Cobre

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El cobre, de símbolo Cu, es el elemento químico de número atómico 29. Se trata de un metal de transición de color rojizo y brillo metálico que, junto con la plata y el oro, forma parte de la llamada familia del cobre. Gracias a su alta conductividad eléctrica, ductilidad y maleabilidad, se ha convertido en el material más utilizado para fabricar cables eléctricos y otros componentes eléctricos y electrónicos.

El cobre forma parte de una cantidad muy elevada de aleaciones que generalmente presentan mejores propiedades mecánicas, aunque tienen una conductividad eléctrica menor. Las más importantes son conocidas con el nombre de bronces y latones. Por otra parte, el cobre es un metal duradero porque se puede reciclar un número casi ilimitado de veces sin que pierda sus propiedades mecánicas.

Fue uno de los primeros metales en ser utilizado por el ser humano en la prehistoria. El cobre y su aleación con el estaño, el bronce, adquirieron tanta importancia que los historiadores han llamado Edad del Cobre y Edad del Bronce a dos periodos de la Antigüedad. Aunque su uso perdió importancia relativa con el desarrollo de la siderurgia, el cobre y sus aleaciones siguieron siendo empleados para hacer objetos tan diversos como monedas, campanas y cañones. A partir del siglo XIX, concretamente de la invención del generador eléctrico en 1831 por Faraday, el cobre se convirtió de nuevo en un metal estratégico, al ser la materia prima principal de cables e instalaciones eléctricas.

El cobre posee un importante papel biológico en el proceso de fotosíntesis de las plantas, aunque no forma parte de la composición de la clorofila. El cobre contribuye a la formación de glóbulos rojos y al mantenimiento de los vasos sanguíneos, nervios, sistema inmunológico y huesos y por tanto es un oligoelemento esencial para la vida humana.^[2]

El cobre se encuentra en una gran cantidad de alimentos habituales de la dieta tales como ostras, mariscos, legumbres, vísceras y nueces entre otros, además del agua potable y por lo tanto es muy raro que se produzca una deficiencia de cobre en el organismo. El desequilibrio de cobre en el organismo cuando se produce en forma excesiva ocasiona una enfermedad hepática conocida como enfermedad de Wilson.^[3]

El cobre es el tercer metal más utilizado en el mundo, por detrás del acero y el aluminio. La producción mundial de cobre refinado se estimó en 15,8 Mt en el 2006, con un déficit de 10,7% frente a la demanda mundial proyectada de 17,7 Mt.^[4]

Tabla de contenidos 1 Historia 1.1 El cobre en la Antigüedad 1.2 Edad Media y Edad Moderna 1.3 Edad Contemporánea 1.3.1 Estados Unidos 1.3.2 Chile 2 Isótopos 3 Propiedades y características del cobre 3.1 Propiedades físicas 3.2 Propiedades mecánicas 3.3 Características químicas 4 Aleaciones y tipos de cobre 4.1 Latón (Cu-Zn) 4.2 Bronce (Cu-Sn) 4.3 Alpaca (Cu-Ni-Zn) 4.4 Otras aleaciones 5 Procesos industriales del cobre 5.1 Minería del cobre 5.2 Metalurgia del cobre 5.3 Tratamientos térmicos del cobre 6 Aplicaciones y usos del cobre 6.1 Cobre metálico 6.1.1 Electricidad y telecomunicaciones 6.1.2 Medios de transporte 6.1.3 Construcción y ornamentación 6.1.4 Monedas 6.1.5 Otras aplicaciones 6.2 Cobre no metálico 7 Productos del cobre 7.1 Fundición: blister y ánodos 7.2 Refinería: Cátodos 7.3 Subproductos de fundición y refinería 7.4 Alambrón 7.5 Alambre de cobre desnudo 7.6 Trefilado 7.7 Tubos 7.8 Laminación 7.9 Fundición de piezas 7.10 Forjado 7.11 Mecanizado 7.12 Soldadura 7.13 Calderería 7.14 Embutición 7.15 Estampación 7.16 Troquelado 8 Reciclado 9 Producción y comercio 9.1 Producción minera 9.2 Reservas 9.3 Comercio y consumo 10 Biología e higiene 10.1 Biología del cobre 10.1.1 Precauciones sanitarias del cobre 11 Nombres y símbolos 12 Referencias 12.1 Bibliografía 12.2 Notas 13 Véase también 14 Enlaces externos

[editar] Historia

[editar] El cobre en la Antigüedad

El cobre es uno de los pocos metales que pueden encontrarse en la naturaleza en estado "nativo", es decir, sin combinar con otros elementos. Por ello fue uno de los primeros en ser utilizado por el ser humano.^[5] Los otros metales nativos son el oro, el platino, la plata y el hierro proveniente de meteoritos.

Se han encontrado utensilios de cobre nativo de en torno a 7000 adC en Çayönü Tepesí (en la actual Turquía) y en Iraq. El cobre de Çayönü Tepesí fue recocido pero el proceso aun no estaba perfeccionado.^[5] En esta época, en Oriente Próximo también se utilizaban carbonatos de cobre (malaquita y azurita) con motivos ornamentales.

