El Cobre

Ing José Manuel Ramírez QIng. José Manuel Ramírez Q.Docente

Cobre

El Cobre de símbolo Cu era conocido en la prehistoria y fueEl Cobre, de símbolo Cu, era conocido en la prehistoria y fueprobablemente el primer metal utilizado para fabricar útiles yobjetos decorativos. Su número atómico es 29 y se encuentra enel gr po 11 de la tabla periódicael grupo 11 de la tabla periódica.

El Cobre ocupa el lugar 25 en abundancia en la corteza terrestre.El Cobre ocupa el lugar 25 en abundancia en la corteza terrestre.Se encuentra libre cerca del Lago Superior en Michigan, dondehay Menas en cantidades económicamente importantes y, enmenor proporción en otras partes del mundo También semenor proporción, en otras partes del mundo. También seencuentra mezclado con otros metales como Oro, Plata, Bismutoy Plomo, y como Sulfuros, Sulfatos, carbonatos y Óxidosmineralesminerales.

Procedencia

Los principales minerales son la calcopirita (me cla de s lf ros deLos principales minerales son la calcopirita (mezcla de sulfuros deCobre y Hierro), la azurita (carbonato básico de Cobre) que seencuentra en Francia y Australia, la malaquita, también un carbonatoábásico de Cobre, en los Urales y la cuprita, un Oxido, que se

encuentra en Cuba. La producción mundial estimada es de 8,8millones de toneladas anuales.

Métodos de extracción

Después de los tratamientos preliminares se aplica principalmente laconcentración por flotación a los minerales sulfurados.

• Si el contenido de Cobre es superior al 3%, la extracción seíhace por vía seca (piro metalurgia)

Si tá did t 0 3% 3% li í• Si está comprendido entre 0,3%, y 3%, se realiza por víahúmeda (hidrometalurgia).

Vía seca o piro metalurgia

En la extracción por vía seca o piro metalurgia se obtiene un Cobre bruto y d t fcomprende cuatro fases:

Molienda del mineral

Vía seca o piro metalurgia

1. Concentración: el 90% de las Menas de Cobre sulfuradas, se concentran por procedimiento de flotación, mediante la adición de productos químicos como el isopropil, el cianuro sódico y la cal.como el isopropil, el cianuro sódico y la cal.

2. Tostión del mineral: se hace en horno reverbero y se basa en los dos hechos siguientes:

a) el azufre tiene mayor afinidad para el Cobre que separa el hierro.hierro.

b) el oxígeno tiene mayor afinidad para el hierro que separa el Cobre.

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.g g p q

Vía seca o piro metalurgia

3. Fusión: se hace pasar toda la masa metálica a fase líquida, produciendoreacciones químicas. De esta manera se separa la escoria procedente de laganga y el óxido férrico formado por la tostación.ganga y el óxido férrico formado por la tostación.

La operación de conversión de la mata en cobre bruto tiene dos fases:

Fase I: La mata fundida se introduce en un convertidor y se oxidainmediatamente el hierro transformándose el óxido ferroso eninmediatamente el hierro, transformándose el óxido ferroso ensilicato por adición de Sílice.Fase II: Se cuela la escoria. La temperatura se mantiene, el Cobreoxidado reacciona sobre el sulfuro. El Cobre bruto se cuela enplacas.

Vía seca o piro metalurgia

4 Afino: Se realiza en horno de cuba en horno eléctrico o en horno de4. Afino: Se realiza en horno de cuba, en horno eléctrico o en horno dereverbero, para los concentrados finos, calentando a una temperatura de1100º C con el fin de obtener matas.

Vía húmeda o Hidrometalurgia

Se realiza por disolución y precipitación, se aplica a minerales muypobres. La solución se trata por electrolisis o se desplaza el cobre por elhierro. Sobre la masa de hierro se cementa el Cobre que se desprendehierro. Sobre la masa de hierro se cementa el Cobre que se desprendeperiódicamente por golpeteo. Así se obtiene el Cobre cáscara o Cobre decementación que se somete al afino.

