La Metalurgia del Cobre - Asociación de Ingenieros Industriales de ...

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La Metalurgia del Cobre
Por: José Arlandis Rubio (1)
Ingeniero Industrial. Director de Estudios
y Desarrollo Corporativo de Atlantic Copper, S.A.
El cobre es el metal industrial más antiguo de la tierra, después
de los metales preciosos oro y plata, según lo demuestran las
escorias resultantes de la fusión de cobre encontradas en
Catal Huyuk (Anatolia) con una antigüedad de 7.000 años
antes de Cristo y uno de los Rollos del Mar Muerto era de cobre.
El cobre es un metal que favorece el desarrollo sostenible
porque es duradero y reciclable sin perder sus propiedades y el
segundo metal más consumido detrás del aluminio, su consumo
mundial en el año 2000 fue de 20 millones de toneladas, de las
cuales el 25% procedían de chatarras.
Las principales cualidades del cobre para su utilización son
las siguientes: conductividad eléctrica 60%, resistencia a la corrosión
21%, transmisión de calor 11%, propiedades mecánicas (fácil
fabricación, dúctil, maleable, elástico, no magnético, no produce
chispas, etc.) 7% y estética 1%.
El cobre y sus aleaciones se utilizan en todo tipo de cables
eléctricos, telecomunicaciones y electrónica; fontanería, calefacción,
aire acondicionado y refrigeración; producción y transmisión
de energía eléctrica e iluminación; transportes (automoción,
ferrocarril, barcos y aviones); monedas, vainas y cartuchos de
cerraduras, y en sectores punta tales como el coche eléctrico, células
solares, chips para microinformática.
La distribución del consumo por áreas geográficas en el año
2000 fue la siguiente: Europa Occidental 28%, América del Norte
21%, Asia (excluyendo Japón) 18%, China 12%, Japón 9%, América
del Sur 6%, Antigua Unión Soviética 4%, África y Oceanía 2%.
MINERÍA
El 90% de las reservas mundiales están concentradas en cinco
áreas: la cuenca de las Montañas Rocosas en Estados Unidos, la
prolongación de la cadena en Canadá, los Andes de Perú y Chile,
Indonesia y Zambia en la cuenca centro/sur de África.
Los principales países productores de concentrados de mineral
de cobre son: Chile 4,7 millones/año, Estados Unidos 1,3 millones/año
e Indonesia 1,0 millones/año. Europa tiene poca importancia
y España marginal.
El mineral de cobre se presenta en pórfidos, en el borde de
las grandes cadenas montañosas. En los pórfidos pueden distinguirse
tres grandes zonas claramente diferenciadas:
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- Zona lixiviada u oxidada con
una ley de cobre inferior al 0,5%.
- Zona de sulfuros secundarios
con leyes de cobre entre 1-5%.
- Zona de sulfuros primarios
con una ley del 1%.
METALURGIA
La metalurgia del cobre depende
de que el mineral sean sulfuros,
en cuyo caso se utiliza la
vía pirometalúrgica en la que
se producen ánodos y cátodos,
o que sean óxidos, en cuyo
caso se utiliza la vía hidrometalúrgica
en la que se producen
directamente cátodos.
- Pirometalurgia
El proceso de producción de cátodos
vía pirometalúrgica es el
siguiente:
Concentración del mineral
Fundición (Horno Fusión
Convertidores Afino y
Moldeo de ánodos) Refinería
(Electrorefinería) Cátodo
El mineral de sulfuro de
cobre en la mina tiene un contenido
entre el 0,5-0,2% de
cobre, por lo que hay que concentrarlo
en la mina, mediante
flotación, para su transporte y
uso final en la fundición, obteniéndose
un concentrado de
cobre que contiene entre 20 y
45% de cobre, los otros dos componentes
principales son el azufre
y el hierro, además de ✒
LA METALURGIA DEL COBRE

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otros metales entre los cuales se encuentran el oro y la plata como
positivos y el plomo, arsénico y mercurio como impurezas.
