Menas de Cobre

MENAS DE COBRE
Diego López Pereiro
1. Definición de mena:
Una mena es un mineral del que se puede extraer un elemento, generalmente un metal, por
contenerlo en cantidad suficiente para ser aprovechado. Así, se dice que un mineral es mena
de un metal cuando, mediante minería, es posible extraer ese mineral de un yacimiento, y
luego, mediante metalurgia, obtener el metal de ese mineral.
Siempre asociado al concepto de mena, aparece el de ganga, que es el conjunto de minerales
que, en un yacimiento, se encuentra en la roca explotada junto a la mena.
Encontrar una mena rica en cobre en la corteza terrestre es muy difícil, por lo que se considera
que es rica en cobre si contiene al menos un 6 % de este metal, aunque las menas más
comunes contienen de 0.5% (minas a cielo abierto) hasta 1 a 2 % de cobre (en minas
subterráneas).Existe una tercera forma de explotar la mena de cobre, llamada extracción “in
situ”, que consiste en consiste en filtrar ácido sulfúrico en la mena de cobre bombeando
posteriormente a la superficie las soluciones ácidas ricas en cobre, aunque este método es
inusual.
El cobre, se encuentra en la corteza terrestre principalmente en forma de minerales sulfurados
como la calcopirita (CuFeS2), bornita (Cu5FeS4) y calcocita (Cu2S) y el más importante de
todos ellos, es la calcopirita, que contiene una baja concentración de cobre y mucha ganga.
Pero el cobre también se presenta en forma de minerales con oxígeno (carbonatos, óxidos,
silicatos y sulfatos) aunque en menor concentración.
Las menas oxidadas de cobre, fundamentalmente se encuentran en el llamado “Cinturón de
cobre de África”. Otros países productores de cobre son: USA, Canadá, Chile, Perú, Sudáfrica
y, sobre todo, en Europa en países como Croacia, España o Portugal.
Ahora, se comenta brevemente cada uno de esos tres minerales principales.
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Calcopirita (CuFeS2): Es un mineral de cobre muy extendido, de color verdoso o
amarillo latón, que presenta una densidad de 4,2 (g/cm3).
Bornita (Cu5FeS4): Mineral de cobre muy extendido; está presente en filones
cupríferos, en yacimientos de contacto y sedimentarios. Tiene un color pardo rojizo y
una densidad de 4,9 a 5,3 (g/cm3).
Calcocita (Cu2S): Es un mineral compuesto de sulfato de cobre. Es opaco con un
color ceniza claro. Su densidad varía de 5,5 a 5,8 (g/cm3).
2. Métodos de extracción según el estado del cobre:
El primero, es la extracción del cobre a partir de menas sulfuradas: pirometalurgia.
Los minerales sulfurados, no se tratan fácilmente con los métodos hidrometalúrgicos de
manera que la mayor parte de la extracción es mediante técnicas pirometalúrgicas. Los
primeros en tratarse son los concentrados de cobre. La extracción constara de cuatro etapas:
1. Concentración por flotación de espuma: Al ser tan baja la concentración de cobre, no
vale la pena fundir directamente, porque sería muy costoso. Para separar el cobre se
realiza este método, mediante el cuál a los minerales de cobre se les obliga a que se
adhieran selectivamente a las burbujas de aire elevándose a través de la pulpa
espumosa de la mena pulverizada.
2. Tostación: Consiste en la oxidación parcial de los sulfuros de los concentrados por
flotación y en la eliminación parcial del sulfuro en forma de S02.
3. Fundición de matas: Los objetivos de la fundición de mata son formar una fase líquida
de sulfuro (mata) la cual contiene todo el cobre de la carga y una fase líquida de
escoria sin cobre. Un objetivo importante de la fundición de matas es producir una
escoria de desecho cuyo contenido de cobre debe ser tan bajo como sea posible. Se
puede realizar en cuatro tipos de horno: Alto horno, horno de reverbero, horno
eléctrico y horno de fundición instantánea.
4. Conversión: La conversión del cobre consiste en la oxidación (con aire) de la mata
líquida proveniente de la fundición. Esto elimina el hierro y el azufre de la mata,
dando por resultado la producción de un cobre "blister" sin refinar (99% de Cu). La
conversión consta de dos etapas; la etapa formadora de escoria o de eliminación del
FeS, y la etapa formadora de cobre blister.