Propiedades del Cobre

Es un metal de color rojizo característico que cristaliza en el sistemacúbico centrado en las caras. A causa de muchas propiedades deseablescomo su conductividad eléctrica y calorífica, su resistencia a la corrosión,como su conductividad eléctrica y calorífica, su resistencia a la corrosión,su maleabilidad y ductilidad y su belleza, el Cobre se usa en una ampliavariedad de aplicaciones. Tiene poca actividad química y únicamente seoxida en el aire húmedo muy lentamente recubriéndose de una capa deoxida en el aire húmedo muy lentamente, recubriéndose de una capa decarbonato básico que lo protege de la corrosión posterior.

El Cobre forma dos series de compuestos químicos: cuprosos, en los que elCobre tiene valencia +1, y cúpricos, en los que tiene valencia +2. Loscompuestos cuprosos se oxidan fácilmente a cúpricos, en muchos casos porcompuestos cuprosos se oxidan fácilmente a cúpricos, en muchos casos porsolo exposición al aire y son de poca importancia industrial; los compuestoscúpricos son estables.

Propiedades del Cobre

Su oxidación se favorece en medio ácido por lo que no es recomendable suuso en utensilios de cocina, ya que las sales que forma son eméticas esdecir que provocan vómitos. Calentado al rojo se oxida y puede arder en eldecir que provocan vómitos. Calentado al rojo se oxida y puede arder en elCloro y en el Azufre. Sólo es atacado por los ácidos oxidantes y puedeformar complejos con algunas sustancias como por ejemplo el amoníaco.

Forma cristalizada

Propiedades del Cobre

El Cobre es muy tenaz y dúctil y se suelda bien, y muchas de sus aleacionesse caracterizan por una conveniente asociación de resistencia mecánica yductilidad.ductilidad.El Cobre y sus aleaciones son muy útiles en la técnica y para los variadosinstrumentos industriales e instalaciones químicas.

Las propiedades de Cobre que inducen a su empleo son:• Excelente resistencia a la corrosión para una amplia variedad de agentes• Excelente resistencia a la corrosión para una amplia variedad de agentes.• Gran ductilidad, lo que permite ser moldeado en cualquier formadeseada.• Buena resistencia a la tracción, que la mantienen a determinadastemperaturas.• Facilidad de soldadura según varios métodos• Facilidad de soldadura según varios métodos.

Principales aleaciones de cobre

El Cobre es metal base de numerosas aleaciones:

L l t l i d C b Zi• Los latones, aleaciones de Cobre y Zinc

• Los Bronces, aleaciones de Cobre y EstañoLos Bronces, aleaciones de Cobre y Estaño

• Las Platas alemanas, aleaciones de Cobre, Níquel y un poco de Zinc.

Latones

Aleación de Cobre y Zinc. El latón es más duro que el Cobre, es dúctil ypuede forjarse en planchas finas. Antiguamente se llamaba latón acualquier aleación de Cobre, en especial la realizada con Estaño. Escualquier aleación de Cobre, en especial la realizada con Estaño. Esposible que el latón de los tiempos antiguos estuviera hecho con Cobre yEstaño. La aleación actual comenzó a usarse hacia el siglo XVI.

Su maleabilidad varía según la composición y la temperatura, y es distintasi se mezcla con otros metales, incluso en cantidades mínimas. Algunos, gtipos de latón son maleables únicamente en frío, otros sólo en caliente, yalgunos no lo son a ninguna temperatura.

Latones

Para obtener latón, se mezcla el Zinc con el Cobre en crisoles o en unhorno de reverbero o de cubilote. Los lingotes se laminan en frío. Lasbarras o planchas pueden laminarse en varillas o cortarse en tirasbarras o planchas pueden laminarse en varillas o cortarse en tirassusceptibles de estirarse para fabricar alambre.

Los latones comprenden una amplia zona de aleaciones de Cobre quecontienen del 55% al 80% de Cobre y el resto de Zinc, con o sin la adiciónde cantidades relativamente pequeñas de otros elementos,p q ,principalmente Estaño, Plomo, Hierro, Manganeso, Níquel, Aluminio ySilicio. Las propiedades de estas aleaciones varían desde las del Cobrecasi puro hasta las de los latones especiales, con una resistencia decasi puro hasta las de los latones especiales, con una resistencia detracción de unos 80 Kg/mm2 en estado de moldeo.

