EXTRACCIÓN DE MINERALES PARA LA ELABORACIÓN DE SEMICONDUCTORES UTILIZADOS EN CIRCUITOS ELECTRÓNICOS

 Normalmente los semiconductores están hechos de materiales como el silicio (Si) y de germanio (Ge), elementos abundantemente presentes en la naturaleza. También se pueden fabricar semiconductores a partir de azufre (S), boro (B) o cadmio (Cd).

 El silicio es un material semiconductor, lo que significa que sus propiedades pueden alterarse fácilmente al entrar en contacto con átomos de otros elementos. Por lo general, el silicio es utilizado frecuentemente para fabricar los circuitos de los aparatos electrónicos que tan frecuentemente vemos en nuestro día a día. 
Ahora bien, es importante considerar que el silicio que se utiliza para elaborar circuitos electrónicos y paneles solares es un elemento extremadamente puro.

El silicio semiconductor sirve como material para el microchip, también conocido como circuito integrado o circuito integrado monolítico, un componente utilizado en casi todos los dispositivos electrónicos modernos. 

Una gran cantidad de pequeños MOSFET se utilizan en la creación de microchips. Se componen de un conjunto de circuitos electrónicos en una pequeña pieza plana de silicio, con muchos transistores que pueden encender o apagar una corriente. 
 Y aquí encontramos su relevancia para la industria informática: el silicio es un buen semiconductor, por lo que permite el paso de la electricidad pero, a diferencia de los metales, se puede controlar fácilmente el flujo. 

El cuarzo o grava (SiO2) se mezcla con una fuente de carbono y se sobrecalienta en un horno de arco sumergido. A medida que la mezcla se calienta, el carbono reacciona con el oxígeno del cuarzo y forma gas CO, reduciendo así el cuarzo a 99% de silicio en forma fundida. A continuación, se drena o se golpea el silicio líquido desde el fondo del horno. Aunque el proceso de calentamiento/reducción es continuo mientras el horno está en funcionamiento, se añaden materias primas al horno y se extrae silicio del horno en lotes.

El magnesio y la arena se calientan juntos y el silicio se produce mediante una reacción exotérmica.  El producto se coloca en ácido para eliminar el óxido de magnesio y el magnesio que no ha reaccionado. 

El germanio se utiliza en la fabricación de semiconductores y materiales ópticos en forma de lentes y ventanas, debido a que es transparente a la radiación infrarroja.

 Históricamente, la primera década de la electrónica de semiconductores se basó completamente en germanio.

Este elemento forma una gran cantidad de compuestos de organogermanio, como el  tetraetilgermanio útiles en química organometálica. El germanio se considera un elemento crítico para la tecnología.​

El contenido promedio de germanio de la Tierra es de aproximadamente 14 partes por millón  (ppm), pero la mayor parte del germanio reside dentro del núcleo de la Tierra (37 ppm), mientras que la corteza teSe obtiene de yacimientos de plata, zinc y cobre. Los únicos minerales rentables para la extracción del germanio son la germanita (69% de Ge) y garnierita (7-8% de Ge); además está presente en el carbon, la argidorita y otros minerales.rrestre contiene sólo alrededor de 1,5 ppm. El germanio no se encuentra como metal nativo en la naturaleza, pero se sabe que existen alrededor de 30 minerales de germanio diferentes.

El químico Clemens Winkler descubrió el germanio el 6 de febrero de 1886.

 

El mineral, llamado argyrodite, fue encontrada por los químicos que contienen plata y azufre.Se obtiene de yacimientos de plata, zinc y cobre. Los únicos minerales rentables para la extracción del germanio son la germanita (69% de Ge) y garnierita (7-8% de Ge); además está presente en el carbón, la argirodita y otros minerales. La mayor cantidad, en forma de óxido (GeO₂), se obtiene como subproducto de la obtención del zinc o de procesos de combustión de carbón (en Rusia y China se encuentra el proceso en desarrollo).

La purificación del germanio pasa por su tetracloruro que puede ser destilado y luego es reducido al elemento con hidrogeno o con magnesio elemental.

Es muy usado en sensores infrarrojos, cables de fibra óptica y células solares por su capacidad de respuesta a este tipo de radiación. 

