Aplicando la geociencia a los retos más importantes de Australia

Introducción

Accesorios de cobre variados. Fuente: Wikimedia Commons

Cada vez que enciendes una luz, utilizas un electrodoméstico en tu casa o abres un grifo, es el cobre el que te está suministrando la electricidad o el agua. Por lo tanto, el cobre es un metal muy importante para los seres humanos y combina más propiedades útiles que probablemente cualquier otro metal.

Una casa familiar media contiene más de 90 kilogramos de cobre: 40 kg de cable eléctrico, 30 kg de fontanería, 15 kg de ferretería de construcción, 9 kg dentro de los aparatos eléctricos y 5 kg de artículos de latón. Un avión Boeing 747-200 contiene unas 1,8 toneladas de cobre. La Estatua de la Libertad de Nueva York contiene más de 27 toneladas de cobre.

Propiedades

Calcopirita. Fuente: Geoscience Australia

El cobre es el único metal natural, aparte del oro, que tiene un color característico. Al igual que el oro y la plata, el cobre es un excelente conductor del calor y la electricidad. También es muy maleable y dúctil. El cobre también es resistente a la corrosión (no se oxida fácilmente). El cobre es blando pero resistente. Se mezcla fácilmente con otros metales para formar aleaciones como el bronce y el latón. El bronce es una aleación de estaño y cobre y el latón es una aleación de zinc y cobre. El cobre y el latón se reciclan con facilidad, tal vez el 70% del cobre que se utiliza actualmente se ha reciclado al menos una vez.

Usos

Hoy en día el cobre, por ser tan buen conductor de la electricidad, se utiliza en generadores eléctricos y motores para el cableado eléctrico y en artículos electrónicos, como radios y televisores. El cobre también conduce bien el calor, por lo que se utiliza en los radiadores de los vehículos, los aires acondicionados y los sistemas de calefacción domésticos.

Como el cobre no se corroe fácilmente, también se utiliza para las tuberías de agua. Su maleabilidad hace que las tuberías de cobre puedan doblarse para pasar por las esquinas fácilmente, sin romperse.

El sulfato de cobre se utiliza como fungicida para evitar que las raíces de las plantas obstruyan los desagües y los sistemas de alcantarillado. El color azul verdoso de la madera tratada es el resultado del naftanato de cobre y delarsenato de cobre-cromo que se han introducido a presión para ayudar a proteger la madera de los barrenadores.

El cobre también se utiliza para fabricar monedas e instrumentos científicos, así como en aplicaciones decorativas.

Hay unos 15 gramos de cobre en un teléfono móvil y recientemente el cobre ha sustituido al aluminio en los chips de los ordenadores.

Bobina de alambre de cobre. Fuente: Geoscience Australia

Placas de circuitos de ordenador que contienen cobre. Fuente: Geoscience Australia

Historia

Antiguos utensilios de cobre expuestos en un restaurante de Jerusalén. Fuente: Wikimedia Commons

El cobre fue el primer metal utilizado por el hombre. El hombre neolítico lo descubrió hace unos 9.000 años y lo utilizó en lugar de la piedra, ya que era mucho más fácil de moldear. Los primeros caldereros de Irán descubrieron que calentar el cobre lo ablandaba y martillarlo lo endurecía. De este modo, podían dar forma al cobre en diversos objetos útiles, como recipientes y utensilios, lo que supuso un gran avance para la raza humana. Su bello color también hizo que el cobre resultara atractivo para su uso en joyas y adornos.

Hay pruebas de que el cobre se utilizó desde los primeros tiempos, un trozo de tubo de cobre utilizado hace 5.000 años fue desenterrado por los arqueólogos de la pirámide de Keops en Egipto. Alrededor del año 4000 a.C., se descubrió el bronce (una aleación aún más dura) al mezclar cobre con una pequeña cantidad de estaño. Se utilizó para fabricar armas, armaduras, herramientas y utensilios de decoración, con lo que comenzó la Edad del Cobre y del Bronce. Aunque la fabricación de herramientas de bronce cayó en gran medida en desuso con el inicio de la Edad de Hierro, hacia el año 1000 a.C., el cobre siguió utilizándose por sus otras propiedades. Al ser uno de los dos únicos metales de color, su belleza lo hace muy deseable para fabricar adornos y su resistencia a la corrosión lo hace adecuado para su uso en el mar o cerca de él.

