El Cobre

El Cobre
Ing José Manuel Ramírez Q.
Ing.
Q
Docente
Cobre
El Cobre,
Cobre de símbolo Cu,
Cu era conocido en la prehistoria y fue
probablemente el primer metal utilizado para fabricar útiles y
objetos decorativos. Su número atómico es 29 y se encuentra en
el grupo
gr po 11 de la tabla periódica.
periódica
El Cobre ocupa el lugar 25 en abundancia en la corteza terrestre.
Se encuentra libre cerca del Lago Superior en Michigan, donde
hay Menas en cantidades económicamente importantes y, en
menor proporción,
proporción en otras partes del mundo.
mundo También se
encuentra mezclado con otros metales como Oro, Plata, Bismuto
y Plomo, y como Sulfuros, Sulfatos, carbonatos y Óxidos
minerales.
minerales
Procedencia
Los principales minerales son la calcopirita (mezcla
(me cla de sulfuros
s lf ros de
Cobre y Hierro), la azurita (carbonato básico de Cobre) que se
encuentra en Francia y Australia, la malaquita, también un carbonato
básico
á
de Cobre, en los Urales y la cuprita, un Oxido, que se
encuentra en Cuba. La producción mundial estimada es de 8,8
millones de toneladas anuales.
Métodos de extracción
Después de los tratamientos preliminares se aplica principalmente la
concentración por flotación a los minerales sulfurados.
• Si el contenido de Cobre es superior al 3%, la extracción se
hace por vía
í seca (piro metalurgia)
• Si está
tá comprendido
did entre
t
0 3% y 3%,
0,3%,
3% se realiza
li
por vía
í
húmeda (hidrometalurgia).
Vía seca o piro metalurgia
En la extracción por vía seca o piro metalurgia se obtiene un Cobre bruto y
comprende
d cuatro
t ffases:
Molienda del mineral
Vía seca o piro metalurgia
1. Concentración: el 90% de las Menas de Cobre sulfuradas, se concentran
por procedimiento de flotación, mediante la adición de productos químicos
como el isopropil, el cianuro sódico y la cal.
2. Tostión del mineral: se hace en horno reverbero y se basa en los dos
hechos siguientes:
a) el azufre tiene mayor afinidad para el Cobre que separa el
hierro.
b) el oxígeno tiene mayor afinidad para el hierro que separa el
Cobre.
El producto de la tostión precedente se funde en presencia de
Sílice, SiO2. La Sílice se combina con el óxido de hierro para dar
ganga
g pasa
p
al estado líquido.
q
silicato de hierro. La g
Vía seca o piro metalurgia
3. Fusión: se hace pasar toda la masa metálica a fase líquida, produciendo
reacciones químicas. De esta manera se separa la escoria procedente de la
ganga y el óxido férrico formado por la tostación.
La operación de conversión de la mata en cobre bruto tiene dos fases:
ƒ Fase I: La mata fundida se introduce en un convertidor y se oxida
inmediatamente el hierro,
hierro transformándose el óxido ferroso en
silicato por adición de Sílice.
ƒ Fase II: Se cuela la escoria. La temperatura se mantiene, el Cobre
oxidado reacciona sobre el sulfuro. El Cobre bruto se cuela en
placas.
Vía seca o piro metalurgia
4. Afino: Se realiza en horno de cuba,
4
cuba en horno eléctrico o en horno de
reverbero, para los concentrados finos, calentando a una temperatura de
1100º C con el fin de obtener matas.
Vía húmeda o Hidrometalurgia
Se realiza por disolución y precipitación, se aplica a minerales muy
pobres. La solución se trata por electrolisis o se desplaza el cobre por el
hierro. Sobre la masa de hierro se cementa el Cobre que se desprende
periódicamente por golpeteo. Así se obtiene el Cobre cáscara o Cobre de
cementación que se somete al afino.
Propiedades del Cobre
Es un metal de color rojizo característico que cristaliza en el sistema
cúbico centrado en las caras. A causa de muchas propiedades deseables
como su conductividad eléctrica y calorífica, su resistencia a la corrosión,
su maleabilidad y ductilidad y su belleza, el Cobre se usa en una amplia
variedad de aplicaciones. Tiene poca actividad química y únicamente se
oxida en el aire húmedo muy lentamente,
lentamente recubriéndose de una capa de
carbonato básico que lo protege de la corrosión posterior.
El Cobre forma dos series de compuestos químicos: cuprosos, en los que el
Cobre tiene valencia +1, y cúpricos, en los que tiene valencia +2. Los
compuestos cuprosos se oxidan fácilmente a cúpricos, en muchos casos por
solo exposición al aire y son de poca importancia industrial; los compuestos
cúpricos son estables.
Propiedades del Cobre
Su oxidación se favorece en medio ácido por lo que no es recomendable su
uso en utensilios de cocina, ya que las sales que forma son eméticas es
decir que provocan vómitos. Calentado al rojo se oxida y puede arder en el
Cloro y en el Azufre. Sólo es atacado por los ácidos oxidantes y puede
formar complejos con algunas sustancias como por ejemplo el amoníaco.