De en torno al V milenio adC datan los primeros crisoles que permitían producir cobre metálico a partir de carbonatos mediante reducciones con carbón.^[5] Es el inicio de la llamada Edad del Cobre, apareciendo crisoles en toda la zona entre los Balcanes e Irán, incluyendo Egipto. Se han encontrado pruebas de la explotación de minas de carbonatos de cobre desde épocas muy antiguas tanto en Tracia (Ai Bunar) como en la península del Sinaí.^[6]

Hacia el 3500 adC la producción de cobre en Europa entró en declive a causa del agotamiento de los yacimientos de carbonatos. Por esta época se produjo la irrupción desde el este de unos pueblos, genéricamente denominados kurganes, que portaban una nueva tecnología: el uso del cobre arsenical. Esta tecnología, quizás desarrollada en Oriente Próximo o en el Cáucaso, permitía obtener cobre mediante la oxidación de sulfuro de cobre. Para evitar que el cobre se oxidase, se añadía arsénico al mineral. El cobre arsenical (a veces llamado también "bronce arsenical") era más cortante que el cobre nativo y además podía obtenerse de los muy abundantes yacimientos de sulfuros. Uniéndolo a la también nueva tecnología del molde de dos piezas, que permitía la producción en masa de objetos, los kurganes se equiparon de hachas de guerra y se extendieron rápidamente.^[5]

Ötzi, el cadáver hallado en los Alpes y datado hacia el 3300 adC, llevaba un hacha de cobre con un 99,7% de cobre y un 0.22% de arsénico.^{[7] [8]} De en torno a esta época data también el yacimiento de Los Millares (Almería, España), centro metalúrgico cercano a las minas de cobre de la sierra de Gádor.

No se sabe cómo ni dónde surgió la idea de añadir estaño al cobre, produciendo el primer bronce. Se cree que fue un descubrimiento imprevisto, ya que el estaño es más blando que el cobre y, sin embargo, al añadirlo al cobre se obtenía un material más duro cuyos filos se conservaban más tiempo.^[5] El descubrimiento de esta nueva tecnología desencadenó el comienzo de la Edad del Bronce, fechado en torno a 3000 adC para Oriente Próximo, 2500 adC para Troya y el Danubio y 2000 adC para China. En el yacimiento de Bang Chian, en Tailandia, se han datado objetos de bronce anteriores al año 2000 adC.^[9] Durante muchos siglos el bronce tuvo un papel protagonista y cobraron gran importancia los yacimientos de estaño, a menudo alejados de los grandes centros urbanos de aquella época.

El declive del bronce empezó hacia el 1000 adC, cuando surgió en Oriente Próximo una nueva tecnología que posibilitó la producción de hierro metálico a partir de minerales férreos. Las armas de hierro fueron reemplazando a las de cobre en todo el espacio entre Europa y Oriente Medio. En zonas como China la Edad del Bronce se prolongó varios siglos más. Hubo también regiones del mundo donde nunca llegó a utilizarse el bronce. Por ejemplo, el África subsahariana pasó directamente de la piedra al hierro.

Sin embargo, el uso del cobre y el bronce no desapareció durante la Edad del Hierro. Reemplazados en el armamento, estos metales pasaron a ser utilizados esencialmente en la construcción y en objetos decorativos como estatuas. El latón, una aleación de cobre y zinc fue inventado hacia el 600 adC. También hacia esta época se fabricaron las primeras monedas en el estado de Lidia, en la actual Turquía. Mientras que las monedas más valiosas se acuñaron en oro y plata, las de uso más cotidiano se hicieron de cobre y bronce.^[10]

La búsqueda de cobre y metales preciosos por el Mediterráneo condujo a los cartagineses a explotar el gran yacimiento de Río Tinto, en la actual provincia de Huelva. Tras las Guerras Púnicas los romanos se apoderaron de estas minas y las siguieron explotando hasta agotar todo el óxido de cobre. Debajo de él quedó una gran veta de sulfuro de cobre, el cual los romanos no sabían aprovechar eficazmente. A la caída del Imperio Romano la mina había sido abandonada y sólo fue reabierta cuando los andalusíes inventaron un proceso más eficaz para extraer el cobre del sulfuro.^[10]

[editar] Edad Media y Edad Moderna

La resistencia a la corrosión del cobre, el bronce y el latón permitió que estos metales hayan sido utilizados no sólo como decorativos sino también como funcionales desde la Edad Media hasta nuestros días. Entre los siglos X y XII se hallaron en Europa Central grandes yacimientos de plata y cobre, principalmente Rammelsberg y Joachimsthal. De ellos surgió una gran parte de la materia prima para realizar las grandes campanas, puertas y estatuas de las catedrales góticas europeas.^[10] Además del uso bélico del cobre para la fabricación de objetos, como hachas, espadas, cascos o corazas; también se utilizó el cobre en la Edad Media en luminarias como candiles o candelabros; en braseros o en objetos de almacenamiento, como arcas y estuches.^[11]