Reacciona de manera peculiar con el silicio y estaño permitiendo la variación en sus comportamientos cuando se adhiere en aleaciones a los mismos. Como es el caso del Germanato de Silicio (SiGe) muy usado en circuitos integrados de alta velocidad.

Las aplicaciones del germanio están divididas en cinco grupos fundamentales con un porcentaje aproximado de su consumo:

1. Óptica IR – 30%
2. Fibra óptica – 20%
3. Tereftalato de polietileno (PET) – 20%
4. Electrónico y solar – 15%
5. Fósforos, metalurgia y orgánicos – 5%

Se obtiene azufre a partir de la separación del gas natural que contiene sulfuro de hidrógeno (H₂S), a través del proceso de oxidación. Se extrae, además, a partir del petróleo, de la fundición de rocas que lo contienen, y de la recolección manual en depósitos de azufre puro combinado con cenizas volcánicas.

El azufre es un elemento químico de número atómico 16, lo que significa que cada átomo de hierro cuenta con 16 protones en su núcleo atómico.

 

El azufre puede encontrarse en yacimientos subterráneos, aguas termales y volcanes.

El azufre libre se encuentra en depósitos volcánicos, aguas termales, y también en yacimientos subterráneos, principalmente en USA (Texas, Lousiana), Rusia, Japón, Canadá, Francia, México, Polonia y Sicilia.

un método para extraer el elemento de las profundidades de la tierra, fundiendo el azufre contenido en yacimientos subterráneos (es un sistema similar al de las exploraciones petrolíferas).

También se obtiene azufre a partir de la separación del gas natural que contiene sulfuro de hidrogeno (H2S), a través del proceso de oxidación. Se extrae, además, a partir del petroleo, de la fundición de rocas que lo contienen, y de la recolección manual en depósitos de azufre puro combinado con cenizas volcánicas.

El azufre es una de esas sustancias. 

el azufre es una de estas sustancias. el azufre en suspensión utiliza la humedad del aire y tiene un efecto corrosivo en el cobre y la plata que se suelen encontrar en las pistas con ductoras de las pistas conductoras de la placas de circuitos de monitores LCD y y en pantallas táctiles resistivas. Todos estos componentes forman parte de la lectura de un monitor LCD industrial.

Un monitor industrial o una pantalla táctil industrial típicos  no están diseñados para resistir el daño que puede provocar el azufre en el entorno.

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El boro se extrae por medio de un proceso comprende, básicamente, una primera etapa de acidulación de la salmuera a un pH entre 0,1 a 6,0, medio en una dilución de 1 parte de salmuera a 10 de agua, empleando un ácido cualquiera tal como ácido sulfúrico o clorhídrico u otro. Una segunda etapa, de extracción, para lo cual se contacta la salmuera acidulada en una o más etapas de extracción por solvente, empleando como extractarte, a lo menos un diol con 6 a 20 carbones en su estructura, sólo o en combinación con un alcohol alifático superior y, opcionalmente, con un modificador de fases, estando este extractante o combinación de ellos disueltos en un solvente orgánico de tipo aromático en una razón extractante orgánico a solvente entre 1/10 a 1/1 y en una razón orgánico/acuoso comprendida entre 1/10 a 10/1, estando los tiempos de contacto comprendidos entre 1 a 60minutos, a temperatura comprendidas entre 0 y 80°C; obteniéndose una salmuera sustancialmente libre de boro y un orgánico cargado con boro. Una tercera etapade re-extracción o stripping, contactando el orgánico -cargado con boro- con una solución alcalina a un pH entre 7 a 14, empleando una razón orgánico/acuoso entre 1/10 a 10/1 y con un tiempo de contacto en cada etapa de re-extracción entre 1 a 60 minutos, a temperatura entre 0 y 80°C. Alternativamente, el proceso puede incluir etapas de lavado con una solución acuosa ácida para remover otras impurezas del orgánico, tales como geles, precipitados o crate.

El boro se utiliza como agente dopante en la fabricación de semiconductores y como moderador de neutrones en reactores de agua ligera.

El boro (como borato) se puede eliminar de las salmueras de cualquier concentración siempre que el pH sea superior a 3. Los caudales deben mantenerse bajos.