2013

EL COBRE

QUMICA MENCIN

QM-35

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INTRODUCCIN

El cobre es un elemento metlico que provino de las profundidades de la Tierra hace millones de

aos, impulsado por los procesos geolgicos que esculpieron nuestro planeta.

En su manifestacin ms evidente aparece en vetas con un alto contenido de cobre, e incluso

como cobre nativo o natural, una peculiaridad que permiti su descubrimiento por parte de

sociedades primitivas cuando apenas se iniciaban en el conocimiento de los metales. Estos

depsitos de cobre en estado natural o de muy alta pureza abastecieron a la humanidad durante

largo tiempo, hasta que se agotaron.

En la actualidad la mayor parte del cobre disponible aparece disperso en grandes reas, mezclado

con material mineralizado y con roca estril. Estos son los llamados yacimientos porfdicos, que

slo pudieron ser explotados cuando se desarrollaron las habilidades metalrgicas necesarias para

separar y recuperar el metal.

Hay una gran cantidad de compuestos que contienen cobre, clasificados en dos grandes grupos:

1. MINERALES SULFURADOS

2. MINERALES OXIDADOS

El metal rojizo es utilizado en una amplia gama de productos como cable y tuberas, pero tambin

est presente en aleaciones con diversos usos logradas a partir de su combinacin con otros

compuestos como Cinc, Estao, Plata, Plomo, Slice, Berilio, Hierro, Aluminio y otros.

M I N E R A L E S D E C O B R E

OXIDADOS SULFURADOS

XIDOS Cu2O

CUPRITA SULFUROS

Cu2S CALCOSINA

CARBONATOS CuCO3Cu(OH)2

MALAQUITA

SULFUROS

DOBLES CuFeS2

CALCOPIRITA

SILICATOS CuSiO32H2O CRISOCOLA

CUPRITA CALCOPIRITA CALCOSINA

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ALGUNAS PROPIEDADES DEL COBRE

Algunas de esas propiedades son transmitidas a las aleaciones que contienen Cobre, dos de las

ms importantes, conocidas desde la antigedad, son el Bronce, un material de gran dureza que

resulta de combinaciones con estao, y el Latn, de Cobre con Cinc, fcil de manipular y

resistente a la corrosin.

PRODUCCIN DE COBRE

La dispersin con que aparece el Cobre hace necesario someter los minerales extrados a procesos

productivos con la finalidad de obtener el metal puro.

El Cobre se encuentra asociado en su mayor parte a minerales sulfurados, aunque tambin

existen minerales oxidados.

PROCESO PRODUCTIVO (RESUMEN)

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COBRE SULFURADO

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FUNDICIN

El concentrado de Cobre seco con una concentracin del 31% de Cobre, se somete a procesos de

pirometalurgia en hornos a grandes temperaturas, mediante los cuales el Cobre del concentrado

se convierte en Cobre metlico y se separa de los otros minerales como Hierro (Fe), Azufre (S),

Silicio (Si) y otros.

En el proceso el concentrado de Cobre se somete a temperaturas altas (1200C) con el propsito

de fundirlo. Una vez que ocurre, los elementos que componen los minerales presentes se separan

segn su peso, quedando los ms livianos en la parte superior del fundido, mientras que el Cobre,

que es ms pesado se concentra en la parte baja. De esta forma es posible separar ambas partes

vacindolas por vas distintas.

El concentrado ya fundido se separa en dos fases:

Eje o mata: Corresponde a la parte ms pesada, que contiene un 45% a 48% de Cobre.

Este eje se concentra en la parte inferior del horno, desde donde es retirado en forma

lquida y cargado en grandes ollas de acero que lo transportan hacia la siguiente etapa de

conversin.

Escoria: Es la parte ms liviana del fundido, formada bsicamente por Hierro y slice tiene

menos de 1% de cobre), la cual queda flotando sobre el eje. La escoria es retirada del

horno en forma separada del eje, cargada en ollas y arrojada en un botadero donde se

solidifica a temperatura ambiente.

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CONVERSIN

Mediante el proceso de conversin se tratan los productos obtenidos en la fusin, para obtener

cobre de alta pureza. Para esto se utilizan los llamados hornos convertidores.

El convertidor es un reactor cilndrico donde se procesan separadamente: el eje proveniente del

horno de reverbero y el metal proveniente del horno convertidor.

Este es un proceso cerrado, es decir, una misma carga es tratada y llevada hasta el final, sin

recarga de material. Finalmente se obtiene Cobre blister, con una pureza de 96%.

PIRORREFINACIN

Mediante la pirorrefinacin o refinacin a fuego se incrementa la pureza del cobre blister

obtenido de la conversin. Consiste en eliminar el porcentaje de oxgeno presente en este tipo de

cobre, llegando a concentraciones de 99,7% de cobre.

El Cobre RAF (refinado a fuego) es moldeado en placas gruesas, de forma de nodos, de un peso

aproximado de 225 kg.

