23 diciembre 2013

Metalurgia del cobre

El cobre fue uno de los primeros metales empleados por el hombre en su estado nativo, actualmente la producción del cobre se obtiene de minerales en forma de sulfuros.

  • Calcopirita (CuFeS2)
  • Calcosita (Cu2S)
  • Covelita (CuS)

También a partir de minerales oxidados, tales como:

  • Cuprita (Cu2O)
  • Malaquita (CuCO3 , Cu(OH)2)

Si se trata de una mena oxidada, como puede ser la malaquita, brochantite (CuSO4 3Cu(OH)2), cuprita; se le adiciona en una pila (montículo de mineral) donde se le agrega una solución de acido sulfúrico. Este proceso se le denomina lixiviación, obteniéndose en esta etapa la llamada “solución rica o preñada” que consiste en agua, sulfato de cobre e impurezas.

En la siguiente etapa denominada “purificación”, se somete a la solución rica a la acción de solventes orgánicos, dejando en la solución acido sulfúrico regenerado e impurezas, los que son retornados a las pilas. El electrolito cargado pasa a las celdas de electrodeposición, en donde el electrolito se descompone por acción de la corriente eléctrica, depositándose el cobre en el cátodo de la celda y se logra obtener un cobre de alta pureza (99,99%). El electrodo estéril se vuelve a unir al solvente cargado para tomar el cobre y renovar el ciclo.

En el Perú, la mayor producción de cobre es a partir de la calcopirita.

Se se trata de una mena sulfurada se somete a un proceso de flotación para obtener concentrados de cobre con un 25% de cobre aproximadamente. Este es sometido a un proceso de tostación en hornos de reverbero, donde por acción del calor el cobre es separado de las impurezas en forma de sulfuro de cobre, que se conoce en la industria como “mata de cobre” (Cu2S , FeS2) que contiene 50% de cobre aproximadamente.

El cobre es utilizado en la industria de las comunicaciones, por su elevada conductividad eléctrica se utiliza mayormente en la fabricación de conductores eléctricos (cables eléctricos). En la agricultura las sales de cobre como el sulfato y el oxiduro de cobre se emplean como desinfectantes, el oxido cuproso se emplea como pigmento en la fabricación de ciertas pinturas.

Metalurgia del cobre

El cobre se extrae principalmente de los siguientes minerales: calcopirita o chalcopirita y la calcosita; en el Perú los yacimientos de cobre son: La Oroya (Cerro de Pasco), Toquepala (Tacna) que es extraído por la empresa Southern-Perú y además en Cuajone (Moquegua), Tintaya (Cuzco), Cobriza (Huancavelica), etc.. La mena de cobre se separa de la ganga por flotación y luego se somete al proceso de tostación según:

2CuFeS2(g) + 3O2(g) → 2FeO(s) + 2Cu(s) + 2SO2(g)

Para separa el Cu del FeO, en un horno se calienta a 1100°C con arena (SiO2) y caliza triturada, en la cual el CuS se transforma en Cu2S líquido y el FeO es atrapado por el vidrio fundido formándose la escoria que es menos densa que el sulfuro de cobre fundido, de ese modo se drena la escoria.

Reducción del sulfuro cuproso (Cu2S) con aire caliente con lo cual se obtiene cobre metálico.

CuS(l) + O2(g) → 2Cu(l) + 2SO2(g)

El cobre obtenido se denomina cobre blister que contiene 99% en peso de cobre; el cobre impuro se refina (purifica) electrolíticamente hasta obtener 99,99% de cobre (cobre electrolito).

El principal uso del cobre es como conductor eléctrico y además para elaborar aleaciones como el latón (Cu en Zn) y bronce (Sn en Cu).

Aleaciones del cobre

1. Los latones: son aleaciones de cobre y zinc, se utilizan para cartuchos de municiones, en la industria automotriz (en los radiadores), ferretería, accesorio para la plomería, joyería de fantasía, intercambiadores de calor, estuches para lápiz labial, polveras, etc..

2. Los bronces: son aleaciones de cobre con otros metales excepto el zinc, así tenemos:

  • bronces al estaño, se utilizan en los discos de embrague, resortes, fuelles, etc..
  • bronces al silicio, se utilizan en recipientes a presión, construcción marina, conductos hidráulicos a presión, etc..
  • bronces de aluminio, se utilizan en engranajes, ejes motrices, piezas de bombas de agua, etc..
  • plata alemana (5% á 30% de Ni y 5% á 40% de Zn), se utiliza en resortes y contactos en equipos para teléfonos, equipo quirúrgico y dental.