Cobre: Usos, Propiedades, Minerales y Yacimientos Aplicaciones



Cobre: Usos, Propiedades, Minerales y Yacimientos

El  cobre fue, probablemente, el primer metal que se extrajo de sus minerales. Era conocido en épocas prehistóricas, y las primeras herramientas y enseres fabricados probablemente fueran de cobre. Se han encontrado objetos de este metal en las ruinas de muchas civilizaciones antiguas, como en Egipto, Asia Menor, China, sureste de Europa, Chipre (de donde proviene la palabra cobre), Creta y América del Sur. El cobre puede encontrarse en estado puro.

Qumicamente el cobre, es de símbolo Cu, uno de los metales de mayor uso, de apariencia metálica y color pardo rojizo. El cobre es uno de los elementos de transición de la tabla periódica, y su número atómico es 29.Todavía se encuentra entre los más importantes metales de la época actual. Se necesita en grandes cantidades para la electrificación doméstica, cables de trasporte eléctrico, etc., debido a que entre la gama de los metales más económicos es, con mucho, el mejor conductor de la electricidad.

USOS o APLICACIONES DEL COBRE POR GRADO DE IMPORTANCIA:

Uso 1-Manufacturas  eléctricas

Uso 2-Teléfono   y   telégrafo

Uso 3-Conducciones  de energía  eléctrica

Uso 4-Alambre

Uso 5-Automóviles

Uso 6-Construcción

Uso 7-Colado

Uso 8-Municiones

Uso 9-Ferrocarriles

Uso 10-Refrigeradores

Uso 11-Construcción   de   barcos

Uso 12-Acondicionamiento   de   aire

El cobre fue obtenido y utilizado por el hombre ya en los tiempos prehistóricos, pero hasta los comienzos de la era industrial su empleo no empezó a revestir cierta importancia. Los primitivos egipcios hicieron cuchillos de cobre y armas hace ocho mil años, y tubos y cañerías en el año 2750 a. de J. C. Los romanos lo extraían de Chipre, por lo cual se conoció como aes cyprium; de aquí se derivó el nombre latino cuprum; y, de éste, el español cobre y el símbolo químico Cu.

Durante la primera década del siglo XIX, la producción anual mundial no era muy superior a la mensual de algunas de las minas importantes de la actualidad. En 1869, en Michigan estaba la mayor factoría del mundo, que sólo producía 6.200 toneladas de cobre. En 1877, las minas de Río Tinto, hasta finales del siglo XIX, eran las mayores productoras del mundo con cerca de 30.000 toneladas.

El descubrimiento (y la explotación) de minas de cobre con mineral de bajo contenido, a principios del siglo xx, inició una industria de minería en gran escala con bajos costos. Posteriormente se introdujeron procesos de flotación, que hicieron posible la obtención del cobre de minerales de bajo contenido a costos reducidos.

Las mejoras en los métodos de minería, la flotación, la lixiviación, y otros procesos, han beneficiado mucho más a los grandes productores con minas de bajo rendimiento que a los pequeños, aun con minas mucho más ricas. El resultado de esto ha sido que unos pocos industriales, cada uno de los cuales puede producir anualmente 700.000 toneladas, o más, dominan y controlan la producción mundial de cobre y las reservas mineras de mayor interés.

Mineral de Cobre

Los usos del cobre son muy diversos, pero la casi totalidad de ellos atienden a su conductibilidad eléctrica y a su ductilidad; por esto el 25 por 100 de la producción total lo utiliza la industria eléctrica, que es su principal consumidor. La mayor parte de los equipos eléctricos y líneas de conducción se hacen de cobre puro, pero se emplean asimismo considerables cantidades de este metal en la obtención de aleaciones, principalmente latón (cobre-cinc) y bronce (cobre-estaño-cinc).

En la actualidad conocemos más de 150 minerales de cobre, pero sólo unos pocos revisten importancia económica. Citaremos el cobre nativo, los sulfuros (de cobre, calcosina y covellina; de cobre y hierro, calcopirita y bornita), los sulfoarseniuros y sulfoantimoniuros (enargita y cobres grises), los óxidos (melaconita y cuprita) y las diversas oxisales hidratadas (malaquita, azurita, crisocola, etc.).

La elevada cotización del cobre, así como su metalurgia relativamente económica, permiten la explotación de yacimientos de baja concentración. Resultan perfectamente rentables las masas piritosas que contienen del 1 al 4 por 100 de cobre.

Se ha hablado de la existencia de yacimientos de cobre de origen magmático. La realidad de tales tipos ha sido vivamente discutida y acaso no exista ejemplo alguno de ellos.



Así, podemos decir que todos o casi todos los yacimientos conocidos han sido originados por aportes hidrotermales. La formación de los minerales a partir de sus soluciones acuosas a temperaturas más o menos elevadas se ha producido gracias a dos mecanismos diferentes: el relleno de oquedades preexistentes y el reemplazamiento. El primero de ellos puede haberse producido en fisuras, vesículas, cuevas o espacios porosos.

