13 metalurgia cobre
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El cobre es el metal industrial más antiguo de la tierra, despuésde los metales preciosos oro y plata, según lo demuestran lasescorias resultantes de la fusión de cobre encontradas enCatal Huyuk (Anatolia) con una antigüedad de 7.000 años
antes de Cristo y uno de los Rollos del Mar Muerto era de cobre.El cobre es un metal que favorece el desarrollo sostenible
porque es duradero y reciclable sin perder sus propiedades y elsegundo metal más consumido detrás del aluminio, su consumomundial en el año 2000 fue de 20 millones de toneladas, de lascuales el 25% procedían de chatarras.
Las principales cualidades del cobre para su utilización sonlas siguientes: conductividad eléctrica 60%, resistencia a la corro-sión 21%, transmisión de calor 11%, propiedades mecánicas (fácilfabricación, dúctil, maleable, elástico, no magnético, no producechispas, etc.) 7% y estética 1%.
El cobre y sus aleaciones se utilizan en todo tipo de cableseléctricos, telecomunicaciones y electrónica; fontanería, calefac-ción, aire acondicionado y refrigeración; producción y transmi-sión de energía eléctrica e iluminación; transportes (automoción,ferrocarril, barcos y aviones); monedas, vainas y cartuchos decerraduras, y en sectores punta tales como el coche eléctrico, célu-las solares, chips para microinformática.
La distribución del consumo por áreas geográficas en el año2000 fue la siguiente: Europa Occidental 28%, América del Norte21%, Asia (excluyendo Japón) 18%, China 12%, Japón 9%, Amé-rica del Sur 6%, Antigua Unión Soviética 4%, África y Oceanía 2%.
MINERÍAEl 90% de las reservas mundiales están concentradas en cincoáreas: la cuenca de las Montañas Rocosas en Estados Unidos, laprolongación de la cadena en Canadá, los Andes de Perú y Chile,Indonesia y Zambia en la cuenca centro/sur de África.
Los principales países productores de concentrados de mine-ral de cobre son: Chile 4,7 millones/año, Estados Unidos 1,3 millo-nes/año e Indonesia 1,0 millones/año. Europa tiene poca impor-tancia y España marginal.
El mineral de cobre se presenta en pórfidos, en el borde delas grandes cadenas montañosas. En los pórfidos pueden distin-guirse tres grandes zonas claramente diferenciadas:
- Zona lixiviada u oxidada conuna ley de cobre inferior al 0,5%.- Zona de sulfuros secundarioscon leyes de cobre entre 1-5%.- Zona de sulfuros primarioscon una ley del 1%.
METALURGIALa metalurgia del cobre depen-de de que el mineral sean sul-furos, en cuyo caso se utiliza lavía pirometalúrgica en la quese producen ánodos y cátodos,o que sean óxidos, en cuyocaso se utiliza la vía hidrometa-lúrgica en la que se producendirectamente cátodos.
- PirometalurgiaEl proceso de producción de cá-todos vía pirometalúrgica es elsiguiente:
Concentración del mine-ral � Fundición (Horno Fusión� Convertidores � Afino yMoldeo de ánodos) � Refinería(Electrorefinería) � Cátodo
El mineral de sulfuro decobre en la mina tiene un con-tenido entre el 0,5-0,2% decobre, por lo que hay que con-centrarlo en la mina, medianteflotación, para su transporte yuso final en la fundición, obte-niéndose un concentrado decobre que contiene entre 20 y45% de cobre, los otros dos com-ponentes principales son el azu-fre y el hierro, además de
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La Metalurgia del CobrePor: José Arlandis Rubio (1)Ingeniero Industrial. Director de Estudios
y Desarrollo Corporativo de Atlantic Copper, S.A.
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otros metales entre los cuales se encuentran el oro y la plata comopositivos y el plomo, arsénico y mercurio como impurezas.
