32 MATERIALES Producción de Cobre a partir de Chatarra Camilo Marín Villar Editor Metal Actual 80% del cobre explotado hasta el momento aún se utiliza. El cobre reciclado tiene las mismas características químicas, físicas y tecnológicas que el cobre primario: En consecuencia, no sufre ni pérdidas de rendimiento ni tiene limitaciones para ser reutilizado. El cobre (Cu) y sus aleaciones son ampliamente usados en una gran variedad de ambientes y aplicaciones debido a su excelente resistencia a la corrosión y a sus propiedades excepcionales, tales como una alta conductividad eléctrica y térmica, ductilidad, maleabilidad, fácil fabricación y unión. Hoy por hoy, es el tercer metal más utilizado en la industria metalmecánica, después del acero y el aluminio. No obstante, es un recurso no renovable, es escaso y su mercado es muy complejo. La insuficiencia radica en que el mineral llega a ser sólo el 0,0068 por ciento de la masa de la litosfera y en que la demanda del material continúa creciendo, jalonada por el mayor consumo en Asía, Europa y Estados Unidos, quienes emplean el material en sectores como construcción, telecomunicaciones e informática, la industria automotriz y manufactura.
MATERIALES 33 A la escasez hay que sumarle las circunstancias particulares del producto en los mercados internacionales, ya que tanto la producción como las reservas del cobre en el mundo están altamente concentradas (Chile produce el 36 por ciento y posee el 40 por ciento de la reserva mundial de cobre); la comercialización del producto se mueve de países en desarrollo hacía los altamente industrializados, pues son estos los que más necesidad del material tienen, mientras la logística para la recuperación y reciclaje es precaria e insuficiente, especialmente en América Latina. Sin duda alguna, el camino a seguir debería ser aprovechar de manera más eficiente la chatarra de cobre como materia prima para la fabricación una y otra vez de nuevos productos. Sin embargo, la realidad indica que de los 25 millones de toneladas de cobre que el mundo utiliza cada año, 16 millones de toneladas son extraídas de las minas y tan sólo 9 millones proceden de cobre secundario (reciclado). El cobre puede reciclarse indefinidas veces sin que pierda sus propiedades. La versatilidad de este valioso metal hace que sea uno de los recursos naturales más útiles del mundo. El Valor de la Recuperación Según la Corporación Nacional de Cobre de Chile (Codelco), a la hora de promover el reciclaje, la reducción de costos productivos es un criterio clave. Los residuos de alta calidad cuestan un 10 por ciento menos que nuevos cátodos cupríferos refinados. Por lo mismo, es probable que los precios altos del cobre, sean apalancados por los beneficios de las tasas de reciclaje. El cobre y sus aleaciones pueden ser reciclados de modo relativamente barato, con un bajo consumo energético y pérdidas mínimas. Otro criterio básico es el medioambiental. El reciclaje no sólo ayuda a conservar la materia prima y reducir El cobre forma parte de una cantidad muy elevada de aleaciones con excelentes propiedades mecánicas, aunque con menor conductividad eléctrica. los desechos, sino que ahorra la energía utilizada en la producción primaria de cobre. La chatarra de cobre, tiene la ventaja de estar presente en forma metálica. Con ello se evita el gasto energético del proceso de extraer, transportar, fundir y refinar el material, ya que la energía que se necesita para refundir y volver a refinar el residuo es menor. Los procesos para reciclar cobre varían según la composición del residuo y los requerimientos de purificación; los residuos de cobre puro pueden ser fundidos directamente y su pureza se comprueba mediante análisis químicos cuando aún está en estado líquido. Luego se desoxida y lleva a formas intermedias, como lingotes, para usarlos en otros productos. El mayor reto está en los residuos que contienen óxidos, los cuales se funden para formar ánodos que luego se van a electrorrefinación con el fin de obtener el nivel de pureza deseado. En algunas aleaciones, como el latón y el bronce, el residuo de cobre se funde y forma más aleaciones. En este caso, no lo vuelve a refinar. Si el residuo de cobre está mezclado con otros minerales, se evalúa la relación costo-beneficio del proceso de volver a refinarlo. De esta forma, si esta relación es muy alta como en el caso de la lata y el níquel que sólo se pueden separar mediante electrorrefinación, el residuo de cobre se destina para fines no eléctricos, es decir, que no requieren niveles de alta pureza. Así las cosas, la efectividad de la recuperación de la chatarra de cobre está dada por la eficiencia y calidad del proceso de limpieza y refinación. A nivel mundial, uno de los procesos más destacados para la recuperación del cobre es el desarrollado por la empresa catalana La Farga, que cuenta con un método de producción de semielaborados de cobre a partir de chatarra, denominado Cosmelt Process, una técnica pirometalúrgica que no genera ningún residuo sólido, elimina todas las impurezas del cobre y minimiza el impacto ambiental, ya que reduce el número de etapas en el reciclaje. Mientras los procesos convencionales de reciclaje requieren de un total de tres fases productivas (a través de un proceso electrolítico), este método aglutina todo el proceso en una única etapa, lo que favorece la preservación del medio ambiente.
