Fundamentos de la Metalurgia del Cobre: Procesos de Extracción y Refinación

Introducción a los Procesos Metalúrgicos

Fundentes y Formación de Escorias

Cuando las gangas son abundantes, se agrega al mineral y al reducirlo una sustancia llamada "fundente", la cual forma una mezcla cuyo punto de fusión es más bajo que el de los componentes originales. Los fundentes se combinan con las gangas, formando "escorias" que poseen menor densidad y sobrenadan sobre el metal fundido, permitiendo así su separación. Las escorias están compuestas principalmente por silicatos de calcio y magnesio.

Sinterización

Este proceso se utiliza para metales de alto punto de fusión. Los óxidos se reducen a metal si se calientan con hidrógeno ($ ext{H}_2$). El metal resultante queda en forma de polvo. Después, este polvo se prensa en barras y se somete a calor intenso para unir las partículas metálicas y formar láminas o hilos.

Refinación de Metales: El Caso del Cobre

Aunque el objetivo es obtener un grado de pureza cercano al 100%, el cobre que se obtiene inicialmente en metalurgia contiene muchas impurezas, algunas de ellas valiosas, como oro, plata y platino. La purificación se realiza por vía electrolítica:

Proceso Electrolítico de Purificación

• Las barras de cobre bruto (impuro) que deben ser purificadas forman el ánodo.
• Como cátodo se utilizan láminas de cobre ($ ext{Cu}$) puro.
• El electrolito es una solución de sulfato cúprico ($ ext{CuSO}_4$) y ácido sulfúrico ($ ext{H}_2 ext{SO}_4$).

Al circular la corriente eléctrica, el cobre impuro del ánodo se disuelve y pasa a la solución como catión cúprico ($ ext{Cu}^{2+}$), que luego se descarga en el cátodo. Allí se transforma en cobre metálico y se deposita sobre la lámina de $ ext{Cu}$ puro.

Recursos Mineros de Cobre

Chile es el primer productor mundial de Cobre, aportando aproximadamente el 34% de la producción global. Codelco, la empresa estatal, controla cerca del 9% de las reservas mundiales de cobre.

El cobre se encuentra en forma de diversas sales y minerales, que se clasifican en:

• Azurita
• Malaquita
• Brocantita
• Calcantita
• Atacamita
• Crisocola
• Cuprita
• Tenorita

Sistemas de Extracción del Mineral

1. A rajo/tajo abierto.
2. Subterráneo.

Las máquinas empleadas extraen hasta 80 toneladas de mineral. Una vez extraído, el mineral debe ser molido a tamaños adecuados para cada sistema de tratamiento ulterior, mediante procesos de chancado y molienda.

• Lixiviación: El tamaño de partícula requerido es de 6-10 mm de diámetro.
• Flotación: (El texto original no especifica el tamaño).

Obtención de Cobre ($ ext{Cu}$) desde Minerales Oxidados

1) Lixiviación

La lixiviación es la disolución de sales presentes en los minerales, mediante tratamiento en fase acuosa con ácidos o bases (frecuentemente $ ext{H}_2 ext{SO}_4$). Su objetivo es obtener en solución una determinada especie concentrada, la cual se separa de la ganga. Este proceso se realiza por percolación en grandes estanques o por agitación en baterías de estanques provistos de grandes hélices.

2) Purificación (Extracción por Solvente y Electro-obtención)

Extracción por Solvente (SX)

Consiste en disolver en queroseno una resina adecuada. Esta resina, al ser agitada con el lixiviado, capta el catión cúprico ($ ext{Cu}^{2+}$) desde la fase acuosa, formando un quelato y transfiriéndolo a la fase orgánica (queroseno).

Stripping (Reextracción)

La fase orgánica cargada con $ ext{Cu}$ se agita con una solución concentrada de $ ext{H}_2 ext{SO}_4$, haciendo que el cobre pase nuevamente a la fase acuosa, pero ahora en una solución mucho más concentrada y pura.

Electro-obtención (EW)

El cobre se obtiene en láminas metálicas con una pureza del 99.98% mediante la electrólisis de la solución rica proveniente del proceso de purificación con solvente. Consiste en recuperar el cobre contenido en el electrolito mediante el paso de corriente continua.

Obtención de Cobre ($ ext{Cu}$) desde Minerales Sulfurados

1) Procesos de Concentración del Mineral: Flotación

La flotación se utiliza para concentrar compuestos de cobre y molibdeno. Este proceso permite separar las partículas molidas del mineral de la ganga.

2) Procesos Pirometalúrgicos: Fusión

Implica la fusión del concentrado y la transformación del sulfuro a cobre metálico. La refinación a fuego (RAF) se realiza en hornos rotatorios calentados con quemadores de diésel, obteniéndose planchas y cañerías de metal.

3) Procesos Electroquímicos: Refinación Electrolítica

Este paso es crucial para obtener cátodos de alta pureza. Es el método más adecuado para eliminar todas las impurezas del cobre y recuperar los metales nobles que lo acompañan.

Consiste en la electrólisis de una solución ácida de sulfato cúprico, durante la cual se disuelven los ánodos provenientes de la refinación a fuego (RAF) y se deposita catódicamente una cantidad equivalente de cobre de elevada pureza (cátodos).

Este cobre de alta pureza es el único que sirve para elaborar cables y alambres eléctricos, ya que deben poseer la mayor conductividad posible.

Etapas de Concentración y Pureza (Minerales Sulfurados)

1. Mineral molido: 1-2% de $ ext{Cu}$
2. Concentrado por Flotación: 25-40% de $ ext{Cu}$
3. Mata o Eje: 40-60% de $ ext{Cu}$
4. Cobre Blíster: 97-99.5% de $ ext{Cu}$
5. Cobre RAF (Refinado a Fuego): 99.5-99.9% de $ ext{Cu}$
6. Cátodos de Cobre (Refinación Electrolítica): 99.98% de $ ext{Cu}$