Los primeros cañones europeos de hierro forjado datan del siglo XIV, pero hacia el siglo XVI el bronce se impuso como el material casi único para toda la artillería y mantuvo ese dominio hasta bien entrado el siglo XIX.^[12] En el Barroco, durante los siglos XVII y XVIII, el cobre y sus aleaciones adquirieron gran importancia en la construcción de obras monumentales, la producción de maquinaria de relojería y una amplia variedad de objetos decorativos y funcionales.^[13]

[editar] Edad Contemporánea

Durante 1831 y 1832, Michael Faraday descubrió que un conductor eléctrico moviéndose perpendicularmente a un campo magnético generaba una diferencia de potencial. Aprovechando esto, construyó el primer generador eléctrico, el disco de Faraday, empleando un disco de cobre que giraba entre los extremos de un imán con forma de herradura, induciendo una corriente eléctrica.^[14] El posterior desarrollo de generadores eléctricos y su empleo en la historia de la electricidad ha dado lugar a que el cobre haya obtenido una importancia destacada en la humanidad, que ha aumentado su demanda notablemente.

Durante gran parte del siglo XIX, Gran Bretaña fue el mayor productor mundial de cobre, pero la importancia que fue adquiriendo el cobre motivó la explotación minera en otros países, llegando a destacarse la producción en Estados Unidos y Chile, además de la apertura de minas en África. De esta forma, en 1911 la producción mundial de cobre superó el millón de toneladas de cobre fino.

La aparición del procesos que permitían la producción masiva de acero a mediados del siglo XIX, como el convertidor Thomas-Bessemer o el horno Martin-Siemens dio lugar a que se sustituyera el uso del cobre y de sus aleaciones en algunas aplicaciones determinadas donde se requería un material más tenaz y resistente. Sin embargo, el desarrollo tecnológico que siguió a la Revolución Industrial en todas las ramas de la actividad humana y los adelantos logrados en la metalurgia del cobre han permitido producir una amplia variedad de aleaciones. Esto ha dado lugar a que se incrementen los campos de aplicación del cobre, lo cual, añadido al desarrollo económico de varios países, ha dado lugar a un aumento notable de la demanda mundial de cobre.

[editar] Estados Unidos

Desde principios del siglo XIX existió producción de cobre en los Estados Unidos, primero en Michigan y más tarde en Arizona. Se trataba de pequeñas minas que explotaban mineral de alta ley.^[15]

El desarrollo del proceso de flotación, más eficaz, hacia finales del siglo XIX permitió poner en explotación grandes yacimientos de baja ley, principalmente en Arizona, Montana y Utah. En pocos años Estados Unidos se convirtió en el primer productor mundial de cobre.^[15]

En 1916 las minas estadounidenses produjeron por vez primera más de un millón de toneladas de cobre, representando en torno a las tres cuartas partes de la producción mundial. La producción minera bajó fuertemente a partir de la crisis de 1929, no sólo por la reducción del consumo sino porque se disparó el reciclaje de metal. La demanda se recuperó a finales de los años 30, volviendo a superar las minas estadounidenses el millón de toneladas en 1940. Sin embargo, esta cifra ya representaba "solo" la mitad de la producción mundial y no llegaba a cubrir la demanda interna, por lo que en 1941 el país se convirtió por primera vez en importador neto de cobre.^[16]

Desde los años 1950 hasta la actualidad la producción de Estados Unidos ha oscilado entre uno y dos millones de toneladas anuales, lo cual representa una fracción cada vez menor del total mundial (27% en 1970, 17% en 1980, 8% en 2006). Mientras tanto, el consumo ha seguido creciendo continuamente y ello ha obligado a importar cantidades cada vez mayores de metal, superándose el millón de toneladas importadas por vez primera en 2001.^[16]

[editar] Chile

En 1810, año de su independencia, Chile producía unas 19.000 toneladas de cobre al año. A lo largo del siglo la cifra fue creciendo hasta convertir al país en el primer productor y exportador mundial. Sin embargo a fines del siglo XIX comenzó un período de decadencia, debido por un lado al agotamiento de los yacimientos de alta ley y por otro al hecho de que la explotación del salitre acaparaba las inversiones mineras. En 1897 la producción había caído a 21.000 toneladas, casi lo mismo que en 1810.^[17]

La situación cambió a comienzos del siglo XX cuando los grandes grupos mineros estadounidenses, dotados de avances tecnológicos que permitían la recuperación de cobre en yacimientos de baja ley, se lanzaron a la explotación de los yacimientos chilenos.^[17]

Durante toda la primera mitad del siglo XX, el Estado chileno recibió pocos beneficios de la minería de cobre. La situación empezó a cambiar en 1951 con la firma del Convenio de Washington, que le permitió disponer de 20 por ciento de la producción. En 1966 el Congreso chileno impuso la creación de sociedades mixtas con las empresas extranjeras en las cuales el Estado tendría 51 por ciento de la propiedad de los yacimientos. El proceso de "chilenización del cobre" culminó en julio de 1971, bajo el mandato de Salvador Allende, cuando el Congreso aprobó por unanimidad la nacionalización de la Gran Minería del Cobre.^[17]

...por exigirlo el interés nacional y en ejercicio del derecho soberano e inalienable del Estado de disponer libremente de sus riquezas y recursos naturales, se nacionalizan y declaran por tanto incorporadas al pleno y exclusivo dominio de la Nación las empresas extranjeras que constituyen la gran minería del cobre.