ELECTRO-REFINACIN (ELECTROBTENCIN)

El proceso de electro-refinacin se basa en las caractersticas y beneficios que ofrece el fenmeno

qumico de la electrlisis, que permite refinar el cobre andico (nodo) mediante la aplicacin de

la corriente elctrica, obtenindose ctodos de cobre de alta pureza (99,99%), los que son

altamente valorados en el mercado.

La electro-refinacin se realiza en celdas electrolticas, donde se colocan en forma alternada un

nodo (que es una plancha de cobre obtenido de la fundicin), y un ctodo, (que es una plancha

muy delgada de cobre puro), hasta completar 30 nodos y 31 ctodos en cada celda.

La electrlisis consiste en hacer pasar una corriente elctrica por una solucin de cido sulfrico y

agua. El ion sulfato de la solucin comienza a atacar el nodo de cobre formando una solucin de

sulfato de cobre (CuSO4) denominado electrolito.

Al aplicar corriente elctrica, los componentes de la solucin se cargan elctricamente

producindose una disociacin inica en la que el anin sulfato (SO4-2) es atrado por el nodo (+)

y el catin (Cu+2) es atrado por el ctodo (-). El anin SO4-2 ataca al nodo formando sulfato de

cobre, el que se ioniza en la solucin por efecto de la corriente elctrica, liberando cobre como

catin que migra al ctodo, y se deposita en l. El ion sulfato liberado migra al nodo y vuelve a

formar sulfato de cobre que va a la solucin, recomenzando la reaccin.

Este proceso es continuo durante 20 das. El da 10, se extraen los ctodos y se reemplazan por

otros y los nodos se dejan 10 das ms y se reemplazan por otros. De esta forma, al final del da

20, nuevamente se extraen los ctodos y se renuevan los nodos.

Los otros componentes del nodo que no se disuelven, se depositan en el fondo de las celdas

electrolticas, formando lo que se conoce como barro andico el cual es bombeado y almacenado

para extraer su contenido metlico (Oro, Plata, Selenio, Platino y Paladio).

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Diagrama de flujo (Codelco Chile)

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COBRE OXIDADO

En los yacimientos de cobre de minerales oxidados, el proceso de obtencin se realiza en tres

etapas que trabajan como una cadena productiva, totalmente sincronizadas:

1. LIXIVIACIN EN PILAS.

2. EXTRACCIN POR SOLVENTE.

3. ELECTROOBTENCIN.

LIXIVIACIN EN PILAS

La lixiviacin es un proceso hidrometalrgico que permite obtener el cobre de los minerales

oxidados que lo contienen, aplicando una disolucin de cido sulfrico y agua.

La lixiviacin se mantiene por 45 a 60 das, despus de lo cual se supone que se ha agotado casi

toda la cantidad de Cobre lixiviable. El material restante o ripio es transportado mediante correas

a botaderos donde se podra reiniciar un segundo proceso de lixiviacin para extraer el resto de

Cobre.

De la lixiviacin se obtienen soluciones de sulfato de cobre (CuSO4) con concentraciones de hasta

9 gramos por litro que son llevadas a diversos estanques donde se limpian eliminndose las

partculas slidas que pudieran haber sido arrastradas. Estas soluciones de sulfato de cobre

limpias son llevadas a planta de extraccin por solvente.

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EXTRACCIN CON SOLVENTES

En esta etapa la solucin que viene de las pilas de lixiviacin se libera de impurezas y se

concentra su contenido de cobre, pasando de 9 g/L a 45 g/L, mediante una extraccin inica.

Para extraer el cobre de la solucin, sta se mezcla con una solucin de parafina y resina

orgnica. La resina captura los iones de cobre (Cu+2) en forma selectiva. De esta reaccin se

obtiene por un lado un complejo resina-cobre y por otra una solucin empobrecida en cobre que

se denomina refino, la que se utiliza en el proceso de lixivacin y se recupera en las soluciones

que se obtienen del proceso.

El compuesto de resina-cobre es tratado en forma independiente con una solucin electrolito rica

en cido, el que provoca la descarga del Cobre desde la resina hacia el electrolito (solucin),

mejorando la concentracin del Cobre en esta solucin hasta llegar a 45 gramos/litro. Esta es la

solucin que se lleva a la planta de electrobtencin.

ELECTRO-OBTENCIN

Esta etapa corresponde al desarrollo de un proceso electrometalrgico mediante el cual se

recupera el Cobre disuelto en una solucin concentrada de Cobre.

Mediante el proceso de electrobtencin se recupera el Cobre de una solucin electrolito

concentrado para producir ctodos de alta pureza (99,99%) muy cotizados en el mercado.

La solucin electroltica que contiene el Cobre en forma de sulfato de cobre (CuSO4) es llevada a

la caldera de electrobtencin que son estanques rectangulares que tienen dispuestas en su

interior y sumergidas en solucin, unas placas metlicas de aproximadamente 1 m2 cada una.

