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PROCESO DE OBTENCIÓN DEL COBRE 2013
INDICE
PROCESO DE OBTENCIÓN DEL COBRE 2013
1. INTRODUCCION
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
Existen dos métodos para la obtención del cobre por vía seca y vía húmeda, o
como también se denomina minerales de cobre oxidados y sulfurados, según se
encuentren en el mineral (MENA) requieren de procesos productivos diferentes,
pero en ambos casos tienen el mismo punto de partida es el mismo.
El informe pretende dar una visión del PROCESO DE OBTENCIÓN DEL COBRE,
de una forma interactiva, donde podemos observar diferentes operaciones
unitarias que se llevan a cabo en las diferentes etapas.
En tales contextos de la obtención del cobre, podemos hablar también de ¿qué
es?, propiedades físicas y químicas, usos (aplicaciones) y un diagrama de flujo del
proceso explicativo.Este trabajo trata de reflejar entre sus líneas el tejido de esta
realidad. Que se lleva a cabo en Ilo y siendo los segundos productores de cobre
que se exporta. Teniendo en cuenta los diferentes grados que acabamos de
exponer, una primera parte del trabajo describe al cobre y sus propiedades así
mismo el proceso de elección en la industria.
La segunda el proceso de obtención y finalmente el uso (exportaciones).
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2. OBJETIVO:
Explicar el proceso de obtención del cobre, de forma interactiva.
Figura 1. Mineral con concentrado sulfurado. (COBRE) y aplicación del cobre en
productos finales.
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3. MARCO TEORICO
3.1. COBRE:
Estado natural . Es uno de los pocos metales que se encuentran en
grandes cantidades en estado nativo. Sin embargo, la mayor
cantidad del cobre está formados minerales. Los tres grupos más
importantes de minerales de cobre son:
Óxidos: cuprita o cobre rojo (Cu2O) y tenorita o cobre negro (CuO).
Sulfuros: sulfuro (CuS), calcopirita (CuFeS2) que contiene también
As, Ca y Ag.
Carbonatos básicos: malaquita y azurita.
Figura 2. Tenorita o cobre negro.
Figura 3. Minerales de cobre en estado natural.
Propiedades Físicas :
Es un metal rojo claro, blanco y muy maleable.
Punto de fusión 1038°C.
Densidad 8.9 g/ml.
Resistividad: 0,017 W·mm2/m.
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Resistencia a la tracción 18 kg/mm2.
Alargamiento:20%.
Propiedades químicas:
Número atómico 29
Valencia: 1,2
Estado de oxidación: +2
Electronegatividad: 1,9
Temperatura de Recocido del cobre: 500 ºC
Temperatura de Forja del cobre: 750 - 900 ºC
Punto de ebullición del cobre: 2.567 °C
Características
Es muy dúctil (se obtienen hilos muy finos) y maleables
(pueden formarse láminas hasta de 0,02 mm de espesor).
Posee una alta conductividad eléctrica y térmica.
Oxidación superficial (verde).
Permite la fabricación de piezas por fundición y moldeo.
Material soldable.
Permite tratamiento térmico. Temple y recocido.
En general sus propiedades mejoran con las bajas
temperaturas lo que permite utilizarlo en aplicaciones
criogénicas.
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Figura 4. Producto final del cobre. (Puro).
3.2. PROCESO DE OBTENCION DEL COBRE
El proceso de obtención del cobre se da dependiendo de la
concentración de los minerales: sulfurados u oxidados; ambos tienen el
mismo punto de partida para luego realizar diferentes operaciones
dependiendo en qué tipo de mineral se encuentre.
PUNTO DE PARTIDA:
1. Exploración
Mediante la geología, los geólogos identifican la presencia de un
yacimiento debido a que sus características; se le denomina
MINERAL(es una sustancia natural, inorgánica y homogénea de
composición química determinada).
Se le llama MENA (a una asociación de minerales a partir de las
cual se obtiene uno o más metales de forma económica).
En tanto porciento en una mena de un mineral se conoce LEY DE
MINERAL, y la forma de explotarlos será según se trate de
minerales sulfurados u oxidados.
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2. Extracción:
PERFORACION Y DISPARO
Para alcanzar el mineral se debe remover a roca en el yacimitento,
por lo que se perfora el terreno y se coloca una carga explosiva.