Forma cristalizada
Propiedades del Cobre
El Cobre es muy tenaz y dúctil y se suelda bien, y muchas de sus aleaciones
se caracterizan por una conveniente asociación de resistencia mecánica y
ductilidad.
El Cobre y sus aleaciones son muy útiles en la técnica y para los variados
instrumentos industriales e instalaciones químicas.
Las propiedades de Cobre que inducen a su empleo son:
• Excelente resistencia a la corrosión para una amplia variedad de agentes.
agentes
• Gran ductilidad, lo que permite ser moldeado en cualquier forma
deseada.
• Buena resistencia a la tracción, que la mantienen a determinadas
temperaturas.
• Facilidad de soldadura según varios métodos.
métodos
Principales aleaciones de cobre
El Cobre es metal base de numerosas aleaciones:
• Los
L llatones,
t
aleaciones
l
i
d
de C
Cobre
b y Zi
Zinc
• Los Bronces, aleaciones de Cobre y Estaño
• Las Platas alemanas, aleaciones de Cobre, Níquel y un poco de Zinc.
Latones
Aleación de Cobre y Zinc. El latón es más duro que el Cobre, es dúctil y
puede forjarse en planchas finas. Antiguamente se llamaba latón a
cualquier aleación de Cobre, en especial la realizada con Estaño. Es
posible que el latón de los tiempos antiguos estuviera hecho con Cobre y
Estaño. La aleación actual comenzó a usarse hacia el siglo XVI.
Su maleabilidad varía según la composición y la temperatura, y es distinta
si se mezcla con otros metales,, incluso en cantidades mínimas. Algunos
g
tipos de latón son maleables únicamente en frío, otros sólo en caliente, y
algunos no lo son a ninguna temperatura.
Latones
Para obtener latón, se mezcla el Zinc con el Cobre en crisoles o en un
horno de reverbero o de cubilote. Los lingotes se laminan en frío. Las
barras o planchas pueden laminarse en varillas o cortarse en tiras
susceptibles de estirarse para fabricar alambre.
Los latones comprenden una amplia zona de aleaciones de Cobre que
contienen del 55% al 80% de Cobre y el resto de Zinc, con o sin la adición
de cantidades relativamente p
pequeñas
q
de otros elementos,,
principalmente Estaño, Plomo, Hierro, Manganeso, Níquel, Aluminio y
Silicio. Las propiedades de estas aleaciones varían desde las del Cobre
casi puro hasta las de los latones especiales, con una resistencia de
tracción de unos 80 Kg/mm2 en estado de moldeo.
Latones
Las aleaciones estrictamente de Cobre-Zinc, que forman la base de la
serie completa de latones, se dividen en tres grupos principales:
1. Latones alfa: que contienen hasta un 39% de Zinc.
2. Latones alfa-beta: que empiezan a formarse a un 37.5% de Zinc
aproximadamente y terminan en la proporción de un 45%.
45%
3. Latones beta: que comprenden los de un 46% a un 50%,
aproximadamente de Zinc.
Latones
También se distinguen dos clases:
• los latones ordinarios, a partir de Cu y de Zn
• los latones especiales, que contiene uno o dos metales más, aparte
del Cobre y el Zinc.
Latones ordinarios
Son aleaciones de Cu y Zn con más de 55% de Cobre.
Presenta sobre el Cobre las siguientes ventajas:
•
•
•
•
•
p
precio
mas bajo
j
mayor facilidad para el moldeo
gran maleabilidad
gran resistencia mecánica
á
y dureza más
á elevada
mayor resistencia a los agentes atmosféricos.
Latones ordinarios
• Latones para bisutería, con 80% a 85% de Cu.
• Latones mecánicos: embutición (latones 70- 30, con 70% de Cu).
De fácil mecanización ((55% a 50% de Cobre).
)
• Latones de soldadura fuerte: Cobre ( 55% a 45%).
Latones especiales
cuando se requiere un aumento de dureza o de resistencia a la
tracción se añade a las aleaciones Cobre/Zinc 60/40, Aluminio,
Hierro, Manganeso, Estaño, Níquel y algunas veces Silicio.
• Latones al Plomo- 1 o 2% de Plomo facilitan la mecanización.
ó
• Latones al Hierro o metales delta ( 55% de Cu,
Cu 42% de Zn,
Zn 1.5%
1 5% de
Fe, 1% de Mn): - son aleaciones muy maleables y resistentes a la
corrosión para hélices, válvula y turbinas de vapor.
Latones especiales
• Latones al Manganeso, - Se añade 2% a 4,5% de Mn a los latones
con 60% de Cu para aumentar la resistencia a la tracción y el limite
elástico se usa para hélices de barcos, árboles de hélice).
• Latones al Estaño.- con la composición 60% de Cu, 23% de Zn y 2%
de Sn, resisten muy bien a la corrosión por el agua del mar,
empleándose
l á d
para bombas
b b y en construcción
t
ió naval.
l
Latones Rojos y Amarillos
Los latones rojos contienen menos de un
n 20% de Zinc; se pueden
p eden
trabajar en caliente entre 750º C y 900º C, a partir del lingote, pero
es corriente terminarlos por laminado o estirado en frío.