Disposición transitoria agregada en 1971 al artículo 10 de la Constitución de Chile

En 1976, ya bajo el régimen militar de Pinochet, el Estado fundó la Corporación Nacional del Cobre de Chile (Codelco) para gestionar las grandes minas de cobre.^[17]

En las últimas décadas Chile se ha consolidado como el productor número uno del planeta, pasando de un 14% de la producción mundial en 1960 a un 36% en 2006.^[18]

[editar] Isótopos

En la naturaleza se encuentran dos isótopos estables: ⁶³Cu y ⁶⁵Cu. Es más ligero de ellos es el más abundante (69,17%). Se han caracterizado hasta el momento 25 isótopos radiactivos de los cuales los más estables son el ⁶⁷Cu, el ⁶⁴Cu y el ⁶¹Cu con periodos de semidesintegración de 61,83 horas, 12,70 horas y 3,333 horas respectivamente. Los demás radioisótopos, con masas atómicas desde 54,966 uma (⁵⁵Cu) a 78,955 uma (⁷⁹Cu), tienen periodos de semidesintegración inferiores a 23,7 minutos y la mayoría no alcanzan los 30 segundos. Los isótopos ⁶⁸Cu y ⁷⁰Cu presentan estados metaestables con un periodo de semidesintegración mayor al del estado fundamental.

Los isótopos más ligeros que el ⁶³Cu estable se desintegran principalmente por emisión beta positiva, originando isótopos de níquel, mientras que los más pesados que el isótopo ⁶⁵Cu estable se desintegran por emisión beta negativa dando lugar a isótopos de cinc. El isótopo ⁶⁴Cu se desintegra generando ⁶⁴Zn, por captura electrónica y emisión beta positiva en un 69% y por desintegración beta negativa genera ⁶⁴Ni en el 31% restante.^[19]

[editar] Propiedades y características del cobre

[editar] Propiedades físicas

El cobre posee varias propiedades físicas que propician su uso industrial en múltiples aplicaciones, siendo el tercer metal, después del hierro y del aluminio, más consumido en el mundo. Es de color rojizo y de brillo metálico y, después de la plata, es el elemento con mayor conductividad eléctrica y térmica. Es un material abundante en la naturaleza; tiene un precio asequible y se recicla de forma indefinida; forma aleaciones para mejorar las prestaciones mecánicas y es resistente a la corrosión y oxidación.

La conductividad eléctrica del cobre puro fue adoptada por la Comisión Electrotécnica Internacional en 1913 como la referencia estándar para esta magnitud, estableciendo el International Annealed Copper Standard (Estándar Internacional del Cobre Recocido) o IACS. Según esta definición, la conductividad del cobre recocido medida a 20ºC es igual a 0.58108 S/m.^[20] A este valor es a lo que se llama 100% IACS y la conductividad del resto de los materiales se expresa como un cierto porcentaje de IACS. La mayoría de los metales tienen valores de conductividad inferiores a 100% IACS pero existen excepciones como la plata o los cobres especiales de muy alta conductividad designados C-103 y C-110.^[21]

[editar] Propiedades mecánicas

Tanto el cobre como las aleaciones que forma, son fáciles de mecanizar. Posee muy buena ductilidad y maleabilidad lo que permite producir láminas e hilos muy delgados y finos. Es un metal blando, con un índice de dureza 3 en la escala de Mohs (50 en la escala de Vickers) y su resistencia a la tracción es de 210 MPa, con un límite elástico de 33,3 MPa. Permite la procesos de fabricación de deformación como laminación o forja, y procesos de soldadura y sus aleaciones adquieren propiedades diferentes con tratamientos térmicos como temple y recocido. En general, sus propiedades mejoran con las bajas temperaturas lo que permite utilizarlo en aplicaciones criogénicas.

[editar] Características químicas

En la mayoría de sus compuestos, el cobre presenta estados de oxidación bajos, siendo el más común el +2, aunque también hay algunos con estado de oxidación +1.

