PIROMETALURGIA DEL COBRE

Se obtiene Cobre, a través de un concentrado llamado mata. El tratamiento de los sulfuros de Cobre por vía seca comprende cuatro fases:

• Concentración: El 90% de las Menas de Cobre sulfuradas, extraídas de las minas, se concentran por procedimiento de flotación. Agregando químicos como el isopropil, el cianuro sódico y la cal, se logra hacer flotar los sulfuros de Cobre y dejar en el fondo los fulsuros de Hierro, debido a la formación de la pirita.

• Tostión previa del mineral: Se realiza una separación parcial del Hierro, eliminando parte del Azufre. Esta fase se realiza en un horno reverbero y se logra gracias a que el Azufre tiene gran afinidad para el Cobre y separa el Hierro y a que el Oxígeno tiene gran afinidad para el Hierro separando el Cobre.

• Fusión: Se realiza para obtener una mata, que hace pasar la masa metálica a estado líquido. Se separa la escoria y el oxido ferrico. El resultado se funde en presencia de Sílice, SiO2, de esta forma la silice se combina con el oxido ferrico, creando silicato de hierro, y la ganga pasa a estado liquido. La mata contiene 35% de Cu, y metales preciosos.

• Conversión de la mata en Cobre bruto: La mata fundida se introduce en un convertidor, se cuela la escoria y se vuelve a soplar. El Cobre oxidado reacciona sobre el sulfuro. Los metales preciosos pasan al Cobre bruto, y luego este se cuela en placas.

• Afino: Se realiza un calentamientamiento de la mata a 1100ºC en horno de cuba, horno eléctrico o horno de reverbero, para los concentrados finos. El cobre afinado se refina electroliticamente para obtener cobre de alta pureza. El Cobre bruto que contiene 10% de impurezas y los metales preciosos, se emplea como ánodo soluble. El electrolítico es una solución acuosa con 15% de So4Cu, con un 5% de ácido sulfúrico.

HIDROMETALURGIA

A los minerales muy pobres se les extraen por disolución y precipitación. Implica una separación del mineral del resto, mediante un proceso químico acuoso. La solución se trata bien por electrolisis o se desplaza el Cobre por el Hierro. Sobre la masa de Hierro se cementa el Cobre que se desprende periódicamente por golpeteo. Así se obtiene el Cobre cáscara o Cobre de cementación que se somete al afino. Normalmente operan a temperaturas bajas (en el rango de 25ºC a 250ºC).[pic]

Obtención

Para la obtención del cobre se requiere del conjunto los procedimientos: pirometalurgia seguido de la hidrometalurgia. Previamente de conseguir la MENA.

Pasos:

Trituración y molienda (pirometalurgia)

Los minerales extraídos de la MENA son triturados y reducidos de tamaño, posteriormente son molidos para darle el tamaño indicado.

Concentración por flotación (hidrometalurgia)

Este es uno de los métodos más efectivos para la concentración del cobre, los minerales se adhieren a las burbujas sacándolas a la superficie posteriormente se retira para formar el concentrado

Tostación (pirometalurgia)

Llevando el concentrado de 500ºC a 700ºC consiste en la oxidación parcial de los sulfuros y eliminando parcialmente los sulfuros en forma de SO2

Fundición de matas (hidrometalurgia)

Esta es una fase liquida que contiene todo el cobre de la carga , sulfuros y una fase liquida de escoria .esta mata es oxidada para obtener cobre blister.

Conversión del cobre blister o cobre ampollado (hidrometalurgia)

En este proceso eliminaremos impurezas tales como hierro, azufre y demás. Dejando un cobre metálico liquido

Electrorefinación (hidrometalurgia)

Este paso trata de la disolución electroquímica del cobre de los ánodos impuros en un electrolito acido de sulfato de cobre.

Esto tiene como objetivo separar las impurezas valiosas y eliminar las que dañen el producto

Nota:

La hidrometalurgia implica una separación selectiva de un mineral o grupos de minerales del resto, mediante un proceso químico acuoso. El proceso hidrometalúrgico más importante es el colado, mediante el cual el mineral deseado se va disolviendo selectivamente, aunque comúnmente también son frecuentes los procesos de lixiviación y biolixiviación dentro de la metalurgia contemporánea.

