Cobre

O cobre (do latín cuprum, e este do grego kypros), é o elemento químico de número atómico 29 e símbolo Cu. Trátase dun metal de transición de cor arrubiada e brillo metálico que, canda a prata e o ouro, forma parte da denominada familia do cobre, caracterizada por ser os mellores condutores de electricidade. Grazas á súa alta condutividade eléctrica, ductilidade e maleabilidade, converteuse no material máis utilizado para fabricar cables eléctricos e outros compoñentes eléctricos e electrónicos.
O cobre forma parte dunha cantidade moi elevada de aliaxes que xeralmente presentan mellores propiedades mecánicas, aínda que teñen unha condutividade eléctrica menor. As máis importantes son coñecidas co nome de bronces e latóns. Por outra banda, o cobre é un metal duradeiro porque se pode reciclar un número case ilimitado de veces sen que perda as súas propiedades mecánicas.
Foi un dos primeiros metais en ser utilizado polo ser humano na Prehistoria. O cobre e a súa aliaxe co estaño, o bronce, adquiriron tanta importancia que os historiadores chamaron Idade do Cobre e Idade de Bronce a dous períodos da Antigüidade. Aínda que o seu uso perdeu importancia relativa co desenvolvemento da siderurxia, o cobre e as súas aliaxes seguiron sendo empregados para facer obxectos tan diversos como moedas, campás e canóns. A partir do século xix, concretamente da invención do xerador eléctrico en 1831 por Faraday, o cobre converteuse de novo nun metal estratéxico, ao ser a materia prima principal de cables e instalacións eléctricas.
O cobre posúe un importante papel biolóxico no proceso da fotosíntese das plantas, aínda que non forma parte da composición da clorofila. O cobre contribúe á formación de glóbulos vermellos e ao mantemento dos vasos sanguíneos, nervios, sistema inmunitario e ósos e xa que logo é un oligoelemento esencial para a vida humana. Descrición
O cobre forma parte dunha cantidade moi elevada de aliaxes que xeralmente presentan mellores propiedades mecánicas, aínda que teñen unha condutividade eléctrica menor. As máis importantes son coñecidas co nome de bronces e latóns. Ademais, o cobre é un metal duradeiro porque se pode reciclar un número case ilimitado de veces sen que perda as súas propiedades mecánicas.
O cobre posúe un importante papel biolóxico no proceso de fotosíntese das plantas, aínda que non forma parte da composición da clorofila. O cobre contribúe á formación de glóbulos vermellos e ao mantemento dos vasos sanguíneos, nervios, sistema inmunolóxico e ósos, e polo tanto é un oligoelemento esencial para a vida humana.
O cobre atópase nunha gran cantidade de alimentos habituais da dieta tales como ostras, mariscos, legumes, vísceras e noces entre outros, ademais da auga potable e polo tanto é moi raro que se produza unha deficiencia de cobre no organismo. O desequilibrio de cobre ocasiona no organismo unha enfermidade hepática coñecida como enfermidade de Wilson.
O cobre é o terceiro metal máis utilizado no mundo, por detrás do aceiro e o aluminio. A produción mundial de cobre refinado estimouse en 15, 8 Mt no 2006, cun déficit de 10, 7% fronte á demanda mundial proxectada de 17, 7 Mt. Nomes e símbolos
Etimoloxía
A palabra «cobre» provén do latín cuprum (co mesmo significado) e este á súa vez da expresión aes cyprium que significa literalmente «de Chipre» debido á grande importancia que tiveron as minas de cobre da illa de Chipre no mundo grecorromano.
Siglas e abreviacións
O símbolo químico actual do cobre é «Cu». Séculos atrás, os alquimistas representárono co símbolo ♀, que tamén representaba o planeta Venus, a deusa grega Afrodita e o xénero feminino. A razón desta relación pode ser que a deusa fenicia Astarte, equivalente en parte a Afrodita, era moi venerada en Chipre, illa famosa polas súas minas de cobre. O símbolo ♀ garda á súa vez parecido co xeróglifo exipcio Ankh, que representaba a vida ou quizais tamén a unión sexual. Con todo, na mitoloxía grecolatina a divindade que presidía a fabricación da moeda de cobre era Esculano.
Adxectivo
As calidades particulares do cobre, especificamente no referente a súa cor e lustre, procrearon a raíz do cualificativo cobrizo. A mesma particularidade do material foi empregada ao nomear coloquialmente a algunhas serpes da India, Australia e Estados Unidos como «cabeza de cobre». Historia
O cobre na Antigüidade
O cobre é un dos poucos metais que poden atoparse na natureza en estado "nativo", é dicir, sen combinar con outros elementos. Por iso foi un dos primeiros en ser utilizado polo ser humano. Os outros metais nativos son o ouro, o platino, a prata e o ferro proveniente de meteoritos.
Atopáronse utensilios de cobre nativo de en torno ao 7000 a. C. en Çayönü Tepesí (na actual Turquía) e en Iraq. O cobre de Çayönü Tepesí foi recocido pero o proceso aínda non estaba perfeccionado. Nesta época, no Oriente Próximo tamén se utilizaban carbonatos de cobre (malaquita e azurita) con motivos ornamentais. Na rexión dos Grandes Lagos de América do Norte, onde abundaban os xacementos de cobre nativo, desde o 4000 a. C. os indíxenas afacían golpealas ata darlles forma de punta de frecha, aínda que nunca chegaron a descubrir a fusión.
Os primeiros crisois para producir cobre metálico a partir de carbonatos mediante reducións con carbón datan do V milenio a. C. É no inicio da chamada Idade do Cobre, cando aparecen crisois en toda a zona entre os Balcáns e Irán, incluíndo Exipto. Atopáronse probas da explotación de minas de carbonatos de cobre desde épocas moi antigas tanto en Tracia (Ai Bunar) como na península do Sinaí. Dun modo endóxeno, non conectado coas civilizacións do Vello Mundo, na América precolombiana, en torno ao século IV a. C. a cultura Moche desenvolveu a metalurxia do cobre xa refinado a partir da malaquita e outros carbonatos cupríferos.
Cara ao 3500 a. C. a produción de cobre en Europa entrou en declive a causa do esgotamento dos xacementos de carbonatos. Por esta época produciuse a irrupción desde o leste duns pobos, xenericamente denominados kurgans, que portaban unha nova tecnoloxía: o uso do cobre arsenical. Esta tecnoloxía, quizais desenvolvida en Oriente Próximo ou no Cáucaso, permitía obter cobre mediante a oxidación de sulfuro de cobre. Para evitar que o cobre se oxidase, engadíase arsénico ao mineral. O cobre arsenical (ás veces chamado tamén "bronce arsenical") era máis cortante que o cobre nativo e ademais podía obterse dos moi abundantes xacementos de sulfuros. Uníndoo á tamén nova tecnoloxía do molde de dúas pezas, que permitía a produción en masa de obxectos, os kurgans equipáronse de machadas de guerra e estendéronse rapidamente. Ötzi, o cadáver achado nos Alpes e datado cara a 3300 a. C. , levaba unha machada de cobre cun 99, 7 % de cobre e un 0, 22 % de arsénico.
Desta época data tamén o sitio de Los Millares (Almería, España), centro metalúrxico próximo ás minas de cobre da serra de Gádor.
Non se sabe como nin onde xurdiu a idea de engadir estaño ao cobre, producindo o primeiro bronce. Crese que foi un descubrimento imprevisto, xa que o estaño é máis brando que o cobre e, con todo, ao engadilo ao cobre obtíñase un material máis duro cuxos fíos se conservaban máis tempo, O descubrimento desta nova tecnoloxía desencadeou o comezo da Idade de Bronce, datado en torno a 3000 a. C. para Oriente Próximo, 2500 a. C. para Troia e o río Danubio e 2000 a. C. para China. No xacemento de Bang Chian, en Tailandia, datáronse obxectos de bronce anteriores ao ano 2000 a. C. Durante moitos séculos o bronce tivo un papel protagonista e cobraron grande importancia os xacementos de estaño, a miúdo afastados dos grandes centros urbanos daquela época.
O declive do bronce empezou cara a 1000 a. C. , cando xurdiu no Oriente Próximo unha nova tecnoloxía que posibilitou a produción de ferro metálico a partir de minerais férreos. As armas de ferro foron substituíndo ás de cobre en todo o espazo entre Europa e Oriente Medio. En zonas como na China a Idade de Bronce prolongouse varios séculos máis. Houbo tamén rexións do mundo onde nunca chegou a utilizarse o bronce. Por exemplo, a África subsahariana pasou directamente da pedra ao ferro.
