Proceso de obtención del cobre

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 también se presenta en forma de minerales con oxígeno como carbonatos, óxidos, silicatos y sulfatos, pero en menor concentración.

Según sea la mena, el proceso de extracción del cobre será diferente, así tenemos:#

Extracción de cobre a partir de menas sulfuradas (pirometalurgia)#

Extracción de cobre a partir de menas de óxido (hidrometalurgia)

Extracción de cobre a partir de menas sulfuradas

Alrededor del 90% del cobre que se produce en el mundo proviene de los minerales de sulfuro. La extracción tiene cuatro etapas:#

Concentración por flotación#

Tostación#

Fusión de mata#

Afino

Concentración por flotación

Las concentraciones de cobre en las menas actuales son demasiado bajas por lo que la fundición directa sería muy costosa. Ésta implicaría que se fundiesen enormes cantidades de material sin valor que conllevarían un gran gasto energético y una gran capacidad de horno.

Por estas razones, hoy en día se recurre al aislamiento de los minerales de cobre en forma de un concentrado. El método más efectivo de concentración es la concentración por flotación, que requiere un proceso previo de trituración y molienda.

Los principios en los que se basa el proceso de flotación son los siguientes:

*

Los minerales sulfurados normalmente se humedecen por el agua, pero pueden ser acondicionados con reactivos que los volverán repelentes al agua. *

Esta hidrofobicidad puede ser creada en minerales específicos dentro de una pulpa agua - mena. *

Los choques entre las burbujas de aire y los minerales que se han hecho hidrofóbicos conducirán a la unión entre las burbujas y dichos minerales *

Las partículas de mineral no acondicionadas no se unirán a las burbujas de aire.

Con todo esto conseguimos que los minerales de cobre se adhieran a las burbujas de aire con las cuales se van a elevar hasta la superficie de la celda de flotación. El resto de minerales (ganga) se quedan atrás y abandonan la celda a través de un sistema de descarga.

Los reactivos que se utilizan para crear las superficies hidrofóbicas consisten en moléculas heteropolares, es decir, moléculas que tienen un extremo polar cargado y un extremo no polar (hidrocarburo). Estos reactivos tienen normalmente un grupo portador de azufre en su extremo polar, el cual enlaza a los minerales de sulfuro pero ignora las superficies de los óxidos. Lo reactivos de sulfuro más conocidos son los xantatos de sodio y potasio, pero también se usan otras moléculas portadoras de azufre como tionocarbonatos, ditiofosfatos y tiocarbanilida.

Tostación

La tostación es una oxidación parcial de los concentrados de sulfuro de cobre con aire y la eliminación parcial del sulfuro en forma de SO2. Los objetivos de la tostación son dos:

*

Utilizar el calor de la tostación para secar y calentar la carga antes de ser introducida al horno de fundición. *

Aumentar la concentración de cobre en el producto de fundición, es decir, en la mata líquida.

La tostación se lleva a cabo entre 500 y 700ºC, dentro de los tostadores tipo hogar o de lecho fluidificados, bajo condiciones bien controladas. El producto de la tostación es una mezcla de sulfuros, sulfatos y óxidos, cuya composición puede variarse mediante el control de la temperatura del proceso de tostación y la relación aire - concentrado.

Fusión de mata

El objetivo de la fundición de mata es formar dos fases líquidas inmiscibles: una fase líquida de sulfuro (mata) que contiene todo el cobre de la carga y una fase líquida de escoria sin cobre. La mata tiene un contenido en cobre de entre un 35 a un 65%. La escoria fundida se desecha directamente o después de una etapa de recuperación de cobre. La gran desventaja de este método es la contaminación de la atmósfera con el gas SO2.

La fusión de mata se lleva a cabo al fundir la carga total del horno a una temperatura aproximada de 1200ºC, normalmente con fundentes de sílice y carbonato de calcio. Hoy en día la fundición se realiza de forma mayoritaria en hornos de reverbero aunque todavía se utilizan altos hornos y hornos eléctricos.