8. COBRE

Cobre, de símbolo Cu, es uno de los metales de mayor uso, de apariencia metálica y color pardo rojizo. El cobre es uno de los elementos de transición de la tabla periódica, y su número atómico es 29. Su punto de fusión es de 1.083 °C, mientras que su punto de ebullición es de unos 2.567 °C, y tiene una densidad de 8,9 g/cm3. Su masa atómica es 63,546.

Obtención del cobre

El cobre ocupa el lugar 25 en abundancia entre los elementos de la corteza terrestre. Frecuentemente se encuentra agregado con otros metales como el oro, plata, bismuto y plomo, apareciendo en pequeñas partículas en rocas, aunque se han hallado masas compactas de hasta 420 toneladas. El cobre se encuentra por todo el mundo en la lava basáltica, localizándose el mayor depósito conocido en la cordillera de los Andes en Chile, bajo la forma de pórfido. Este país posee aproximadamente el 25% de las reservas mundiales conocidas de cobre y a comienzos de 1980 se convirtió en el primer país productor de este metal. Los principales yacimientos se localizan en Chuquicamata, Andina, El Salvador y El Teniente.

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Los yacimientos de cobre contienen generalmente concentraciones muy bajas del metal. Ésta es la causa de que muchas de las distintas fases de producción tengan por objeto la eliminación de impurezas. La mena de cobre se tritura y muele antes de ser introducida en una cámara de flotación, en la que el cobre se concentra en la superficie, mientras los fragmentos sobrantes se hunden. Después, el concentrado, que se denomina carga, se introduce en un horno de reverbero que separa más impurezas. Durante el proceso de fundición, se extraen los gases de desecho, y el material forma en el fondo del horno un charco de hierro y cobre fundidos, llamado mata. La capa anaranjada de metal impuro en la

superficie de la mata es escoria, que se drena y extrae mientras la mata de cobre sigue su proceso en un convertidor. El cobre fundido del convertidor es moldeado, y debe ser refinado una vez más por electrólisis antes de utilizarse para la fabricación de productos como cables eléctricos y herramientas.

El cobre se obtiene fundamentalmente de un mineral llamado CALCOPIRITA el que contiene grandes cantidades de cobre, azufre y fierro.

1. La calcopirita es mezclada con cal y materiales silicos, los que son pulverizados por medio de molinos de quijadas y transferidos a una tinas estratificadoras.

2. 3. En las tinas estratificadoras el mineral es extraído al flotar con la espuma

producto de la agitación. La espuma se forma al mezclar agua con aceite y agitarlos enérgicamente.

4. El mineral extraído se pasa por un horno de tostado para eliminar el azufre. Los polvos de los gases producto del horno de tostado son capturados y procesados para obtener plata, antimonio y sulfuros.

5. Los concentrados del horno de tostado son derretidos en un horno de reverbero, en este horno se elimina el hierro en forma de escoria.

6. El material derretido del horno de reverbero, que se conoce como ganga, es introducido a un horno parecido al convertidos Bessemer, del cual sus gases son utilizados para obtener ácido sulfúrico y el producto de su vaciado es cobre conocido como cobre Blister, el que tiene 98% de pureza y que puede ser refinado todavía más por métodos electrolíticos.

Aplicaciones del cobre en el área automotriz

El cobre tiene una gran variedad de aplicaciones a causa de sus ventajosas propiedades, como son su elevada conductividad del calor y electricidad, la resistencia a la corrosión, así como su maleabilidad y ductilidad, además de su belleza. Debido a su extraordinaria conductividad, sólo superada por la plata, el uso más extendido del cobre se da en la industria eléctrica. Su ductilidad permite transformarlo en cables de cualquier diámetro, a partir de 0,025 mm. La resistencia a la tracción del alambre de cobre estirado es de unos 4.200 kg/cm2. Puede usarse tanto en cables y líneas de alta tensión exteriores como en el cableado eléctrico en interiores, cables de lámparas y maquinaria eléctrica en general: generadores, motores, reguladores, equipos de señalización, aparatos electromagnéticos y sistemas de comunicaciones.