Con todo, o uso do cobre e o bronce non desapareceu durante a Idade de Ferro. Substituídos no armamento, estes metais pasaron a ser utilizados esencialmente na construción e en obxectos decorativos como estatuas. O latón, unha aliaxe de cobre e cinc foi inventado cara a 600 a. C. Tamén cara a esta época fabricáronse as primeiras moedas no estado de Lidia, na actual Turquía. Mentres que as moedas máis valiosas cuñáronse en ouro e prata, as de uso máis cotián fixéronse de cobre e bronce.
A procura de cobre e metais preciosos polo Mediterráneo conduciu aos cartaxineses a explotar o gran xacemento de Riotinto, na actual provincia de Huelva. Tralas guerras púnicas os romanos apoderáronse destas minas e seguíronas explotando ata esgotar todo o óxido de cobre. Debaixo del quedou unha gran veta de sulfuro de cobre, o cal os romanos non sabían aproveitar eficazmente. Á caída do Imperio romano a mina fora abandonada e só foi reaberta cando os andalusís inventaron un proceso máis eficaz para extraer o cobre do sulfuro.
Idade Media e Idade Moderna
A resistencia á corrosión do cobre, o bronce e o latón permitiu que estes metais sexan utilizados non só como decorativos senón tamén como funcionais desde a Idade Media ata os nosos días. Entre os séculos X e XII acháronse en Europa Central grandes xacementos de prata e cobre, principalmente Rammelsberg e Joachimsthal. Deles xurdiu unha gran parte da materia prima para realizar as grandes campás, portas e estatuas das catedrais góticas europeas. Ademais do uso bélico do cobre para a fabricación de obxectos, como machadas, espadas, cascos ou coirazas; tamén se utilizou o cobre na Idade Media en luminarias como candis ou candelabros; en braseiros e en obxectos de almacenamento, como arcas ou estoxos.
Os primeiros canóns europeos de ferro forxado datan do século XIV, pero cara ao século XVI o bronce impúxose como o material case único para toda a artillaría e mantivo ese dominio ata ben entrado o século XIX. No barroco, durante os séculos XVII e XVIII, o cobre e as súas aliaxes adquiriron grande importancia na construción de obras monumentais, a produción de maquinaria de reloxería e unha ampla variedade de obxectos decorativos e funcionais. As monarquías autoritarias do Antigo Réxime utilizaron o cobre en aliaxe coa prata (denominada billón) para realizar repetidas depreciacións monetarias, chegando á emisión de moedas puramente de cobre, características das dificultades da Facenda da Monarquía Hispánica do século XVII (que o utilizou en tanta cantidade que tivo que recorrer a importalo de Suecia).
Idade Contemporánea
Durante 1831 e 1832, Michael Faraday descubriu que un condutor eléctrico movéndose perpendicularmente a un campo magnético xeraba unha diferenza de potencial. Aproveitando isto, construíu o primeiro xerador eléctrico, o disco de Faraday, empregando un disco de cobre que xiraba entre os extremos dun imán con forma de ferradura, inducindo unha corrente eléctrica.
O posterior desenvolvemento de xeradores eléctricos e o seu emprego na historia da electricidade deu lugar a que o cobre tivera unha importancia destacada na humanidade, que aumentou a súa demanda notablemente.
Durante gran parte do século XIX, Gran Bretaña foi o maior produtor mundial de cobre, pero a importancia que foi adquirindo o cobre motivou a explotación mineira noutros países, chegando a destacar a produción nos Estados Unidos e en Chile, ademais da apertura de minas en África. Desta forma, en 1911 a produción mundial de cobre superou o millón de toneladas de cobre fino.
A aparición dos procesos que permitían a produción masiva de aceiro a mediados do século XIX, como o convertidor Thomas-Bessemer ou o forno Martin-Siemens deu lugar a que se substituíse o uso do cobre e das súas aliaxes nalgunhas aplicacións determinadas onde se requiría un material máis tenaz e resistente. Con todo, o desenvolvemento tecnolóxico que seguiu á Revolución industrial en todas as ramas da actividade humana e os adiantos logrados na metalurxia do cobre permitiron producir unha ampla variedade de aliaxes. Isto deu lugar a que se incrementasen os campos de aplicación do cobre, o cal, engadido ao desenvolvemento económico de varios países, levouno a un notable aumento na demanda mundial.
Estados Unidos
Desde principios do século XIX existiu produción de cobre nos Estados Unidos, primeiro en Míchigan e máis tarde en Arizona. Tratábase de pequenas minas que explotaban mineral de alta lei.
O desenvolvemento do proceso de produción, máis eficaz, cara a finais do século XIX permitiu poñer en explotación grandes xacementos de baixa lei, principalmente en Arizona, Montana e Utah. En poucos anos Estados Unidos converteuse no primeiro produtor mundial de cobre.
En 1916 as minas estadounidenses produciron por vez primeira máis dun millón de toneladas de cobre, representando en torno ás tres cuartas partes da produción mundial. A produción mineira baixou fortemente a partir da crise de 1929, non só pola redución do consumo senón porque se disparou o reciclaxe de metal. A demanda recuperouse a finais dos anos 30, volvendo superar as minas estadounidenses o millón de toneladas en 1940. Con todo, esta cifra xa representaba "só" a metade da produción mundial e non chegaba a cubrir a demanda interna, polo que en 1941 o país converteuse por primeira vez en importador neto de cobre.
Desde os anos 1950 ata a actualidade a produción dos Estados Unidos oscilou entre un e dous millóns de toneladas anuais, o cal representa unha fracción cada vez menor do total mundial (27 % en 1970, 17 % en 1980, 8 % en 2006). Mentres tanto, o consumo seguiu crecendo continuamente e iso obrigou a importar cantidades cada vez maiores de metal, superándose o millón de toneladas importadas por vez primeira en 2001.
Chile
En 1810, ano da súa primeira xunta nacional, Chile producía unhas 19000 toneladas de cobre ao ano. Ao longo do século, a cifra foi crecendo ata converter ao país no primeiro produtor e exportador mundial. Con todo, a finais do século XIX, comezou un período de decadencia, debido por unha banda ao esgotamento dos xacementos de alta lei e por outro ao feito de que a explotación do salitre acaparaba os investimentos minerais. En 1897, a produción caera a 21000 toneladas, case o mesmo nivel que en 1810.
A situación cambiou a comezos do século XX, cando grandes grupos mineiros internacionais obtiveron avances tecnolóxicos que permitiron a recuperación do cobre en xacementos de baixa concentración, reiniciando a explotación dos xacementos chilenos.
O Estado chileno recibiu poucos beneficios da minería do cobre durante toda a primeira metade do século XX. A situación empezou a cambiar en 1951 coa firma do Convenio de Washington, que lle permitiu dispoñer do 20 % da produción. En 1966, o Congreso Nacional de Chile impuxo a creación de Sociedades Mineras Mixtas coas empresas estranxeiras nas cales o Estado tería o 51 % da propiedade dos xacementos. Isótopos
Na natureza atópanse dous isótopos estables: 63Cu e 65Cu. O máis lixeiro deles é o máis abundante (69, 17 %). Caracterizáronse ata o momento 25 isótopos radioactivos dos cales os máis estables son o 67Cu, o 64Cu e o 61Cu con períodos de semidesintegración de 61, 83 horas, 12, 70 horas e 3, 333 horas respectivamente. Os demais radioisótopos, con masas atómicas desde 54, 966 uma (55Cu) a 78, 955 uma (79Cu), teñen períodos de semidesintegración inferiores a 23, 7 minutos e a maioría non alcanzan os 30 segundos. Os isótopos 68Cu e 70Cu presentan estados metaestables cun período de semidesintegración maior ao do estado fundamental.
Os isótopos máis lixeiros que o 63Cu estable desintégranse principalmente por emisión beta positiva, orixinando isótopos de níquel, mentres que os máis pesados que o isótopo 65Cu estable desintégranse por emisión beta negativa dando lugar a isótopos de cinc. O isótopo 64Cu desintégrase xerando 64Zn, por captura electrónica e emisión beta positiva nun 69 % e por desintegración beta negativa xera 64Ni no 31 % restante. Propiedades e características do cobre
Propiedades físicas
O cobre posúe varias propiedades físicas que propician o seu uso industrial en múltiples aplicacións, sendo o terceiro metal, despois do ferro e do aluminio, máis consumido no mundo. É de cor avermellada e de brillo metálico e, logo da prata, é o elemento con maior condutividade eléctrica e térmica. É un material abundante na natureza; ten un prezo accesible e reciclase de forma indefinida; forma aliaxes para mellorar as prestacións mecánicas e é resistente á corrosión e a oxidación.
A condutividade eléctrica do cobre puro foi adoptada pola Comisión Electrotécnica Internacional en 1913 como a referencia estándar para esta magnitude, establecendo o International Annealed Copper Standard (Estándar Internacional do Cobre Recocido) ou IACS. Segundo esta definición, a condutividade do cobre recocido medida a 20 °C é igual a 5, 80 × 107 S/m. A este valor de condutividade asígnaselle un índice 100 % IACS e a condutividade do resto dos materiais exprésase en porcentaxe de IACS. A maioría dos metais teñen valores de condutividade inferiores a 100 % IACS pero existen excepcións como a prata ou os cobres especiais de moi alta condutividade designados C-103 e C-110.