La capacidad de batir el cobre en láminas y su resistencia a la oxidación lo convirtieron en un material popular para los tejados de los edificios importantes.

Ayuntamiento de Minneapolis con tejado de cobre. Fuente: Wikimedia Commons

El crecimiento de la industria del cobre ha estado estrechamente relacionado con el creciente uso de la electricidad. Las aplicaciones eléctricas siguen siendo el principal uso del metal, lo que puede atribuirse a dos propiedades físicas. Es un excelente conductor de la electricidad (y del calor) y es lo suficientemente dúctil como para ser estirado en forma de alambre y golpeado en láminas sin que se rompa. El cobre se utiliza ampliamente en componentes de fontanería y es uno de los principales componentes de las aleaciones, muchas de las cuales son más duras, fuertes y resistentes que sus elementos constitutivos individuales. En 1837, Charles Wheatstone y William Cooke patentaron el primer telégrafo eléctrico con hilo de cobre. En 1876, Alexander Graham Bell fue el primero en utilizar hilo telefónico de cobre. En 1878, Thomas Edison inventó la primera luz eléctrica, utilizando el cobre para transportar la corriente. En pocos años, el uso masivo de estos dos inventos provocó un increíble aumento de la extracción y producción de cobre.

Formación

Malaquita y azurita. R29797 Fuente: Geoscience Australia

Debido a que el cobre reacciona fácilmente con otras sustancias, puede formarse de diversas maneras en la corteza terrestre. A menudo se encuentra en depósitos con otros metales como el plomo, el zinc, el oro y la plata.

Las mayores cantidades de cobre se encuentran en la corteza en cuerpos conocidos como depósitos de pórfido de cobre. Estos depósitos fueron en su día grandes masas de roca fundida que se enfriaron y solidificaron en la corteza terrestre. Al enfriarse, crecieron algunos cristales grandes, que luego fueron rodeados por cristales más pequeños a medida que el enfriamiento se hacía más rápido – los geólogos llaman a estas rocas pórfidos. Al principio, el cobre estaba repartido por la gran masa de roca fundida en bajas concentraciones. A medida que el magma se enfriaba y empezaban a formarse cristales, la cantidad de fundido se reducía. El cobre permaneció en la masa fundida, concentrándose cada vez más. Cuando la roca era casi completamente sólida, se contrajo y agrietó y el fluido rico en cobre restante se introdujo en las grietas, donde también se solidificó finalmente. A lo largo de muchos millones de años, las rocas que cubrían estos yacimientos se erosionaron y los depósitos acabaron apareciendo en la superficie. Algunos ejemplos de yacimientos de pórfidos son Cadia Hill (Nueva Gales del Sur) y Cerro Colorado (Panamá).

Una mezcla de cobre, hierro y azufre se denomina calcopirita (CuFeS2) u «oro de los tontos», y engañó a muchos antiguos buscadores. En Australia, la calcopirita se encuentra en rocas de más de 250 millones de años. La bornita (Cu5FeS4), la covellita (CuS) y la calcosina (Cu2S) son importantes fuentes de cobre en el mundo y muchos yacimientos contienen también malaquita (CuCO3.Cu(OH)2), azurita (Cu3(CO3)2.Cu(OH)2), cuprita (Cu2O), tenorita (CuO) y cobre nativo. Los sulfuros, que proporcionan la mayor parte del cobre producido en todo el mundo, suelen ocupar las partes más profundas de los filones que no han sido expuestos a la intemperie. Cerca de la superficie son alterados por la oxidación y otras acciones químicas para producir óxidos y carbonatos. Estos minerales secundarios de cobre pueden formar una rica mena en las partes superiores de muchos yacimientos, y debido a su característico color verde o azul, incluso pequeñas cantidades son fácilmente visibles en las rocas en las que se encuentran. Los minerales que contienen cobre se encuentran comúnmente en asociación con minerales que pueden contener oro, plomo, zinc y plata.

