EL MINERAL DE COBRE Y SU METALURGIA
1.- RESEÑA HISTORICA:
EL cobre es uno de los primeros metales en ser utilizado por el ser humano en la
prehistoria. Es uno de los pocos metales que pueden encontrarse en la naturaleza
en estado "nativo", es decir, sin combinar con otros elementos.
Se han encontrado pruebas de la explotación de minas de carbonatos de
cobre desde épocas muy antiguas, en la América precolombina, en torno al siglo
IV a. C. la cultura Moche desarrolló la metalurgia del cobre ya refinado a partir de
la malaquita y otros carbonatos cupríferos.
Hacia el 3500 a. C. la producción de cobre en entró en declive a causa del
agotamiento de los yacimientos de carbonatos. Lo que permitió obtener cobre
mediante la oxidación de sulfuro de cobre. Para evitar que el cobre se oxidase, se
añadía arsénico al mineral. El cobre arsenical (a veces llamado también "bronce
arsenical") era más cortante que el cobre nativo y además podía obtenerse de los
muy abundantes yacimientos de sulfuros.
No se sabe cómo ni dónde surgió la idea de añadir estaño al cobre, produciendo el
primer bronce. Se cree que fue un descubrimiento imprevisto, ya que el estaño es
más blando que el cobre y, sin embargo, al añadirlo al cobre se obtenía un
material más duro cuyos filos se conservaban más tiempo. El descubrimiento de
esta nueva tecnología desencadenó el comienzo de la Edad del Bronce, fecha en
torno a 3000 a. C.
El cobre y su aleación con el estaño, (el bronce) adquirieron tanta
importancia que los historiadores han llamado Edad del Cobre y Edad del Bronce
a dos periodos de la Antigüedad. Aunque su uso perdió importancia relativa con el
desarrollo de la siderurgia, el cobre y sus aleaciones siguieron siendo empleados
para hacer objetos tan diversos como monedas, campanas y cañones. A partir del
siglo XIX, concretamente de la invención del generador eléctrico en 1831 por
Faraday, el cobre se convirtió de nuevo en un metal estratégico, al ser la materia
prima principal de. cables e instalaciones eléctricas.
1.1.-Edad de cobre:
También llamada Calcolítico (líthos=piedra), es una fase intermedia entre la Edad
Moderna de la Piedra o neolítico y la Edad del Bronce. Se reserva esta
denominación para algunas culturas, que presentan rasgos claramente
diferenciados, en el periodo entre el 2500 a. C. y el 1800 a. C.
El bronce es una aleación de cobre y estaño y, antes de usarse el bronce, se usó
cobre. Esa época es a la que se llama calcolítico, esta edad sin embargo es poco
aceptada ya que los primeros cobres eran, en general bronce natural, aunque se
usa para diferenciar esta edad, en la que el bronce era fabricado artificialmente. El
cobre fue el primer metal que utilizó el ser humano y lo hizo hace
aproximadamente 5000 años, a finales del Neolítico.
2.- DEFINICION:
El nombre del mineral “cobre” proviene (del latín cŭprum), y éste del griego
(kýpros), «de Chipre» debido a la gran importancia que tuvieron las minas de
cobre de la isla de Chipre en el mundo greco-romano. Cuyo símbolo es Cu, Siglos
atrás, los alquimistas lo representaron con el símbolo ♀, que también
representaba al planeta Venus, a la diosa griega Afrodita y al género femenino.
Se trata de un metal de transición de color rojizo y brillo metálico que, junto
con la plata y el oro, forma parte de la llamada familia del cobre, se caracteriza por
ser uno de los mejores conductores de electricidad, Gracias a su alta
conductividad eléctrica.
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 es el tercer metal más utilizado en el mundo, por detrás del hierro y el
aluminio. La producción mundial de cobre refinado se estimó en 15,8 Mt en el
2006, con un déficit de 10,7% frente a la demanda mundial proyectada de 17,7 Mt.
El cobre también se presenta en forma de minerales con oxígeno como
carbonatos, óxidos, silicatos y sulfatos, pero en menor concentración.
3.- PROPIEDADES Y CARACTERÍSTICAS:
3.1.- Propiedades físicas:
El cobre posee varias propiedades físicas que propician su uso industrial en
múltiples aplicaciones, siendo el tercer metal, después del hierro y del aluminio,
más consumido en el mundo. Es de color rojizo y de brillo metálico y, después de
la plata, es el elemento con mayor conductividad eléctrica y térmica. Es un
material abundante en la naturaleza; tiene un precio accesible y se recicla de
forma indefinida; forma aleaciones para mejorar las prestaciones mecánicas y es
resistente a la corrosión y oxidación.
3.2.-Propiedades mecánicas:
Tanto el cobre como sus aleaciones tienen una buena maquinabilidad, es
decir, son fáciles de mecanizar. El cobre posee muy buena ductilidad y
maleabilidad lo que permite producir láminas e hilos muy delgados y finos. Es un
metal blando, con un índice de dureza 3 en la escala de Mohs (50 en la escala de
Vickers) y su resistencia a la tracción es de 210 MPa, con un límite elástico de
33,3 MPa. Admite procesos de fabricación de deformación como laminación o
forja, y procesos de soldadura y 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.
3.3.- Propiedades químicas:
En la mayoría de sus compuestos, el cobre presenta estados de oxidación
bajos, siendo el más común el +2, aunque también hay algunos con estado de
oxidación +1.