Propiedades mecánicas
Tanto o cobre como as súas aliaxes teñen unha boa maquinabilidade, é dicir, son fáciles de mecanizar. O cobre posúe moi boa ductilidade e maleabilidade o que permite producir láminas e fíos moi delgados e finos. É un metal brando, cun índice de dureza 3 na escala de Mohs (50 na escala de Vickers) e a súa resistencia á tracción é de 210 MPa, cun límite elástico de 33, 3 MPa. Admite procesos de fabricación de deformación como laminación ou forxa, procesos de soldadura e as súas aliaxes adquiren propiedades diferentes con tratamentos térmicos como temple e recocido. En xeral, as súas propiedades melloran con baixas temperaturas o que permite utilizalo en aplicacións crioxénicas.
Características químicas
Na maioría dos seus compostos, o cobre presenta estados de oxidación baixos, sendo o máis común o 2, aínda que tamén hai algúns con estado de oxidación 1.
Exposto ao aire, a cor vermella salmón inicial, tórnase vermello violeta pola formación de óxido cuproso (Cu2O) para ennegrecerse posteriormente pola formación de óxido cúprico (CuO). A coloración azul do Cu+2 débese á formación do ión [Cu (OH2)6]+2.
Exposto longo tempo ao aire húmido, forma unha capa adherente e impermeable de carbonato básico (carbonato cúprico) de cor verde e velenoso. Tamén poden formarse pátinas de verdete, unha mestura velenosa de acetatos de cobre de cor verdoso ou azulado que se forma cando os óxidos de cobre reaccionan con ácido acético, que é o responsable do sabor do vinagre e prodúcese en procesos de fermentación acética. Ao empregar utensilios de cobre para a cocción de alimentos, deben tomarse precaucións para evitar intoxicacións por verdete que, malia o seu mal sabor, pode ser enmascarado con salsas e condimentos e ser inxerido.
Os halóxenos atacan con facilidade ao cobre, especialmente en presenza de humidade. En seco, o cloro e o bromo non producen efecto e o flúor só lle ataca a temperaturas superiores a 500 °C. O cloruro cuproso e o cloruro cúprico, combinados co osíxeno e en presenza de humidade producen ácido clorhídrico, ocasionando unhas manchas de atacamita ou paratacamita, de cor verde pálido a azul verdoso, suaves e poeirentas que non se fixan sobre a superficie e producen máis cloruros de cobre, iniciando de novo o ciclo da erosión.
Os ácidos oxiácidos atacan ao cobre, polo cal utilízanse estes ácidos como decapantes (ácido sulfúrico) e abrillantadores (ácido nítrico). O ácido sulfúrico reacciona co cobre formando un sulfuro, CuS (covelina) ou Cu2S (calcocita) de cor negra e auga. Tamén poden formarse sales de sulfato cúprico (antlerita) con cores de verde a azul verdoso. Estes sales son moi comúns nos ánodos dos acumuladores de chumbo que se empregan nos automóbiles.
O ácido cítrico disolve o óxido de cobre, polo que se aplica para limpar superficies de cobre, lustrando o metal e formando citrato de cobre. Se logo de limpar o cobre con ácido cítrico, se volve a utilizar o mesmo pano para limpar superficies de chumbo, o chumbo bañarase dunha capa externa de citrato de cobre e citrato de chumbo
cunha cor avermellada e negra.
Propiedades biolóxicas
Nas plantas, o cobre posúe un importante papel no proceso da fotosíntese e forma parte da composición da plastocianina. Ao redor do 70 % do cobre dunha planta está presente na clorofila, principalmente nos cloroplastos. Os primeiros síntomas nas plantas por deficiencia de cobre aparecen en forma de follas estreitas e retortas, ademais de puntas esbrancuxadas. As panículas e as vaíñas poden aparecer baleiras por unha deficiencia severa de cobre, ocasionando graves perdas económicas na actividade agrícola.
O cobre contribúe á formación de glóbulos vermellos e ao mantemento dos vasos sanguíneos, nervios, sistema inmunitario e ósos e xa que logo é esencial para a vida humana. O cobre atópase nalgúns enzimas como o citocromo c oxidase, a lisil oxidase e a superóxido dismutase.
O desequilibrio de cobre no organismo cando se produce en forma excesiva ocasiona unha enfermidade hepática coñecida como enfermidade de Wilson, a orixe desta enfermidade é hereditario, e separadamente do trastorno hepático que ocasiona tamén dana ao sistema nervioso. Trátase dunha enfermidade pouco común. [Cómpre referencia]
Pode producirse deficiencia de cobre en nenos cunha dieta pobre en calcio, especialmente se presentan diarreas ou desnutrición. Tamén hai enfermidades que diminúen a absorción de cobre, como a enfermidade celíaca, a fibrose quística ou ao levar dietas restritivas.
O cobre atópase nunha gran cantidade de alimentos habituais da dieta tales como ostras, mariscos, legumes, vísceras e noces entre outros, ademais da auga potable e polo tanto é moi raro que se produza unha deficiencia de cobre no organismo.
Precaucións sanitarias do cobre
Malia que o cobre é un oligoelemento necesario para a vida, uns niveis altos deste elemento no organismo poden ser daniños para a saúde. A inhalación de niveis altos de cobre pode producir irritación das vías respiratorias. A inxestión de niveis altos de cobre pode producir náuseas, vómitos e diarrea. Un exceso de cobre no sangue pode danar o fígado e os riles, e ata causar a morte. Inxerir por vía oral unha cantidade de 30 g de sulfato de cobre é potencialmente letal nos humanos.
Para as actividades laborais nas que se elaboran e manipulan produtos de cobre, é necesario utilizar medidas de protección colectiva que protexan aos traballadores. O valor límite tolerado é de 0, 2 mg/m³ para o fume e 1 mg/m³ para o po e a néboa. O cobre reacciona con oxidantes fortes tales como cloratos, bromatos e ioduros, orixinando un perigo de explosión. Ademais pode ser necesario o uso de equipos de protección individual como luvas, lentes e máscaras. Ademais, pode ser recomendable que os traballadores se duchen e cambien de roupa antes de volver á súa casa cada día.
A Organización Mundial da Saúde (OMS) na súa Guía da calidade da auga potable recomenda un nivel máximo de 2 mg/l. O mesmo valor foi adoptado na Unión Europea como valor límite de cobre na auga potable, mentres que nos Estados Unidos a Axencia de Protección Ambiental estableceu un máximo de 1, 3 mg/l. A auga con concentracións de cobre superiores a 11 mg/l pode ensuciar a roupa ao lavala e presentar un sabor metálico desagradable. A Axencia para Substancias Tóxicas e o Rexistro de Enfermidades dos Estados Unidos recomenda que, para diminuír os niveis de cobre na auga potable que se conduce por tubos de cobre, se deixe correr a auga polo menos 15 segundos antes de bebela ou usala por primeira vez na mañá.
As actividades mineiras poden provocar a contaminación de ríos e augas subterráneas con cobre e outros metais durante a súa explotación así como unha vez abandonada a minería na zona. A cor turquesa da auga e as rocas débese á acción que o cobre e outros metais desenvolven durante a súa explotación mineira. Aliaxes e tipos de cobre
Desde o punto de vista físico, o cobre puro posúe moi baixo límite elástico (33 MPa) e unha dureza escasa (3 na escala de Mohs ou 50 na escala de Vickers). En cambio, unido en aliaxe con outros elementos adquire características mecánicas moi superiores, aínda que diminúe a súa condutividade. Existe unha ampla variedade de aliaxes de cobre, de cuxas composicións dependen as características técnicas que se obteñen, polo que se utilizan en multitude de obxectos con aplicacións técnicas moi diversas. O cobre aliase principalmente cos seguintes elementos: Zn, Sn, Al, Nin, Be, Si, Cd, Cr e outros en menor cuantía.
Segundo os fins aos que se destinan na industria, clasifícanse en aliaxes para forxa e en aliaxes para moldeo. Para identificalas teñen as seguintes nomenclaturas xerais segundo a norma ISO 1190-1: 1982 ou o seu equivalente UNE 37102: 1984. Ambas normas utilizan o sistema UNS (do inglés Unified Numbering System).
