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Proceso de obtención del cobre
RocÃ−o Hermida Lorenzo
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 oxÃ−geno como carbonatos, óxidos, silicatos y sulfatos, pero en menor concentración.
Según sea la mena, el proceso de extracción del cobre será diferente, asÃ− tenemos:
- Extracción de cobre a partir de menas sulfuradas (pirometalurgia)
- Extracción de cobre a partir de menas de óxido (hidrometalurgia)
Extracción de cobre a partir de menas sulfuradas
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
- Afino
Concentración por flotación
Las concentraciones de cobre en las menas actuales son demasiado bajas por lo que la fundición directa serÃ−a muy costosa. Ãsta implicarÃ−a que se fundiesen enormes cantidades de material sin valor que conllevarÃ−an un gran gasto energético y una gran capacidad de horno. Por estas razones, hoy en dÃ−a se recurre al aislamiento de los minerales de cobre en forma de un concentrado. El método más efectivo de concentración es la concentración por flotación, que requiere un proceso previo de trituración y molienda.
Los principios en los que se basa el proceso de flotación son los siguientes:
Los minerales sulfurados normalmente se humedecen por el agua, pero pueden ser acondicionados con reactivos que los volverán repelentes al agua.
- Esta hidrofobicidad puede ser creada en minerales especÃ−ficos dentro de una pulpa agua - mena. Los choques entre las burbujas de aire y los minerales que se han hecho hidrofóbicos conducirán a la unión entre las burbujas y dichos minerales
- Las partÃ−culas de mineral no acondicionadas no se unirán a las burbujas de aire.
Con todo esto conseguimos que los minerales de cobre se adhieran a las burbujas de aire con las cuales se van a elevar hasta la superficie de la celda de flotación. El resto de minerales (ganga) se quedan atrás y abandonan la celda a través de un sistema de descarga.
Los reactivos que se utilizan para crear las superficies hidrofóbicas consisten en moléculas heteropolares, es decir, moléculas que tienen un extremo polar cargado y un extremo no polar (hidrocarburo). Estos
reactivos tienen normalmente un grupo portador de azufre en su extremo polar, el cual enlaza a los minerales de sulfuro pero ignora las superficies de los óxidos. Lo reactivos de sulfuro más conocidos son los xantatos de sodio y potasio, pero también se usan otras moléculas portadoras de azufre como tionocarbonatos, ditiofosfatos y tiocarbanilida.
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. Los objetivos de la tostación son dos:
Utilizar el calor de la tostación para secar y calentar la carga antes de ser introducida al horno de fundición.
- Aumentar la concentración de cobre en el producto de fundición, es decir, en la mata lÃ−quida.
La tostación se lleva a cabo entre 500 y 700ºC, dentro de los tostadores tipo hogar o de lecho fluidificados, bajo condiciones bien controladas. El producto de la tostación es una mezcla de sulfuros, sulfatos y óxidos, cuya composición puede variarse mediante el control de la temperatura del proceso de tostación y la relación aire - concentrado.
Fusión de mata
El objetivo de la fundición de mata es formar dos fases lÃ−quidas inmiscibles: una fase lÃ−quida de sulfuro (mata) que contiene todo el cobre de la carga y una fase lÃ−quida de escoria sin cobre. La mata tiene un contenido en cobre de entre un 35 a un 65%. La escoria fundida se desecha directamente o después de una etapa de recuperación de cobre. La gran desventaja de este método es la contaminación de la atmósfera con el gas SO2.
La fusión de mata se lleva a cabo al fundir la carga total del horno a una temperatura aproximada de 1200ºC, normalmente con fundentes de sÃ−lice y carbonato de calcio. Hoy en dÃ−a la fundición se realiza de forma mayoritaria en hornos de reverbero aunque todavÃ−a se utilizan altos hornos y hornos eléctricos.
La mata fundida resultante del proceso de fundición contiene cobre, hierro y azufre como componentes principales y hasta un 3% de oxÃ−geno disuelto. Además, contiene cantidades menores de metales como As, Sb, Bi, Pb, Ni y metales preciosos.
Para eliminar el hierro, el azufre y otras impurezas, se pasa la mata por un convertidor cilÃ−ndrico Pierce -Smith, revestido con refractario básico. En este convertidor se produce la oxidación de la mata con oxÃ−geno a una temperatura de 1200ºC. Al final del proceso se obtiene un cobre metálico lÃ−quido no refinado con una pureza de entre un 98.5 a un 99.5%, denominado cobre blÃ−ster. Además de éste, también se produce la escoria y grandes volúmenes de gases calientes que contienen entre un 5 a un 15% de SO2. Las reacciones que se llevan a cabo son:
2FeS + 3O2 + SiO2 ï 2FeO.SiO2 + 2SO
Aire Fundente Escoria
2Cu2S + 3O2 â 2Cu2O + 2SO2 Cu2S + O2 ï 2Cu + SO
Cu2S + 2Cu2O â 6Cu + SO2 Aire Cobre Blister
Afino