A lo largo de la historia, el cobre se ha utilizado para acuñar monedas y confeccionar útiles de cocina, tinajas y objetos ornamentales. En un tiempo era frecuente reforzar con cobre la quilla de los barcos de madera para proteger el casco ante posibles colisiones. El cobre se puede galvanizar fácilmente como tal o como base para otros metales. Con este fin se emplean grandes cantidades en la producción de electrotipos (reproducción de caracteres de impresión).

La metalurgia del cobre varía según la composición de la mena. El cobre en bruto se tritura, se lava y se prepara en barras. Los óxidos y carbonatos se reducen con carbono. Las menas más importantes, las formadas por sulfuros, no contienen más de un 12% de cobre, llegando en ocasiones tan sólo al 1%, y han de triturarse y concentrarse por flotación. Los concentrados se funden en un horno de reverbero que produce cobre metálico en bruto con una pureza aproximada del 98%. Este cobre en bruto se purifica por electrólisis, obteniéndose barras con una pureza que supera el 99,9 por ciento.

El cobre puro es blando, pero puede endurecerse posteriormente. Las aleaciones de cobre, mucho más duras que el metal puro, presentan una mayor resistencia y por ello no pueden utilizarse en aplicaciones eléctricas. No obstante, su resistencia a la corrosión es casi tan buena como la del cobre puro y son de fácil manejo. Las dos aleaciones más importantes son el latón, una aleación con cinc, y el bronce, una aleación con estaño. A menudo, tanto el cinc como el estaño se funden en una misma aleación, haciendo difícil una diferenciación precisa entre el latón y el bronce. Ambos se emplean en grandes cantidades. También se usa el cobre en aleaciones con oro, plata y níquel, y es un componente importante en aleaciones como el monel, el bronce de cañón y la plata alemana o alpaca.

El cobre ha sido desde siempre el metal elegido para radiadores de coches y camiones,aunque el aluminio ha asumido una significativa cuota de mercado en el equipamiento original de radiadores en los últimos 20 años. En los años 70 la industria del automóvil comenzó un cambio del cobre/latón al aluminio para los radiadores de coches y camiones porque era más ligero y la percepción de un mercado estable le dio a este metal una ventaja comparativa. Hoy en día elcobre está presente en el 39 % del total de radiadores en el mercado.

El cobre en Estado Natural. Se encuentra nativo principalmente

en EE. UU., Bolivia, Chile y Japón. Combinado se halla el Azurita

(CO3Cu.Cu(OH)2), también la Cuprita (Cu2O) y la Clacopirita

(S2FeCu) que es el principal mineral utilizado en la obtención del

cobre. En la Rep. Dom. hay yacimiento de Calcopirita y Cuprita en

la cordillera central y se cree que el cobre será el próximo mineral

Dominicano a explotarce en pequeña y mediana escala.

Obtención. El método seguido en la industria para extracción del cobre son dos:

vía seca y vía húmeda. El más importante es por la vía seca, que se basa en

proceso de tostación y fusión del mineral.

Propiedades.

Es un material de color rojizo. Es blando, maleable y tenaz. No se oxida al

contacto del aire seco, pero al aire húmedo en presencia de anhídrido carbónico le

hace cubrirse con una capa de sulfato de color verde azulado, la cual le protege

de la oxidación. Es un excelente conductor de la electricidad. Adquiere un olor

desagradable cuando se le frota.

Aplicaciones.

Tiene muy poca aplicación en la construcción debido a su costo. Su mayor uso es

en la mecánica debido a sus propiedades químicas, eléctricas y térmicas. Se

emplea en electricidad en la obtención de bobinados pararrayos y cables. Las

principales formas comerciales son en tubos y alambres de diferentes diámetros y

espesores.

Aleaciones de Cobre.