Latón (Cu-Zn)
O latón, tamén coñecido como cuzin, é unha aliaxe de cobre, cinc (Zn) e, en menor proporción, outros metais. Obtense mediante a fundición dos seus compoñentes nun crisol ou mediante a fundición e redución de menas sulfurosas nun forno de reverbero ou de cubilote. Nos latóns industriais, a porcentaxe de Zn mantense sempre inferior o 50%. A súa composición inflúe nas características mecánicas, a fusibilidade e a capacidade de conformación por fundición, forxa e mecanizado. En frío, os lingotes obtidos defórmanse plasticidade producindo láminas, varillas ou córtanse en tiras susceptibles de estirarse para fabricar arames. A súa densidade depende da súa composición, xeralmente rolda entre 8, 4 g/cm³ e 8, 7 g/cm³.
As características dos latóns dependen da proporción de elementos que interveñan na aliaxe de tal forma que algúns tipos de latón son maleables unicamente en frío, outros exclusivamente en quente, e algúns non o son a ningunha temperatura. Todos os tipos de latón vólvense crebadizos cando se quentan a unha temperatura próxima ao punto de fusión.
O latón é máis duro que o cobre, pero fácil de mecanizar, gravar e fundir. É resistente á oxidación, ás condicións salinas e é maleable, polo que pode laminarse en ferros finos. A súa maleabilidade varía a temperatura e coa presenza, mesmo en cantidades mínimas, doutros metais na súa composición.
Unha pequena achega de chumbo na composición do latón mellora a maquinabilidade porque facilita a fragmentación das labras no mecanizado. O chumbo tamén ten un efecto lubricante polo seu baixo punto de fusión, o que permite retardar o desgaste da ferramenta de corte.
O latón admite poucos tratamentos térmicos e unicamente se realizan recocidos de homoxeneización e recristalización. O latón ten unha cor amarelo brillante, con parecido ao ouro, característica que é aproveitada na xoiaría, especialmente na bixutería, e no galvanizado de elementos decorativos. As aplicacións dos latóns abarcan outros campos moi diversos, como armamento, caldeirería, soldadura, fabricación de arames, tubos de condensadores eléctricos e terminais eléctricos. Como non é atacado pola auga salgada, úsase tamén nas construcións de barcos e en equipos pesqueiros e mariños.
O latón non produce faíscas por impacto mecánico, unha propiedade atípica nas aliaxes. Esta característica converte ao latón nun material importante na fabricación de envases para a manipulación de compostos inflamables, cepillos de limpeza de metais e nos pararraios.
Bronce (Cu-Sn)
As aliaxes en cuxa composición predominan o cobre e o estaño (Sn) coñécense co nome de bronce e son coñecidas desde a antigüidade. Hai moitos tipos de bronces que conteñen ademais outros elementos como aluminio, berilio, cromo ou silicio. A porcentaxe de estaño nestas aliaxes está comprendido entre o 2 e o 22 %. Son de cor amarélente e as pezas fundidas de bronce son de mellor calidade que as de latón, pero son máis difíciles de mecanizar e máis caras.
A tecnoloxía metalúrxica da fabricación do bronce é un dos fitos máis importantes da historia da humanidade pois deu orixe á chamada Idade de Bronce. O bronce foi a primeira aliaxe fabricada voluntariamente polo ser humano: realizábase mesturando o mineral de cobre (calcopirita, malaquitaetc. ) e o de estaño (casiterita) nun forno alimentado con carbón vexetal. O resultante da combustión do carbón, que se oxidaba formando anhídrido carbónico, producía a redución dos minerais de cobre e estaño a metais. O cobre e o estaño que se fundían reducíanse entre un 5 e un 10 % en peso de estaño.
O bronce emprégase especialmente en aliaxes condutoras da calor, en baterías eléctricas e na fabricación de válvulas, tubos de enxeñaría e unións de fontanería. Algunhas aliaxes de bronce úsanse en unións deslizantes, como rodamentos e descansos, discos de fricción; e outras aplicacións onde se require alta resistencia á corrosión como rodetes de turbinas ou válvulas de bombas, entre outros elementos de máquinas. Nalgunhas aplicacións eléctricas é utilizado en resortes.
Alpaca (Cu-Ni-Zn)
As alpacas ou pratas alemás son aliaxes de cobre, níquel (Ni) e zinc (Zn), nunha proporción de 50-70 % de cobre, 13-25 % de níquel, e 13-25 % de zinc. As súas propiedades varían de forma continua en función da proporción destes elementos na súa composición, pasando de máximos de dureza a mínimos de condutividade. Estas aliaxes teñen a propiedade de rexeitar os organismos mariños (antifouling). Se a estas aliaxes de cobre-níquel-zinc se lle engaden pequenas cantidades de aluminio ou ferro constitúen aliaxes que se caracterizan pola súa resistencia á corrosión mariña, polo que se utilizan amplamente na construción naval, principalmente en condensadores e tubaxes, así como na fabricación de moedas e de resistencias eléctricas.
As aliaxes de alpaca teñen unha boa resistencia á corrosión e boas calidades mecánicas. A súa aplicación abarca materiais de telecomunicacións, instrumentos e accesorios de fontanería e electricidade, como billas, abrazadeiras, peiraos, conectores. Tamén se emprega na construción e ferraxería, para elementos decorativos e nas industrias químicas e alimentarias, ademais de materiais de vaixelas e ourivaría.
O monel é unha aliaxe que se obtén directamente de minerais canadenses e ten unha composición de Cu
28-30%, Ni
66-67%, Fe 3-3, 5%. Este material ten gran resistencia aos axentes corrosivos e ás altas temperaturas.
Outro tipo de alpaca é o chamado platinoide, aliaxe de cor branca composta de 60% de cobre, 14% de níquel, 24% de cinc e de 1-2% de volframio.
Outras aliaxes
Outras aliaxes de cobre con aplicacións técnicas son as seguintes: Cobre-cadmio (Cu-Cd)
Son aliaxes de cobre cunha pequena porcentaxe de cadmio e teñen unha maior resistencia que o cobre puro. Utilízanse en liñas eléctricas aéreas sometidas a fortes solicitacións mecánicas como catenarias e cables de contacto para tranvías.
Cobre-cromo (Cu-Cr) e Cobre-cromo-circonio (Cu-Cr-Zr)
Teñen unha alta condutividade eléctrica e térmica. Utilízanse en eléctrodos de soldadura por resistencia, barras de colectores, contactores de potencia, equipos siderúrxicos e resortes condutores.
Cobre-ferro-fósforo (Cu-Fe-P)
Para a fabricación de elementos que requiran unha boa condutividade eléctrica e boas propiedades térmicas e mecánicas engádense ao cobre partículas de ferro e fósforo. Estas aliaxes utilízanse en circuítos integrados porque teñen unha boa condutividade eléctrica, boas propiedades mecánicas e teñen unha alta resistencia á temperatura. Cobre-aluminio (Cu-Al)
As aliaxes de cobre con aluminio, tamén coñecidas como bronces e duraluminio, conteñen polo menos un 10% de aluminio. Estas aliaxes son moi parecidas polo seu cor ao ouro e moi apreciadas para traballos artísticos. Teñen boas propiedades mecánicas e unha elevada resistencia á corrosión. Utilízanse tamén para os trens de aterraxe dos avións e en certas construcións mecánicas.
Cobre-berilio (Cu-Be)
É unha aliaxe constituída esencialmente por cobre. Esta aliaxe ten importantes propiedades mecánicas e gran resistencia á corrosión. Utilízase para fabricar peiraos, moldes para plásticos, eléctrodos para soldar por resistencia e ferramentas antideflagrantes.
Cobre-prata (Cu-Ag) ou cobre á prata
É unha aliaxe débil polo seu alto contido de cobre, que se caracteriza por unha alta dureza que lle permite soportar temperaturas de ata 226 °C, mantendo a condutividade eléctrica do cobre.
Constantán (Cu55Nin45)
É unha aliaxe formada por un 55% de cobre e un 45% de níquel. Caracterízase por ter un unha resistividade eléctrica de 4, 9•10−7 Ω•m case constante nun amplo rango de temperaturas, cun coeficiente de temperatura de 14, 9•10−7 Ω•m. Emprégase na fabricación de termopares, galgas extensiométricas e moedas.
Manganina (Cu86Mn12Nin2)
É outra aliaxe cun moi baixo coeficiente de temperatura e utilízase en galgas extensiométricas e resistores de alta estabilidade. Ademais, o seu potencial termoeléctrico de contacto co cobre por efecto Seebeck é moi pequeno (+0, 6 mV/100 K). A súa resistividade eléctrica é duns 4, 9•10−7 Ω•m e o seu coeficiente de temperatura é de 10−8 K−1.
