UNIVERSIDAD NACIONAL JOSE FAUSTINO SANCHEZ CARRION

FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA y METALURGICA

CURSO DE TITULACION EXTRAORDINARIA 2012

TECNOLOGIA DEL COBRE

COBRE

• Cobre del latín cuprum, y éste del griego kypros

• Elemento químico, de símbolo Cu

• con número atómico 29

• dos isótopos estables: 63Cu y 65Cu

• 25 isótopos radiactivos de los cuales los más estables son el 67Cu, el 64Cu y el 61Cu

• metal pardo rojizo

• maleable y dúctil

• de elevada conductibilidad eléctrica y térmica

• excelente resistencia a la corrosión

• gran facilidad para formar aleaciones

-después de la plata, es el de mayor conductividad eléctrica y térmica

-es resistente a la corrosión y oxidación.

-buena maquinabilidad, es decir, son fáciles de mecanizar

-Es un metal blando, con un índice de dureza 3 en la escala de Mohs

-resistencia a la tracción es de 210 Mpa

-límite elástico de 33,3 Mpa

-Admite procesos de fabricación de deformación como laminación o forja, y procesos de soldadura

-sus aleaciones adquieren propiedades diferentes con tratamientos térmicos como temple y recocido.

-En general, sus propiedades mejoran con bajas temperaturas lo que permite utilizarlo en aplicaciones criogénicas

sus compuestos presentan estados de oxidación

Expuesto al aire húmedo se oxida

los óxidos de cobre reaccionan con ácido acético

Los halógenos atacan con facilidad al cobre

Los ácidos oxácidos atacan al cobre

El ácido cítrico disuelve el óxido de cobre

Principales Minerales del Cobre

• Calcopirita CuFeS2

• Calcosina Cu2S

• Covelina CuS

• Bornita 2Cu2S•CuS•FeS

• Tetraedrita Cu3SbS3 + x(Fe,Zn)6Sb2S9

• Malaquita CuCO3•Cu(OH)2

• Azurita 2CuCO3•Cu(OH)2

• Cuprita Cu2O

• Crisocola CuO•SiO2•2H2O

Propiedades biológicas

.

• El cobre está presente en la clorofila de las plantas

• El cobre contribuye a la formación de glóbulos rojos y al mantenimiento de los vasos sanguíneos, nervios, sistema inmunitario y huesos y por tanto es esencial para la vida humana.

• El cobre se encuentra en algunas enzimas como la citocromo c oxidasa, la lisil oxidasa y la superóxido dismutasa

• El desequilibrio de cobre en el organismo produce la enfermedad de Wilson

• También hay enfermedades que disminuyen la absorción de cobre, como la enfermedad celiaca, la fibrosis quística o al llevar dietas restrictivas

• El cobre se encuentra en una gran cantidad de alimentos habituales de la dieta tales como ostras, mariscos, legumbres, vísceras y nueces entre otros, además del agua potable y por lo tanto es muy raro que se produzca una deficiencia de cobre en el organismo.

Precauciones sanitarias del cobre

La inhalación de niveles altos de cobre puede producir irritación de las vías respiratorias

La ingestión de niveles altos de cobre puede producir náuseas, vómitos y diarrea

Un exceso de cobre en la sangre puede dañar el hígado y los riñones, e incluso causar la muerte

Ingerir por vía oral una cantidad de 30 g de sulfato de cobre es potencialmente letal en los humanos.

• El valor límite tolerado es de 0,2 mg/m³ para el humo y 1 mg/m³ para el polvo y la niebla

• El cobre reacciona con oxidantes fuertes tales como cloratos, bromatos y yoduros, originando un peligro de explosión.

• es necesario el uso de equipos de protección individual como guantes, gafas y mascarillas

Precauciones sanitarias del cobre

Es recomendable que los trabajadores se duchen y se cambien de ropa antes de volver a su casa cada día

• La Organización Mundial de la Salud (OMS) en su Guía de la calidad del agua potable recomienda un nivel máximo de 2 mg/l

• El agua con concentraciones de cobre superiores a 1 mg/l puede ensuciar la ropa al lavarla y presentar un sabor metálico desagradable

• Las actividades mineras pueden provocar la contaminación de ríos y aguas subterráneas con cobre y otros metales durante su explotación así como una vez abandonada la minería en la zona.

