El cobre

El cobre:

1- Metalurgia:

 es un sector específico de la metalurgia, que se refiere a la técnica relacionada con el tratamiento de los minerales con alto contenido de cobre, con el fin de obtener dicho metal o alguna de sus aleaciones. El cobre está presente en la corteza terrestre en forma de minerales sulfurados y óxidos, teniendo dos vías de tratamiento: el tratamiento pirometalúrgico para los sulfuros y el tratamiento hidrometalúrgico para los óxidos. El mineral se obtiene del yacimiento mediante el uso de explosivos y maquinaria pesada, y se transporta para su posterior tratamiento. Debido a que los minerales se encuentran asociados a la ganga, se hace necesaria la reducción del tamaño, de manera que se liberen los granos de mineral desde la matriz.

La reducción de tamaño es la etapa de mayor consumo energético, por lo que debe ser óptima para asegurar una buena liberación de las partículas y evitar la sobre molienda, que provocaría un exceso de consumo, además de generar partículas demasiado finas, que resultan perjudiciales en la etapa global de concentración.

https://youtu.be/7oyP205MKnA

2- Extracción: 

La extracción del cobre se produce en su mayor parte de minas abiertas en los diferentes continentes, donde se extrae un mineral muy pobre en contenido (0,4-1,0% cobre). Esto hace que los procesos de refinamiento posterior estén dedicados mayormente a la concentración y eliminación de impurezas.

La producción actual del cobre sigue dos procesos diferentes. El primero, el proceso pirometalúrgico, copa un 80% de la producción mundial. La otra vía a seguir, el proceso hidrometalúrgico, ocupa el 20% restante.

Proceso pirometalúrgico

En el proceso pirometalúrgico se acostumbran a procesar sulfuros minerales previamente concentrados, por flotación o biolixiviación, y consta de cuatro etapas claramente diferenciadas:

1. Fusión del concentrado a mata de cobre
2. Conversión de la mata en cobre impuro(blíster)
3. Refinado reductor del cobre blíster. Obtención de cobre anódico.
4. Refinado electrolítico del cobre anódico. Obtención del cobre catódico (99,99% cobre)

Fusión a mata - El concentrado del mineral de cobre, en su mayor parte calcopirita (CuFeS2), se inyecta finamente dividido junto con oxigeno gas en un horno tipo flash. La calcopirita se usa como combustible y pierde parte del azufre que contiene. Finalmente se introduce en un horno de cuarzo triturado para formar una escoria fusible. Se llegan a temperaturas de unos 1250ºC, donde se puede separar la mata líquida, insoluble en la escoria también liquida, y se separan. Esta mata líquida contiene un 50-60% de cobre.

Conversión de la mata – La mata líquida es transferida a un convertidor y se inyecta oxigeno junto con la carga liquida. Se llegan a 1200-1250ºC para formar convertir la mata en Cu2S (metal blanco).

Refinado reductor – El cobre blíster de la etapa anterior queda fuertemente oxidado con contenidos de oxigeno de 0,5-0,8%. Este oxigeno se eliminará mediante la transferencia con gas propano a otro convertidor. El propano se quema junto al oxigeno y se obtiene un cobre del 99% de pureza con un contenido en oxigeno inferior al 0,1%, apto para ser vertido en molde.

Refinado electrolítico – El refinado electrolítico del cobre se realiza para obtener los niveles de pureza del 99,99% exigido para muchas de sus aplicaciones, así como la recuperación de pequeñas cantidades de metales preciosos contenidos como impurezas en el cobre.

En el refinado electrolítico , el cobre del 99% ha sido moldeado como ánodos y se coloca de forma alternativa junto a cátodos de acero inoxidable. Se produce la electrolización a bajos potenciales (0,25 V), con lo cual el consumo energético en esta parte del proceso es relativamente bajo.