34 MATERIALES empezar el proceso de fundido y refinamiento. A partir de aquí, dependiendo del producto final que se quiera obtener, el cobre pasa a dos hornos diferentes: el horno Cosmelt y el Reverbero. El primero se caracteriza por ser exclusivo de la empresa y tiene una capacidad de 25 Tn/ hora. En él se funde el cobre para eliminar los elementos metálicos que le acompañan para conseguir una mayor calidad al producto final, en este horno se realiza la primera depuración y purificación del material. En el segundo horno, con una capacidad de 100 Tn/ día, se realiza el proceso de depuración de manera más exigente para conseguir un producto final de casi un 100 por ciento de pureza. La Revista Metal Actual, entrevistó al ingeniero Juan Villar, representante de La Farga, quien profundizó sobre este método. En el Cosmelt Process, el cobre utilizado proviene, principalmente, de motores, cables, neveras y otros objetos desechados que contienen o han sido fabricados con este metal; a partir de la chatarra se elaboran tubos, cables o, incluso, catenarias de tren (líneas aéreas de energía eléctrica para locomotoras). Según Villar, una vez llega el cobre a la fundición empieza el proceso de reciclado, que se divide las siguientes etapas: Materia prima: cobre reciclado (superior al 92% de Cu). Proceso de fusión Proceso de refino pirometalúrgico Colada y laminación Producto final: alambrón de cobre (contiene 99,9% de Cu). Para la fundición se compra en el mercado chatarra que debe contener un 92 por ciento de cobre como mínimo. Hay empresas que trabajan con chatarra de bajo contenido de cobre, por lo cual primero fabrican cátodo y después el producto final con la calidad que necesitan, explicó Villar. En el cobre recuperado hay elementos que son difíciles de extraer, como el selenio o el telurio, que además son complejos de detectar y pueden llegar a ser muy perjudiciales, ya que impiden obtener el producto final correcto, la más pequeña contaminación reduce su conductividad, sólo un 0,05 por ciento de fósforo o un 0,08 por ciento de hierro, hacen disminuir la transmisión de electricidad en un tercio. La materia prima, es decir el cobre recuperado, entra en el horno para Después de pasar por el horno, el cobre fundido (o caldo), se cuela de forma continua o semicontinua. En la colada continua, el cobre líquido es solidificado en una rueda de colada con capacidad de 15 Tn/hora. Después pasa al tren de laminación donde se obtiene el alambrón de cobre que se almacena y se comercializa en rollos de 5 Tn; el alambrón es la materia prima para la fabricación de productos eléctricos. La otra variedad de colada es la semicontinua, mediante la cual se obtiene los billets, producto que Colada de cobre a partir de chatarra.
MATERIALES 35 consistente en barras de cobre de 5 metros y de 5 Tn que, posteriormente, son cortadas en lingotes de 50 cm para la fabricación de tubos de cobre. La Farga, cuenta tres plantas productivas en España (Lacambra, Tub y Rod), una en China una en Estados Unidos y un centro de distribución de tuberías de cobre en Francia (La Farga Tub France). Así mismo, la empresa ha vendido el know how en tecnología del proceso a partir de cobre reciclado en más de 30 plantas alrededor del mundo. Dichas plantas, manufacturan productos a partir de este proceso para la fabricación de: Cables de alta, media y baja tensión; cables para la transmisión de datos, control e instrumentación. Cables para la industria de telecomunicaciones: cableado con aleaciones de altas prestaciones (CuMg, CuSn; CuAg, entre otras). Cables para la automoción; limitadores de corriente. Pletinas y bandas; soportes para superconductores. Hilos para soldadura de envases metálicos. Tuberías para la conducción de agua, gas, energía solar térmica y calefacción; tuberías para refrigeración, climatización, gases medicinales y usos industriales. Macizos de cobre; perfiles y aplicaciones en galvanotecnia, además de fabricantes de productos de extrusión. Mientras que en países desarrollados de la Unión Europea se calcula un uso de 20 kg de cobre al año por habitante, en países subdesarrollados (por ejemplo El Congo) se calcula un uso de 0,2 kg de cobre al año por habitante. Planta La Farga, con producción de materiales desnudos de cobre y sus aleaciones como CuMg, CuSn o CuAg. El proceso a partir de chatarra, reduce en un 86 por ciento las emisiones de dióxido de azufre (SO 2 ). Reduce cuatro veces las emisiones de dióxido de carbono (CO 2 ) en la atmósfera; reduce en un 99 por ciento la generación de residuos sólidos; consume cinco veces menos energía y reduce en un 98 por ciento el consumo