La mata fundida resultante del proceso de fundición contiene cobre, hierro y azufre como componentes principales y hasta un 3% de oxígeno disuelto. Además, contiene cantidades menores de metales como As, Sb, Bi, Pb, Ni y metales preciosos.

Para eliminar el hierro, el azufre y otras impurezas, se pasa la mata por un convertidor cilíndrico Pierce -Smith, revestido con refractario básico. En este convertidor se produce la oxidación de la mata con oxígeno a una temperatura de 1200ºC. Al final del proceso se obtiene un cobre metálico líquido no refinado con una pureza de entre un 98.5 a un 99.5%, denominado cobre blíster. Además de éste, también se produce la escoria y grandes volúmenes de gases calientes que contienen entre un 5 a un 15% de SO2. Las reacciones que se llevan a cabo son:

2FeS + 3O2 + SiO2 2FeO.SiO2 + 2SO2

Aire Fundente Escoria

2Cu2S + 3O2 → 2Cu2O + 2SO2 Cu2S + O2 2Cu + SO2

Cu2S + 2Cu2O → 6Cu + SO2 Aire Cobre Blister

Afino

Finalmente, el cobre blíster se refina electroquímicamente para obtener cobre catódico de una gran pureza, superior al 99.99%.

Previamente a la refinación electroquímica es necesario llevar a cabo una refinación térmica, para evitar así la formación de ampollas de SO2. Estas ampollas se forman cuando solidifican pequeñas cantidades de azufre y fosforo que todavía contiene el cobre blíster en forma residual. La aparición de ampollas conllevaría a la debilitación de los ánodos y a la aparición de una superficie áspera de espesor irregular.

La refinación térmica se lleva a cabo en hornos de refinación tipo giratorio que se asemejan a los convertidores Pierce - Smith. La temperatura de operación está entre los 1130º y los 1150ºC.

Una vez refinado térmicamente se realiza el afino electrolítico del cobre. Este afino se puede realizar mediante electrorrefinación de los ánodos de cobre impuro o mediante separación por electrolisis a partir de soluciones de lixiviación. El primer método es el más utilizado, ocupando alrededor del 95%.

La electrorrefinación consiste en la disolución electroquímica del cobre de los ánodos impuros y el depósito selectivo de este cobre disuelto en forma pura sobre cátodos de cobre. Esta técnica tiene dos objetivos:

*

Eliminar las impurezas que dañan las propiedades eléctricas y mecánicas del cobre, consiguiendo cobre con una pureza superior al 99.99% con menos de un 0.004% de impurezas metálicas. *

Separar las impurezas valiosas del cobre, que pueden ser recuperadas después como subproductos metálicos.

Extracción de cobre a partir de las menas de oxido: hidrometalurgia

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.

________________PREGUNTAS1. Cuál es la función de la válvula reguladora de presión?Las válvulas reguladoras de presión se utilizan para ajustar la presión de trabajo en equipos con bombas de alta presión. La regulación es posible entre cero y el máximo de diseño del regulador. El agua bombeada no consumida en la salida, es desviada por la vía de retorno o "by pass" del regulador de presión a un deposito, desagüe, etc... La válvula reguladora de presión funciona permanentemente como una precisa válvula de seguridad, no permitiendo sobrepasar la presión regulada.Las válvulas reguladoras de presión pueden clasificarse, según su forma de funcionamiento y modo de regulación.2. Que función cumple el enfriador de aceite?La función del enfriador de aceite es que mantiene siempre una temperatura igual a la del anticongelante, o sea 90º, y para ello el enfriador tiene 2 tubos de agua conectados y el aceite para por otros canales paralelos con lo que hay es donde iguala la temperatura. El recorrido del aceite es el siguiente: cárter del motor - bomba de aceite - enfriador - filtro- motor.