La plasticidad de estos metales es mayor cuanto menos Zinc
contienen; se caracterizan por ser muy resistentes a la corrosión y
son más caros.
Los latones amarillos: contienen 20% al 35% de Zinc y sólo una
pequeña
ñ proporción
ó de
d Estaño
ñ y Plomo.
l
Las aleaciones
l
con mayor
cantidad de Zinc son más fáciles de moldear y son usadas para
combatir la corrosión.
Propiedades mecánicas de Latones
La resistencia a tracción y él limite elástico aumentan al crecer la
proporción de Zinc.
Aplicaciones según porcentaje de Zn
Bronces
El término Bronce se aplica a las aleaciones de Cobre distintas a de los
latones, que mantienen el color del Cobre y en las que predomina este
elemento. Ni los Bronces modernos ni los antiguos contienen sólo estos
dos metales. Los griegos y los romanos añadieron Zinc, Plomo y Plata a las
aleaciones de bronce para usarlas en herramientas, armas, monedas y
objetos de arte.
arte
El Zinc,, el Plomo y otros metales se encuentran ocasionalmente en el
Bronce que se fabrica hoy. Los componentes del Bronce varían; así,
cuando contiene al menos un 10% de Estaño, la aleación es dura y tiene
un punto de fusión bajo.
Los Bronces se utilizan según su aleación en forma de alambres, o bandas
para muelles o resortes de todas clases y también
é en mallas.
Propiedades de los Bronces
La ductilidad de los Bronces es mayor que la de los latones, se pueden
laminar, estirar en frío y darles la dureza por estos medios.
Cuando en un Bronce se disminuye en mayor proporción el Estaño que el
Zinc la conductibilidad térmica y eléctrica son mejores.
El Bronce es más resistente y duro que cualquiera otra aleación común,
excepto el acero,
acero que le supera en resistencia a la corrosión y facilidad
de lubricación. El Bronce moderno se utiliza en la fundición artística y en
la fabricación de instrumentos sonoros.
Los nombres de las variedades de Bronce provienen de los componentes
adicionales, como los bronces ordinarios, al zinc, al plomo y el Bronce al
Fósforo.
Bronces ordinarios
Son aleaciones Cu-Sn con mas de 70% de Cu; con contenidos menores se
obtienen productos quebradizos. Se distinguen:
• Bronces maleables para medalla, con 4% a 10% de Sn.
• Bronces mecánicos para engranajes, con 9% a 12% de Sn.
• Bronces mecánicos para cojinetes, con 15% a 20% de Sn.
• Los Bronces de campanas y artísticos,
artísticos 20% a 30% de Sn.
Sn
Bronces al zinc
aumenta la maleabilidad y la facilidad de moldeo. Ejemplos:
• Bronce
B
d monedas:
de
d
95% de
d Cu,
C 4% de
d Sn,
S 1% de
d Zn.
Z
• Bronce artístico duro: 90% de Cu; 8% de Sn, 2% de Zn.
• Bronce de orfebrería: 75% de Cu, 5% de Sn, 20% de Zn.
El Bronce con 5% de Estaño se emplea para monedas y medallas. Si se le
añade 1% de Zinc se puede utilizar para estatuas,
estatuas placas,
placas puertas,
puertas válvulas
y otros elementos relacionados con las técnicas del vapor.
La mayoría de las campanas se hacen en Bronce y el mejor sonido lo dan
cuando contienen 20% a 22% de Estaño y cantidades variables de Zinc y
Plomo.
Bronces al plomo
el plomo mejora la calidad frente al frotamiento y auto lubrica; para
evitar la separación del Plomo en el estado líquido se añade Níquel o Zinc.
Ejemplos: Bronces mecánicos 88.5% de Cu, 9% de Sn, 2.5% de Pb, 1% de Zn.
Bronces al fósforo
sirven para eliminar los Óxidos y para aumentar la dureza.
Ejemplo: 89% de Cu, 8% de Sn, 2% de Zn, 0,1% de P.
Las aleaciones de 9% a 13% de Estaño y de 0.3% a 1.5% de Fósforo se
emplean
p
para p
p
piezas de maquinarias
q
que requieren
q
q
una superficie
p
antifricción capaz de soportar grandes pesos, asociada con bajo
coeficiente de fricción, tales como engranajes y válvulas de corredera
Platas alemanas
Son aleaciones ternarias Cu- Zn- Ni, inalterables, de un aspecto blanco
que justifica su empleo en bisutería. Estas aleaciones para la joyería de
imitación tienen 50% a 65% de Cu, 7% a 30% de Ni y 10% a 35% de Zr.
Reciben muy diversos nombres: Plata alemana, Plata nueva, argentán,
alpaca, packfong, malecorts, entre otros.
La aleación más empleada para vajillas y cubiertos contienen 60% de Cu,
Cu
20% de Ni y 20% de Zn.