El concentrado de cobre se recibe en la Fundición, cuya primera
etapa industrial es el Horno de Fusión, donde se recupera el
cobre, eliminando el azufre y el hierro mediante oxidación en estado
fundido a una temperatura entre 1200 y 1300 º C. En el horno
el azufre se convierte en gas SO2, mientras que el cobre y el hierro,
conjuntamente con sílice procedente de la arena que se introduce
en el horno, permanecen en estado líquido. En esta fase líquida el
cobre, por su mayor densidad, se deposita en la parte inferior y se
extrae del horno formando parte de un producto que se denomina
mata de cobre, con un contenido del 62% de cobre, mientras que
la mezcla de hierro y sílice en forma de silicato permanece en la
parte superior del horno y se extrae en forma de escoria con un
contenido del 0,8% de cobre, 45% de hierro y 30% de sílice.
La mata de cobre pasa a la sección de convertidores, para incrementar
la riqueza en cobre del producto, donde se le somete a una
gran oxidación adicional en un proceso discontinuo “batch”, consiguiendo
un producto intermedio denominado blister con un contenido
en cobre del 99%, gases ricos en SO2 que se unen a los gases anteriores
del horno y escorias con un contenido del 6% de cobre.
El blister pasa al horno de afino donde incrementa su contenido
en cobre hasta el 99,6% y posteriormente a la rueda de
moldeo de ánodos, donde se da a los ánodos la forma geométrica,
semejante a una camiseta de mangas cortas extendidas “T-shirt”,
necesaria para su utilización en la Refinería.
Los gases de SO2 producidos en el horno y convertidores se recogen,
se oxidan y se convierten en ácido sulfúrico en una planta de
doble absorción, mientras que las escorias, después de tratarlas en un
horno eléctrico para recuperar todo el cobre que contienen, se enfrían
y granulan para su posterior utilización como material estéril.
Como regla general una Fundición que produzca 310.000
Tm/año de ánodos consume 1.000.000 Tm/año de concentrado de
cobre y como subproductos produce 900.000 Tm/año de ácido sulfúrico
y 300.000 Tm/año de escorias.
Europa produce el 15% del total mundial de ánodos de
cobre siendo los líderes europeos Norddeutsche Affinerie (Alemania),
Atlantic Copper, S.A. (España) y Boliden (Suecia). España
produce el 25% de la producción europea, siendo los únicos productores
españoles Atlantic Copper, S.A. y Elmet, S.L.
Los ánodos pasan a la Refinería, que es la fase final del proceso
de producción de los cátodos con un contenido del 99,9% de cobre. El
proceso utilizado es el electrorefino de los ánodos, que consiste en disponer
en celdas (balsas) los ánodos que actúan como electrodo positivo,
separados por una placa inerte que actúa como electrodo negativo,
sumergidos en una disolución de sulfato de cobre denominada electrolito
y utilizar una corriente eléctrica de bajo voltaje, que al ser selectiva
para el cobre disuelve los ánodos en el electrolito y los iones de
cobre resultante se depositan sobre la placa inerte obteniendo los cátodos
que son unas planchas de 1 m 2 de superficie y un peso de 55 kg.
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- Hidrometalurgia
El proceso de producción de cátodos
vía hidrometalúrgica más
conocido por su nomenclatura
anglosajona Sx-Ew es el siguiente:
Mineral de cobre Lixiviación
Extracción Electrólisis
Cátodo
En esta vía se parte de
mineral de cobre procedente de
la mina o residuos mineros, sin
concentrar y se tritura a tamaños
inferiores a 10 mm siendo
posteriormente transportado a
los montones o tanques donde
será tratado posteriormente. La
instalación suele estar anexa a la
mina con objeto de ahorrar costes
y optimizar servicios.
A continuación se lixivian
(disuelven) los minerales
de cobre, óxidos o sulfuros secundarios,
mediante el riego
con una disolución acuosa de
ácido sulfúrico, obteniéndose
una solución de sulfato de
cobre con bajo contenido de
cobre. Este proceso es lento y
complejo pues además de la
disolución del cobre, debe
obtenerse una estabilidad en
las concentraciones del licor.