Una vez fracturada la roca se procede a la selección del material
para determinar si debe ser empleado en la concentradora, en el
proceso de lixiviación o en programa de vegetación.
3. Carguio y acarreo
Las minas a cielo abierto tienen forma cónica, por lo que para
alcanzar el mineral se debe construir niveles a manera de
escalones gigantes de 15 mts. De altura, los que se encuentran
comunicados por rampas o caminos a desnivel.
El mineral extraído con la ley mayor al 0.3% es cargado en palas y
depositado en enormes camiones, los que trasladan y depositan el
material en vagones de ferrocarril para ser transformado a la planta
concentradora.
4. Chancado o trituración
El primer paso en la planta concentradora es el chancado. El
mineral proveniente de la mina es triturado hasta alcanzar un
tamaño cercano a media pulgada.
Se inicia aquí el proceso de concentración, el cual consiste en la
separación de los minerales de aquello que no tiene valor.
a. PROCESO PARA CONCENTRADO DE SULFUROS – POR VÍA
SECA
Se emplea cuando el contenido en cobre del mineral es superior al
10%.
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1.a. MOLIENDA
Posteriormente, el material triturado a es trasladado a los molinos, donde
las rocas son pulverizadas. En esta etapa del proceso se emplea agua,
lo que permite liberar las partículas de Cobre y Molibdeno.
2. a FLOTACION
Luego de la molienda se pasa a la etapa de flotación, donde se obtiene
el concentrado, partículas del mineral de cobre o molibdeno.
3. a FILTRADO Y SECADO
El concentrado de cobre es deshidratado mediante filtros de alta presión
o con el uso de calor. Aquí culmina la operación minera.El producto
proveniente dela Planta de filtros, en la que se extrae e agua, dejando el
concentrado con aproximadamente un 9% de humedad.
El concentrado obtenido debe ser trasladado a la fundición para su
posterior procesamiento.
4. a CARGUIO Y ACARREO A FUNDICION
Luego del filtrado y secado, el contenido metálico en el concentrado
alcanza entre 26 y 28 %. Tras la recuperación del agua empleada, esta se
vuelve a usar, haciendo de las operaciones una de las más amigables al
ambiente.
La mayor parte de los concentrados de cobre son transportados a través
de camiones o ferrocarril a la fundición de Ilo en Peru. Mediante el proceso
de fundición, el cobre contenido se purifica adicionalmente hasta
convertirse en una barra de metal con contenido de 99.7% de cobre,
llamada ánodo.
5. a DESCARGA DE CONCENTRADO Y FORMACION DE CAMAS
Al llegar a la fundición, el concentrado es descargado y organizado en
“camas” que servirán para alimentar a la Fundición.
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6. a FUNDICION Y CONVERTIDORES
El concentrado procedente de las minas es llevado a la Fundición
donde será sometido a temperaturas mayores a los 1,100 grados
centígrados.
En esta etapa, el concentrado se ha convertido en cobre líquido.
La mata de cobre o cobre líquido que contiene aproximadamente 65%
de cobre, se envía a los convertidores en donde se transforma en cobre
ampolloso con contenido de cobre de 98% a 99% o cobre anódico con
99.7% de cobre.
La etapa final de proceso de fusión del cobre es el moldeo. El cobre
líquido es vertido en moldes, donde una vez condensado se obtienen
barras de ánodos de cobre. Los ánodos pesan 435 kg y tienen una
pureza de 99.7% de cobre.
7. a TRANSPORTE Y REFINERIA
A continuación, los ánodos pasan por un control de calidad. Los que
reúnen los estándares de la empresa son agrupados en paquetes de 10
unidades y trasladados por ferrocarril o por camiones hacia la refinería.
Cabe señalar que en el mundo también existe demanda de ánodos, por
lo que aquellos que no son enviados a refinería son transportados
hacia los puertos para ser comercializados.
8. a PLANTA ELECTROFILICA
En la refinería, los ánodos son sometidos a un proceso de electro
refinación, que consiste en introducirlos en tanques de ácido sulfúrico y
sulfato de cobre. En adelante, a El cobre crudo que se obtiene por
métodos pirometalúrgicos no es adecuado para la electricidad, ya que las
impurezas reducen mucho la conductividad del metal. La purificación del
cobre se logra por electrolisis; placas muy grandes de cobre crudo hacen
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las veces de ánodos de la celda y hojas delgadas de cobre puro sirven
como cátodos. El electrolito consiste en una solución acida de
(sulfato de cobre (II)).