3. Defina la diferencia entre los aceites mono grado y multigrado?¿Qué es un aceite mono grado? Un lubricante que cumple un solo grado SAE, puede ser un grado de VERANO, o bien de INVIERNO, en el cual el número de SAE va acompañado de la letra "W" por Winter, invierno en idioma inglés ¿Puede un lubricante cumplir con dos grados SAE? Son los lubricantes multigrado, muy difundidos y solicitados por los fabricantes de motores para satisfacer las necesidades de los motores de alta tecnología.¿Qué son los aceites multigrados? Son aceites que se formulan para cumplir con los requerimientos de más de un grado de la clasificación SAE, y por ello se pueden utilizar en un rango más amplio de temperaturas

operativas que los aceites de un sólo grado.¿Cuáles son las ventajas de un multigrado sobre un mono grado? A. Arranque más rápido del motor en frío. Se obtiene así menor desgaste del motor en sí, y también una mayor vida útil de la batería y del motor de arranque. Esto se comprueba no solamente en climas fríos rigurosos, sino también a temperaturas ambiente moderadas como 20 C. La diferencia entre un multigrado y un mono grado en estos casos es notoria. Establece la lubricación adecuada en la mitad del tiempo que un mono grado.4. Cuál es la función del termostato en el sistema de refrigeración?El termostato; se encuentra alojado regularmente en el cuello, o estructura del motor, donde conecta la manguera superior que viene del radiador.En otros casos viene instalada en la manguera que, conecta la parte inferior del radiador.La función de un termostato consiste, en evitar que el agua fluya dentro del motor, hasta que este, no haya llegado a su temperatura de funcionamiento, de acuerdo con las especificaciones del fabricante.En cuanto el motor alcanza su temperatura de funcionamiento, el material del que está hecho el termostato, dilata su resistencia, permitiendo que la presión del agua caliente, abra la compuerta, y de esta manera el agua circula por todo el sistema de enfriamiento. Algunos termostatos traen un pequeño agujero, que permite aligerar la presión dentro del motor. Este agujero por lo general obliga a que el termostato se instale, haciendo que el agujero, siempre quede hacia la parte de arriba.

Esto es visible en los termostatos que se alojan a un lado del motor. Es difícil explicar esta posición cuando el termostato se ubica encima; pero téngalo en cuenta, para encontrar la posición específica, del termostato de su vehículo

Porque es importante, el uso del termostato?

Antes de todo, recordemos: Todo motor de combustión interna, tiene dos etapas de funcionamiento, una es en frio, y la otra es en caliente.Cuando el motor esta frio, necesita una mezcla rica de: combustible/aire para empezar su funcionamiento. Cuando el motor calienta, se normaliza la mezcla.Por esta razón; tanto los "carburadores", como los de "sistema fuel inyección", llevan mecanismos, y controles electrónicos, que regulan, esta función haciendo el cambio respectivo.6. Indique cuáles son las clases del líquido refrigerante y cuál es su composición química?

SINTÉTICOS•BRADOL SYNT 4-T

Aceite multigrado de alta calidad y base sintética para motores de gasolina y diesel. Amplio rango deViscosidad: SAE 15W50.Nivel API SG/CF. ACEA E2 (q), MB p.228.0 (q).•BRADOL AUTOLEO XHP 10W40Aceite de base sintética especialmente formulado para motores de gasolina atmosféricos o turboalimentados.También para diesel.Nivel API SL/CF. ACEA A3, B3. MB p.229.1. VW500.00 / 505.00 (q).•BRADOL AUTOLEO 10W40 LONG LIFEAceite multigrado sintético de muy alta protección para los vehículos diesel pesado con un paquete de aditivos de prestaciones y larga vida útil.Nivel API CF. ACEA E4, MB p.228.5 (q). MAN M3277(q). MTU Type 3 (q). MACK EO-L. VOLVO VDS-2.

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Producción del cobreCobre

Chile es el mayor productor de cobre en el mundo y este metal es su principal producto de exportación.

El cobre aparece vinculado en su mayor parte a minerales sulfurados, aunque también se lo encuentra asociado a minerales oxidados. Estos dos tipos de mineral requieren de procesos productivos diferentes, pero en ambos casos el punto de partida es el mismo: la extracción del material desde la mina a tajo (rajo) abierto o subterránea que, en forma de roca, es transportado en camiones a la planta de chancado, para continuar allí el proceso productivodel cobre.

- Chancado: etapa en la cual grandes máquinas reducen las rocas a un tamaño uniforme de no más de 1,2 cm.