Algunhas aliaxes de cobre teñen pequenas porcentaxes de xofre e de chumbo que melloran a maquinabilidade da aliaxe. Tanto o chumbo como o xofre teñen moi baixa solubilidade no cobre, separándose respectivamente como chumbo (Pb) e como sulfuro cuproso (Cu2S) nos bordos de gran e facilitando a rotura das labras nos procesos de mecanizado, mellorando a maquinabilidade da aliaxe. Procesos industriais do cobre
Minería do cobre
O cobre nativo adoita acompañar aos seus minerais en bolsas que afloran á superficie explotándose en minas ao descuberto. O cobre obtense a partir de minerais sulfurados (80 %) e de minerais oxidados (20 %), os primeiros trátanse por un proceso denominado pirometalurxia e os segundos por outro proceso denominado hidrometalurxia. Xeralmente na capa superior atópanse os minerais oxidados (cuprita, melaconita), xunto a cobre nativo en pequenas cantidades, o que explica a súa elaboración milenaria xa que o metal podía extraerse facilmente en fornos de fosa. A continuación, por baixo do nivel freático, atópanse as piritas (sulfuros) primarias calcosina (Cu2S) e covellina (CuS) e finalmente as secundarias calcopirita (FeCuS2) cuxa explotación é máis rendible que as anteriores. Acompañando a estes minerais atópanse outros como a bornita (Cu5FES4), os cobres grises e os carbonatos azurita e malaquita que adoitan formar masas importantes nas minas de cobre por ser a forma na que usualmente se alteran os sulfuros.
A tecnoloxía para a obtención do cobre está moi ben desenvolvida aínda que é laboriosa debido á pobreza da lei dos minerais. Os xacementos de cobre conteñen xeralmente concentracións moi baixas do metal. Esta é a causa de que moitas das distintas fases de produción teñan por obxecto a eliminación de impurezas.
Metalurxia do cobre
A metalurxia do cobre depende de que o mineral se presente en forma de sulfuros ou de óxidos (cuproso ou cúprico).
Para os sulfuros utilízase para producir cátodos a vía chamada pirometalurxia, que consiste no seguinte proceso: Conminución do mineral -> Concentración (flotación) -> fundición en forno -> paso a convertedores -> afino -> moldeo de ánodos -> electrorefinación -> cátodo. O proceso de refinado produce uns cátodos cun contido do 99, 9 % de cobre. Os cátodos son uns ferros dun metro cadrado e un peso de 55 kg.
Outros compoñentes que se obteñen deste proceso son ferro (Fe) e xofre (S), ademais de moi pequenas cantidades de prata (Ag) e ouro (Au). Como impurezas do proceso extráense tamén chumbo (Pb), arsénico (As) e mercurio (Hg).
Como regra xeral unha instalación metalúrxica de cobre que produza 300. 000 t/ano de ánodos, consome 1. 000. 000 t/ano de concentrado de cobre e como subprodutos produce 900. 000 t/ano de ácido sulfúrico e 300. 000 t/ano de escouras.
Cando se trata de aproveitar os residuos minerais, a pequena concentración de cobre que hai neles atópase en forma de óxidos e sulfuros, e para recuperar ese cobre emprégase a tecnoloxía chamada hidrometalurxia, máis coñecida pola súa nomenclatura anglosaxoa Sx-Ew.
O proceso que segue esta técnica é o seguinte: Mineral de cobre-> lixiviación-> extracción-> electrólise-> cátodo
Esta tecnoloxía utilízase moi pouco porque a case totalidade de concentrados de cobre atópase formando sulfuros, sendo a produción mundial estimada de recuperación de residuos en torno ao 15 % da totalidade de cobre producido.
Tratamentos térmicos do cobre
O cobre e as súas aliaxes permiten determinados tratamentos térmicos para fins moi determinados sendo os máis usuais os de recocido, refinado e temple.
O cobre duro recocido preséntase moi ben para operacións en frío como son: dobrado, estampado e embutido. O recocido prodúcese quentando o cobre ou o latón a unha temperatura adecuada nun forno eléctrico de atmosfera controlada, e logo déixase arrefriar ao aire. Hai que procurar non superar a temperatura de recocido porque entón quéimase o cobre e tórnase crebadizo quedando inutilizable.
O refinado é un proceso controlado de oxidación seguida dunha redución. O obxectivo da oxidación é eliminar as impurezas contidas no cobre, volatilizándoas ou reducíndoas a escouras. O obxectivo da redución é mellorar a ductilidade e a maleabilidade do material.
Os tratamentos térmicos que se realizan os latóns son principalmente recocidos de homoxeneización, recristalización e estabilización. Os latóns con máis do 35 % de Zn poden temperarse para facelos máis brandos.
Os bronces habitualmente sométense a tratamentos de recocidos e de homoxeneización para as aliaxes de moldeo; e recocidos contra dureza e de recristalización para as aliaxes de forxa. O temple dos bronces de dous elementos constituíntes é análogo ao temperado do aceiro: quéntase a uns 600 °C e arrefríase rapidamente. Con isto conséguese diminuír a dureza do material, ao contrario do que sucede ao temperar aceiro e algúns bronces con máis de dous compoñentes. Aplicacións e usos do cobre
Xa sexa considerando a cantidade ou o valor do metal empregado, o uso industrial do cobre é moi elevado. É un material importante en multitude de actividades económicas e foi considerado un recurso estratéxico en situacións de conflito.
Cobre metálico
O cobre utilízase tanto cun gran nivel de pureza, próximo ao 100 %, como aliado con outros elementos. O cobre puro emprégase principalmente na fabricación de cables eléctricos.
Electricidade e telecomunicacións
O cobre é o metal non precioso con mellor condutividade eléctrica. Isto, unido a súa ductilidade e resistencia mecánica, convertérono no material máis empregado para fabricar cables eléctricos, tanto de uso industrial como residencial. Así mesmo empréganse condutores de cobre en numerosos equipos eléctricos como xeradores, motores e transformadores. A principal alternativa ao cobre nestas aplicacións é o aluminio.
Tamén son de cobre a maioría dos cables telefónicos, os cales ademais posibilitan o acceso a Internet. As principais alternativas ao cobre para telecomunicacións son a fibra óptica e os sistemas inalámbricos. Doutra banda, todos os equipos informáticos e de telecomunicacións conteñen cobre en maior ou menor medida, por exemplo nos seus circuítos integrados, transformadores e cableado interno.
Medios de transporte
O cobre emprégase en varios compoñentes de coches e camións, principalmente os radiadores (grazas á súa alta condutividade térmica e resistencia á corrosión), freos e rodamentos, ademais naturalmente dos cables e motores eléctricos. Un coche pequeno contén en total ao redor de 20 kg de cobre, subindo esta cifra a 45 kg para os de maior tamaño.
Tamén os trens requiren grandes cantidades de cobre na súa construción: entre 1 e 2 toneladas nos trens tradicionais e ata 4 toneladas nos de alta velocidade. Ademais as catenarias conteñen unhas 10 toneladas de cobre por quilómetro nas liñas de alta velocidade.
Por último, os cascos dos barcos inclúen a miúdo aliaxes de cobre e níquel para reducir o lixo producido polos seres mariños.
Construción e ornamentación
Unha gran parte das redes de transporte de auga están feitas de cobre ou latón, debido á súa resistencia á corrosión e as súas propiedades anti-bacterianas, quedando as tubaxes de chumbo en desuso polos seus efectos nocivos para a saúde humana. Fronte ás tubaxes de plástico, as de cobre teñen a vantaxe de que non arden en caso de incendio e, xa que logo, non liberan fumes e gases potencialmente tóxicos.
O cobre e, sobre todo, o bronce utilízanse tamén como elementos arquitectónicos e revestimentos en cubertas, fachadas, portas e xanelas. O cobre emprégase tamén a miúdo para os pomos das portas de locais públicos, xa que as súas propiedades anti-bacterianas evitan a propagación de epidemias.
Dúas aplicacións clásicas do bronce na construción e ornamentación son a realización de estatuas e de campás.
O sector da construción consome actualmente (2008) o 26% da produción mundial de cobre.
Moedas
Desde o inicio da cuñaxe de moedas na Idade Antiga o cobre emprégase como materia prima das mesmas, ás veces puro e, máis a miúdo, en aliaxes como o bronce e o cuproníquel.
Exemplos de moedas que inclúen cobre puro: As moedas de un, dous e cinco céntimos de euro son de aceiro recuberto de cobre. A moeda de 1 centavo de dólar estadounidense é de cinc recuberto de cobre.
Exemplos de moedas de cuproníquel: Disco interior da moeda de 1 euro e parte exterior da moeda de 2 euros. Moedas de 25 e 50 céntimos de dólar estadounidense. Moedas españolas de 5, 10, 25, 50 e 200 pesetas cuñadas desde 1949.
Exemplos de moedas doutras aliaxes de cobre: As moedas de dez, vinte e cincuenta céntimos de euro son de ouro nórdico, unha aliaxe que contén un 89 % de cobre. As moedas arxentinas de 5, 10, 25 e 50 centavos de peso na súa versión dourada, son de 92 % de cobre e 8 % de aluminio.