• Expuesto al aire, el color rojo salmón inicial se torna rojo violeta por la formación de óxido cuproso (Cu₂O) para ennegrecerse posteriormente por la formación de óxido cúprico (CuO). La coloración azul del Cu⁺² se debe a la formación del ión [Cu(OH₂)₆]⁺².^[22]
• Expuesto largo tiempo al aire húmedo, forma una capa adherente e impermeable de carbonato básico de color verde, característico de sus sales, denominada «cardenillo» («pátina» en el caso del bronce) que es venenoso. Cuando se empleaban cacerolas de cobre para la cocción de alimentos no eran infrecuentes las intoxicaciones ya que si se dejan enfriar en la misma cacerola se originan óxidos por la acción de los ácidos de la comida que contaminan los alimentos.
• Los halógenos atacan con facilidad al cobre, especialmente en presencia de humedad. En seco, el cloro y el bromo no producen efecto y el flúor sólo le ataca a temperaturas superiores a 500 °C. Los ácidos oxácidos atacan al cobre, por lo cual se utilizan estos ácidos como decapantes (ácido sulfúrico) y abrillantadores (ácido nítrico). El ácido sulfúrico reacciona con el azufre formando un sulfuro (CuS) de color negro y agua.
• El ácido cítrico disuelve el óxido de cobre, por lo que se aplica para limpiar superficies de cobre, lustrando el metal y formando citrato de cobre. Si después de limpiar el cobre con ácido cítrico, se vuelve a utilizar el mismo paño para limpiar superficies de plomo, el plomo se bañará de una capa externa de citrato de cobre y citrato de plomo con un color rojizo y negro.

[editar] Aleaciones y tipos de cobre

Desde el punto de vista físico, el cobre puro posee muy bajo límite elástico (33 MPa) y una dureza escasa (3 en la escala de Mohs o 50 en la escala de Vickers.^[1] En cambio, unido en aleación con otros elementos adquiere características mecánicas muy superiores. Existe una amplia variedad de aleaciones de cobre, de cuyas composiciones dependen las características técnicas que se obtienen, por lo que se utilizan en multitud de objetos con aplicaciones técnicas muy diversas. El cobre se alea principalmente con los siguientes elementos: Zn, Sn, Al, Ni, Be, Si, Cd, Cr y otros en menor cuantía.

Según los fines a los que se destinan en la industria, se clasifican en aleaciones para forja y en aleaciones para moldeo. Para identificarlas tienen las siguientes nomenclaturas generales según la norma ISO 1190-1:1982 o su equivalente UNE 37102:1984.^[23] Ambas normas utilizan el sistema UNS (del inglés Unified Numbering System).^[24]

Clasificación UNS de aleaciones y tipos de cobre

Serie	Grupo	Aleaciones
C1xxxx		Cobres (<99,3) y cobre alto (99,3>Cu>96)
C2xxxx		Cu-Zn (latones para moldeo)
C3xxxx		Cu-Sn para moldeo (bronces para moldeo)
	C31xxx	Cu-Sn
	C32xxx	Cu-Zn-Sn
	C33xxx	Cu-Sn-Pb
	C35xxx	Cu-Zn-Sn-Pb
C4xxxx		Cu-Al para moldeo (bronces de aluminio)
C5xxxx		Cu para moldeo
	C51xxx	Cu-Pb
	C52xxx	Cu-Ni
C6xxx		Cu-Zn, para forja (latones para forja).
	C61xxx	Cu-Zn
	C64xxx	Cu-Zn-Pb
C7xxxx		Cu-Sn para forja (bronce fosforoso).
	C72xxx	Cu-Sn-Pb
C8xxxx		Cu-Al para forja
	C82xxx	Cu-Al especiales
	C9xxxx	Cu-Ni para forja (alpaca)
	C93xxx	Cu-Ni-Zn

[editar] Latón (Cu-Zn)

El latón, también conocido como cuzin, es una aleación de cobre, zinc (Zn) y, en menor proporción, otros metales. Se obtiene mediante la fusión de sus componentes en un crisol o mediante la fusión y reducción de menas sulfurosas en un horno de reverbero o de cubilote. En los latones industriales el porcentaje de Zn se mantiene siempre inferior a 50%. Su composición influye en las características mecánicas, la fusibilidad y la capacidad de conformación por fundicíón, forja y mecanizado. En frío, los lingotes obtenidos se deforman plásticamente produciendo láminas de diferentes espesores, varillas o se cortan en tiras susceptibles de estirarse para fabricar alambres. Su densidad depende de su composición y generalmente ronda entre 8,4 g/cm³ y 8,7 g/cm³.

Las características de los latones dependen de la proporción de elementos que intervengan en la aleación de tal forma que algunos tipos de latón son maleables únicamente en frío, otros exclusivamente en caliente, y algunos no lo son a ninguna temperatura. Todos los tipos de esta aleación se vuelven quebradizos cuando se calientan a una temperatura próxima al punto de fusión.

El latón es más duro que el cobre, pero fácil de mecanizar, grabar y fundir, es resistente a la oxidación, a las condiciones salinas y es dúctil, por lo que puede laminarse en planchas finas. Su maleabilidad varía según la composición y la temperatura, y es distinta si se mezcla con otros metales, incluso en cantidades mínimas.

Una pequeña aportación de plomo en la composición del latón mejora la maquinabilidad porque facilita la fragmentación de las virutas en el mecanizado. El plomo también tiene un efecto lubricante por su bajo punto de fusión, lo que permite ralentizar el desgaste de la herramienta de corte.

