Propiedades, Metalurgia y Procesamiento del Cobre

Cobre

Cu, un metal de transición de amplio uso, con número atómico z=29. De color pardo rojizo.

Naturaleza

• Óxido de cobre (Cuprita)
• Hidrocarbonato de cobre (Malaquita y azurita)
• Calcopirita

Se extrae por vía seca, mediante calcinación y reducción (tostaciones y fusiones reductoras sucesivas). Primero, se separa el hierro y el azufre, obteniendo óxido de cobre. Luego, se separa el oxígeno por medio de fusiones reductoras en horno de cuba, obteniéndose cobre bruto. Por fusiones sucesivas (afinado), se obtiene cobre puro.

Propiedades

• Conductividad al calor y electricidad: Esencial en la industria eléctrica.

• Resistencia a la corrosión: Mantiene sus propiedades físicas y químicas gracias a una película protectora que se forma naturalmente en ciertos ambientes.

• Maleabilidad: Puede transformarse en láminas muy delgadas.

• Ductilidad: Permite fabricar alambres finos, incluso de 0,025 mm de diámetro.

• Resistencia a la tracción de alambre estirado: 4200 kg/cm².

Metalurgia del Cobre

La metalurgia del cobre varía según la mena. El proceso para obtener cobre en bruto incluye:

1. Trituración, lavado y molido.
2. Adición de productos químicos para obtener concentrado de cobre.
3. Traslado al horno para separar el cobre del exceso de gases y escoria.
4. Conversión del cobre mediante aire y productos químicos, obteniendo cobre metálico en bruto (98%).
5. Moldeado y posterior electrolisis (99.99% de pureza) para obtener cobre refinado.

El cobre en estado líquido se funde en lingotes o barras, que luego se transforman por laminado y estirado en semi-productos (planchas, alambres, tubos), cuyas formas dimensionales están normalizadas.

La resistencia a la tracción del cobre recocido es de 20-24 kg/mm², aumentando con tratamientos como estirado duro o laminado (28-38 kg/mm²). El cobre pierde resistencia al ser calentado y puede ser alargado hasta cuatro veces su longitud. La deformación en frío endurece el cobre, siendo necesario recocerlo a 600°C para eliminar su dureza. Puede ser estañado con facilidad y limpiado con ácido clorhídrico. El cobre no es ideal para la fundición debido a su alta viscosidad, por lo que se le agregan plomo, cadmio, manganeso, níquel o estaño para mejorar sus propiedades de colado.

Tipos de Cobre

• Blister (99,5-99,7%): Se utiliza como materia prima para obtener cobre refinado y producir químicos agrícolas.

• Refinado a fuego (99,2%): Empleado en aleaciones como bronce y latón.

• Cobre electrolítico (99,99%): Excelente conductividad eléctrica, resistencia al fuego y a la corrosión. Ideal para conductores eléctricos y electrónica.

Cobre de Gran Pureza (Electrolítico)

Se obtiene por electrolisis: una plancha de cobre bruto (ánodo) y una capa de cobre puro (cátodo) se sumergen en un electrolito de H₂SO₄. El cobre bruto se disuelve, las impurezas descienden al fondo y el cobre puro se deposita en el cátodo.

Aleaciones del Cobre

Latón (Cu+Zn)

• Más duro que el cobre, dúctil y forjable en láminas finas.
• Color amarillo claro u oro.
• Resistente a agentes químicos, fácil de soldar y no se oxida.
• Regular conductor de la electricidad.
• Porcentaje de cobre mínimo: 50%.
• Resistencia a la tracción: 30-40 kg/mm².

Su maleabilidad varía según composición y temperatura. Algunos tipos de latón son maleables solo en frío, en caliente o en ningún caso. Todos se vuelven quebradizos cerca del punto de fusión. Se obtiene mezclando zinc con cobre en crisoles, hornos de reverbero o cubilotes. Los lingotes se laminan en frío y las barras o planchas pueden laminarse en varillas o cortarse en tiras para fabricar alambre.

Bronces (Sn+Cu)

• Porcentaje mínimo de cobre: 60%.
• Pueden contener zinc, plomo u otros metales.
• Con al menos 10% de estaño, la aleación es dura y su punto de fusión es bajo.
• Más resistente y duro que otras aleaciones, excepto el acero.
• Superior al acero en resistencia a la corrosión y facilidad de lubricación.
• Mayor resistencia que el cobre, fácil de fundir, buena conducción eléctrica y resistente a la corrosión y el desgaste.

Procesamiento del Cobre

Chancado y Molienda

El chancado reduce el tamaño del mineral hasta obtener una granulometría adecuada para la lixiviación. La molienda, aunque necesaria, consume mucha energía. La molienda húmeda gasta más energía que la trituración seca. Se pueden alcanzar tamaños inferiores a 6 mm con trituración seca. El proceso se divide en:

• Trituración o chancado primario o grueso.
• Trituración o chancado fino (secundario, terciario y cuaternario).

La selección del equipo de chancado depende del volumen, tamaño de alimentación, tamaño de producto final y tenacidad del material. Antes del chancado, se recomienda el cribado para seleccionar el tamaño y mejorar la eficiencia del proceso.

Flotación

Proceso físico-químico que separa los minerales sulfurados del metal mediante tensión superficial. El mineral molido se adhiere a burbujas de aire y se separa de la roca. Se utilizan reactivos:

• Espumantes: Alteran la tensión superficial para producir burbujas resistentes.
• Colectores: Favorecen la hidrofobia de los sulfuros para que se adhieran al aire.
• Depresantes: Evitan la recolección de especies no deseadas.
• Modificadores de pH: Estabilizan la acidez de la pulpa.

La pulpa se agita con aire para facilitar el contacto entre partículas, reactivos, agua y aire, mejorando la eficiencia del proceso.

Aglomeración (Pelletización)

Prepara el material para la lixiviación, asegurando una buena permeabilidad. Las partículas finas se adhieren a las gruesas, que actúan como núcleos.

Lixiviación

Se realiza en patios o pilas impermeabilizadas. Si el patio se reutiliza, es lixiviación en depósito; si no, en pilas. El mineral se coloca en montones y se riega con una solución para recolectar líquidos enriquecidos con el mineral.

Electrorrefinación del Cobre

Disolución electroquímica de ánodos impuros para depositar cobre puro en cátodos. Objetivos:

• Eliminar impurezas que afectan las propiedades del cobre.
• Recuperar impurezas valiosas como subproductos.