ERICK NICOLAS GONZALES SANABRIA CARLOS IVAN OVALLE PUMAREJO

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.

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)

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•AfinoConcentración por flotación: Las concentraciones de cobre en las menas actuales son demasiado bajas por lo que la fundición directa sería muy costosa.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.

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.

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.

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.

La extracción de cobre se puede hacer desde una mina a tajo 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 tajo 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 tajo 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.

La extracción subterránea

ESTRACCION A CIELO ABIERTO

Se puede encontrar dos tipos distintos de mineral de cobre, el mineral de sulfuro y también el mineral de óxido. Los minerales de sulfuro son beneficiadas en celdas de flotación, aunque los minerales de óxido son típicamente lixiviados.Mineral de cobre de la mina a cielo abierto se chorrea, es cargado y transportado hacia el alimentador vibrante de grandes camiones mineros. A continuación, fabricamos cribas y se transporta mineral de cobre con abrasivos hacia la principal trituradora por ejemplo trituradora de mandíbula o trituradoras impacto. Después de aplastar, el mineral de cobre es enviado al molino de bolas de molienda. Dentro del molino de bolas, el mineral de cobre molido a aproximadamente 0-2 mm con bol as de acero de 3 pulgadas. Este mineral de cobre los purines es por último bombeado hacia la salida a bolsa cubierta.

PLANTA DE PROCESAMIENTO DEL COBRE

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 electro-obtención.

Electro-obtención: aquí la solución electrolítica de cobre es llevada a las celdas de electro-obtención, 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.

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, o el de la lixiviación y electroobtención.

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, el que es moldeado en placas llamadas ánodos, que van a electrorrefinación.

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.

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.

El primer paso para obtener el mineral de cobre es destruir el mineral de cobre a cielo abierto, y luego, carga y transporta en la planta de trituración. En una planta de escala larga que sirve para el beneficio del mineral de cobre, se necesitan una planta de trituradora y una planta de molienda. En la trituradora, el mineral se rompe en las piezas pequeñas con diámetro menos de 25 mm. Los minerales rotos se transportan en la centradora por una cinta transportadora. En esta contradora, el molino primaria SAG y el molino segundario de bola muelen el mineral hasta que está en pulvo fino. Y después, el mineral va a ser triturado y cribado, acompañados por lo que el mineral de sulfuro va a las celdas de flotación de espuma. Se recuperan de cobre después.

El Molino del mineral de cobre juega un papel muy importante en el proceso de la molienda de cobre. El molino de Bola de Doble es un equipamiento eficaz para moler el mineral de tamaño de nuez en polvo. Hay dos maneras de molienda: el proceso seco y el húmedo. De acuerdo a las formas de los materiales descargados se pueden dividir en dos tipos: el tipo de tabla y el flojo.El producto final producido por la trituradora de bola de Doble–el polvo, generalmente, contiene menos de 1 por ciento de cobre, mientras que el mineral de sulfuro está a una etapa de concentración, cuando los minerales oxidados se dirigen a los tanques de lixiviación.

De acuerdo con los características de minerales aplica varios procesos:

1. Trata el mineral de cobre ultra delgado, aplica el proceso de molienda por sección, flotación por sección, o la molienda por varias secciones, y la flotación concentrada. 2. Trata el mineral de cobre-zinc con azufre, aplica el proceso de molienda por dos secciones, y seleccionar el mineral concentrado de cobre-zinc, y realiza la flotación de sulfato de cobre para lograr el mineral concentrado de Zinc y azufre, y realiza la separación respectivamente, logra el mineral concentrado de cobre, el mineral concentrado de zinc y el mineral concentrado de azufre. 3. Trata el mineral de cobre con pirita, aplica el proceso de flotación de cobre- azufre , y mineral de molienda, después de re-moler de mineral concentrado grosero, realiza la separación de cobre y azufre. 4. Trata el mineral de cobre con ley bajo, aplica la molienda por una sección, la flotación mixta, para seleccionar el mineral concentrado de cobre- molibdeno, y después de re-moler de mineral concentrado grosero, realiza la separación de cobre y molibdeno.5. Trata el mineral con más lomo, y gran diferencia en la flotabilidad, aplica el proceso de separación de lomo.

Durante el primer decenio del siglo XX se produjeron cambios trascendentales en la industria del cobre. Tuvo lugar la segunda revolución tecnológica de esta industria, que permitió después de tres décadas de decadencia que ésta experimentara un nuevo ciclo de crecimiento.. Las empresas norteamericanas que se establecieron en el país dejaron atrás el método de beneficio por fundición directa (que había sido la práctica metalúrgica por excelencia durante el siglo XIX), e introdujeron dos innovaciones: el proceso de concentración mecánica por vía húmeda, y la hidrometalurgia (lixiviación), técnicas que a fines del siglo XIX comenzaron a generalizarse en la metalurgia mundial y que a partir de entonces son las utilizadas.

La Refinación (como en aplicaciones no-metalúrgicas) es una etapa que consiste básicamente en la purificación de un material impuro, en este caso, un metal. Se distingue de los otros procesos, como por ejemplo la fundición y calcinación, en que esos dos implican un cambio químico de la materia prima, mientras que en la refinación, el material resultante es químicamente idéntico al original, sólo que más puro. Los procesos utilizados durante la refinación son de muchos tipos, incluyendo técnicas pirometalúrgicas e hidrometalúrgicas.

Uno de los procesos más antiguos para la refinación del metal es el acendrado. El producto inicial del cobre de fundición era un cobre negro e impuro, que era entonces derretido en varias ocasiones para purificarlo, oxidándolo alternadamente y reduciéndolo. En una de las etapas de fundición, se le agregaba plomo. Para poder producir un cobre más puro y propicio para fabricar placas de cobre o recipientes de cocina, fueron emprendidos procesos de fundición más efectivos utilizando el carbón de leña como combustible. La aplicación constante y repetitiva de tales procesos de acendrado permitió producir un 99.25% de cobre puro.

Utilizado por primera vez al sur del País de Gales, en 1869, la electrorrefinación es un proceso de purificación de cobre metálico que se lleva a cabo en celdas electrolíticas y consiste en la aplicación de corriente eléctrica, para disolver el cobre impuro. De esta manera es obtenido el cobre más puro posible, con un 99,99% de pureza, lo que permite su utilización como conductor eléctrico. Este proceso de refinación le da un valor agregado al mineral, ya que se utiliza tecnología adecuada para posteriormente poder comercializar el cobre refinado, y entonces las distintas empresas que compren estos minerales refinados le darán el uso que estimen conveniente. Chile es uno de los principales productores y refinadores de cobre en el mundo, pero lamentablemente no manufactura sus recursos y el mismo cobre que exportamos y tratamos, lo compramos a empresas extranjeras en forma de productos.

Principales países productores Latinoamericanos

• 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.

• 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.

• 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…

• El cobre es uno de los metales más conocidos existentes en la naturaleza y es uno de los que mayor uso le ha dado el hombre a lo largo de la historia. por lo cual hemos tenido que ir adaptándonos e implementar nuevas tecnicas para el beneficio y refinacion de este mineral.

• “El cobre. Metalurgia extractiva”. A.K.BISWAS Y W.G .DAVENPORT. Editorial Limusa, 1993.

• “Metalurgia extractiva: procesos de obtención”. JOSÉ SANCHO, LUIS FELIPE VERDEJA Y ANTONIO BALLESTER. Editorial Síntesis, 2000.