El Cobre Ing José. Manuel José Ramírez Q Manuel. Docente

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1 El Cobre Ing José Manuel Ramírez Q Ing. José Manuel Ramírez Q. Docente

2 Cobre El Cobre, de símbolo 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 11 de la tabla 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, en otras partes del mundo. También se encuentra mezclado con otros metales como Oro, Plata, Bismuto y Plomo, y como Sulfuros, Sulfatos, carbonatos y Óxidos minerales.

3 Procedencia Los principales minerales son la calcopirita (mezcla de sulfuros de Cobre y Hierro), la azurita (carbonato básico de Cobre) que se encuentra en Francia y Australia, la malaquita, también un carbonato básico 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.

4 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 seca (piro metalurgia) Si tá did t 0 3% 3% li í Si está comprendido entre 0,3%, y 3%, se realiza por vía húmeda (hidrometalurgia).

5 Vía seca o piro metalurgia En la extracción por vía seca o piro metalurgia se obtiene un Cobre bruto y comprende cuatro fases: Molienda del mineral

6 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, SiO 2. La Sílice se combina con el óxido de hierro para dar silicato de hierro. La ganga g pasa al estado líquido.

7 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: Fase I: La mata fundida se introduce en un convertidor y se oxida inmediatamente el hierro, transformándose el óxido ferroso en silicato por adición de Sílice. Fase II: Se cuela la escoria. La temperatura se mantiene, el Cobre oxidado reacciona sobre el sulfuro. El Cobre bruto se cuela en placas.

8 Vía seca o piro metalurgia 4 Afino: Se realiza en horno de cuba en horno eléctrico o en horno de 4. Afino: Se realiza en horno de 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.

9 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.

10 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, 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.

11 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

12 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. 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.

13 Principales aleaciones de cobre El Cobre es metal base de numerosas aleaciones: Los latones, aleaciones de Cobre y Zinc Los Bronces, aleaciones de Cobre y Estaño Las Platas alemanas, aleaciones de Cobre, Níquel y un poco de Zinc.

14 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 tipos de latón son maleables únicamente en frío, otros sólo en caliente, y algunos no lo son a ninguna temperatura.

15 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 pequeñas 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/mm 2 en estado de moldeo.

16 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%. 3. Latones beta: que comprenden los de un 46% a un 50%, aproximadamente de Zinc.

17 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.

18 Latones ordinarios Son aleaciones de Cu y Zn con más de 55% de Cobre. Presenta sobre el Cobre las siguientes ventajas: precio mas bajo mayor facilidad para el moldeo gran maleabilidad gran resistencia mecánica y dureza más elevada mayor resistencia a los agentes atmosféricos.

19 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%).

20 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. Latones al Hierro o metales delta ( 55% de Cu 42% de Zn 1 5% de Latones al Hierro o metales delta ( 55% de Cu, 42% de Zn, 1.5% de Fe, 1% de Mn): - son aleaciones muy maleables y resistentes a la corrosión para hélices, válvula y turbinas de vapor.

21 Latones especiales Latones al Manganeso, - Se añade 2% a 4,5% de Mn a los latones con 60% de Cu para aumentar laresistenciaalatracciónyellimite 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 para bombasb y en construcción naval.

22 Latones Rojos y Amarillos Los latones rojos contienen menos de un 20% de Zinc; se pueden 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 proporción deestaño yplomo. Las aleaciones con mayor cantidad de Zinc son más fáciles de moldear y son usadas para combatir la corrosión.

23 Propiedades mecánicas de Latones La resistencia a tracción y él limite elástico aumentan al crecer la proporción de Zinc.

24 Aplicaciones según porcentaje de Zn

25 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. 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 enmallas.

26 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, 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. LosnombresdelasvariedadesdeBronceprovienendeloscomponentes adicionales, como los bronces ordinarios, al zinc, al plomo y el Bronce al Fósforo.

27 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, 20% a 30% de Sn.

28 Bronces al zinc aumenta la maleabilidad y la facilidad de moldeo. Ejemplos: Bronce de monedas: 95% de Cu, 4% de Sn, 1% de Zn. 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, placas, 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.

29 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.

30 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 para piezas de maquinarias que requieren una superficie antifricción capaz de soportar grandes pesos, asociada con bajo coeficiente de fricción, tales como engranajes y válvulas de corredera

31 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 La aleación más empleada para vajillas y cubiertos contienen 60% de Cu, 20% de Ni y 20% de Zn.

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