La aplicación de una corriente del voltaje adecuado provoca la oxidación
del cobre metálico de los ánodos y la reducción del ion Cu para formar
cobre metálico en los cátodos. Durante la electrólisis se oxida el ánodo, y
los iones de cobre (Cu2+) se dirigen al cátodo, donde se depositan como
cobre metálico. El cobre contenido en las placas de arranque se le
denominara cátodos, cuyo contenido es de 99.99% de cobre. Las
impurezas del ánodo se sedimentan en el fondo de la cuba como barros
que contienen ciertas cantidades de metales preciosos, que resultan
aprovechables. Parte de la producción de cátodos es remitida a la planta
de alambrón de nuestras operaciones, es remitida a la planchas son
fundidas nuevamente para darle la forma característica de los alambres,
los cuales son empleados como conductores de la energía eléctrica.
9. a EMBARQUE
Esta es la fase final del proceso minero metalúrgico, mediante la cual se
despachan nuestros principales productos concentrados, ánodos y
cátodos y alambrón, a través del ferrocarril o por camiones hacia los
puertos de la empresa, en algunos casos, para su posterior embarque
hacia los principales centros industriales del mundo.
DIAGRAMA DE BLOQUES VÍA SECA
Figura 5. Diagrama de bloques para procesos de concentración sulfurados.
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PROCESO PARA CONCENTRADO DE OXIDOS- VÍA HUMEDA
Se emplea cuando el contenido en cobre del mineral es inferior al 10%.
DIAGRAMA DE FLUJO POR VÍA SECA
Figura 6. Diagrama de flujo proceso de obtención por vía seca.
DIAGRAMA DE FLUJO RESUMIDO
Figura 6. Diagrama de flujo para concentración de sulfuros.
La figura 6. Nos muestra:
1. Se tritura el mineral, se criba y se muele hasta reducirlo a polvo.
2. Se introduce en un recipiente con agua abundante, donde se agita para eliminar
la ganga que flota.
3. El mineral que quede se lleva a un horno de pisos donde se oxida para eliminar
el hierro presente. De este modo se separa el cobre del hierro
V-102H-203
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4. A continuación se introduce el mineral de cobre en un horno donde se funde.
Luego se añade sílice y cal que reaccionan con el azufre y restos de hierro,
formando la escoria que flota y se elimina. El cobre líquido que se encuentra
debajo se denomina cobre bruto, cuya pureza es del 40%.
5. Por último, para obtener un cobre de alta pureza se somete el líquido a un
proceso electrolítico.
6. El cobre tendrá una pureza del 99,9%.
Figura 7. Diagrama con flujos del proceso por vía seca.
b. PARA PROCESOS DE CONCENTRADO DE OXIDOS – VÍA HUMEDA
1. b Oxidación Presurizada.
En la Oxidación a Presión, se alimenta la autoclave con el concentrado
vuelto a moler, junto con el ácido y oxígeno reciclados a una temperatura y
presión elevadas. Los minerales de cobre se oxidan rápidamente bajo estas
condiciones y resultan en sulfato de cobre básico (sólido), hematita y azufre
elemental (Generalmente el cobre obtenido del concentrado no es soluble.)
Fundición:
Para separar del concentrado de cobre otros minerales (fierro, azufre y
sílice) e impurezas, este es tratado a elevadas temperaturas en hornos
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especiales. Aquí se obtiene cobre RAF, el que es moldeado en placas
llamadas ánodos, que van a electro refinación.
2. b Filtrado.
El lodo obtenido de Oxidación Presurizada, suelta la presión, lo que
provoca un enfriado instantáneo del mismo reduciendo su temperatura
antes de ser filtrado. Lo filtrado es nuevamente llevado hacia el principio del
proceso.
3. b Lixiviación
Los sólidos son lixiviados en el circuito de Extracción por Solventes con
ácido reciclado (primeramente refinado). El material proveniente del filtrado
se deposita en terraplanes o pilas, las que posteriormente son sometidas a
un riego por goteo y aspersores con una solución acida con ácido sulfúrico,
tomando una solución de sulfato de cobre(CuSO4).
