición resultó exitosa tomando en cuenta la alta pureza de los depósitos y los moderados consumos específicos de energía, tornándose una alternativa de producción interesante, digna de seguir estudiando y desarrollando.

El objetivo principal de este estudio fue comprobar el efecto de tener cobre (Cu) en solución al momento de electro-depositar renio (Re), luego se cambiaron distintos parámetros de trabajo (como la temperatura, agitación y concentraciones de Cu y Re entre otros). Esto último con el fin entregar una dirección en la que mejoren los resultados obtenidos tales como las eficiencias de corriente, los consumos específicos de energía (CEE) y los contenidos metálicos. Como se vió en la bibliografía, el uso de esta técnica a escala industrial es inexistente, pero existe un número reducido de publicaciones de diferentes autores que estudian la electro-deposición de este metal a escala de laboratorio. Toda la experimentación realizada durante esta memoria se desarrolló en el laboratorio de electrometalurgia de la Universidad de Chile y el análisis químico y morfológico de las muestras obtenidas se realizó mediante análisis en un microscopio electrónico de barrido (SEM) y microsonda (EDS). Una primera parte de la experimentación entregó una dirección de mejora, en términos de la eficiencia de corriente de Re y el CEE, de los resultados de la electro-deposición disminuyendo la densidad de corriente, aunque este resultado podría verse acotado por el aumento de la deposición de óxidos. A pesar de este problema es importante notar que se obtuvieron depósitos con bajo contenido de oxígeno (con un porcentaje en peso de Re cercano al 97%). La segunda parte indicó que cuando existe Cu en solución, se co-depositan ambos metales. Para el Re, la proporción en peso máxima que se obtuvo fue de un 11% la que se consiguió con 0,5 g/l de Cu en solución y aumentando la temperatura del electrólito. Uno de los problemas de incrementar la temperatura fue el aumento de las impurezas encontradas durante el análisis químico. Este problema se pudo mejorar cambiando el cátodo de acero AISI 304 por uno de titanio. El mejor CEE se obtuvo usando un cátodo de titanio (Ti) y aumentando la temperatura, llegando a ser 5 kWh/kg y a su vez se logró una buena eficiencia de corriente tanto para Re (de 9,4 %) como para Cu (de 25,1 %). Esto último podría ser aún mejor, en función de los resultados obtenidos, aumentado la cantidad de Cu en solución. En todas las imágenes obtenidas, tanto de depósitos de Re como en los de Cu-Re, se observa que la deposición ocurre en forma globular. Pero los depósitos de Cu-Re resultaron ser de un espesor suficiente como para ocultar casi completamente el substrato, no así los depósitos de Re. Es importante notar que a pesar de que se trabajó con soluciones del tipo Re-Mo-Cu-H2SO4 (ácido sulfúrico) yRe-Mo-Cu-NH4OH (hidróxido de amonio), en esta memoria únicamente se incluyen los resultados para las experimentaciones del tipo Re-Mo-Cu-H2SO4- NH4OH, ya que sólo estas últimas presentaron resultados plausibles de ser analizados.

