EL MINERAL DE COBRE Y SU METALURGIA

1.- RESEÑA HISTORICA:

EL cobre es uno de los primeros metales en ser utilizado por el ser humano en la

prehistoria. Es uno de los pocos metales que pueden encontrarse en la naturaleza

en estado "nativo", es decir, sin combinar con otros elementos.

Se han encontrado pruebas de la explotación de minas de carbonatos de

cobre desde épocas muy antiguas, en la América precolombina, en torno al siglo

IV a. C. la cultura Moche desarrolló la metalurgia del cobre ya refinado a partir de

la malaquita y otros carbonatos cupríferos.

Hacia el 3500 a. C. la producción de cobre en entró en declive a causa del

agotamiento de los yacimientos de carbonatos. Lo que permitió obtener cobre

mediante la oxidación de sulfuro de cobre. Para evitar que el cobre se oxidase, se

añadía arsénico al mineral. El cobre arsenical (a veces llamado también "bronce

arsenical") era más cortante que el cobre nativo y además podía obtenerse de los

muy abundantes yacimientos de sulfuros.

No se sabe cómo ni dónde surgió la idea de añadir estaño al cobre, produciendo el

primer bronce. Se cree que fue un descubrimiento imprevisto, ya que el estaño es

más blando que el cobre y, sin embargo, al añadirlo al cobre se obtenía un

material más duro cuyos filos se conservaban más tiempo. El descubrimiento de

esta nueva tecnología desencadenó el comienzo de la Edad del Bronce, fecha en

torno a 3000 a. C.

El cobre y su aleación con el estaño, (el bronce) adquirieron tanta

importancia que los historiadores han llamado Edad del Cobre y Edad del Bronce

a dos periodos de la Antigüedad. Aunque su uso perdió importancia relativa con el

desarrollo de la siderurgia, el cobre y sus aleaciones siguieron siendo empleados

para hacer objetos tan diversos como monedas, campanas y cañones. A partir del

siglo XIX, concretamente de la invención del generador eléctrico en 1831 por

Faraday, el cobre se convirtió de nuevo en un metal estratégico, al ser la materia

prima principal de. cables e instalaciones eléctricas.

1.1.-Edad de cobre:

También llamada Calcolítico (líthos=piedra), es una fase intermedia entre la Edad

Moderna de la Piedra o neolítico y la Edad del Bronce. Se reserva esta

denominación para algunas culturas, que presentan rasgos claramente

diferenciados, en el periodo entre el 2500 a. C. y el 1800 a. C.

El bronce es una aleación de cobre y estaño y, antes de usarse el bronce, se usó

cobre. Esa época es a la que se llama calcolítico, esta edad sin embargo es poco

aceptada ya que los primeros cobres eran, en general bronce natural, aunque se

usa para diferenciar esta edad, en la que el bronce era fabricado artificialmente. El

cobre fue el primer metal que utilizó el ser humano y lo hizo hace

aproximadamente 5000 años, a finales del Neolítico.

2.- DEFINICION:

El nombre del mineral “cobre” proviene (del latín cŭprum), y éste del griego

(kýpros), «de Chipre» debido a la gran importancia que tuvieron las minas de

cobre de la isla de Chipre en el mundo greco-romano. Cuyo símbolo es Cu, Siglos

atrás, los alquimistas lo representaron con el símbolo ♀, que también

representaba al planeta Venus, a la diosa griega Afrodita y al género femenino.

Se trata de un metal de transición de color rojizo y brillo metálico que, junto

con la plata y el oro, forma parte de la llamada familia del cobre, se caracteriza por

ser uno de los mejores conductores de electricidad, Gracias a su alta

conductividad eléctrica.

El cobre está presente en la corteza terrestre principalmente en forma de

minerales sulfurados como la calcopirita (CuFeS2), bornita (Cu5FeS4) y calcosina

(Cu2S). El contenido en cobre de estos minerales es bajo, alrededor de un 0.5%

en minas a cielo abierto y hasta un 2% en minas subterráneas.