- Molienda: grandes molinos continúan reduciendo el material, hasta llegar a unos 0,18 mm, con el que se forma una pulpa con agua y reactivos que es llevada a flotación, en donde se obtiene concentrado de cobre. En esta parte, el proceso del cobre puede tomar dos caminos: el de la fundición y electrorrefinación (etapas mostradas en esta infografía), o el de la lixiviación y electroobtención (ver infografía inferior).

- Fundición: para separar del concentrado de cobre otros minerales (fierro, azufre y sílice) e impurezas, este es tratado a elevadas temperaturas en hornos especiales. Aquí se obtiene cobre RAF, el que es moldeado en placas llamadas ánodos, que van a electrorrefinación.

- Lixiviación: es un proceso hidrometalúrgico, que permite obtener el cobre de los minerales oxidados que lo contienen, aplicando una mezcla de ácido sulfúrico y agua.

- Electrorrefinación: los ánodos provenientes de la fundición se llevan a celdas electrolíticas para su refinación. De este proceso se obtienen cátodos de alta pureza o cátodos electrolíticos, de 99,99% de cobre.

- Electroobtención: consiste en una electrólisis mediante la cual se recupera el cobre de la solución proveniente de la lixiviación, obteniéndose cátodos de alta pureza.

- Cátodos: obtenidos del proceso de electrorrefinación y de electroobtención, son sometidos a procesos de revisión de calidad y luego seleccionados, pesados y apilados.

- Despacho y transporte: los cátodos son despachados en trenes o camiones hacia los puertos de embarque y desde ahí, a los principales mercados compradores.

Formas de extracciónCobre

La extracción de cobre se puede hacer desde una mina a tajo (rajo) abierto o subterránea.

La extracción subterránea: se realiza cuando un yacimiento presenta una cubierta de material estéril muy espesa, lo que hace que la extracción desde la superficie sea muy poco rentable. Para ello se realizan distintos tipos de faenas bajo el suelo, las que pueden ser horizontales en túneles o galerías, verticales en piques o inclinadas en rampas.

La extracción a rajo abierto: se hace cuando una mina presenta una forma regular y el mineral está ubicado en la superficie y el material estéril que lo cubre pueda ser retirado con facilidad. Un rajo se construye con un determinado ángulo de talud, con bancos y bermas en las que se realizan las tronaduras (detonaciones), de donde sale el material que luego será transportado por estas mismas vías en grandes camiones.

Química del cobre

En la tabla periódica de los elementos, el cobre tiene su propio símbolo, Cu.Su número atómico es 29, su masa atómica es 63,546, su punto de fusión es de 1.080 C°, su

punto de ebullición es de 2.350 C°, y es definido como un metal de transición, no ferroso.

El cobre, en estado natural, es de color rojizo y se encuentra formando parte de muchos compuestos naturales: cuprita, bonita, malaquita, etc. Su utilidad se debe a la combinación de sus propiedades químicas, físicas y mecánicas, así como a sus propiedades eléctricas y su abundancia. Aunque es extraído de manera industrial en yacimientos mineros, el cobre se encuentra en nuestros alimentos, en el agua e incluso en el aire que respiramos.

Usos del cobre

El cobre forma parte del mundo que nos rodea. Está en nuestras casas y en los lugares donde trabajamos o estudiamos, en los medios que utilizamos para transportarnos, en artefactos sofisticados y artesanales, en las computadoras y las industrias, en pequeños adornos y en grandes estatuas.

Además los alambres de cobre transportan energía y transmiten información.

Su presencia puede pasar desapercibida, pero está allí, utilizado como un material resistente, durable, reciclable y con alta conductividad térmica y eléctrica. Son propiedades que garantizan su vigencia como una materia prima esencial para la construcción de la civilización iniciada hace miles de años.

El cobre refinado comercializado por empresas como Codelco es transformado posteriormente en materia prima elaborada destinada a abastecer la industria manufacturera de productos para el consumo de la sociedad.