NOTA: Cualquier cantidad de solución de cobre atrapado en los sólidos
lixiviados es recuperada en el circuito de lavado, utilizando el refinado
secundario neutralizado proveniente de Extracción por Solventes. Sin la
presencia de metales preciosos, el residuo lavado se combina con los
relaves del molino para desecho.
4b. Extracción por solventes
Este licor lixiviante, solución primaria cargada, es por lo tanto enviado al
circuito de Extracción por Solventes (SX) para purificación. Un extractante
orgánico altamente selectivo elimina casi todo el cobre disuelto de la
solución cargada primaria (PLS), dejando atrás una solución acídica
conocida como refinado primario. El cobre se separa a partir de la fase
orgánica utilizando ácido sulfúrico reciclado. El resultado es un electrolito de
calidad comercial el cual es enviado a la etapa de electro-deposición para
producir cobre cátodo LME Grado A. Casi todo el refinado primario
proveniente de SX es reciclado al circuito de Lixiviación Atmosférica. El
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resto es neutralizado con piedra caliza, filtrado con la finalidad de remover
el yeso, y más adelante extraído por una segunda Extracción por Solventes
para producir agua de lavado para el Circuito de Lavado. En esta manera
única toda el agua de lavado es internamente generada, además de que
permite al Proceso CESL ser autosuficiente y libre de efluentes a la vez.
La solución formada es recogida por el sistema de drenaje, pasando a un
proceso de “extracción iónica”, en el que se transfiere selectivamente el
cobre de la solución a otra solución llamada electrolito rico.
5b. Electro refinación:
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.
Electro-obtención
En esta etapa se aplica corriente continua a la solución, con lo que se
consigue que el cobre se deposite en placas de acero inoxidable. El
producto final es un cátodo de cobre de alta pureza.
Cátodos: obtenidos del proceso de electro refinación y de electro
obtención, son sometidos a procesos de revisión de calidad y luego
seleccionados, pesados y apilados.
6b. Embarque
Los cátodos son transportados hasta los puertos de embarque, donde son
cargados para su exportación.
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DIAGRAMA DE FLUJO DE OBTENCIÓN DEL COBRE POR VÍA HUMEDA
Figura 8. Diagrama de flujo de obtención del cobre por vía húmeda.
ALGORITMO DE DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESO DE MANUFACTURA
DE COBRE
1. El cobre o aleación de cobre son mezclados y fundidos en planchas o barras.
2. Estas planchas o barras son cortadas a las longitudes requeridas y colocadas
en un horno para su calentamiento a 800°C.
3. La matriz utilizada en el proceso de manufactura es colocada en un horno para
su calentamiento a 500°C. Luego, son colocados en el área de estrujado para
iniciar dicho proceso.
4. Después del proceso de estrujado, los productos son estirados (cobres
circulares), y cortados en diferentes longitudes, completando el proceso y
quedando listos para su venta.
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Figura 9. Diagrama de flujo de proceso de manufactura de cobre.
USOS DEL COBRE
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
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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.
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.
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.
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4. Conclusión:
El cobre tiene muchas aplicaciones en la vida diaria, la obtención de este es de gran importancia y para ello se lleva a cabo dos procesos: Por vía seca (Piro metalurgia para minerales de cobre sulfurados) y por vía húmeda (Hidrometalurgia para minerales de cobre oxidados) ; los cuales tiene el mismo punto de partida, que pasa por una serie de operaciones ya explicadas, lo que nos dan un producto terminado para las diferentes aplicaciones y usos que tiene el COBRE.
5. Referencias Bibliográficas :
Askelend, D.R., y Phulé, P.P. (2004). Ciencia e ingeniería de los
materiales. México: Thomson.
Kalpakjian, Serope., Schmid, Steven R. (2002). Manufactura, ingeniería
y tecnología. México: Pearson Educación.
Páginas web:
http://www.trituradoras-machacadora.mx/blog/proceso-productivos-del
cobre-trituradora-de-cobre-molino-de-cobre.html (Por Shcrushervip en
mayo 9th, 2012 a las 3:57pm).Publicado en: Conocimiento,
Trituradoras.
http://www.southernperu.com/ESP/opinte/Pages/
PGProcesoProductivo.aspx
http://www.leilimining.com/es/Productos/Copper.html
http://www.mim.cl/minisitios/tierra/swf/11_proceso_cobre.html
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