Proceso hidrometalúrgico

Este proceso consta de tres etapas:

1. Lixiviación
2. Purificación / Concentración
3. Electrólisis

Lixiviación – La lixiviación de minerales oxidados y minerales pobres en contenido se realiza mediante el heap leaching. Este método consiste en el apilamiento de grandes cantidades de minerales se riegan con soluciones ácidas diluidas. Estas pilas se realizan encima de superficies previamente impermeabilizadas y preparadas para recoger todo el líquido procedente de la lixiviación, que contienen óxidos de cobre así como sulfuros. Este proceso se alarga durante meses o incluso años hasta que se agota el cobre de la pila de material.

Purificación/concentración – La soluciones obtenidas en la etapa anterior no contienen suficiente cobre, por lo que se extrae este cobre con disolventes orgánicos para separarlo de otras impurezas. A posteriori se extrae una solución concentrada de cobre de estos disolventes.

Electrólisis – La solución resultante de electroliza en grandes plantas con cátodos de acero inoxidable y ánodos inertes de Plomo-Antimonio. Finalizada la electrólisis se extrae cobre sólido del 99,99% de pureza. Esta última electrólisis tiene elevado coste energético.

3- Propiedades:
https://youtu.be/vuEEq2Xd3w4

Los metales de transición, también llamados elementos de transición es el grupo al que pertenece el cobre. En este grupo de elementos químicos al que pertenece el cobre, se encuentran aquellos situados en la parte central de la tabla periódica, concretamente en el bloque d. Entre las características que tiene el cobre, así como las del resto de metales de tansición se encuentra la de incluir en su configuración electrónica el orbital d, parcialmente lleno de electrones. Propiedades de este tipo de metales, entre los que se encuentra el cobre son su elevada dureza, el tener puntos de ebullición y fusión elevados y ser buenos conductores de la electricidad y el calor.

El estado del cobre en su forma natural es sólido (diamagnético). El cobre es un elmento químico de aspecto metálico, rojizo y pertenece al grupo de los metales de transición. El número atómico del cobre es 29. El símbolo químico del cobre es Cu. El punto de fusión del cobre es de 1357,77 grados Kelvin o de 1085,62 grados celsius o grados centígrados. El punto de ebullición del cobre es de 3200 grados Kelvin o de 2927,85 grados celsius o grados centígrados.

4- Aplicacioness:

El cobre es el tercer metal más consumido en el mundo actual, luego del hierro y el aluminio, ya que sus aplicaciones en la industria eléctrica, electrónica y siderúrgica son muy numerosos. Algunos de los más comunes son:

• Eléctrica, electrónica y telecomunicaciones. El cobre se emplea como conductor eléctrico en la fabricación de cables eléctricos y coaxiales, así como en el interior de generadores, motores y transformadores eléctricos. Asimismo, los circuitos integrados y numerosos componentes de los sistemas informáticos contemporáneos requieren cobre para su fabricación.
• Transporte. Numerosos vehículos automotores requieren de cobre para sus partes y repuestos, tales como radiadores, frenos y cojinetes, además del necesario cableado para los componentes eléctricos. Igualmente se emplea en aleaciones para elaborar partes del casco de los barcos.
• Fabricación de monedas. La mayoría de las monedas del mundo están compuestas por cobre en diversas aleaciones con níquel, estaño y otros metales, como el aluminio o el bronce.
• Construcción y ornato. Debido a su resistencia a la corrosión, el cobre y el latón se emplean en vez del plomo tradicional en la mayoría de las tuberías de agua, en tanto conjuntos residenciales como industriales o comerciales. Esto se debe a que el plomo es nocivo para la salud y el cobre es un material arquitectónico común. También se usa para los pomos de las puertas, para las estatuas de las plazas, las campanas de las iglesias y para un amplio segmento del sector construcción.
• Aleaciones y subproductos. El cobre también sirve de insumo en la obtención de otros metales más específicos, como el latón (Cu + Zn), el bronce (Cu + Sn), la alpaca (Cu + Ni + Zn), o en la producción del alambrón, de pilas eléctricas, etc.