Estas placas corresponden alternadamente a un nodo y un ctodo. Los nodos son placas de

plomo que hacen las veces de polo positivo. Ya que por estos se introduce la corriente elctrica,

en tanto que los ctodos son placas de acero inoxidable y corresponden al polo negativo, por

donde sale la corriente.

Todas las placas estn conectadas de manera de conformar un circuito por el que se hace circular

una corriente elctrica continua de muy baja intensidad, la que entra por los nodos y sale por los

ctodos.

El Cobre en solucin (catin, de carga positiva +2: Cu+2) es atrado por el polo negativo

representado por los ctodos, por lo que migra hacia stos pegndose partcula por partcula en

su superficie en forma metlica (carga cero).

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DIAGRAMA DE FLUJO (CODELCO CHILE)

MOLIENDA

Primario Secundario Terciario 1 2 3 4

5

PILAS DE LIXIVIACIN

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8

EXTRACCIN POR SOLVENTES

ELECTRO OBTENCIN

CTODOS ELECTRO OBTENIDOS

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SUBPRODUCTOS DEL COBRE

Durante el proceso de concentracin del Cobre se obtiene como subproducto el concentrado de

molibdeno (bisulfuro de molibdeno MoS2), cuyo aspecto es el de un fino polvillo negruzco y muy

resbaladizo. Este material es sometido a un proceso posterior de tostacin para eliminar el Azufre.

El producto resultante que comercializa Codelco es el trixido de molibdeno grado tcnico y se

utiliza como materia prima en la elaboracin de aleaciones con gran resistencia a la temperatura y

corrosin.

El trixido de molibdeno, un polvo de color amarillo verdoso, se vende envasado como polvo en

tambores o tamborcillos, y parte desde puertos martimos ubicados en el norte y centro de Chile

hacia diversos mercados del mundo. Codelco comercializa alrededor de 24.000 toneladas mtricas

anuales.

El trixido de azufre (SO3) se desprende fcilmente de la disolucin, ya que es voltil a

temperatura ambiente. Si se abre un frasco de oleum (cido concentrado), se desprende

enseguida un humo blanco de SO3, por lo que el oleum se llama tambin cido sulfrico fumante. De entre sus muchas aplicaciones mencionaremos algunas:

Industria de Abonos: para disgregar los fosfatos, preparacin de sulfatos, etc. Industria Orgnica: para preparar productos intermedios (para sulfurar, como cido de

nitracin, en mezclas con cido ntrico, etc.)

Industria de Soda Artificial.

Otras Industrias y Usos Tcnicos (para limpiar, acidular, acumuladores, como deshidratante, etc.)

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PRODUCCIN

Los gases con contenido de Azufre que emanan de los hornos de fusin de concentrados de cobre

son captados y conducidos a plantas de limpieza y tratamiento, que permiten obtener la

produccin de cido sulfrico mediante la oxidacin de SO2 y posterior reaccin con agua en

reactores de plomo (cmaras de plomo).

Aunque el principal destino del cido sulfrico en el mundo es la industria productora de

fertilizantes, el consumo en la minera del Cobre ha aumentado en los ltimos aos, debido a su

uso en procesos de lixiviacin y de electrobtencin utilizados en la fabricacin de ctodos de

Cobre. Este compuesto tambin es utilizado en las industrias papelera y qumica.

En la actualidad, casi todo el cido sulfrico producido por Codelco es utilizado en la minera del

cobre, as que buena parte de este producto es destinado a consumo propio, o a clientes ubicados

en el rea de influencia de la Divisin Codelco Norte y la Divisin Salvador en el norte de Chile.

El cido sulfrico producido por la Divisin El Teniente, en la zona central de Chile, es

transportado por naves hacia la zona norte del pas donde estn ubicados los principales centros

de consumo.

La produccin de cido sulfrico de Codelco est directamente relacionada con un compromiso

medioambiental, ya que usa como materia prima los gases metalrgicos producidos durante el

proceso de fusin-conversin de concentrados de cobre.

BARROS ANDICOS

Los barros andicos son un concentrado de metales preciosos generado durante la refinacin

electroltica realizada para fabricar ctodos de cobre con 99,99 por ciento de pureza.

Estos componentes se depositan en el fondo de las celdas donde es realizada la refinacin y

reciben el nombre por su apariencia lodosa. Despus de lavar y filtrar el barro para eliminar restos

de cido sulfrico de la electrlisis, el producto es envasado en tambores metlicos, que son

palletizados, consolidados en contenedores y embarcados en servicios navieros hacia los puertos

de destino.

Debido a la presencia de metales preciosos como Plata, Oro, Platino y Paladio, los barros andicos

tienen un elevado valor comercial. Para eso deben ser sometidos a un proceso fsico-qumico que

permita separar estos componentes.

Los metales preciosos obtenidos de los barros andicos son utilizados para la fabricacin de joyas,

monedas, pelculas, papeles fotogrficos, catalizadores, entre otros.

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