Outras aplicacións
O cobre participa na materia prima dunha gran cantidade de diferentes e variados compoñentes de todo tipo de maquinaria, tales como casquillos, coxinetes, embelecedores, etc. Forma parte dos elementos de bixutería, lámpadas e tubos fluorescentes, caldeirería, electroimáns, moedas, instrumentos musicais de vento, microondas, sistemas de calefacción e aire acondicionado. O cobre, o bronce e o latón son aptos para tratamentos de galvanizado para cubrir outros metais.
Cobre non metálico
O sulfato de cobre (II) tamén coñecido como sulfato cúprico é o composto de cobre de maior importancia industrial e emprégase como adubo sintético e pesticida en agricultura, alguicida na depuración da auga e como conservante da madeira.
O sulfato de cobre está especialmente indicado para suplir funcións principais do cobre na planta, no campo das encimas: oxidasas do ácido ascórbico, polifenol, citocromoetc. Tamén forma parte da plastocianina contida nos cloroplastos e que participa na cadea de transferencia de electróns da fotosíntese. A súa absorción realízase mediante un proceso activo metabolicamente. Practicamente non é afectado pola competencia doutros catións pero, pola contra, afecta aos demais catións. Este produto pode ser aplicado en invernadoiros para todo tipo de cultivo e en calquera zona climática.
Para a decoración de azulexos e cerámica, realízanse vidrados que proporcionan un brillo metálico de diferentes cores. Para decorar a peza unha vez cocida e vidrada, aplícanse mesturas de óxidos de cobre e outros materiais e despois vólvese a cocer a peza a menor temperatura. Ao mesturar outros materiais cos óxidos de cobre poden obterse diferentes tonalidades. Para as decoracións de cerámica, tamén se empregan películas metálicas de prata e cobre en mesturas coloidais de vernices cerámicos que proporcionan tons parecidos ás irisacións metálicas do ouro ou do cobre.
Un pigmento moi utilizado en pintura para os tons verdes é o verdete, tamén coñecido neste ámbito como verdigris, que consiste nunha mestura formada principalmente por acetatos de cobre, que proporciona tons verdosos ou azulados. Produtos do cobre
Fundición: blíster e ánodos
O cobre blíster, tamén chamado ampollado ou anódico, ten unha pureza de entre 98 e 99, 5 %, e a súa principal aplicación é a fabricación por vía electrolítica de cátodos de cobre, cuxa pureza alcanza o 99, 99 %. Tamén se pode empregar para sintetizar sulfato de cobre e outros produtos químicos. A súa principal aplicación é a súa transformación en ánodos de cobre.
O paso intermedio na transformación de cobre blíster en cátodos de cobre é a produción de ánodos de cobre, con preto do 99, 6 % de pureza. Un ánodo de cobre ten unhas dimensións aproximadas de 100x125 cm, un grosor de 5 cm e un peso aproximado de 350 kg.
Refinaría: cátodos
O cátodo de cobre constitúe a materia prima idónea para a produción de arame groso de cobre de altas especificacións. É un produto, cun contido superior ao 99, 99 % de cobre, é resultante do refino electrolítico dos ánodos de cobre. A súa calidade está dentro da denominación Cu-CATH-01 baixo a norma EN 1978: 1998. Preséntase en paquetes enroscados e láminas, cuxa ferro ten unhas dimensións de 980x930 mm e un grosor de 7 mm cun peso aproximado de 47 kg. O seu uso fundamental é a produción de arame groso de cobre de alta calidade, aínda que tamén se utiliza para a elaboración doutros semitransformados de alta esixencia.
Subprodutos de fundición e refinaría
Despois do proceso de elaborar ánodo de cobre e cátodo de cobre obtéñense os seguintes subprodutos: ácido sulfúrico, escoura granulada, lodos electrolíticos, sulfato de níquel e xeso.
Arame groso
O arame groso de cobre é un produto resultante da transformación de cátodo na coada continua. O seu proceso de produción realízase segundo as normas ASTM B49-92 e EN 1977.
As características esenciais do arame groso producido pola empresa Atlantic-copper son: Diámetro e tolerancia: 8 mm ± 0, 4 mm. Cu: 99, 97 % min. Osíxeno: 200 ppm. Condutividade eléctrica: > 101 % (IACS. Test de elongación espiral: > 450 m (200 °C)
O arame groso comercialízase en bobinas flexadas sobre palé de madeira e protexidas con funda de plástico. Cuxas dimensións son: Peso bobina 5000 kg, diámetro exterior 1785 mm, diámetro interior 1150 mm e altura 900 mm. As aplicacións do arame groso son para a fabricación de cables eléctricos que requiran unha alta calidade, xa sexan esmaltados ou multifilares de diámetros de 0, 15/0, 20 mm.
Arame de cobre espido
O arame de cobre espido prodúcese a partir do arame groso e mediante un proceso de desbaste nun forno de recocido. Obtense arame espido formado por un fío de cobre electrolítico en tres amornes, duro, semiduro e suave e utilízase para usos eléctricos prodúcese nunha gama de diámetros de 1 mm a 8 mm e en bobinas que poden pesar da orde de 2250 kg. Este arame utilízase en liñas aéreas de distribución eléctrica, en neutros de subestacións, conexións a terra de equipos e sistemas e para fabricar fíos planos, esmaltados e multifilares que poden ter un diámetros de 0, 25/0, 22 mm. Está fabricado a base de cobre de alta pureza cun contido mínimo de 99, 9 % de Cu. Este tipo de arame ten unha alta condutividade, ductilidade e resistencia mecánica así como gran resistencia á corrosión en ambientes salobres.
Trefilado
Denomínase trefilado ao proceso de adelgazamento do cobre a través do estiramento mecánico que se exerce ao mesmo ao partir de arame groso de 6 ou 8 mm de diámetro co obxectivo de producir cables eléctricos flexibles coa sección requirida. Un cable eléctrico componse de varios fíos que mediante un proceso de extrusión aplícaselle o illamento exterior cun composto plástico de PVC ou polietileno. Xeralmente o calibre de entrada é de 6 a 8 mm, para logo adelgazalo ao diámetro requirido. Como o trefilado é un proceso continuo vanse formando diferentes bobinas ou rolos que van sendo cortados ás lonxitudes requiridas ou establecidas polas normas e son debidamente etiquetados cos correspondentes datos técnicos do cable.
Chámase apantallado á cubrición dun condutor central debidamente illado por varios fíos condutores de cobre, que entrelazados ao redor forman unha pantalla. Cando é necesario illar un fío condutor mediante esmaltado aplícaselle unha capa de verniz (poliesterimida). Estas mesturas de resinas son usadas para recubrir o condutor metálico quedando illados do medio ambiente que o rodea e logrando desta forma conducir o fluxo eléctrico sen problemas.
Tubos
Un tubo é un produto oco, de sección normalmente redonda, que ten unha periferia continua e que é utilizado en fontanería e sistemas mecánicos para o transporte de líquidos ou gases. Os tubos de cobre utilízanse masivamente en edificios residenciais, comerciais e industriais.
Para a fabricación de tubo se parte, polo xeral, dunha mestura de cobre refinado e de ferralla de calidade controlada, que se funde nun forno. Da coada de cobre obtéñense lingotes coñecidos como «billets», que teñen forma cilíndrica, uns 300 mm de diámetro e 8 m de longo e un peso dunhas 5 toneladas. Os tubos sen costura fabrícanse a partir destes lingotes mediante as operacións seguintes: Corte dos lingotes en pezas duns 700 mm de longo.
Quecemento en forno de túnel a entre 800 e 900 °C.
Extrusión a alta temperatura, pola cal se obtén nunha soa pasada unha peza ou pretubo de gran diámetro con paredes moi grosas. A máquina na que se realiza esta operación denomínase "extrusor" e consiste dun "mandril" que aperta o lingote quente ata facelo pasar a través dunha matriz calibrada. Durante a extrusión, o cobre sofre unha oxidación superficial que pode prexudicar as operacións posteriores.
Laminación en frío, que reduce o grosor da parede do tubo, conservando a súa sección circular. Realízase pasando o pretubo, cun mandril inserido, entre dous cilindros que xiran en sentido contrario e que teñen un movemento de vaivén en sentido lonxitudinal.
Trefilado en frío, que estira o tubo e reduce o seu diámetro ata as diferentes especificacións comerciais. Realízase nunha máquina chamada "Bull Block" na que o tubo é obrigado a pasar a través de varias matrices externas e dun calibre interno chamado "mandril flotante".
Recocido, tratamento térmico que recristaliza o cobre e permítelle recuperar a plasticidade perdida ao longo das operacións anteriores.
Acabado. Ao tubo recocido pódenselle aplicar diversos tipos de acabado en función da aplicación, por exemplo un revestimento externo de protección ou un acabado interno moi liso.
Control de calidade. Unha proba utilizada frecuentemente para detectar imperfeccións en tubos de cobre é a de indución electromagnética por correntes de Foucault.