En lo que se refiere al segundo, se trata de un proceso mediante el cual materiales preexistentes, rocas o minerales, son lentamente sustituidos por intercambios que se efectúan entre tales masas y las soluciones hidrotermales. El reemplazamiento puede haber sido filoniano, diseminado o masivo, como en el yacimiento de Riotinto (Huelva), el mayor depósito de cobre pirítico del  mundo.

Este criadero comenzó a explotarse hace más de 3.000 años, con objeto de extraer oro; luego se pasó a la obtención de azufre y cobre. Su riqueza es extraordinaria: su producción se eleva, hasta el presente, a unos 5 millones de toneladas de cobre y a algo más de 200 millones de toneladas de pirita. Se calcula que las reservas son del mismo orden que el mineral obtenido.

Las masas minerales aparecen en forma de enormes lentejones, asociados a intrusiones de rocas porfídicas en las pizarras. Se han explotado unas 50 masas, la mayoría a cielo abierto, ya que la erosión ha desmantelado la roca suprayacente. Las de San Dionisio, Eduardo y Veta del Sur, que aparecen relacionadas entre sí, son las de mayor importancia: el conjunto se extiende sobre una longitud de 3 kilómetros, una anchura de 2,5, y una profundidad de 500 metros.

La mayoría de los yacimientos de importancia se encuentran en América del Norte (U.S.A., Canadá, México) y en ambos lados de la gran cordillera de los Andes. Estos últimos pertenecen a Chile, que es el segundo productor mundial, al Perú, a Bolivia y a la Argentina. Debemos citar asimismo los extraordinarios depósitos de Rhodesia y de Katanga, que constituyen la zona exclusivamente cuprífera más importante que se conoce.

La mayor cantidad del cobre se extrae a partir de piritas de cobre, conocidas como calcopiritas. El cobre bruto que se obtiene de sus minerales no es suficientemente puro para usos eléctricos, y se purifica posteriormente por electrólisis. Para esto se sumerge un bloque de cobre impuro en una disolución de sulfato cúprico y se conecta el bloque al terminal positivo de una fuente de corriente continua (esto es, actúa como ánodo), y una lámina delgada de cobre puro se conecta al terminal negativo como cátodo. Los iones de cobre pasan, a través de la disolución, del ánodo al cátodo.

El ánodo aumenta de tamaño, a medida que el cobre puro se va depositando a la disolución, o caen, depositándose en el fondo. El oro y la plata, en el barro que se recoge bajo el ánodo, son suficientes en muchos casos para pagar el proceso de refinado del cobre. El oro y la plata están íntimamente relacionados con el cobre, y por eso es frecuente que aparezcan junto a él en pequeñas cantidades.

Bornita

Calcopirita

Calcosina

Azurita

ALEACIONES  DE COBRE
El cobre es la base de muchas aleaciones de las cuales el bronce (cobre y estaño) es, probablemente, la más conocida; es mucho más duro y resistente al desgaste que el cobre puro. El descubrimiento del cobre cambió completamente el modo de vivir de la Edad de Piedra. Las nuevas armas de bronce, afiladas, facilitaron la caza de animales para la alimentación e hicieron posible la guerra organizada.

Las aleaciones que contienen más de 98 % de cobre se llaman cobres; cuando la cantidad de este metal es inferior, se denominan latonesbronces.

Inicialmente, el latón era una aleación de cobre y cinc, y el bronce, una aleación de cobre con estaño. Sin embargo, el término bronce se ha extendido a las aleaciones en las que intervienen otros elementos  diferentes del  estaño.



Para evitar confusiones se ha decidido aplicar el término bronce a todas las aleaciones de cobre con otros elementos que contengan como máximo el 96 % de cobre, excepto para el caso del cinc. El término latón se aplica a las aleaciones del cobre con el cinc, aunque pueden estar presentes otros metales, siempre que sus efectos (es decir, las propiedades que confieren a la aleación) estén subordinados a los del cinc.

USOS DEL COBRE POR GRADO DE IMPORTANCIA:

Manufacturas    eléctricas
Teléfono   y   telégrafo  
Conducciones  de energía  eléctrica
Alambre  
Automóviles   
Construcción   
Colado   
Municiones    
Ferrocarriles   
Refrigeradores    
Construcción   de   barcos   
Acondicionamiento   de   aire 

PRINCIPALES CONSTANTES DEL COBRE

Punto  de  fusión: 1.083°C
Punto de ebullición: 2.325°C
Densidad  específica: 8,94
Calor   específico: 0,0918
Calor de fusión: 50,6 Cal/gr.
Coeficiente lineal de dilatación: 16,42 x 10-6  cm/°C ó 0,00001642
Conductividad térmica  a  20°: 0,923  eal/sec/cm²/ °C/cm.
Dureza de Mohs:  3,0
Potencial   electrolítico: 0,344 Volt.
Resistencia esp.: 1,682 x 10-6 ohm/cm. ó 0,000001682

PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS DEL METAL

El cobre tiene tres capas electrónicas completas y sólo un electrón en la capa más externa. Cabría, por tanto, esperar que este elemento tuviera de valencia uno y, de hecho, el cobre tiene dicha valencia en una serie de compuestos, llamados cuprosos.