• El color turquesa del agua y las rocas se debe a la acción que el cobre y otros metales desarrollan durante su explotación minera

Aleaciones del cobre

• Latón (Cu-Zn

• Bronce (Cu-Sn)

• Alpaca (Cu-Ni-Zn)

• Cobre-cadmio (Cu-Cd): catenarias y cables de contacto para tranvías.

• Cobre-cromo (Cu-Cr) y Cobre-cromo-circonio (Cu-Cr-Zr): en electrodos de soldadura por resistencia, barras de colectores, contactores de potencia, equipos siderúrgicos y resortes conductores.

• Cobre-hierro-fósforo (Cu-Fe-P).circuitos integrados

• Cobre-aluminio (Cu-Al): trenes de aterrizaje de los aviones , en ciertas construcciones mecánicas

• Cobre-berilio (Cu-Be): fabricar muelles, moldes para plásticos, electrodos para soldar por resistencia y herramientas antideflagrantes

• Cobre-plata (Cu-Ag)

• Constantán (Cu55Ni45). fabricación de termopares, galgas extensiométricas y monedas.

• Manganina (Cu86Mn12Ni2): galgas extensiométricas y resistores

Proceso de Obtención

El cobre con Cu 1,58% , SiO2 66%, Fe 1,41%, CaO 0,2%, Al203 17,70%, MgO 0,68%, S 2,10%, NO3H 0,03%, Cl 0,05%, Na 0,80%, K 4,80%, Mn 0,07%, Mo 0,01%, As 0,005%, Sb 0,005%, Ba 0,01%, H2O 0,7%, O en sulfatos 3,94%, se extrae en tajo abierto, luego se tritura, se lleva a la molienda, luego a la flotación, donde se obtiene el concentrado con un contenido de Cu 20 – 30% manteniendo las otras impurezas ya mencionadas.

Proceso de Obtención

A partir del concentrado se puede utilizar :

1. Método Pirometalúrgico, donde se obtiene Cu al 99,99% por refinación electrolítica.

2. Metodo Hidrometalúgico, donde se obtiene Cu al 99,99% por electrobteción.

Método Pirometalúrgico

El concentrado con 20 a 30 % de cobre con impurezas de Au, Ag, Pt, Ni, Sb, Se, Te, etc, se lleva a un horno de tostación para transformar el mineral sulfurado a un mineral oxidado, la temperatura de operación es este horno es de 850 a 900°C, la tostación se puede expresar en la siguiente reacción:

2Cu2S + 3O2 ----- 2Cu2O + 2SO2

 

• El mineral oxidado se lleva a un horno de reverbero, donde se carga además, arena y coque, la temperatura de operación en este horno es de 1250°C, aquí parte del oxido férrico se transforma en oxido ferroso, que en presencia del dióxido de silicio da lugar a la formación de metasilicato ferrosos (escoria), siendo la reacción:

SiO2 + FeO -------- FeSiO3

Este metasilicato es muy liviano, esta en la superficie y es eliminado

El resto es persulfuro ferroso de cobre recibe el nombre de mata blanca, que contiene un 10% de cobre y algo de oro, plata y otras impurezas que contenía como concentrado.

Esta mata blanca se lleva al convertidor de Bessemer donde por acción de una fuerte corriente de aire se oxida en azufre restante.

2Cu2S + 302 ---------- 3cU2O + 2SO2

2Cu2O + Cu2S -------- 6Cu + SO2

El cobre aquí obtenido se llama cobre negro, cobre galeante, o cobre blister.

En un horno se funde el cobre negro, y se recoge en moldes y se les da forma de barras, que son empleadas como ánodos.

• En las celdas electroliticas se emplean las barras de cobre blister como anodos y cobre puro como catodos, el electrolito contiene 44gr/lt de Cu, 125 gr/lt de H2SO4 , cola y otros Kg/TM 0.057%, la temperatura de entrada es 60°C y 55°C de salida, un voltaje de 0.230 V por cuba y una intensidad de corriente de

I = 8 670 Amperios.