Recursos

En Australia, la búsqueda de cobre comenzó poco después del asentamiento europeo. El primer descubrimiento importante de cobre en Australia fue en Kapunda, en Australia del Sur, en 1842, cuando Francis Dutton encontró mineral de cobre mientras buscaba ovejas perdidas. En la década de 1860, Australia Meridional era conocida como el «Reino del Cobre», ya que contaba con algunas de las mayores minas de cobre del mundo.

Australia posee una parte sustancial del cobre del mundo y ocupó el segundo lugar detrás de Chile en 2016, según el Servicio Geológico de Estados Unidos (USGS). Tenemos varias minas de cobre de importancia mundial, como el yacimiento de cobre-plomo-zinc de Mt Isa, en Queensland, y el yacimiento de cobre-uranio-oro de Olympic Dam, en el sur de Australia, que está explotando uno de los mayores yacimientos de cobre del mundo. Otros ejemplos de importantes recursos de cobre son los yacimientos de cobre-oro de Prominent Hill y Carrapateena en Australia Meridional, los yacimientos de cobre-oro de Northparkes, cobre-plomo-zinc de CSA y cobre de Girilambone en Nueva Gales del Sur, los yacimientos de cobre de Ernest Henry, Osborne y Mammoth y los yacimientos de cobre-oro de Selwyn en Queensland y los yacimientos de cobre-zinc de Golden Grove y el yacimiento de cobre de Nifty en Australia Occidental.

Los principales depósitos y minas de cobre de Australia (2016). Fuente: Geoscience Australia

Más información sobre recursos y producción.

Minería

Aunque los grandes yacimientos de cobre se extraen con métodos a cielo abierto en muchos de los principales países productores, la mayor parte del mineral de cobre producido en Australia procede de minas subterráneas. El método tradicional utilizado en la mayoría de las minas consiste en romper el mineral y llevarlo a la superficie para triturarlo. A continuación, el mineral se muele finamente antes de que los minerales de sulfuro que contienen cobre se concentren mediante un proceso de flotación que separa los granos de mineral de la materia de desecho, o ganga. Dependiendo del tipo de minerales que contienen cobre y de los procesos de tratamiento utilizados, el concentrado suele contener entre un 25 y un 30% de cobre, aunque puede llegar a un 60% de cobre aproximadamente. El concentrado se procesa después en una fundición.

Procesamiento

En algunas minas australianas, el cobre se lixivia del mineral para producir una solución rica en cobre que posteriormente se trata para recuperar el metal de cobre. En primer lugar, el mineral se rompe y se coloca en plataformas de lixiviación donde se disuelve con una solución de ácido sulfúrico para lixiviar el cobre. A continuación, la solución rica en cobre se bombea a la planta de extracción por disolventes para separar el cobre como complejo de cobre. Éste se concentra y la solución pasa a la planta de electroobtención para recuperar el cobre. Los cátodos de cobre producidos por la electrodeposición contienen un 99,99% de cobre que es apto para usos eléctricos. Todo este proceso se conoce como electro-obtención por extracción con disolventes (SX-EW).

Se utilizan varios métodos de fundición para convertir los concentrados en cobre metálico. Un método consiste en fundirlos con fundentes en un horno de fundición para producir una mata de cobre, que es una mezcla principalmente de hierro y sulfuros de cobre que suele contener entre un 50 y un 70% de cobre. La mata fundida se vierte en un convertidor, que contiene más fundentes, y se convierte en cobre blíster, cuya pureza oscila entre el 98 y el 99%. El cobre blíster se extrae, se sigue refinando en un horno de ánodos y, finalmente, se refina electrolíticamente para obtener cobre catódico puro.

En Olympic Dam el concentrado se funde directamente en cobre blíster. En este proceso, el concentrado de cobre se introduce en la fundición con aire enriquecido con oxígeno. El concentrado fino reacciona o se «funde» instantáneamente cuando la fracción de azufre de los sulfuros de cobre se quema y se convierte en gas de dióxido de azufre. El cobre fundido y la escoria caen al hogar de la fundición. La escoria forma una capa en la superficie del cobre blíster fundido. El cobre blíster se retira periódicamente para su posterior purificación en un horno anódico y se refina electrolíticamente.