El latón admite pocos tratamientos térmicos y únicamente se realizan recocidos de homogenización y recristalización. El latón tiene un color amarillo brillante, con gran parecido al oro y por eso se utiliza mucho en joyería conocida como bisutería, y elementos decorativos. Otras aplicaciones de los latones abarcan los campos más diversos, desde el armamento, calderería, soldadura, fabricación de alambres, tubos de condensador y terminales eléctricos. Como no es atacado por el agua salada, se usa también en las construcciones de barcos y en equipos pesqueros y marinos.

El latón no produce chispas por impacto mecánico, una propiedad atípica en las aleaciones. Esta característica convierte al latón en un material importante en la fabricación de envases para la manipulación de compuestos inflamables.

[editar] Bronce (Cu-Sn)

Las aleaciones en cuya composición predominan el cobre y el estaño (Sn) se conocen con el nombre de bronce y son conocidas desde la antigüedad. Hay muchos tipos de bronces que contienen además otros elementos como aluminio, berilio, cromo o silicio. El porcentaje de estaño en estas aleaciones está comprendido entre el 2 y el 22%. Son de color amarillento y las piezas fundidas de bronce son de mejor calidad que las de latón, pero son más difíciles de mecanizar y más caras.

La tecnología metalúrgica de la fabricación de bronce es uno de los hitos más importantes de la historia de la humanidad pues dio origen a la llamada Edad de Bronce. El bronce fue la primera aleación fabricada voluntariamente por el ser humano: se realizaba mezclando el mineral de cobre (calcopirita, malaquita, etc.) y el de estaño (casiterita) en un horno alimentado con carbón vegetal. El anhídrido carbónico resultante de la combustión del carbón, reducía los minerales de cobre y estaño a metales. El cobre y el estaño que se fundían, se aleaban entre un 5 y un 10% en peso de estaño.

El bronce se emplea especialmente en aleaciones conductoras del calor, en baterías eléctricas y en la fabricación de válvulas, tuberías y uniones de fontanería. Algunas aleaciones de bronce se usan en uniones deslizantes, como cojinetes y descansos, discos de fricción; y otras aplicaciones donde se requiere alta resistencia a la corrosión como rodetes de turbinas o válvulas de bombas, entre otros elementos de máquinas. En algunas aplicaciones eléctricas es utilizado en resortes.

[editar] Alpaca (Cu-Ni-Zn)

Las alpacas o platas alemanas son aleaciones de cobre, níquel (Ni) y cinc (Zn). en una proporción de 50-70% de cobre, 13-25% de níquel, y del 13-25% de zinc.^[25] Sus propiedades varían de forma continua en función de la proporción de estos elementos en su composición, pasando de un máximos de dureza a mínimos de conductividad Estas aleaciones tienen la propiedad de rechazar los organismos marinos (antifouling). Si a estas aleaciones de cobre-níquel-cinc, se les añaden pequeñas cantidades de aluminio o hierro, constituyen aleaciones que se caracterizan por su resistencia a la corrosión marina, por lo que se utilizan ampliamente en la construcción naval, principalmente en los condensadores y tuberías, así como en la fabricación de monedas y de resistencias eléctricas.^[26]

Con las aleaciones de cobre-níquel-cinc se consigue una buena resistencia a la corrosión y buenas cualidades mecánicas. Por esas propiedades se utilizan principalmente para la fabricación de material de telecomunicaciones, piezas para instrumentos, artículos de grifería y accesorios de tubería de buena calidad, en la industria eléctrica, para artículos de ferretería y de ornamentación y artículos utilizados en la fabricación de construcciones metálicas, así como para diversos aparatos de las industrias químicas y alimentarias. Algunas calidades de alpaca se utilizan también para fabricar vajillas y artículos de orfebrería de mesa, etc.

El monel es una aleación que se obtiene directamente de los minerales canadienses, y tiene una composición de Cu=28-30%, Ni=66-67%, Fe=3-3,5%. Este material tiene una gran resistencia a los agentes corrosivos y a las altas temperaturas.^[27]

El platinoide es un metal blanco compuesto de 60% de cobre,14% de níquel, 24% de zinc y de 1-2% de tungsteno.^[28]

[editar] Otras aleaciones

Otras aleaciones de cobre con aplicaciones técnicas son las siguientes:

• Cobre-cadmio (Cu-Cd): son aleaciones de cobre con un pequeño porcentaje de cadmio y tienen con mayor resistencia que el cobre puro. Se utilizan en líneas eléctricas aéreas sometidas a fuertes solicitaciones mecánicas como catenarias y cables de contacto para tranvías.

• Cobre-cromo (Cu-Cr) y Cobre-cromo-circonio (Cu-Cr-Zr): tienen una alta conductividad eléctrica y térmica. Se utilizan en electrodos de soldadura por resistencia, barras de colectores, contactores de potencia, equipos siderúrgicos y resortes conductores.