El otro tipo de extracción es a partir de menas de óxido: hidrometalurgia.
Las menas de óxido que se explotan en la actualidad tienen una concentración muy baja de
cobre para que se utilice la reducción pirometalúrgica directa. Además, la mayor parte de los
minerales de óxido no pueden ser concentrados eficientemente por flotación en espuma y, por
consiguiente, se tratan con mayor efectividad con técnicas hidrometalúrgicas, es decir, por la
lixiviación mediante ácido sulfúrico seguida por la precipitación o electrólisis del cobre de la
solución.
La mena se prepara para la lixiviación moliéndola para exponer una superficie amplia que
permita la extracción eficiente. Después se pone en contacto con un disolvente, casi siempre
ácido sulfúrico, ya sea por gravedad en terreros grandes, por pilas de mena de bajo grado o
por agitación mecánica en tinas o tanques.
Las soluciones resultantes de la lixiviación son tratadas para recuperar el cobre ya sea por
precipitación, con hierro desechado (cementación) o, en caso de soluciones de lixiviación
concentradas (40 kg./m3 Cu2+) por electrólisis. El cobre obtenido por cementación está
contaminado con hierro y se vuelve a tratar normalmente en el horno de fundición o
convertidor de una fundidora de sulfuros común. El cobre obtenido por separación por
electrólisis se funde, se cuela y se envía normalmente al mercado para usos no eléctricos.
Seguidamente se ve con más de detalle los dos métodos de hidrometalurgia más utilizadas:
i.
EXTRACCIÓN MEDIANTE DISOLVENTES: Las soluciones ricas provenientes de la
lixiviación en pilas de menas de bajo grado están diluidas en cobre (< 5 kg./m3 de Cu)
el cual ha sido recuperado normalmente por condensación sobre hierro. Recientemente
se han elaborado disolventes orgánicos que extraen selectivamente los iones de cobre
de dichas soluciones. Además, se puede extraer después el cobre a los disolventes
orgánicos con soluciones acuosas muy ácidas y de alto contenido de cobre apropiadas
para la separación por electrólisis. Los disolventes más conocidos son los reactivos
LIX, los cuales pueden producir electrolitos que contienen hasta 50 kg./m3 de cobre.
Las técnicas de extracción por disolventes tienen gran aceptación en la industria
hidrometalúrgica tanto para la purificación de soluciones como para la concentración
de metales lixiviados en volúmenes más pequeños de solución.
ii.
SEPARACIÓN POR ELECTRÓLISIS: El cobre puede ser recuperado en forma
comercial mediante electrólisis de soluciones de lixiviación concentradas o de los
electrolitos producido por las técnicas de extracción mediante disolventes. Esta
separación es similar a la electrorrefinación con la excepción de que en la primera el
ánodo se compone de un material inerte normalmente plomo-antimonio o plomocalcio.
El cobre se produce en el cátodo, el cual se forma sobre una base de cobre; el oxígeno
se desprende en el ánodo y el ácido sulfúrico se regenera para volver a usarse como
lixiviante.
La separación por electrólisis requiere alrededor de 10 veces la tensión usada en la
electrorrefinación (de 2 a 2,5V contra 0,25V) por lo que este proceso requiere
considerablemente una mayor cantidad de energía eléctrica. Además, el producto del
cátodo es menos puro que el cobre obtenido por electrorrefinación principalmente
debido a la contaminación del ánodo de plomo, el cual no es completamente inerte.
Sin embargo, el cobre que se obtiene por electrólisis no es apropiado para la mayor
parte de los usos eléctricos.
Bibliografía:
i.
ii.
iii.
iv.
El Cobre: Metalurgia extractiva. (Biswas, Davenport)
Wikipedia (http://es.wikipedia.org/wiki/Portada)
Diccionario Geológico
(http://www.estrucplan.com.ar/contenidos/geologia/DiccionarioGeologico/Index.asp)
Yacimientos de Cobre (http://www.arqhys.com/arquitectura/cobre-yacimientos.html)