El concentrado de cobre se recibe en la Fundición, cuya pri-mera etapa industrial es el Horno de Fusión, donde se recupera elcobre, eliminando el azufre y el hierro mediante oxidación en esta-do fundido a una temperatura entre 1200 y 1300 º C. En el hornoel azufre se convierte en gas SO2, mientras que el cobre y el hierro,conjuntamente con sílice procedente de la arena que se introduceen el horno, permanecen en estado líquido. En esta fase líquida elcobre, por su mayor densidad, se deposita en la parte inferior y seextrae del horno formando parte de un producto que se denominamata de cobre, con un contenido del 62% de cobre, mientras quela mezcla de hierro y sílice en forma de silicato permanece en laparte superior del horno y se extrae en forma de escoria con uncontenido del 0,8% de cobre, 45% de hierro y 30% de sílice.
La mata de cobre pasa a la sección de convertidores, para incre-mentar la riqueza en cobre del producto, donde se le somete a unagran oxidación adicional en un proceso discontinuo “batch”, consi-guiendo un producto intermedio denominado blister con un conte-nido en cobre del 99%, gases ricos en SO2 que se unen a los gases ante-riores del horno y escorias con un contenido del 6% de cobre.
El blister pasa al horno de afino donde incrementa su con-tenido en cobre hasta el 99,6% y posteriormente a la rueda demoldeo de ánodos, donde se da a los ánodos la forma geométrica,semejante a una camiseta de mangas cortas extendidas “T-shirt”,necesaria para su utilización en la Refinería.
Los gases de SO2 producidos en el horno y convertidores se reco-gen, se oxidan y se convierten en ácido sulfúrico en una planta dedoble absorción, mientras que las escorias, después de tratarlas en unhorno eléctrico para recuperar todo el cobre que contienen, se enfríany granulan para su posterior utilización como material estéril.
Como regla general una Fundición que produzca 310.000Tm/año de ánodos consume 1.000.000 Tm/año de concentrado decobre y como subproductos produce 900.000 Tm/año de ácido sul-fúrico y 300.000 Tm/año de escorias.
Europa produce el 15% del total mundial de ánodos decobre siendo los líderes europeos Norddeutsche Affinerie (Ale-mania), Atlantic Copper, S.A. (España) y Boliden (Suecia). Españaproduce el 25% de la producción europea, siendo los únicos pro-ductores españoles Atlantic Copper, S.A. y Elmet, S.L.
Los ánodos pasan a la Refinería, que es la fase final del procesode producción de los cátodos con un contenido del 99,9% de cobre. Elproceso utilizado es el electrorefino de los ánodos, que consiste en dis-poner en celdas (balsas) los ánodos que actúan como electrodo positi-vo, separados por una placa inerte que actúa como electrodo negativo,sumergidos en una disolución de sulfato de cobre denominada elec-trolito y utilizar una corriente eléctrica de bajo voltaje, que al ser selec-tiva para el cobre disuelve los ánodos en el electrolito y los iones decobre resultante se depositan sobre la placa inerte obteniendo los cáto-dos que son unas planchas de 1 m2 de superficie y un peso de 55 kg.
- HidrometalurgiaEl proceso de producción de cáto-dos vía hidrometalúrgica másconocido por su nomenclaturaanglosajona Sx-Ew es el siguiente:
Mineral de cobre � Lixi-viación � Extracción � Electró-lisis � Cátodo
En esta vía se parte demineral de cobre procedente dela mina o residuos mineros, sinconcentrar y se tritura a tama-ños inferiores a 10 mm siendoposteriormente transportado alos montones o tanques dondeserá tratado posteriormente. Lainstalación suele estar anexa a lamina con objeto de ahorrar cos-tes y optimizar servicios.
A continuación se lixi-vian (disuelven) los mineralesde cobre, óxidos o sulfuros se-cundarios, mediante el riegocon una disolución acuosa deácido sulfúrico, obteniéndoseuna solución de sulfato decobre con bajo contenido decobre. Este proceso es lento ycomplejo pues además de ladisolución del cobre, debeobtenerse una estabilidad enlas concentraciones del licor.