• Cobre-hierro-fósforo (Cu-Fe-P). Para la fabricación de elementos que requieran una buena conductividad eléctrica y buenas propiedades térmicas y mecánicas se añaden al cobre partículas de hierro y fósforo. Estas aleaciones se utilizan en circuitos integrados porque tienen una buena conductividad eléctrica, buenas propiedades mecánicas y tienen una alta resistencia a la temperatura.^[29]

• Cobre-aluminio (Cu-Al): también conocidas como bronces al aluminio, contienen al menos un 10% de aluminio. Estas aleaciones son muy parecidas al oro y muy apreciadas para trabajos artísticos. Tienen buenas propiedades mecánicas y una elevada resistencia a la corrosión. Se utilizan también para los trenes de aterrizaje de los aviones , en ciertas construcciones mecánicas.^[30]

• Cobre-berilio (Cu-Be): es una aleación constituida esencialmente por cobre. Esta aleación tiene importantes propiedades mecánicas y gran resistencia a la corrosión. Se utiliza para fabricar muelles, moldes para plásticos, electrodos para soldar por resistencia y herramientas antideflagrantes.^[31]

• Cobre-plata (Cu-Ag) o cobre a la plata: es una aleación débil por sus altos componentes de cobre, que se caracteriza por una alta dureza que le permite soportar temperaturas de hasta 226 ºC, manteniendo la conductividad eléctrica del cobre.^[32]

Algunas aleaciones de cobre tienen pequeños porcentajes de azufre y de plomo que mejoran la maquinabilidad de la aleación. Tanto el plomo como el azufre tienen muy baja solubilidad en el cobre, separándose respectivamente como plomo (Pb) y como sulfuro cuproso (Cu₂S) en los bordes de grano y facilitando la rotura de las virutas en los procesos de mecanizado, mejorando la maquinabilidad de la aleación.^[29]

[editar] Procesos industriales del cobre

[editar] Minería del cobre

El cobre nativo suele acompañar a sus minerales en bolsas que afloran a la superficie explotándose en minas a cielo abierto. El cobre se obtiene a partir de minerales sulfurados (80%) y de minerales oxidados (20%), los primeros se tratan por un proceso denominado pirometalurgia y los segundos por otro proceso denominado hidrometalurgia.^[33] Generalmente en la capa superior se encuentran los minerales oxidados (cuprita, melaconita), junto a cobre nativo en pequeñas cantidades, lo que explica su elaboración milenaria ya que el metal podía extraerse fácilmente en hornos de fosa. A continuación, por debajo del nivel freático, se encuentran las piritas (sulfuros) primarias calcosina (CuS₂) y covellina (CuS) y finalmente las secundarias calcopirita (FeCuS₂) cuya explotación es más rentable que la de las anteriores. Acompañando a estos minerales se encuentran otros como la bornita (Cu₅FeS₄), los cobres grises y los carbonatos azurita y malaquita que suelen formar masas importantes en las minas de cobre por ser la forma en la que usualmente se alteran los sulfuros.

La tecnología de obtención del cobre está muy bien desarrollada aunque es laboriosa debido a la pobreza de la ley de los minerales. Los yacimientos de cobre contienen generalmente concentraciones muy bajas del metal. Ésta es la causa de que muchas de las distintas fases de producción tengan por objeto la eliminación de impurezas.^[34]

El proceso técnológico que utiliza la Empresa Corporación Nacional del Cobre (CODELCO) de Chile es el siguiente:

1) Exploración geológica

• En la exploración se identifica la presencia de un yacimiento y sus características, se determina la ley de mineral y la forma de explotarlo.

2) Extracción

• Las rocas mineralizadas extraídas de la mina (a rajo abierto o subterránea) y de un tamaño adecuado, son cargadas y transportadas a la planta en camiones o tren en forma eficiente y segura, para continuar el proceso productivo del cobre.

3) Chancado

• A partir de las etapas de chancado primario y secundario (eventualmente terciario), se obtiene un material mineralizado de un tamaño máximo de 1,5 a 1,¾ pulgadas, el que se ordena en pilas para realizar la lixiviación. En tres etapas y utilizando grandes chancadores eléctricos, se reduce el tamaño de los fragmentos más grandes de material mineralizado que vienen de la mina, hasta obtener un tamaño uniforme de no más de ½ pulgada (1, 27 cm).

4) Molienda

• Mediante el trabajo de molinos, se continúa reduciendo el tamaño de las partículas de mineral hasta obtener un tamaño máximo de 180 micrones (0,18 mm), con el que se forma una pulpa con agua y reactivos específicos que se lleva a la flotación.

5) Flotación

• En las celdas de flotación, se genera espuma cuyas burbujas arrastran el cobre y otros minerales sulfurados contenidos en la pulpa. Luego de varios ciclos, se recolecta y seca esta espuma para obtener el concentrado de cobre que continua su purificación en los procesos de fundición y refinado.

• Como se produce el cobre Corporación Nacional del Cobre (CODELCO) Chile

[editar] Metalurgia del cobre

La metalurgia del cobre depende de que el mineral se presente en forma de sulfuros o de óxidos.