Expuesto al aire, el color rojo salmón inicial se torna rojo violeta por la
formación de óxido cuproso (Cu2O) para ennegrecerse posteriormente por la
formación de óxido cúprico (CuO). La coloración azul del Cu+2 se debe a la
formación del ión [Cu (OH2)6]+2.
Expuesto largo tiempo al aire húmedo, forma una capa adherente e
impermeable de carbonato básico (carbonato cúprico) de color verde y venenoso.
También pueden formarse pátinas de cardenillo, una mezcla venenosa de
acetatos de cobre de color verdoso o azulado que se forma cuando los óxidos de
cobre reaccionan con ácido acético, que es el responsable del sabor del vinagre y
se produce en procesos de fermentación acética. Al emplear utensilios de cobre
para la cocción de alimentos, deben tomarse precauciones para evitar
intoxicaciones, a pesar de su mal sabor, puede ser enmascarado con salsas y
condimentos y ser ingerido.
Los halógenos atacan con facilidad al cobre, especialmente en presencia de
humedad. En seco, el cloro y el bromo no producen efecto y el flúor sólo le ataca a
temperaturas superiores a 500 °C. El cloruro cuproso y el cloruro cúprico,
combinados con el oxígeno y en presencia de humedad producen ácido
clorhídrico.
Los ácidos oxácidos atacan al cobre, por lo cual se utilizan estos ácidos
como decapantes (ácido sulfúrico) y abrillantadores (ácido nítrico). El ácido
sulfúrico reacciona con el cobre formando un sulfuro, CuS (covelina) o Cu2S
(calcocita) de color negro y agua. También pueden formarse sales de sulfato
cúprico (antlerita) con colores de verde a azul verdoso. Estas sales son muy
comunes en los ánodos de los acumuladores de plomo que se emplean en los
automóviles.
4.- PRINCIPALES MINERALES DE COBRE.
El cobre es un metal abundante en todas las zonas del planeta y aparece
en forma de diferentes minerales y compuestos, como la cuprita y la calcorina,
aunque la principal fuente de extracción es la calcopirita. En general, el contenido
en cobre de las menas no es muy alto, alrededor de un 12 %, por lo que es
necesario concentrarlas antes de pasar al proceso de extracción propiamente
dicho.
4.1.- Cobre nativo
Es una manera de presentarse en la corteza terrestre sin combinarse a otros
elementos, su explotación se inició, antes del sexto milenio a.c. en Europa hay
indicios de su uso a partir del quinto milenio a.c. y en india desde el cuarto milenio
a.c. en Asia oriental (china) prácticamente no se conoció este metal en su forma
original.
Los indígenas de América del norte explotaban el cobre nativo desde el
segundo milenio a.c., pero nunca lograron desarrollar la metalurgia del cobre.
En tanto que en las culturas andinas el uso del cobre nativo fue esporádico. El
salto hacia la metalurgia se dio a comienzos del primer milenio a.c., a la sombra
de la metalurgia del oro.
4.2.- minerales sulfurados.
a. Calcosina Cu2S.
b. Covelina CuS.
c. Calcopirita (CuFeS2)
El mineral de cobre más ampliamente distribuido y una de las
principales fuentes del mismo. Se compone de sulfuro de cobre-hierro
(CuFeS2) que cristaliza en el sistema tetragonal (ver Cristal) con una dureza
entre 3,5 y 4 y un peso específico entre 4,1 y 4,3. Tiene brillo metálico, su
color es amarillo latón y con frecuencia está empañado o con irisaciones.
Se encuentra, en general, en vetas metálicas o en rocas más antiguas,
muchas veces con pirita o sulfuro de hierro.
D. Bornita Cu5FeS4
4.3.- minerales oxidados.
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.
a. Cuprita Cu2O
Cuprita, óxido de cobre (Cu2O), conocida también como rubí de cobre
o mena roja de cobre. Es una mena importante de cobre. La cuprita se
presenta en cristales largos, en agregados de grano fino o en yacimientos
macizos. Sus cristales cúbicos rojos son a veces transparentes. La cuprita
tiene una dureza entre 3,5 y 4, y una densidad relativa de 6. Se encuentran
yacimientos en Australia, Francia, Gran Bretaña, la antigua Unión Soviética
(URSS), Namibia y Estados Unidos.
b. Malaquita CuCO3xCu(OH)2
La malaquita, Cu2(OH)2CO3, de color verde, está estrechamente
relacionada con la azurita, Cu3(OH)2(CO3)2, de color azul, aunque esta
última es algo menos básica que la primera. Ambas son carbonatos básicos
de cobre, formados por la acción corrosiva del aire y el agua. Son similares
a la pátina o verdín que se forma sobre el cobre ordinario. La dureza de
ambas está entre 3,5 y 4, la densidad relativa de la malaquita es 4.0 y la de
la azurita es 3,8. La malaquita y la azurita han sido usadas como
pigmentos; cuando se muelen, la malaquita toma un color verde intenso y la
azurita, un color azul verdoso. Ambos minerales tienen un delicado brillo
vidrioso y cuando se pulen convenientemente son muy decorativos. Desde
la antigüedad se han usado extensamente como gemas.
Malaquita CuCO3xCu(OH)2 Azurita 2CuCO3xCu(OH)2