de agua. Además, la recuperación compensa la falta de minas de cobre en el mundo y por tanto la dependencia de la industria de las importaciones de materia prima. Los productos de uso cotidiano contienen millones de toneladas de cobre que podrá ser reutilizado al final del ciclo de vida de los mismos, convirtiéndose en un nuevo recurso disponible para el futuro. Igualmente, debido a que el metal recuperado proviene de desechos de fabricación de productos semielaborados, se establece una fuerte sinergia entre los fabricantes de semielaborados y las industrias que los reciclan, que tiene como resultado un sistema más competitivo. Si se maneja de forma adecuada, el reciclaje de cobre tiene el potencial para extender el uso de los recursos, y minimizar el uso de la energía, reducir las emisiones y la eliminación de residuos. La reutilización de este metal mediante el aumento del reciclado mejora la productividad global de los recursos, por lo que representa uno de los elementos clave de la transición de la sociedad hacia una mayor producción sostenible y patrones de consumo. A medida que ha ido pasando el tiempo la sociedad (incluidos los productores) ha asumido su responsabilidad sobre los efectos en la naturaleza y ha notado que los recursos naturales se agotan. Hoy en día se ha tomado conciencia de la importancia de reutilizar muchos productos y sus embalajes, de hacer diseños de productos que faciliten su reciclaje y de valorizar el residuo cuando acaba el ciclo de vida del producto, entre otros.
36 MATERIALES Metalurgia convencional El proceso de obtención y refinación del cobre tradicional; es decir, a partir de la mina, depende de cómo se encuentra el mineral en la naturaleza, cuando el cobre se combina con el azufre pasa a llamarse sulfuro de cobre, en cuyo caso la producción se realiza la vía pirometalúrgica, en el cual primero que todo se efectúa el proceso de reducción de tamaños del material extraído, en tres etapas de chancado (acción de romper rocas de gran tamaño en pequeñas piezas) y una de molienda fina, que llevan a reducir el tamaño de la roca desde aproximadamente un 1m de diámetro hasta partículas <1mm. La mezcla de mineral molido con algunos químicos y reactivos, se transporta por bateas a un sistema de tolvas, donde se le hace circular burbujas de aire de abajo hacia arriba, posteriormente se le añaden algunos componentes especiales para que solamente el mineral de cobre se adhiera a las burbujas y flote en la superficie. Posteriormente, se separa la espuma rica en mineral de cobre. El concentrado de cobre se recibe en la fundición, cuya primera etapa industrial es el Horno de Fusión, donde se recupera el cobre, eliminando el azufre y el hierro mediante oxidación en estado fundido a una temperatura entre 1200 y 1300 º C. Después de su purificación, el cobre fundido se pone en moldes para formar los llamados ánodos de cobre metálico sólido y finalmente mediante reacciones eléctricas esos ánodos se transforman en cátodos de cobre de 99.99% de pureza, los cuales son utilizados para elaborar todos los subproductos finales. En el caso que el mineral se encuentre en forma de óxidos el proceso que se emplea es la hidrometalurgia, en la que se producen directamente cátodos. Con este método, sólo se realiza el chancado y después la lixiviación (separación), empleando ácido sulfúrico, lo cual ocasiona la formación de sulfatos de cobre, que posteriormente se purifica y concentra. Ambos procesos, ocasionan graves daños al ambiente y perjuicios irreparables. Por ejemplo, la mala disposición de las sales ácidas de Fe, Al, Mn, Ca, Na, Mo, As, Zn, Cd, Hg, Pb, etc, generadas por los procesos de extracción, molienda, separación y purificación del cobre provocarían serios daños a los equilibrios iónicos del sistema. También al aplicarse a suelos, alterarían la carga iónica de éste, provocando problemas de degradación. Lo que no quiere decir que la solución sea eliminar la extracción y producción de cobre u otros metales, necesarios para la industria mundial. Lo mejor que puede hacer el sector minero es mostrar responsabilidad ambiental y buscar afectar de manera mínima los ecosistemas. Por su parte, la industria metalúrgica no debería escatimar recursos para hallar métodos más adecuados para la producción de cobre como la fabricación a partir de productos secundarios o chatarra. Desde 1900 se han gastado en el mundo 600 millones de toneladas de cobre, de las cuales un 70 por ciento se han destinado para aplicaciones eléctricas y un 30 por ciento a otros sectores. El Cobre en Colombia Tal como lo muestran los informes de la Unidad de Planeación