La disolución de bajocontenido de cobre con otrosmetales e impurezas se trata conun reactivo extractante orgáni-co, en un circuito cerrado y acontracorriente, que extrae elcobre y permite obtener un elec-trolito con alto contenido decobre y limpio de todos los ele-mentos indeseables. Actualmen-te se está investigando la bioli-xiviación utilizando bacteriasque capturen el cobre existenteen la disolución directamente.
La disolución con un al-to contenido de cobre y limpiade impurezas pasa a las celdas(balsas) de electrólisis, donde la
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energía eléctrica hace que los iones de cobre presentes en la solu-ción se depositen en los cátodos, de ahí su nombre de electrode-posición, a diferencia del electrorefino, que se realiza al pasar deánodos de cobre a cátodos.
Europa produce el 16% del total mundial de cátodos decobre vía pirometalúrgica y no tiene producción hidrometalúrgi-ca, siendo los líderes Norddeutsche Affinerie (Alemania), Umicore(Bélgica) y Atlantic Copper, S.A. (España). España produce el 6%de la producción europea, siendo los únicos productores AtanticCopper, S.A., Elmet, S.L. y La Farga Lacambra, S.A.
- Comparación de tecnologíasLa última etapa de la vía hidrometalúrgica, la electrodeposición,tiene dos desventajas respecto a la etapa de electrorrefino correspon-diente a la vía pirometalúrgica, una, intrínseca a la físico-químicadel proceso, que es el mayor consumo de energía, y otra, la inferiorcalidad de los cátodos por las impurezas y menor contenido decobre, que se va subsanando con las nuevas tecnologías y plantas.
El anterior razonamiento unido a que la metalurgia a utili-zar depende de que los minerales sean sulfuros u óxidos y puestoque el 90% de los minerales de cobre son sulfuros, hace que la pro-ducción de cobre refinado vía hidrometalúrgica sea solamente el16% de la producción total, aunque en los próximos diez años seespera que alcance el 18%.
PRODUCCIÓN MUNDIAL DE COBRE REFINADOExpresado en millones de Tm de cobre
1990 2000 2005 (E) 2010 (E)
Pirometalúrgica 10,2 12,5 14,5 17,0
Hidrometalúrgica 0,6 2,3 3,0 3,7
Producción Total 10,8 14,8 17,5 20,7
SEMITRANSFORMADOS DE COBREEl cátodo necesita ser transformado en unos productos interme-dios para la elaboración de los productos finales que requiere elmercado y que hemos relacionado al principio, estos productosintermedios son los siguientes, incluyendo su importancia sobre laproducción total: alambrón 46%, aleaciones de cobre 25%, tubos12%, planos 9% y otras secciones 8%.
Europa es el mayor productor del mundo occidental con el27% del total mundial, mientras que España sólo tiene el 6% de laproducción europea siendo los líderes Alemania e Italia. Los prin-cipales productores españoles son: Atlantic Copper, S.A.; Out-okumpu Copper Tubes, S.A.; SIA Copper, S.A.; Laminados OviedoCórdoba, S.A.; La Farga Lacambra, S.A.; Tubo Técnico Europeo, S.L.y Peninsular del Latón, S.A.
Concluyendo, el cobre es un material indispensable para elmundo actual y favorece el desarrollo sostenible porque es dura-dero y reciclable sin perder sus propiedades.
(1) La experiencia de José Arlandis se
resume en los siguientes períodos:
1965-1973
Experiencia energética en el Grupo Esso.
Montaje de la refinería de Castellón, gas
natural para España y Portugal y Director
de Planificación de Esso Petróleos
Españoles.
1974-1991
Experiencia química en el Grupo
Explosivos y Ercros como Director de
Desarrollo Corporativo y Director de
Planificación Estratégica.
1991-2002
Experiencia metalúrgica en Río Tinto
Minera y Atlantic Copper como Director
de Planificación Estratégica y Director de
Planificación y Control.
1965-1982
Profesor de Tecnología y Petroquímica en
la ETSII de Madrid.�
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