Latones

Las aleaciones estrictamente de Cobre-Zinc, que forman la base de la serie completa de latones, se dividen en tres grupos principales:serie completa de latones, se dividen en tres grupos principales:

1. Latones alfa: que contienen hasta un 39% de Zinc.

2. Latones alfa-beta: que empiezan a formarse a un 37.5% de Zinc aproximadamente y terminan en la proporción de un 45%aproximadamente y terminan en la proporción de un 45%.

3. Latones beta: que comprenden los de un 46% a un 50%, aproximadamente de Zinc.

Latones

También se distinguen dos clases:

• los latones ordinarios, a partir de Cu y de Zn

• los latones especiales, que contiene uno o dos metales más, aparte del Cobre y el Zinc.

Latones ordinarios

Son aleaciones de Cu y Zn con más de 55% de Cobre. Presenta sobre el Cobre las siguientes ventajas: Presenta sobre el Cobre las siguientes ventajas:

• precio mas bajop j• mayor facilidad para el moldeo• gran maleabilidad

á á• gran resistencia mecánica y dureza más elevada• mayor resistencia a los agentes atmosféricos.

Latones ordinarios

• Latones para bisutería, con 80% a 85% de Cu.

• Latones mecánicos: embutición (latones 70- 30, con 70% de Cu).De fácil mecanización (55% a 50% de Cobre).( )

• Latones de soldadura fuerte: Cobre ( 55% a 45%).

Latones especiales

cuando se requiere un aumento de dureza o de resistencia a latracción se añade a las aleaciones Cobre/Zinc 60/40, Aluminio,tracción se añade a las aleaciones Cobre/Zinc 60/40, Aluminio,Hierro, Manganeso, Estaño, Níquel y algunas veces Silicio.

ó• Latones al Plomo- 1 o 2% de Plomo facilitan la mecanización.

• Latones al Hierro o metales delta ( 55% de Cu 42% de Zn 1 5% de• Latones al Hierro o metales delta ( 55% de Cu, 42% de Zn, 1.5% deFe, 1% de Mn): - son aleaciones muy maleables y resistentes a lacorrosión para hélices, válvula y turbinas de vapor.

Latones especiales

• Latones al Manganeso, - Se añade 2% a 4,5% de Mn a los latonescon 60% de Cu para aumentar la resistencia a la tracción y el limiteelástico se usa para hélices de barcos, árboles de hélice).

• Latones al Estaño.- con la composición 60% de Cu, 23% de Zn y 2%de Sn, resisten muy bien a la corrosión por el agua del mar,

l á d b b t ió lempleándose para bombas y en construcción naval.

Latones Rojos y Amarillos

Los latones rojos contienen menos de n 20% de Zinc; se p edenLos latones rojos contienen menos de un 20% de Zinc; se puedentrabajar en caliente entre 750º C y 900º C, a partir del lingote, peroes corriente terminarlos por laminado o estirado en frío.La plasticidad de estos metales es mayor cuanto menos Zinccontienen; se caracterizan por ser muy resistentes a la corrosión yson más caros.son más caros.

Los latones amarillos: contienen 20% al 35% de Zinc y sólo unañ ó d ñ l lpequeña proporción de Estaño y Plomo. Las aleaciones con mayor

cantidad de Zinc son más fáciles de moldear y son usadas paracombatir la corrosión.

Propiedades mecánicas de Latones

La resistencia a tracción y él limite elástico aumentan al crecer la proporción de Zinc.

Aplicaciones según porcentaje de Zn

Bronces

El término Bronce se aplica a las aleaciones de Cobre distintas a de loslatones, que mantienen el color del Cobre y en las que predomina esteelemento. Ni los Bronces modernos ni los antiguos contienen sólo estoselemento. Ni los Bronces modernos ni los antiguos contienen sólo estosdos metales. Los griegos y los romanos añadieron Zinc, Plomo y Plata a lasaleaciones de bronce para usarlas en herramientas, armas, monedas yobjetos de arteobjetos de arte.