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Tesis para optar al grado de Doctor en Ciencias de la Ingeniería, mención Ingeniería Química y Biotecnología / Las fuentes de energía limpias y sostenibles deben ser consideradas una base importante para el futuro crecimiento y desarrollo económico de cualquier país. Actualmente, el suministro mundial de energía depende en gran medida de los combustibles fósiles. Esto conlleva a que tecnologías tales como las celdas foto-electroquímicas se vuelvan especialmente atractivas, ya que permiten usar energía solar para producir hidrógeno. El funcionamiento de las celdas foto-electroquímicas se basa en el uso de semiconductores como electrodos, que al ser irradiados generan pares hueco-electrón, los cuales pueden migrar en la superficie del semiconductor y reaccionar con las especies adsorbidas o recombinarse entre sí. El hueco electrónico generado por la migración de un electrón puede oxidar una molécula de agua para producir oxígeno en el ánodo, mientras que los electrones generados viajan hacia el cátodo para reducir los protones presentes en el agua formando hidrógeno El presente trabajo de tesis tuvo como objetivo general la sintesis (a través de los métodos de electrodeposición y de spin-coating) y caracterización del desempeño de foto-ánodos basados en óxidos de molibdeno para la producción de hidrógeno en una celda foto-electroquímica a partir de electrólisis de agua. Películas de óxido de molibdeno dopadas con niquel y sin dopar se electrodepositaron aplicando un potencial de -1,377 V vs Ag / AgCl (KCl 3 M) durante 3 horas en un vidrio de cuarzo cubierto con dióxido de estaño dopado con flúor - FTO - sumergido en soluciones acuosas de molibdato-citrato a pH 9. Por otra parte, se depositaron peliculas de MoOx, WO3 y MoOx dopado con W sobre vidrio de aluminoborosilicato recubierto con óxido de estaño dopado con flúor. Este proceso se realizó mediante spin-coating a 4000 rpm durante 40 segundos. La caracterización de los foto-ánodos fabricados a través de electrodeposición y spin-coating sugiere que presentan propiedades semiconductoras y catalíticas que los hacen atractivos para su uso en una celda foto-electroquímica para la hidrólisis del agua. Sin embargo, aunque los foto-electrodos sintetizados a través de las técnicas mencionadas tienen un intervalo de banda prohibida óptimo para aprovechar eficientemente la luz solar, la caracterización foto-electroquímica mostró que estos electrodos no exhiben una estabilidad en solución acuosa y que son susceptibles a la foto-corrosion, que son factores limitantes para el uso de semiconductores convencionales como foto-electrodos.

La tribología es la ciencia que se ocupa de la fricción, el desgaste, la lubricación y el diseño de las superficies que interactúan en un movimiento relativo. En las últimas décadas los materiales compuestos de matriz polimérica se han utilizado cada vez más para aplicaciones tribológicas de alta exigencia. Recientemente, se han desarrollado nuevos compuestos poliméricos con la incorporación de una gran variedad de reforzantes y lubricantes, tanto micro como nanométricos, a fin de garantizar el comportamiento tribológico adecuado para aplicaciones claves. La presente tesis doctoral aborda el estudio del comportamiento en fricción y desgaste de recubrimientos lubricantes compuestos de matriz epoxi con partículas de disulfuro de molibdeno (MoS2) y sulfuro de bismuto III (Bi2S3), en contacto deslizante, de baja velocidad y cargas variables, para aplicaciones de tiempos reducidos. El propósito es aportar información sobre la manera en que la acción de las partículas lubricantes afecta al desgaste y al coeficiente de fricción, de modo individual y/o en conjunto. Asimismo, también se evaluará la influencia de las características topográficas superficiales sobre la performance tribológica. Inicialmente, el presente estudio involucró la formulación de distintas composiciones con dos matrices epoxi diferentes. Asimismo, se evaluaron distintas formas de elaboración de los recubrimientos a fin de garantizar la manera más óptima de aplicación. La caracterización química y mecánica, tanto de los materiales utilizados como de los recubrimientos elaborados, se realizó por medio de diferentes técnicas de microscopía, espectroscopía y ensayos de dureza. Las propiedades tribológicas se evaluaron en ensayos de bloque sobre anillo, de cargas variables y baja velocidad, con el objetivo de determinar el desgaste y coeficiente de fricción. Los resultados de los ensayos tribológicos realizados sobre los recubrimientos muestran comportamientos diferentes para cada matriz de resina epoxi, pero la influencia principal sobre el comportamiento en desgaste y fricción está enfocada en el tipo y composición utilizada de partículas lubricantes. El desgaste para los recubrimientos con MoS2 se reduce un 40%, respecto de la resina epoxi sin lubricantes, mientras que cuando se encuentra combinado con Bi2S3 se registró una reducción de ~80%. El comportamiento en fricción de los recubrimientos con 10% de Bi2S3 mostraron coeficientes de fricción menores a 0,1 por períodos cortos de 3 segundos. La combinación de ambos lubricantes sólidos compite en fricción con aquellos que poseen únicamente MoS2 a igual composición en peso. Este comportamiento se repite en los recubrimientos indistintamente de la resina epoxi que se utilizó en la matriz con la que fueron elaborados. Por