El cobre es el tercer metal más utilizado en el mundo, por detrás del hierro y el

aluminio. La producción mundial de cobre refinado se estimó en 15,8 Mt en el

2006, con un déficit de 10,7% frente a la demanda mundial proyectada de 17,7 Mt.

El cobre también se presenta en forma de minerales con oxígeno como

carbonatos, óxidos, silicatos y sulfatos, pero en menor concentración.

3.- PROPIEDADES Y CARACTERÍSTICAS:

3.1.- Propiedades físicas:

El cobre posee varias propiedades físicas que propician su uso industrial en

múltiples aplicaciones, siendo el tercer metal, después del hierro y del aluminio,

más consumido en el mundo. Es de color rojizo y de brillo metálico y, después de

la plata, es el elemento con mayor conductividad eléctrica y térmica. Es un

material abundante en la naturaleza; tiene un precio accesible y se recicla de

forma indefinida; forma aleaciones para mejorar las prestaciones mecánicas y es

resistente a la corrosión y oxidación.

3.2.-Propiedades mecánicas:

Tanto el cobre como sus aleaciones tienen una buena maquinabilidad, es

decir, son fáciles de mecanizar. El cobre posee muy buena ductilidad y

maleabilidad lo que permite producir láminas e hilos muy delgados y finos. Es un

metal blando, con un índice de dureza 3 en la escala de Mohs (50 en la escala de

Vickers) y su resistencia a la tracción es de 210 MPa, con un límite elástico de

33,3 MPa. Admite procesos de fabricación de deformación como laminación o

forja, y procesos de soldadura y sus aleaciones adquieren propiedades diferentes

con tratamientos térmicos como temple y recocido. En general, sus propiedades

mejoran con bajas temperaturas lo que permite utilizarlo en aplicaciones

criogénicas.

3.3.- Propiedades químicas:

En la mayoría de sus compuestos, el cobre presenta estados de oxidación

bajos, siendo el más común el +2, aunque también hay algunos con estado de

oxidación +1.

Expuesto al aire, el color rojo salmón inicial se torna rojo violeta por la

formación de óxido cuproso (Cu2O) para ennegrecerse posteriormente por la

formación de óxido cúprico (CuO). La coloración azul del Cu+2 se debe a la

formación del ión [Cu (OH2)6]+2.

Expuesto largo tiempo al aire húmedo, forma una capa adherente e

impermeable de carbonato básico (carbonato cúprico) de color verde y venenoso.

También pueden formarse pátinas de cardenillo, una mezcla venenosa de

acetatos de cobre de color verdoso o azulado que se forma cuando los óxidos de

cobre reaccionan con ácido acético, que es el responsable del sabor del vinagre y

se produce en procesos de fermentación acética. Al emplear utensilios de cobre

para la cocción de alimentos, deben tomarse precauciones para evitar

intoxicaciones, a pesar de su mal sabor, puede ser enmascarado con salsas y

condimentos y ser ingerido.

Los halógenos atacan con facilidad al cobre, especialmente en presencia de

humedad. En seco, el cloro y el bromo no producen efecto y el flúor sólo le ataca a

temperaturas superiores a 500 °C. El cloruro cuproso y el cloruro cúprico,

combinados con el oxígeno y en presencia de humedad producen ácido

clorhídrico.

Los ácidos oxácidos atacan al cobre, por lo cual se utilizan estos ácidos

como decapantes (ácido sulfúrico) y abrillantadores (ácido nítrico). El ácido

sulfúrico reacciona con el cobre formando un sulfuro, CuS (covelina) o Cu2S

(calcocita) de color negro y agua. También pueden formarse sales de sulfato

cúprico (antlerita) con colores de verde a azul verdoso. Estas sales son muy

comunes en los ánodos de los acumuladores de plomo que se emplean en los

automóviles.

4.- PRINCIPALES MINERALES DE COBRE.