Embalaxe, que varía segundo o tipo de tubo. Mentres que os recocidos ou os de amorne brando necesitan embalaxes que os protexan de deformacións durante o transporte, os tubos laminados en frío de amorne duro empaquetanse simplemente en fardos. Non necesita protección dos axentes atmosféricos.
Laminación
Unha das propiedades fundamentais do cobre é a súa maleabilidade que permite producir todo tipo de láminas desde grosores moi pequenos, tanto en forma de rolo continuo como en ferros de diversas dimensións, mediante as instalacións de laminación adecuadas.
Fundición de pezas
O cobre puro non é moi adecuado para fundición por moldeo porque produce galleo. Este fenómeno consiste en que o osíxeno do aire absórbese sobre o cobre a altas temperaturas e forma burbullas; cando despois arrefríase o metal, libérase o osíxeno das burbullas e quedan ocos microscópicos sobre a superficie das pezas fundidas.
As súas aliaxes si permiten fabricar pezas por calquera dos procesos de fundición de pezas que existen dependendo do tipo de peza e da cantidade que se teña que producir. Os métodos máis usuais de fundición son por moldeo e por centrifugado.
Denomínase fundición por moldeo ao proceso de fabricación de pezas, comunmente metálicas pero tamén de plástico, consistente en fundir un material e introducilo nunha cavidade, chamada molde, onde se solidifica. O proceso tradicional é a fundición en area, por ser esta un material refractario moi abundante na natureza e que, mesturada con arxila, adquire cohesión e moldeabilidade sen perder a permeabilidade que posibilita evacuar os gases do molde á vez que se verte o metal fundido
O proceso de fundición centrifugada consiste en depositar unha capa de fundición líquida nun molde de revolución xirando a gran velocidade e solidificar rapidamente o metal mediante un arrefriado continuo do molde ou coquilla. As aplicacións deste tipo de fundición son moi variadas.
Forxado
O forxado en quente dunha peza consiste en inserir nun molde unha barra de metal, quentala á temperatura adecuada e obrigala a deformarse plasticamente ata adoptar a forma do molde. A vantaxe de forxar en quente é que se reduce a potencia mecánica que debe fornecer a prensa para a deformación plástica.
Os produtos do cobre e as súas aliaxes reúnen moi boas condicións para producir pezas por procesos de estampaxe en quente, permitindo o deseño de pezas sumamente complexas grazas á gran ductilidade do material e a escasa resistencia á deformación que opón, proporcionando así unha vida longa ás matrices. Unha aliaxe de cobre é "forxable" en quente se existe un rango de temperaturas suficientemente amplo no que a ductilidade e a resistencia á deformación sexan aceptables. Este rango de temperaturas depende de composición química que teña, na que inflúen os elementos engadidos e das impurezas.
Mecanizado
As pezas de cobre ou das súas aliaxes que van someterse a traballos de mecanizado por arranque de labra teñen na súa composición química unha pequena achega de chumbo e xofre que provoca unha fractura mellor da labra cortada.
Actualmente (2008) o mecanizado de compoñentes de cobre, realízase baixo o concepto de mecanizado rápido en seco coa ferramenta refrixerada por aire se é necesario. Este tipo de mecanizado rápido caracterízase por que os cabezais das máquinas xiran a velocidades moi altas conseguindo grandes velocidades de corte en ferramentas de pouco diámetro.
Así mesmo, as ferramentas que se utilizan adoitan ser integrais de metal duro, con recubrimentos especiais que posibilitan traballar con avances de corte moi elevados. Os recubrimentos e materiais destas ferramentas son moi resistentes ao desgaste, poden traballar a temperaturas elevadas, por iso é polo que non será necesario moitas veces a súa refrixeración, teñen un coeficiente de fricción moi baixo e conseguen acabados superficiais moi finos e precisos.
Soldadura
Para soldar unións de cobre ou das súas aliaxes utilízanse dous tipos de soldadura diferentes: soldadura branda e soldadura forte.
A soldadura branda é aquela que se realiza a unha temperatura duns 200 °C e utilízase para a unión dos compoñentes de circuítos impresos e electrónicos. Utilízanse soldadores de estaño e o material de achega é unha aliaxe de estaño e chumbo en forma de arame en rolo e que ten resina desoxidante na súa alma. É unha soldadura pouco resistente e serve para asegurar a continuidade da corrente eléctrica a través do circuíto.
As soldaduras de tubaxes de auga e gas realizadas polos fontaneiros son de diversos tipos en función dos materiais que se queiran unir e da estanquidade que se queira conseguir da soldadura. Actualmente, a maioría dos tubos de instalacións de fontanería son de cobre, aínda que en ocasións úsanse tamén outros materiais.
A soldadura de tubaxes de cobre realízase con sopretes de gas que proporcionan a chama para fundir o material soldante. O combustible do soprete pode ser butano ou propano.
O cobre utilízase tamén como aglutinante na soldadura forte de fontanería, utilizada para conducións de gas e canalizacións complexas de auga quente. Un metal alternativo para esta aplicación é a prata.
Caldeiraría
Chámase caldeiraría a unha especialidade profesional da rama de fabricación metálica que ten como función principal a construción de depósitos aptos para a almacenaxe e transporte de sólidos en forma de grans ou áridos, líquidos e gas así como todo tipo de construción naval e estruturas metálicas. Grazas á excelente condutividade térmica que ten a chapa de cobre utilízase para fabricar alambiques, caldeiras, serpentíns, cubertas, etc.
Embutición
Denomínase embutición ao proceso de conformado en frío polo que se transforma un disco ou peza recortada, segundo o material, en pezas ocas, e mesmo partindo de pezas previamente embutidas, estiralas a unha sección menor con maior altura.
O obxectivo é conseguir unha peza oca de acordo coa forma definida pola matriz de embutición que se utilice, mediante a presión exercida pola prensa. A matriz de embutición tamén é coñecida como molde.
Trátase dun proceso de conformado de chapa por deformación plástica no curso do cal a chapa sofre simultaneamente transformacións por estirado e por recalcado producíndose variacións no seu espesor. Para a embutición empréganse, case exclusivamente, prensas hidráulicas.
A chapa de cobre e as súas aliaxes teñen unhas propiedades moi boas para ser conformados en frío. A embutición é un bo proceso para a fabricación en chapa fina de pezas con superficies complexas e altas esixencias dimensionais, substituíndo con éxito as pezas tradicionalmente fabricadas por fundición e mecanizado.
Estampaxe
Coñécese co nome de estampaxe á operación mecánica que se realiza para gravar un debuxo ou unha lenda na superficie plana dunha peza que xeralmente é de chapa metálica. As chapas de cobre e as súas aliaxes reúnen condicións moi boas para realizar nelas todo tipo de gravados.
Os elementos claves da estampaxe constitúeno unha prensa que pode ser mecánica, pneumática ou hidráulica; de tamaño, forma e potencia moi variada, e unha matriz chamada estampa ou cuño, onde está gravado o debuxo que se desexa cuñar na chapa, e que ao dar un golpe seco sobre a mesma queda gravado.
O estampado dos metais realízase por presión ou impacto, onde a chapa adáptase á forma do molde. A estampaxe é unha das tarefas de mecanizado máis fáciles que existen, e permite un gran nivel de automatismo do proceso cando se trata de realizar grandes cantidades de pezas.
A estampaxe pódese realizar en frío ou en quente, a estampaxe de pezas en quente chámase forxa, e ten un funcionamento diferente á estampaxe en frío que se realiza en chapas xeralmente. As chapas de aceiro, aluminio, prata, latón e ouro son as máis adecuadas para a estampaxe. Unha das tarefas de estampaxe máis coñecidas é a que realiza a estampaxe das caras das moedas no seu proceso de cuñaxe.
Cuñaxe
Denomínase cuñaxe a operación mecánica que se realiza para producir pezas de chapa metálica ou onde sexa necesario realizar diversos buracos nas mesmas. Para realizar esta tarefa, utilízanse desde simples mecanismos de accionamento manual ata sofisticadas prensas mecánicas de gran potencia.
Os elementos básicos dunha prensa cuñadora constitúeno o cuño que ten a forma e dimensións exteriores da peza ou dos buracos que se queiran realizar, e a matriz de corte por onde se insire o cuño cando é impulsado de forma enérxica pola potencia que lle proporciona a prensa mediante un accionamento de excéntrica e que proporciona un golpe seco e contundente sobre a chapa, producindo un corte limpo da mesma.
Segundo o traballo que se teña que realizar, así son deseñadas e construídas as prensas. Hai matrices simples e progresivas onde a chapa, que está en forma de grandes rolos, avanza automaticamente provocando o traballo de forma continuado, e non requirindo outros coidados que cambiar de rolo de chapa cando se termina e ir retirando as pezas troqueladas así como vixiar a calidade do corte que realizan.