otra parte, se registró una reducción del desgaste de 60% en contacto deslizante sobre la adhesividad del recubrimiento con mayores rugosidades. Los mecanismos de desgaste se analizaron a partir de la evaluación de las superficies de desgaste, tanto en el recubrimiento del bloque como del anillo, por medio de técnicas de microscopia óptica convencional, confocal y electrónica. / Tribology is the science that studies friction, wear, lubrication and the design of surfaces that interact in relative motion. In recent decades, polymer matrix composite materials have been increasingly used for high-demand tribological applications. Recently, new composite polymers have been developed with the incorporation of a wide variety of filler reinforcers and lubricants, both micro and nanometric, to ensure proper tribological behavior for key applications. This doctoral thesis deals with the study of the frictional and wear behavior of composite epoxy matrix lubricant coatings, with particles of molybdenum disulfide (MoS2) and bismuth sulfide III (Bi2S3), in sliding contact, low speed and variable loads, for reduced time applications. The purpose is to provide information on the way in which the action of the lubricating particles affects the wear and the coefficient of friction, individually and together. Likewise, the study of the influence of surface topographic characteristics on tribological performance is also addressed. Initially, the present study involved the formulation of different compositions with two different epoxy matrices. Also, different forms of elaboration were evaluated in order to guarantee the most optimal application in the form of coatings. The chemical and mechanical characterization, both of the materials used and of the finished coatings, was carried out by means of different techniques of microscopy, spectroscopy and hardness tests. The tribological properties were evaluated in block-on-ring tests, of variable loads and low speed, in order to determine the wear and coefficient of friction. The results of the tribological tests carried out on the coatings show different behaviors for each epoxy matrix resin, but the main influence on wear and friction behavior is focused on the type and percentage of the lubricating particles fillers. The wear for the coatings with MoS2 is reduced by 40%, compared to the epoxy resin without lubricants, while when combined with Bi2S3 a reduction of 80% was registered. The friction behavior of the coatings with 10% Bi2S3 showed coefficients of friction less than 0.1 for short periods of 3 seconds. The combination of both solid lubricants competes in friction with those that only have MoS2 with equal weight composition. This behavior is repeated in coatings made with two different epoxy resins. On the other hand, regardless of the composition, a 60% increase in wear resistance in sliding contact was registered on the adhesiveness of the coating with higher roughness. The wear mechanisms were analyzed from the evaluation of the wear surfaces, both in the block and ring coating, by means of conventional, confocal and electronic optical microscopy techniques. / TEXTO PARCIAL en período de teletrabajo

Geólogo / En el presente trabajo se realizó una caracterización mineralógica del proceso de obtención de concentrados de Cu y Mo en la Compañía Minera Doña Inés de Collahuasi para determinar si el comportamiento real de las especies minerales encontradas en el yacimiento es el mismo que el comportamiento esperado. Se tomaron muestras en 8 puntos de tal forma de representar un flujo de material a lo largo de todo el proceso. Para conocer la mineralogía se realizaron análisis de XRD, XRD-XRF, Qemscan y extracción parcial, para la geoquímica se utilizaron datos de ICP-OES y absorción atómica. Las concentraciones obtenidas para los minerales mayores fueron similares para todas las técnicas, por este motivo, y la mayor resolución en las especies minerales menores, se utilizaron los resultados de Qemscan para los análisis posteriores. Es así como se determinó que las menas de Cu (calcopirita, bornita y calcosina/covelina) y Mo (molibdenita) tienen un comportamiento real que es igual al esperado, lo mismo se aplica para los principales minerales de ganga (cuarzo, pirita, muscovita, biotita, plagioclasas y feldespatos). Sin embargo, la pirofilita; perteneciente a la familia de los filosilicatos, tiene un comportamiento que se escapa del esperado, ya que luego de abandonar el proceso hacia el tranque de relaves su concentración aumenta notoriamente en el concentrado de Mo. La diferencia en el comportamiento de este mineral en comparación a los otros filosilicatos estaría determinada por la asociación de estos últimos a los sulfuros de Cu y poseer una estructura interna que presenta mayor cohesión entre las capas que los forman. Se encontró que la calcopirita controlaría el comportamiento del Zn, el Pb y el Sb, 3 penalties para el concentrado de Cu, al igual que el Bi el que estaría controlado por reemplazos en la estructura de la tenantita. La pirita por su parte controlaría parte del comportamiento del As, otro penalty para el concentrado de Cu. Con el factor de concentración, se calculó la concentración inicial máxima de cada penalty para que esté bajo el límite permitido en el concentrado final. Con esta información se pueden determinar bloques potencialmente problemáticos y prever su impacto antes de ser procesados.