La disolución de bajo
contenido de cobre con otros
metales e impurezas se trata con
un reactivo extractante orgánico,
en un circuito cerrado y a
contracorriente, que extrae el
cobre y permite obtener un electrolito
con alto contenido de
cobre y limpio de todos los elementos
indeseables. Actualmente
se está investigando la biolixiviación
utilizando bacterias
que capturen el cobre existente
en la disolución directamente.
La disolución con un alto
contenido de cobre y limpia
de impurezas pasa a las celdas
(balsas) de electrólisis, donde la

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energía eléctrica hace que los iones de cobre presentes en la solución
se depositen en los cátodos, de ahí su nombre de electrodeposición,
a diferencia del electrorefino, que se realiza al pasar de
ánodos de cobre a cátodos.
Europa produce el 16% del total mundial de cátodos de
cobre vía pirometalúrgica y no tiene producción hidrometalúrgica,
siendo los líderes Norddeutsche Affinerie (Alemania), Umicore
(Bélgica) y Atlantic Copper, S.A. (España). España produce el 6%
de la producción europea, siendo los únicos productores Atantic
Copper, S.A., Elmet, S.L. y La Farga Lacambra, S.A.
- Comparación de tecnologías
La última etapa de la vía hidrometalúrgica, la electrodeposición,
tiene dos desventajas respecto a la etapa de electrorrefino correspondiente
a la vía pirometalúrgica, una, intrínseca a la físico-química
del proceso, que es el mayor consumo de energía, y otra, la inferior
calidad de los cátodos por las impurezas y menor contenido de
cobre, que se va subsanando con las nuevas tecnologías y plantas.
El anterior razonamiento unido a que la metalurgia a utilizar
depende de que los minerales sean sulfuros u óxidos y puesto
que el 90% de los minerales de cobre son sulfuros, hace que la producción
de cobre refinado vía hidrometalúrgica sea solamente el
16% de la producción total, aunque en los próximos diez años se
espera que alcance el 18%.
PRODUCCIÓN MUNDIAL DE COBRE REFINADO
Expresado en millones de Tm de cobre
1990 2000 2005 (E) 2010 (E)
Pirometalúrgica 10,2 12,5 14,5 17,0
Hidrometalúrgica 0,6 2,3 3,0 3,7
Producción Total 10,8 14,8 17,5 20,7
SEMITRANSFORMADOS DE COBRE
El cátodo necesita ser transformado en unos productos intermedios
para la elaboración de los productos finales que requiere el
mercado y que hemos relacionado al principio, estos productos
intermedios son los siguientes, incluyendo su importancia sobre la
producción total: alambrón 46%, aleaciones de cobre 25%, tubos
12%, planos 9% y otras secciones 8%.
Europa es el mayor productor del mundo occidental con el
27% del total mundial, mientras que España sólo tiene el 6% de la
producción europea siendo los líderes Alemania e Italia. Los principales
productores españoles son: Atlantic Copper, S.A.; Outokumpu
Copper Tubes, S.A.; SIA Copper, S.A.; Laminados Oviedo
Córdoba, S.A.; La Farga Lacambra, S.A.; Tubo Técnico Europeo, S.L.
y Peninsular del Latón, S.A.
Concluyendo, el cobre es un material indispensable para el
mundo actual y favorece el desarrollo sostenible porque es duradero
y reciclable sin perder sus propiedades.
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(1) La experiencia de José Arlandis se
resume en los siguientes períodos:
1965-1973
Experiencia energética en el Grupo Esso.
Montaje de la refinería de Castellón, gas
natural para España y Portugal y Director
de Planificación de Esso Petróleos
Españoles.
1974-1991
Experiencia química en el Grupo
Explosivos y Ercros como Director de
Desarrollo Corporativo y Director de
Planificación Estratégica.
1991-2002
Experiencia metalúrgica en Río Tinto
Minera y Atlantic Copper como Director
de Planificación Estratégica y Director de
Planificación y Control.
1965-1982
Profesor de Tecnología y Petroquímica en
la ETSII de Madrid.