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.

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 plomo-calcio. 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. El Cobre: Metalurgia extractiva. (Biswas, Davenport)ii. Wikipedia (http://es.wikipedia.org/wiki/Portada)

iii. Diccionario Geológico (http://www.estrucplan.com.ar/contenidos/geologia/DiccionarioGeologico/Index.asp)

iv. Yacimientos de Cobre (http://www.arqhys.com/arquitectura/cobre-yacimientos.html)