Las dos principales aleaciones que forma el cobre son:

Bronce: Es una aleación de cobre y estaño donde el cobre se encuentra en una

proporción de 75 a 80%. Tiene color amarillo y resistente a los agentes

atmosféricos y a los esfuerzos mecánicos. Se utiliza en la fabricación de armas,

medallas, campanas y estatuas. En la construcción se emplea en grifos, tubos y

uniones.

Latón: Es una aleación de cobre y cinc. El cinc debe de estar en proporción menor

de 45%, porque en proporción mayor el latón disminuye sus propiedades

mecánicas. Tiene color amarillo y es resistente a la oxidación. No es atacada por

el agua salada, razón por la cual se usa en la marina. Se emplea en

ornamentación en la fabricación de tubos, en soldadura y en fabricación de

alambres.

Métodos generales de extracción

Si el contenido de Cobre es superior al 3%, la extracción se hace por vía seca

(piró metalurgia), y si está comprendido entre 0,3%, y 3%, se realiza por vía

húmeda (hidrometalurgica).

Extracción por vía seca o piro metalurgia: se obtiene un Cobre bruto, a través de

un concentrado denominado mata. El tratamiento de los sulfuros de Cobre por vía

seca comprende cuatro fases:

Concentración: el 90% de las Menas de Cobre sulfuradas, extraídas de las minas,

se concentran por procedimiento de flotación. Mediante la adición de productos

químicos como el isopropil, el cianuro sódico y la cal, que hacen flotar los sulfuros

de Cobre y deja los fulsuros de Hierro en el fondo, debido a que la cal y el cianuro

sódico forman la pirita.

Tostión previa del mineral: separación parcial del Hierro, se elimina parte del

Azufre. Se hace en horno reverbero y se basa en los dos hechos siguientes:

El Azufre tiene mayor afinidad para el Cobre que separa el Hierro.

El Oxígeno tiene mayor afinidad para el Hierro que separa el Cobre.

Fusión: para obtener una mata, que hace pasar toda la masa metálica a estado

líquido, produciendo reacciones químicas. De esta manera se separa la escoria

procedente de la ganga y el Óxido férrico formado por la tostación.

Para obtención de una mata con 35% de Cu: El producto de la tostión precedente

se funde en presencia de Sílice, SiO2:

La Sílice se combina con el Óxido de Hierro para dar silicato de Hierro.

La ganga pasa al estado líquido.

La mata es un mineral de Cobre enriquecido, con 35% de Cu, y contiene también

los metales preciosos.

Conversión de la mata en Cobre bruto. Conversión de la mata en Cobre bruto. La

operación tiene dos fases:

Fase I: La mata fundida se introduce en un convertidor que no se envía el viento a

través de la masa fundida y se oxida inmediatamente el Hierro, transformándose el

Óxido ferroso en silicato por adición de Sílice.

Fase II: Se cuela la escoria y se vuelve a soplar. La temperatura se mantiene. El

Cobre oxidado reacciona sobre el sulfuro. Los metales preciosos pasan al Cobre

bruto o Cobre negro. El Cobre bruto se cuela en placas.

Afino: Se realiza en horno de cuba, en horno eléctrico o en horno de reverbero,

para los concentrados finos, calentando a una temperatura de 1100º C con el fin

de obtener matas. El horno de cubas se utiliza preferiblemente para obtener Cobre

negro, que es a partir de la fusión de chatarra. El afino del Cobre bruto en el

principio del ánodo soluble.

El Cobre bruto que contiene 10% de impurezas (compuestas de Fe, Zn, Bi, As, Sb,

entre otros) y los metales preciosos, se emplea como ánodo soluble. El

electrolítico es una solución acuosa con 15% de So4Cu, con un 5% de ácido

sulfúrico.

Extracción por vía húmeda. Este procedimiento, por disolución y precipita-ción, se

aplica a los minerales muy pobres. La solución se trata bien por electrolisis o bien

se desplaza el Cobre por el Hierro. Sobre la masa de Hierro se cementa el Cobre

que se desprende periódicamente por golpeteo. Así se obtiene el Cobre cáscara o

Cobre de cementación que se somete al afino.