El cobre es un metal abundante en todas las zonas del planeta y aparece

en forma de diferentes minerales y compuestos, como la cuprita y la calcorina,

aunque la principal fuente de extracción es la calcopirita. En general, el contenido

en cobre de las menas no es muy alto, alrededor de un 12 %, por lo que es

necesario concentrarlas antes de pasar al proceso de extracción propiamente

dicho.

4.1.- Cobre nativo

Es una manera de presentarse en la corteza terrestre sin combinarse a otros

elementos, su explotación se inició, antes del sexto milenio a.c. en Europa hay

indicios de su uso a partir del quinto milenio a.c. y en india desde el cuarto milenio

a.c. en Asia oriental (china) prácticamente no se conoció este metal en su forma

original.

Los indígenas de América del norte explotaban el cobre nativo desde el

segundo milenio a.c., pero nunca lograron desarrollar la metalurgia del cobre.

En tanto que en las culturas andinas el uso del cobre nativo fue esporádico. El

salto hacia la metalurgia se dio a comienzos del primer milenio a.c., a la sombra

de la metalurgia del oro.

4.2.- minerales sulfurados.

a. Calcosina Cu2S.

b. Covelina CuS.

c. Calcopirita (CuFeS2)

El mineral de cobre más ampliamente distribuido y una de las

principales fuentes del mismo. Se compone de sulfuro de cobre-hierro

(CuFeS2) que cristaliza en el sistema tetragonal (ver Cristal) con una dureza

entre 3,5 y 4 y un peso específico entre 4,1 y 4,3. Tiene brillo metálico, su

color es amarillo latón y con frecuencia está empañado o con irisaciones.

Se encuentra, en general, en vetas metálicas o en rocas más antiguas,

muchas veces con pirita o sulfuro de hierro.

D. Bornita Cu5FeS4

4.3.- minerales oxidados.

Aunque el cobre se presenta más frecuentemente en la forma de sulfuros,

también se presenta en forma oxidada como carbonatos, óxidos, silicatos y

sulfatos, particularmente en África. Estos minerales oxidados, cuando están

presentes en cantidad suficiente en la mena, puede ser reducidos directamente a

cobre impuro en el alto horno, como se hacía en el pasado. Pero en la actualidad

las menas que se explotan tienen una concentración muy baja de cobre, por lo

que es necesario recurrir a otras técnicas como la lixiviación mediante ácido

sulfúrico seguida por la precipitación o por la electrólisis del cobre de la solución.

a. Cuprita Cu2O

Cuprita, óxido de cobre (Cu2O), conocida también como rubí de cobre

o mena roja de cobre. Es una mena importante de cobre. La cuprita se

presenta en cristales largos, en agregados de grano fino o en yacimientos

macizos. Sus cristales cúbicos rojos son a veces transparentes. La cuprita

tiene una dureza entre 3,5 y 4, y una densidad relativa de 6. Se encuentran

yacimientos en Australia, Francia, Gran Bretaña, la antigua Unión Soviética

(URSS), Namibia y Estados Unidos.

b. Malaquita CuCO3xCu(OH)2

La malaquita, Cu2(OH)2CO3, de color verde, está estrechamente

relacionada con la azurita, Cu3(OH)2(CO3)2, de color azul, aunque esta

última es algo menos básica que la primera. Ambas son carbonatos básicos

de cobre, formados por la acción corrosiva del aire y el agua. Son similares

a la pátina o verdín que se forma sobre el cobre ordinario. La dureza de

ambas está entre 3,5 y 4, la densidad relativa de la malaquita es 4.0 y la de

la azurita es 3,8. La malaquita y la azurita han sido usadas como

pigmentos; cuando se muelen, la malaquita toma un color verde intenso y la

azurita, un color azul verdoso. Ambos minerales tienen un delicado brillo

vidrioso y cuando se pulen convenientemente son muy decorativos. Desde

la antigüedad se han usado extensamente como gemas.

Malaquita CuCO3xCu(OH)2 Azurita 2CuCO3xCu(OH)2