El Zinc, el Plomo y otros metales se encuentran ocasionalmente en el, yBronce que se fabrica hoy. Los componentes del Bronce varían; así,cuando contiene al menos un 10% de Estaño, la aleación es dura y tieneun punto de fusión bajo.un punto de fusión bajo.

Los Bronces se utilizan según su aleación en forma de alambres, o bandasépara muelles o resortes de todas clases y también en mallas.

Propiedades de los Bronces

La ductilidad de los Bronces es mayor que la de los latones, se puedenlaminar, estirar en frío y darles la dureza por estos medios.

Cuando en un Bronce se disminuye en mayor proporción el Estaño que elZinc la conductibilidad térmica y eléctrica son mejores.

El Bronce es más resistente y duro que cualquiera otra aleación común,excepto el acero que le supera en resistencia a la corrosión y facilidadexcepto el acero, que le supera en resistencia a la corrosión y facilidadde lubricación. El Bronce moderno se utiliza en la fundición artística y enla fabricación de instrumentos sonoros.

Los nombres de las variedades de Bronce provienen de los componentesadicionales, como los bronces ordinarios, al zinc, al plomo y el Bronce aladicionales, como los bronces ordinarios, al zinc, al plomo y el Bronce alFósforo.

Bronces ordinarios

Son aleaciones Cu-Sn con mas de 70% de Cu; con contenidos menores se obtienen productos quebradizos. Se distinguen:

• Bronces maleables para medalla, con 4% a 10% de Sn.

• Bronces mecánicos para engranajes, con 9% a 12% de Sn.

• Bronces mecánicos para cojinetes, con 15% a 20% de Sn.

• Los Bronces de campanas y artísticos 20% a 30% de Sn• Los Bronces de campanas y artísticos, 20% a 30% de Sn.

Bronces al zinc

aumenta la maleabilidad y la facilidad de moldeo. Ejemplos:

B d d 95% d C 4% d S 1% d Z• Bronce de monedas: 95% de Cu, 4% de Sn, 1% de Zn.

• Bronce artístico duro: 90% de Cu; 8% de Sn, 2% de Zn.Bronce artístico duro: 90% de Cu; 8% de Sn, 2% de Zn.

• Bronce de orfebrería: 75% de Cu, 5% de Sn, 20% de Zn.

El Bronce con 5% de Estaño se emplea para monedas y medallas. Si se leañade 1% de Zinc se puede utilizar para estatuas placas puertas válvulasañade 1% de Zinc se puede utilizar para estatuas, placas, puertas, válvulasy otros elementos relacionados con las técnicas del vapor.La mayoría de las campanas se hacen en Bronce y el mejor sonido lo dancuando contienen 20% a 22% de Estaño y cantidades variables de Zinc yPlomo.

Bronces al plomo

el plomo mejora la calidad frente al frotamiento y auto lubrica; paraevitar la separación del Plomo en el estado líquido se añade Níquel o Zinc.

Ejemplos: Bronces mecánicos 88.5% de Cu, 9% de Sn, 2.5% de Pb, 1% de Zn.

Bronces al fósforo

sirven para eliminar los Óxidos y para aumentar la dureza.Ejemplo: 89% de Cu, 8% de Sn, 2% de Zn, 0,1% de P.

Las aleaciones de 9% a 13% de Estaño y de 0.3% a 1.5% de Fósforo seemplean para piezas de maquinarias que requieren una superficiep p p q q q pantifricción capaz de soportar grandes pesos, asociada con bajocoeficiente de fricción, tales como engranajes y válvulas de corredera

Platas alemanas

Son aleaciones ternarias Cu- Zn- Ni, inalterables, de un aspecto blancoque justifica su empleo en bisutería. Estas aleaciones para la joyería deimitación tienen 50% a 65% de Cu, 7% a 30% de Ni y 10% a 35% de Zr.imitación tienen 50% a 65% de Cu, 7% a 30% de Ni y 10% a 35% de Zr.

Reciben muy diversos nombres: Plata alemana, Plata nueva, argentán,alpaca, packfong, malecorts, entre otros.

La aleación más empleada para vajillas y cubiertos contienen 60% de CuLa aleación más empleada para vajillas y cubiertos contienen 60% de Cu,20% de Ni y 20% de Zn.