• Al circular la corriente eléctrica el cobre impuro o cobre blister de los ánodos se disuelve y pasa a la solución como catión cuprico (Cu+2) y se deposita en el cátodo, transformandose en cobre electrolítico de una pureza de 99.99%.

Cublister ------- Cu+2 + 2e Cu+2 + 2e ------ Cuelectrolítico

Las impurezas se depositan en el fondo de la cuba como barros anódicos que contienen Au, Ag, Se, Te, As, Sb, Pb, Ni, del que se extraen oro y plata.

 

 

Método Hidrometalúrgico

El concentrado obtenido en la flotación se lixivia con H2SO4 y luego esta solución lixiviada se lleva a las celdas electrolíticas.

En tanques de hormigón revestido de cemento se suspenden los ánodos insolubles de Pb-Sb y cátodos de chapa de cobre, el eléctrolito Cu 38,91 g/l y 93,76 g/l de H2SO4, 0,049 g/l Cl,

2,8 g/l Fe. Temperatura 28.3 °C, Voltaje por tanque 2,12 V, por el paso de la corriente eléctrica a través del electrólito los iones cobre de éste se depositan en el cátodo, obteniéndose cobre electrolítico al 99,99 %

Usos y Aplicaciones 

• 55 % del cobre es aplicado con fines eléctricos.

• Naftenato de cobre, en la prevención de la putrefacción de la madera, telas, cuerdas y redes de pesca.

• Como fungicidas e insecticidas.

• Como pigmentos.

• En soluciones galvanoplásticas.

• Como mordentes en teñido.

• Como catalizadores.

• Fabricación de aleaciones.

• Fabricación de municiones.

• Construcción de carros de combate y camiones.

• Construcción de barcos.

• Construcción de tuberías y utillaje.

• Construcción de neveras eléctricas.

• En el acondicionamiento de aire.

• Iluminación, radio y televisión.

• Tableros de mando.

• Como partes de los motores.

• En la telefonía.

• En el transporte de energía eléctrica.

•  

Usos del cobreLos cables de cobre cumplen las más diversas funciones en hogares, oficinas e industrias de todo el mundo.

Para evitar el sobrecalentamiento de las placas madres de los computadores, se emplean disipadores de calor.

Driver o dispositivo de lectura de datos de un computador personal, cuya estructura central contiene numerosas bobinas de cobre.

Gracias al cobre y sus aleaciones, la última generación de chips aumentó su velocidad de procesamiento provocando un salto tecnológico, especialmente en el mundo de la informática y las telecomunicaciones

Rotor de cobre de un motor eléctrico

Conectores de aleaciones de cobre. Estas piezas son parte imprescindible en el mundo de la electrónica.

Relay con bobina de cobre. Esta pieza es parte integrante de todo equipo eléctrico

Este pequeño ventilador accionado por un diminuto motor eléctrico, refrigera el procesador de un computador.

Empresas Minera Productoras de Cobre en el Perú:

   Souther Perú.

• BHP Tintaya

• Cyprus Cerro verde.

• Compañía minera Pativilca.

• Compañía minera Condestable.

• Compañía minera Raura S.A.

• Compañía minera Sayapullo.

• Compañía minera Atacocha.

• Compañía minera Yauliyacu.

• Sociedad minera Austria Duaraz.

• Compañía minera Huaron.

• Compañía minera Yauli S.A.

• Compañía minera Buenaventura.

• Corporación minera Castrovirreyna.

• Compañía minera Volcán.

• Compañía minera Yanacocha

Producción en 2011(en mill. ton/año)

1 Chile 5,420

2 Perú 1,220

3 China 1,190

4 Estados Unidos 1,120

5 Australia 0,940

6 Zambia 0,715

7 Rusia 0,710

8 Indonesia 0,625

9 Canadá 0,550

10 República Democrática del Congo 0,440

11 Polonia 0,425

12 México 0,365

13 Kazajistán 0,360