La industria de la construcción es uno de los principales consumidores de cobre, utilizado para el cableado de edificaciones, tuberías de agua y de gas, sistemas térmicos, techumbres, terminaciones, o como componente estructural. Una casa moderna requiere unos 200 kilos de cobre, prácticamente el doble de lo que se usaba hace 40 años, pues tiene más baños, más aparatos eléctricos, mayor confort, más teléfonos y más computadores. El cobre es clave para la generación y distribución eléctrica ya que es un excelente conductor de esa energía. En el caso de las telecomunicaciones es la materia prima más común en la fabricación de cables telefónicos, y el desarrollo de nuevas tecnologías para aumentar la eficiencia en la transmisión de datos también posiciona a este material como una opción importante para el desarrollo de conectividad con banda ancha.

Entre los artículos de consumo el uso del cobre destaca en aquellos que están relacionados con la electricidad. Una computadora puede llevar más de 2 kilos de cobre, comenzando por

los minúsculos microprocesadores que las hacen funcionar, cuyos modelos más avanzados incorporan este metal en su estructura.

Muchos fabricantes de equipos electrónicos prefieren usar el cobre porque es más eficiente en la conducción de la electricidad y dura más que otros materiales.

El cobre puede estar más cerca nuestro de lo que pensamos, ya sea en forma pura o como parte de aleaciones. Aparece en las monedas, utensilios de cocina, joyería, objetos de arte, adornos, muebles, maquillajes y pinturas, instrumentos musicales, ropa…

En el campo del transporte la presencia del cobre es muy importante. Este material está presente en automóviles, trenes, aviones, barcos e incluso en vehículos espaciales. Es utilizado en los motores, en los sistemas electrónicos y en los sistemas eléctricos.

Un automóvil nuevo utiliza unos 20 kilos de cobre, el doble de los 10 kilos que utilizaba en la década de 1970. Los cables de cobre incluídos en un modelo de lujo miden más de 1,5 kilómetros. Y si se trata de un avión el largo de los cables utilizados puede superar los 100 kilómetros. Algunas propiedades del cobre, como el hecho que sea un buen conductor térmico, fuerte, resistente a la corrosión y no magnético, determina su utilización en aleaciones destinadas a la construcción de maquinaria especializada y piezas destinadas a procesos industriales.

El cobre también es utilizado en compuestos destinados a la agricultura, por ejemplo para compensar la deficiencia de este elemento vital en los suelos o en los cultivos.

¿Y en el futuro? El uso del cobre es compatible con la aparición de nuevas tecnologías que requerirán de un elemento con propiedades que lo hacen confiable y eficiente. Después de todo, ya lo hemos utilizado durante 10.000 años.

Lixiviación y electroobtención

Para obtener cobre de alta pureza (99,9%), se requiere de un proceso específico que permita sacar este mineral de los depósitos naturales que los contienen. Este proceso se conoce como lixiviación.

- Lixiviación: basándose en el principio de que los minerales oxidados son sensibles al ataque de soluciones ácidas, se aplica una sustancia de este tipo al material triturado, que viene del chancado. Este material, que se encuentra en las pilas de lixiviación, es regado (con aspersores o goteo) por unos 50 días con una disolución de ácido sulfúrico y agua, que

formará una mezcla homogénea llamada sulfato de cobre.

Esta es llevada a unos estanques donde son limpiadas y luego a una planta de extracción por solvente (mezcla de parafina y resina orgánica), donde se obtiene una solución concentrada de cobre que pasa a la etapa de electroobtención.

- Electroobtención: aquí la solución electrolítica de cobre es llevada a las celdas de electroobtención, que tienen en su interior sumergidas unas placas metálicas. Estas corresponden alternadamente a un ánodo y un cátodo. Los ánodos son placas de plomo que hacen las veces de polo positivo, ya que por estos se introduce la corriente eléctrica; en tanto que los cátodos son placas de acero inoxidable, que corresponde al polo negativo, por donde sale la corriente. Así, el cobre del solución de sulfato de cobre migra hacia el cátodo, depositándose en su superficie.

Luego de siete días, se procede a su cosecha. Esta consiste en la limpieza con agua caliente y la extracción del cobre con una máquina especial (despegadora), en ambas caras de la plancha.

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† Fernando Victor Huamani Diaz †

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