Todos los iones cuprosos han perdido su electrón más externo; son iones con una carga positiva. Sin embargo, los iones cuprosos son muy inestables, ya que a pesar de que el cobre puede tener una valencia uno, es más frecuente que tenga una valencia dos. Además del electrón más externo, se pierde un electrón de una capa interna, con lo que se produce un ion cúprico. Los compuestos cuprosos son muy inestables y fácilmente se convierten en compuestos cúpricos, que son mucho más estables.

El cobre puro cristaliza en forma cúbica centrada en las caras. Es un metal relativamente estable en condiciones atmosféricas normales. El color rojo distintivo del metal puro varía de acuerdo con las influencias externas, y esto tiene interés desde el punto de vista artístico, sobre todo en su uso como material de ornamentación.

La superficie del cobre, si no se pulimenta, varía de color al recubrirse con uno o con varios de los siguientes compuestos:  óxido cuproso, Cu2O, sustancia roja que da un color vivo a la superficie del cobre enfriado en agua, cuando está al rojo vivo;  óxido cúprico, CuO, de color negro, que se forma cuando el cobre caliente se enfría al aire;  carbonato cúprico hidratado, CO3Cu-H2O (o carbonato básico de cobre, C03Cu[OH]2) que es la sustancia verde que se forma en el cobre expuesto a la atmósfera (verdín).

La formación de este verdín, contrariamente a lo que le ocurre al hierro en las mismas condiciones, sirve de protección que evita la persistencia del ataque del gas carbónico sobre el metal. El cobre metálico es resistente a los álcalis, excepto a los que contienen amoníaco.

Su ataque por ácidos minerales y orgánicos depande, fundamentalmente, de la existencia de un oxidante en la disolución. El cobre resiste la oxidación por vapor de agua a altas temperaturas, y resiste la acción de la mayoría de las disoluciones salinas. Sin embargo, es poco resistente al ataque del azufre y de los compuestos del azufre, pero aleándolo con cinc, para producir el latón, se aumenta mucho su resistencia al azufre.

Aunque el cobre no desplaza al hidrógeno de los ácidos, se disuelve rápidamente en ácidos oxidantes (tales como ácido nítrico fumante), o en soluciones acidas que contienen agentes oxidantes, como son las soluciones de ácido sulfúrico, que tiene sulfato férrico. Los iones cúpricos tienen tendencia a asociarse con cuatro moléculas de agua, tanto cuando están en disolución como cuando se encuentran en forma cristalina. Esta agua está débilmente unida y si, por ejemplo, se calientan cristales de sulfato cúprico, se elimina el agua y la estructura cristalina se destruye.



El amoníaco también tiende a asociarse con los iones cúpricos. Así, las sales cúpricas se disuelven en disoluciones de amoníaco para formar un complejo de cuproamoníaco, en el cual cuatro moléculas de amoníaco, están asociadas alrededor de cada ion cúprico. Este complemento de cobre y amoniaco puede disolver la celulosa, y se ha ensayado como un medio de fabricar rayón.

El proceso de obtención de rayón, utilizando sales de cobre, se basa en el descubrimiento (de Schweintzer, en 1857) de que la celulosa se disuelve en el hidróxido de cuproamoníaco. El material básico de cobre se prepara tratando soluciones concentradas de sulfato cúprico con disoluciones frías de amoníaco, o hidróxido sódico.

La disolución de la celulosa purificada y desintegrada se hace también en frío, y en presencia de la cantidad adecuada de disolución de amoníaco (24-28 %). En general, el proceso del cuproamoníaco no puede competir económicamente con el proceso más extendido de la viscosidad, pero es más económico cuando se trata de obtener filamentos muy finos de rayón; por eso existen todavía numerosas fábricas que utilizan este proceso

COMPUESTOS  DE COBRE
El sulfato cúprico hidratado con cinco moléculas de agua es el más importante de todos los compuestos del cobre, en cuanto a su uso general y a su producción industrial. Un gran número de compuestos de cobre se fabrican a partir del sulfato cúprico.

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El proceso de obtención industrial más común del sulfato cúprico consiste en inundar un depósito que contiene chatarra de cobre con ácido sulfúrico diluido y caliente. A pequeños intervalos, se vacía el ácido, y se recicla hasta que, prácticamente, se neutraliza. Es probable que en este proceso el sulfato cúprico actúe, sobre el metal en la disolución, formando sulfato cuproso, que oxida por reacción al sulfato cúprico con el óxido disuelto. El sulfato de cobre y otros compuestos de cobre son relativamente tóxicos, aunque, por regla general, la ley no exige que se les ponga la etiqueta de venenos, sino una advertencia de que son perjudiciales, en caso de ingestión.

El sulfato cúprico se utiliza, principalmente, en la agricultura. Desde hace muchos años es el más importante funguicida para el control de enfermedades de la vid, patata, tomate y otros cultivos agrícolas. Se utiliza en forma del llamado caldo bórdeles, que consiste en añadir yeso (lime) a la disolución de sulfato. Se aplica por aspersión.

Fuente Consultada:
Revista TECNIRAMA N°48 Enciclopedia de la Ciencia y la Tecnología
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