Para los sulfuros se utiliza para producir cátodos la vía llamada pirometalurgia, que consiste en el siguiente proceso: Concentración del mineral -> fundición en horno -> paso a convertidores -> afino -> moldeo de ánodos -> electrorefinación -> cátodo. El proceso de refinado produce unos cátodos con un contenido del 99,9% de cobre. Los cátodos son unas planchas de un metro cuadrado y un peso de 55 kg.

Otros componentes que se obtienen de este proceso son hierro (Fe) y azufre (S), además de muy pequeñas cantidades de plata (Ag) y oro (Au). Como impurezas del proceso se extraen también plomo (Pb), arsénico (As) y mercurio (Hg).

Como regla general una instalación metalúrgica de cobre que produzca 300.000 t/año de ánodos, consume 1.000.000 t/año de concentrado de cobre y como subproductos produce 900.000 t/año de ácido sulfúrico y 300.000 t/año de escorias.^[35]

Cuando se trata de aprovechar los residuos minerales, la pequeña concentración de cobre que hay en ellos se encuentra en forma de óxidos y sulfuros, y para recuperar ese cobre se emplea la tecnología llamada hidrometalurgia, más conocida por su nomenclatura anglosajona Sx-Ew.

El proceso que sigue esta técnica es el siguiente: Mineral de cobre-> lixiviación-> extracción-> electrólisis-> cátodo

Esta tecnología se utiliza muy poco porque la casi totalidad de concentrados de cobre se encuentra formando sulfuros, siendo la producción mundial estimada de recuperación de residuos en torno al 15% de la totalidad de cobre producido.^{[35] [36]}

[editar] Tratamientos térmicos del cobre

El cobre y sus aleaciones permiten determinados tratamientos térmicos para fines muy determinados siendo los más usuales los de recocido, refinado y temple.

El cobre duro recocido se presenta muy bien para operaciones en frío como son: doblado, estampado y embutido. El recocido se produce calentando el cobre o el latón a una temperatura adecuado en un horno eléctrico de atmósfera controlada, y luego se deja enfriar al aire. Hay que procurar no superar la temperatura de recocido porque entonces se quema el cobre y se torna quebradizo y queda inutilizado.

El refinado es un proceso controlado de oxidación seguida de una reducción cuyo objeto es volatilizar o reducir a escorias todas las impurezas contenidas en el cobre con el fin de obtener cobre de gran pureza.^[37]

Los tratamientos térmicos que se realizan a los latones son principalemte recocidos de homogeneización, recristalización y estabilización. Los latones con más del 35% de Zn pueden templarse para hacerlos más blandos.

Los bronces habitualmente se somenten a tratamientos de recocidos de homogenización para las aleaciones de moldeo; y recocidos contra acritud y de recristalización para las aleaciones de forja. El temple de los bronces de dos elementos constituyentes es análogo al templado del acero: se calienta a unos 600 ºC y se enfría rápidamente. Con esto se consigue disminuir la dureza del material, al contrario de lo que sucede al templar acero y algunos bronces con más de dos componentes.^[38]

[editar] Aplicaciones y usos del cobre

Ya sea considerando la cantidad o el valor del metal empleado, el uso industrial del cobre es muy elevado. Es un material importante en multitud de actividades económicas y ha sido considerado un recurso estratégico en situaciones de conflicto.

[editar] Cobre metálico

El cobre se utiliza tanto con un gran nivel de pureza, cercano al 100%, como aleado con otros elementos. El cobre puro se emplea principalmente en la fabricación de cables eléctricos.

[editar] Electricidad y telecomunicaciones

El cobre es el metal no precioso con mejor conductividad eléctrica. Esto, unido a su ductilidad y resistencia mecánica, lo han convertido en el material más empleado para fabricar cables eléctricos, tanto de uso industrial como residencial. Asimismo se emplean conductores de cobre en numerosos equipos eléctricos como generadores, motores y transformadores. La principal alternativa al cobre en estas aplicaciones es el aluminio.^[18]

También son de cobre la mayoría de los cables telefónicos, los cuales además posibilitan el acceso a Internet. Las principales alternativas al cobre para telecomunicaciones son la fibra óptica y los sistemas inalámbricos. Por otro lado, todos los equipos informáticos y de telecomunicaciones contienen cobre en mayor o menor medida, por ejemplo en sus circuitos integrados, transformadores y cableado interno.^[18]

[editar] Medios de transporte

El cobre se emplea en varios componentes de coches y camiones, principalmente los radiadores (gracias a su alta conductividad térmica y resistencia a la corrosión), frenos y cojinetes, además naturalmente de los cables y motores eléctricos. Un coche pequeño contiene en total en torno a 20 kg de cobre, subiendo esta cifra a 45 kg para los de mayor tamaño.^[18]

También los trenes requieren grandes cantidades de cobre en su construcción: 1 - 2 toneladas en los trenes tradicionales y hasta 4 toneladas en los de alta velocidad. Además las catenarias contienen unas 10 toneladas de cobre por kilómetro en las líneas de alta velocidad.^[39]

Por último, los cascos de los ba