METALURGIA COBRE

Los recursos chilenos agotables son los metálicos y los no, metálicos, petróleo, gas licuado y gas natural. Los recursos renovables madera y derivados, recursos marinos etc. El hilo que une a estos recursos tan diferentes es la QUÍMICA ciencia natural que a través de las transformaciones de estos materiales explica cómo y porqué el hombre los utiliza en su beneficio, ella también da respuestas, aunque a veces insuficientes, que pueden ser útiles para manejar estos bienes en armonía con el medio ambiente, de manera de asegurar la sustentabilidad de los recursos renovables y ocasionar un mínimo daño posible.

Composición química de algunos minerales oxidados de cobre:

Azurita: 2CuCO3 * Cu(OH)2

Malaquita: CuCO3 * Cu(OH)2

Brocantita: CuSO4 * 3Cu(OH)2

Calcantita: CuSO4 * 5H2O

Atacamita: CuCl2 * 3Cu(OH)2

Crisocola: CuSiO3 * 2H2O

Cuprita: Cu2O

Tenorita: CuO

Composición química de algunos minerales sulfurados de cobre:

Calcopirita: Cu2S * Fe2S3

Covelina: CuS

Bornita: 2Cu2S * CuS * FeS

Calcosina: Cu2S

Enargita: 3CuS * As2S3

Sistemas de extracción del mineral: La explotación de los yacimientos se realiza de dos formas: A tajo abierto o subterráneo, la decisión sobre cual sistema a utilizar descansa en la respectiva evaluación económica, apoyada en un exhaustivo plan de sondeo del recurso.

Sistemas de procesamiento mecánico del mineral: en la etapa de extracción del mineral se obtienen trozos de muy diverso tamaño, que puede llegar a tener mas de un metro de diámetro, por ello el mineral debe ser fragmentado y molido a tamaños adecuados a cada sistema de tratamientos posterior. Las operaciones de fragmentación utilizadas en minería son: chancado y molienda. Ambas operaciones pueden realizarse en etapas sucesivas, obteniéndose cada vez partículas de menor tamaño de alrededor de 1,27cm de diámetro.

• Obtención de cobre desde minerales oxidados: la secuencia de operaciones es:

 Lixiviación del mineral.

 Purificación de la solución mediante extracción con solventes

 Electro obtención de cátodos de cobre.

Lixiviación: se denomina lixiviación al proceso químico que consiste en la disolución de diversas sales presentes en los minerales, mediante tratamientos en fase acuosa con ácidos o bases adecuados. Su objetivo es de obtener en solución una determinada especie química relativamente concentrada (solución rica o fuerte), la que se separa del resto de los áridos del mineral (ripios o ganga).

En la minería del cobre se ha utilizado tradicionalmente la lixiviación con H2SO4 obteniéndose como producto soluciones de CuSO4 de concentración variable, impurificadas con otras especies.

Durante la lixiviación la cantidad de ácido consumido dependerá del tipo de sales presentes en el árido (ganga) que acompaña al mineral.

Actualmente se utiliza el sistema de lixiviación en pilas o T.L. (del ingles “thin layer, capa fina). Se acumula el mineral de óxidos y sulfuros secundarios, molido a tamaño adecuado y “aglomerado” con H2SO4 en pilas de 3 a 6 m de altura. Sobre las pilas se instala una red de cañerías para regar su superficie con solución de H2SO4 (por goteo o por asperción). Normalmente la operación comprende dos etapas: una rápida (15 – 45 días) donde se disuelve el 80 -90% del mineral oxidado y el 40-50% del los sulfuros secundarios y una lenta (aproximadamente de 6 meses), en la cual se completa el 100% de recuperación del oxidado y el 80-90% del sulfurado.

Los sulfuros secundarios (calcosita, covelina, bornita) se disuelven fundamentalmente por la acción de bacterias del tipo thiobacillus, principalmente thio-oxidans y ferro-oxidans. Son micoorganismos mesófilos quo oxidan en presencia de aire los sulfuros a SO y SO4-2 y el Fe+2 a Fe+3 a su vez el Fe+3 así formado actúa como agente oxidante que transforma a los sulfuros en sulfatos.

Las condiciones ideales para el desarrollo de estos bacillos son pH2-3,5 presencia de oxígeno, oscuridad y temperatura 20-35ºC.

La lixiviación de sulfuros primarios (calcopirita), muy abundante en la naturaleza, no es muy económicamente factible, debido a que la cinética de la reacción es demasiado lenta.

Purificación: actualmente se utiliza la extracción por solvente, tanto para soluciones de cobre ácidas como amoniacales. Es esta etapa la solución que viene de las pilas de lixiviación, se libera de impurezas y se concentra su contenido de cobre, pasando de 9gpL a 45gpL, mediante una extracción iónica.

Para extraer el cobre de la solución, ésta se mezcla con una solución de parafina y resina orgánica. La resina de esta solución captura los iones (Cu) en forma selectiva. De esta reacción se obtiene por un lado un complejo resina-cobre y por otro lado una solución empobrecida en cobre que se denomina refino, la que se reutiliza en el proceso de lixiviación y se recupera en las soluciones que se obtienen del proceso. El compuesto de resina-cobre es tratado en forma independiente con una solución electrolito rica en ácido, el que provoca la descarga del cobre desde la resina hacia el electrolito (solución), mejorando la concentración del cobre en esta solución gasta a 45gpL. Esta es la solución que se lleva a la planta de electroobtención.

Electro – obtención: en este proceso, el cobre se obtiene en forma de láminas metálicas, cátodos, con pureza superior al 99,8%, mediante la electrólisis de la solución “rica” proveniente del proceso de purificación con solvente. El sistema consiste básicamente en recuperar el cobre contenido en la solución rica (electrolito) mediante el paso de la corriente eléctrica continua, en forma de ión Cu2+ presente en la solución desagüe como Cu metálico y se regenera ácido sulfúrico.

En este proceso, la solución electrolítica que contiene el cobre en forma de sulfato de cobre (CuSO4), es llevada a las celdas de electroobtención, (especies de pequeñas piscinas) que tienen dispuestas en su interior ánodos (+) y cátodos (-) en

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