Geólogo / El yacimiento El Teniente es uno de los yacimientos de tipo Pórfido Cuprífero más grandes del mundo. Sus reservas se estiman en las 95 Mtm de Cu y 2,5 Mtm de Mo. El Molibdeno es un subproducto de la explotación de cobre del yacimiento, del cual existe una baja información que permita realizar una planificación minera de su extracción de manera más eficiente. Recientemente en el año 2017 fue elaborado un modelo de recuperación de Mo en base a las Unidades Geometalúrgicas de Cobre del yacimiento El Teniente y los datos recuperación obtenidos de ensayos de flotación de 690 muestras del yacimiento. El modelo carece de información geológica relativa a la Molibdenita, el cual es el principal mineral de mena de Mo y que concentra aproximadamente el 98% del Molibdeno en el yacimiento. Es por este motivo que se realiza una caracterización geológica de la Molibdenita enfocada en conocer la distribución y ocurrencia de ésta en el yacimiento, basándose en el modelo de bloques de recuperación de Mo. A partir de los datos geometalúrgicos, geoquímicos y mineralógicos de 1254 muestras, se calcularon los coeficientes de correlación entre todos los parámetros disponibles, con el propósito de encontrar las variables que se encuentran asociadas a la recuperación de Mo. Además se incorporaron diversos factores geológicos en la base de datos para identificar el control que ejercen las características geológicas de la roca sobre el comportamiento del Molibdeno en el yacimiento. Los factores geológicos evaluados son la litología, la zona geotécnica de alteración primaria y supérgena, la alteración de la roca y las características mineralógicas de la Molibdenita. Junto con el manejo estadístico de los datos numéricos se realizó un mapeo geológico y estudio de vetillas de más de 100 tramos de sondaje, además se realizaron descripciones de cortes con vetillas que presentan Molibdenita, ensayos de flotación y análisis de mineralogía QEMSCAN. Este estudio se realizó en miras de caracterizar los estilos de mineralización y asociaciones minerales de la Molibdenita a escala macroscópica y microscópica clasificando los estilos y asociaciones de acuerdo a su litología y evento de alteración correspondiente. Se determinó que los 4 criterios geológicos estudiados controlan el comportamiento del Molibdeno en el yacimiento y este control puede ser caracterizado mediante las correlaciones entre la Ley de Mo y el Factor K (coeficiente entre el Molibdeno no sulfurado y el Molibdeno Total en la roca), con la recuperación de Mo. La litología presenta los modelos de distribución más representativos para el comportamiento del Mo. La zona geotécnica de alteración supérgena muestra los valores más bajos de Ley y recuperación de Mo en el yacimiento. Se determina que aproximadamente el 75% del Mo del yacimiento se encuentra en vetillas Tardimagmáticas y el 25% en vetillas Hidrotermales Tardías. La Molibdenita presenta características (tamaño de cristales, estilo de mineralización, etc) propias del evento de alteración donde ocurre la mineralización que influyen en la recuperación de Mo, donde la Molibdenita tardimagmática presenta una mejor recuperación que la Molibdenita hidrotermal. Finalmente se detallan una serie de criterios que establecen una base para el futuro desarrollo de Unidades Geometalúrgicas de Molibdeno en el yacimiento.