Quins són els processos d’obtenció de coure?
El coure és present
en l'escorça terrestre principalment en forma de minerals sulfurats com la
calcopirita (CuFeS2), bornita (Cu5FeS4) i calcosina (Cu2S). El contingut en
coure d'aquests minerals és baix, al voltant d'un 0.5% en mines a cel obert i
fins a un 2% en mines subterrànies.
El coure també es
presenta en forma de minerals amb oxigen com carbonats, òxids, silicats i
sulfats, però en menor concentració.
Segons sigui la
mena, el procés d'extracció del coure serà diferent, així tenim:
Extracció de coure a
partir de menes sulfurades (pirometal·lúrgia)
Extracció de coure a
partir de menes d'òxid (hidrometal·lúrgia)
Extracció de coure a
partir de menes sulfurades
Al voltant del 90%
del coure que es produeix al món prové dels minerals de sulfur. L'extracció té
quatre etapes:
- Concentració per
flotació: Les concentracions de coure en els
minerals són molt baixes, per la qual cosa no resultaria econòmic fondre el
mineral en un forn, ja que es requeriria una despesa molt elevada d’energia. Per aquestes raons,
avui en dia es recorre a l'aïllament dels minerals de coure en forma d'un
concentrat. El mètode més efectiu de concentració és la concentració per
flotació.
Els principis en què es basa el procés de flotació
són els següents:
Els minerals sulfurats normalment s'humitegen per
l'aigua, però poden ser condicionats amb reactius que els tornaran repel·lents
a l'aigua.
Els xocs entre les bombolles d'aire i els minerals
que s'han fet hidrofòbics conduiran a la unió entre les bombolles i aquests
minerals
Les partícules de mineral no condicionades no
s'uniran a les bombolles d'aire.
Amb tot això aconseguim que els minerals de coure
s'adhereixin a les bombolles d'aire amb les quals es van a elevar fins a la
superfície de la cel · la de flotació. La resta de minerals (ganga) es queden
enrere i abandonen la cel·la a través d'un sistema de descàrrega.
- Torrefacció: La torrada és una oxidació parcial dels concentrats
de sulfur de coure amb aire i l'eliminació parcial del sulfur en forma de SO2.
Els objectius de la torrada són dos:
Utilitzar la calor de la torrada per assecar i
escalfar la càrrega abans de ser introduïda al forn de fosa.
Augmentar la concentració de coure en el producte de
fosa, és a dir, a la mata líquida.
La torrat es duu a terme entre 500 i 700 º C, dins de
les torradores tipus llar o de llit fluïdificats, sota condicions ben
controlades. El producte de la torrada és una barreja de sulfurs, sulfats i
òxids, la composició pot variar mitjançant el control de la temperatura del
procés de torrefacció i la relació aire - concentrat.
- Fusió de mata: L'objectiu de la fosa de mata és formar dues fases
líquides immiscibles: una fase líquida de sulfur (mata) que conté tot el coure
de la càrrega i una fase líquida d'escòria sense coure. La mata té un contingut
en coure d'entre un 35 a un 65%. L'escòria fosa es rebutja directament o
després d'una etapa de recuperació de coure. La gran desavantatge d'aquest
mètode és la contaminació de l'atmosfera amb el gas SO2.
La fusió de mata es porta a terme al fondre la
càrrega total del forn a una temperatura aproximada de 1200 º C, normalment amb
fundents de sílice i carbonat de calci. Avui en dia la fosa es realitza de
forma majoritària en forns de reverber tot i que encara s'utilitzen alts forns
i forns elèctrics.
La mata fosa resultant del procés de fosa conté
coure, ferro i sofre com a components principals i fins a un 3% d'oxigen
dissolt. A més, conté quantitats menors de metalls com As, Sb, Bi, Pb, Ni i
metalls preciosos.
Per eliminar el ferro, el sofre i altres impureses,
es passa la mata per un convertidor cilíndric, revestit amb refractari bàsic.
En aquest convertidor es produeix l'oxidació de la mata amb oxigen a una
temperatura de 1200 º C. Al final del procés s'obté un coure metàl·lic líquid
no refinat amb una puresa d'entre 1 98.5 a un 99,5%, denominat coure blíster. A
més d'aquest, també es produeix l'escòria i grans volums de gasos calents que
contenen entre un 5 a un 15% de SO2.
- Afinament: Finalment, el coure blíster es refina
electroquímicament per obtenir coure catòdic d'una gran puresa, superior al
99.99%.
Prèviament a la refinació electroquímica cal dur a
terme una refinació tèrmica, per evitar així la formació de butllofes de SO2.
Aquestes ampolles es formen quan solidifiquen petites quantitats de sofre i
fòsfor que encara conté el coure blíster en forma residual. L'aparició de
butllofes comportaria a la debilitació dels ànodes ia l'aparició d'una
superfície aspra de gruix irregular.
La refinació tèrmica es porta a terme en forns de
refinació tipus giratori que s'assemblen als convertidors Pierce - Smith. La
temperatura d'operació està entre els 1130 º i els 1150 º C.
Un cop refinat tèrmicament es realitza l'afinament
electrolític del coure. Aquest afinament es pot realitzar mitjançant electrorrefinació
dels ànodes de coure impur o mitjançant separació per electròlisi a partir de
solucions de lixiviació. El primer mètode és el més utilitzat, ocupant al
voltant del 95%.
La electrorrefinació consisteix en la dissolució
electroquímica del coure dels ànodes impurs i el dipòsit selectiu d'aquest
coure dissolt en forma pura sobre càtodes de coure. Aquesta tècnica té dos
objectius:
Eliminar les impureses que danyen les propietats
elèctriques i mecàniques del coure, aconseguint coure amb una puresa superior
al 99.99% amb menys d'un 0,004% d'impureses metàl·liques.
Separar les impureses valuoses del coure, que poden
ser recuperades després com a subproductes metàl·lics.
Extracció de coure a
partir de les menes d'òxid: hidrometal·lúrgia
Encara que el coure
es presenta més freqüentment en la forma de sulfurs, també es presenta en forma
oxidada com carbonats, òxids, silicats i sulfats, particularment a l'Àfrica.
Aquests minerals oxidats, quan estan presents en quantitat suficient en la
mena, pot ser reduïts directament a coure impur en l'alt forn, com es feia en
el passat. Però en l'actualitat les menes que s'exploten tenen una concentració
molt baixa de coure, pel que és necessari recórrer a altres tècniques com la
lixiviació mitjançant àcid sulfúric seguida per la precipitació o per
l'electròlisi del coure de la solució.