Minero Energética (UPME), tradicionalmente en Colombia la producción de cobre ha sido baja, al punto de que ni siquiera hay un potencial estimado ni registros de reservas. En 1951 Colombia produjo 25 toneladas de cobre, siendo este el primer registro oficial. De ahí en adelante y por espacio de 62 años, este mineral ha vivido momentos de altibajos. Según el Sistema de Información Minero Colombiano (Simco), Colombia produjo entre el 2000 y 2012, un poco más de 80.262 toneladas de cobre. Cifra que es muy pequeña si se compara con la de países del área como Chile y Perú, que con 5.420 millones y 1.220 millones de toneladas al año respectivamente, fueron los dos principales productores de cobre en el mundo en 2011, como lo indica el Servicio Geológico de Estados Unidos. Producción de mineral de cobre Año Toneladas métricas 2008 5.248 2009 5.687,61 2010 3.916,51 2011 4.041,80 2012* 3.136,68 Fuente: Simco. Elaboración propia *Datos a septiembre Actualmente, solo existe una mina productora de cobre El Roble ubicada en el municipio de Carmen de Atrato-Chocó, la cual es explotada por la empresa estadounidense Mining Corporation, no obstante el yacimiento ya presenta agotamiento en su nivel de reservas. Aun así, en los últimos años, se han realizado trabajos de exploración y búsqueda de este mineral, especialmente en la Cordillera Central, zona donde el potencial de encontrar yacimientos viables es más alta. De acuerdo con la información de la autoridad minera, hoy por hoy, hay tres nuevos proyectos inscritos; estos son: Santa Elena de CuOro Resources, al nororiente de Medellín; Comita de Rugby Mining Limited, en Chocó; y Ramos Laverde de Salazar Resources, en Nariño y en cabeza de la minera Salazar Resources, que concentra su actividad en Ecuador. Exportaciones de cobre en bruto Año US$ FOB Kilos netos 2009 46.067.939 14.680.166 2010 9.612383 3.741.151 2011 8.156.984 3.868.223 2012 7.451.145 3.211.754 2013* 1.753.203 1.218.380 Total 73.041.654 26.719.674 Fuente: Simco. Elaboración propia / *Datos a junio
38 MATERIALES Importaciones de cátodos y secciones de cobre refinado / CIF US$ Año Chile México Brasil Perú Francia 2008 25.641.104 6.631.667-11.921.132 52.581 2009 25.390.967 2.404.714-3.871.339 27.914 2010 44.768.039 5.040.864 - - - 2011 50.883.697 3.452.648 18.967.552 - - 2012 20.765.846 4.243.911 - - - Total 167.449.653 21.773.804 18.967.552 15.792.471 80.495 Fuente: Simco. Elaboración propia Por su parte, en marzo de este año, la chilena Codelco, firmó un memorando de entendimiento para comenzar a buscar en propiedad este mineral en el territorio nacional. El memorando contempla que la compañía tendrá acceso a información geológica básica y podrá iniciar la prospección de áreas que serían de su interés, actividad que es libre para cualquier inversionista. De hecho, la firma ya ha venido desarrollando algunas actividades previas con la presencia de geólogos que estaban en el país desde años atrás, pero no de manera institucional como ocurre a partir de la firma del memorando. Sin embargo, la cuprífera no tendrá títulos sino que deberá, como cualquier inversionista, participar por las áreas que le interesen, bajo las normas de asignación de bloques mineros que tiene proyectado realizar la Agencia Nacional de Minería (ANM), con el esquema de rondas o subasta. En cuanto a las exportaciones de cobre en bruto, según el Simco, desde 2003 al 2012 el tope más alto se registró en 2006 con 15.486,45 toneladas y el más bajo fue de 3.741,15 toneladas en 2010. Por su parte, el año anterior Colombia exportó 3.211 toneladas y en el presente, con corte a junio, se han vendido al exterior a 1.228 toneladas de cobre. Por país, China, Estados Unidos y México han sido los principales compradores del cobre nacional desde el año 2000. Si se tiene en cuenta la chatarra de cobre y aluminio, las exportaciones superan las 50.000 toneladas y sus principales destinos son Chile y China. Cortesía: Foto: www.diario.latercera.com La chilena Codelco está actualmente realizando exploración de cobre en la cordillera central colombiana. Frente a las importaciones, el país compró un poco más de US$225 millones de cátodos de cobre entre el 2008 y el 2012. Siendo de lejos, Chile el principal proveedor de este material, con US$167,4 millones, seguido de México con US$21.7 millones. Fuentes Juan J. Villar. Asesor Centro y Sur América. La Farga Group. jjvillarfaro@gmail.com La Metalurgia del Cobre. José Arlandis Rubio. Ingeniero Industrial. Director de Estudios y Desarrollo Corporativo de Atlantic Copper, S.A. www.upme.gov.co - www.cnnexpansion. com - www.codelco.com www.mundominero.com.co/