Cando o corte se deteriora por desgaste do cuño e da matriz, desmóntanse da máquina e rectifícanse nunha rectificadora plana, establecendo un novo corte. Unha matriz e un cuño permiten moitos reafiados ata que se desgastan totalmente.
Hai cuñadoras que funcionan cun cabezal onde pode levar inserido varios cuños de diferentes medidas e unha mesa ampla onde se coloca a chapa que se quere mecanizar. Esta mesa é activada mediante control numérico por computadora (CNC) e desprázase ao longo e ancho da mesma a gran velocidade, producindo as pezas con rapidez e exactitude. Toxicidade do cobre
Os mecanismos subxacentes para os efectos da intoxicación por Cu en humanos non son moi comprendidos. O Cu é un metal de transición que, do mesmo xeito que o resto deste tipo de metais (excepto o Zn), ten electróns desapareados nos seus orbitais externos. Por este motivo é que estes metais poden ser considerados radicais libres.
Exposición humana
O cobre pode ser atopado en moitas clases de comidas, na auga potable e no aire. Debido a que absorbemos unha cantidade eminente de cobre cada día pola comida, bebendo e respirando. A absorción do cobre é necesaria, porque o cobre é un elemento traza que é esencial para a saúde dos humanos. Aínda que os humanos poden manexar concentracións de cobre proporcionalmente altas, moito cobre pode tamén causar problemas de saúde.
As concentracións do cobre no aire son usualmente bastante baixas, así que a exposición ao cobre por respiración é insignificante. Pero xente que vive preto de fundicións que procesan o mineral cobre en metal poden experimentar esta clase de exposición.
A xente que vive en casas que aínda ten tubaxes de cobre están expostas a máis altos niveis de cobre que a maioría da xente, porque o cobre é liberado nas súas augas a través da corrosión das tubaxes.
Exposición ambiental
A produción mundial de cobre está aínda crecendo. Isto basicamente significa que cada vez máis cobre termina no medio ambiente. Os ríos están a depositar barro nas súas beiras que están contaminados con cobre, debido á vertedura de augas residuais contaminadas con cobre. O cobre entra no aire, maioritariamente a través da liberación durante a combustión de fuel. O cobre no aire permanecerá por un período de tempo eminente, antes de depositarse cando empeza a chover. Este terminará maiormente nos chans, como resultado os chans poden tamén conter grandes cantidades de cobre despois de que este sexa depositado desde o aire.
O cobre pode ser liberado no medio ambiente tanto por actividades humanas como por procesos naturais. Exemplo de fontes naturais son as tormentas de po, descomposición da vexetación, incendios forestais e aerosois mariños. O cobre é a miúdo atopado preto de minas, asentamentos industriais, vertedoiros e lugares de residuos.
Cando o cobre termina no chan este é fortemente atado as materias orgánica e minerais.
O cobre non rompe no ambiente e por iso pódese acumular en plantas e animais cando este se atopa no chan. En chans ricos en cobre só un número pequeno de plantas poden vivir. O cobre pode seriamente influír no proceso de certas terras agrícolas, dependendo da acidez do chan e a presenza de materia orgánica. A pesar disto o esterco que contén cobre é aínda usado.
O cobre pode interromper a actividade no chan, a súa influencia negativa na actividade de microorganismos e lombrigas de terra. A descomposición da materia orgánica pode diminuír debido a isto.
Cando os chans das granxas están contaminados con este material, os animais poden absorber concentracións de cobre que danan a súa saúde. Principalmente as ovellas sofren un grande efecto por envelenamento con cobre, debido a que os efectos do cobre maniféstanse a baixas concentracións.
Toxicidade aguda
A pesar de que nos traballos químicos de referencia indícase que os sales de cobre son tóxicas, na práctica isto só é certo cando as disolucións utilízanse de forma incontrolada, con fins suicidas ou como tratamento tópico de áreas con queimaduras graves. Cando se inxire sulfato de cobre, tamén coñecido como pedra azul ou azul vitriolo, en cantidades da orde de gramos, prodúcense náuseas, vómitos, diarrea, sudación, hemólise intravascular e posible fallo renal; en raras ocasións, obsérvanse tamén convulsións, coma e a morte. Cando se beben augas carbonatadas ou zumes de cítricos que estiveron en contacto con recipientes, canos, billas ou válvulas de cobre pódese producir irritación do tracto gastrointestinal, que poucas veces chega a ser grave. Este tipo de bebidas son suficientemente ácidas para disolver niveis de cobre irritantes. Existe un informe de úlceras corneais e irritación cutánea, con baixa toxicidade doutro tipo, nun mineiro do cobre que caeu nun baño electrolítico, aínda que a causa puido ser a acidez máis que o cobre. Nalgúns casos en que se utilizaron sales de cobre para o tratamento de queimaduras, observáronse concentracións elevadas de cobre sérico e manifestacións tóxicas. A inhalación de pos, fumes ou néboas de sales de cobre pode causar conxestión nasal e das mucosas, e ulceración con perforación do tabique nasal. Os fumes desprendidos durante o quecemento do cobre metálico poden producir febre, náuseas, gastralxias e diarrea.
Toxicidade crónica
Efectos tóxicos crónicos atribuíbles ao cobre só parecen existir en persoas que herdaron unha parella específica de xenes recesivos autosómicos e que, como consecuencia, desenvolven unha dexeneración hepatolenticular (enfermidade de Wilson). É unha enfermidade rara. A maior parte da alimentación diaria que consome o home contén de 2 a 5 mg de cobre, que practicamente non se retén no organismo. O contido corporal de cobre nunha persoa adulta é de 100 a 150 mg e é case constante. En individuos normais (sen enfermidade de Wilson), case todo o cobre está presente como parte integrante e funcional dunha ducia de proteínas e sistemas encimáticos, como a citocromo oxidasa, a dopa-oxidasa e a ceruloplasmina sérica. En persoas que inxiren grandes cantidades de recoiro ou mariscos de cuncha, fígado, cogomelos, noces e chocolate, alimentos todos eles ricos en cobre, ou en mineiros que traballan e comen durante 20 anos ou máis nun ambiente cargado cun 1 ó 2 % de po de minerais de cobre, poden chegar a observarse concentracións ata 10 veces superiores ao normal. Con todo, aínda non se describiu ningún caso de toxicidade crónica primaria por cobre (perfectamente definida a partir das observacións de pacientes con toxicose por cobre crónica herdada "a enfermidade de Wilson" como disfunción e lesións estruturais hepáticas, do sistema nervioso central, dos riles, os ósos e os ollos) excepto en persoas que padecen a enfermidade de Wilson. Con todo, os depósitos excesivos de cobre achados no fígado de pacientes con cirrose biliar primaria, colestase e cirrose infantil da India poden contribuír á gravidade da enfermidade hepática característica destes procesos.
Mecanismos de toxicose
Os mecanismos subxacentes para os efectos de intoxicación por Cu en humanos non son moi comprendidos. O Cu é un metal de transición que, do mesmo xeito que o resto deste tipo de metais (excepto o Zn), ten electróns desapareados nos seus orbitais externos. Por este motivo é que estes metais poden ser considerados radicais libres. O Cu, do mesmo xeito que o ferro pode participar nas reaccións tipo Fenton (1) e Häber-Weiss (2) producindo ROS: Cu+ + H2O2 → Cu2+ + OH• + OH-
Cu2+ + O2-• → Cu+ + O2
Os sales de Cu+ reaccionan co H2O2 con maior eficiencia que o Fe2+. De modo que o principal mecanismo de toxicose mediada por cobre pode descansar na súa habilidade para provocar sobreprodución de ROS e subsecuentemente dano prol-oxidativo a lípidos, ácidos nucleicos e proteínas
O cobre ten importantes efectos como axente citotóxico e xenotóxico desenvolvendo un papel importante na etiopatoxénese das neoplasias. Este último mecanismo consiste en danar a estrutura molecular do ADN por vía indirecta (ROS) ou directamente por formación de complexos con grupos funcionais das bases nitroxenadas que as modifican introducindo mutacións, ou dificultando o proceso de reparación.
Crese que unha das vías polas que os ións do cobre exercen o seu efecto tóxico é producindo un aumento da tensión oxidativo en múltiples tecidos do organismo. Reciclado
O cobre é un dos poucos materiais que non se degradan nin perden as súas propiedades químicas ou físicas no proceso de reciclaxe. Pode ser reciclado un número ilimitado de veces sen perder as súas propiedades, sendo imposible distinguir se un obxecto de cobre está feito de fontes primarias ou recicladas. Isto fai que o cobre sexa, desde a antigüidade, un dos materiais máis reciclados.
A reciclaxe proporciona unha parte fundamental das necesidades totais de cobre metálico. Estímase que en 2004 o 9 % da demanda mundial satisfíxose mediante a reciclaxe de obxectos vellos de cobre. Se tamén se considera "reciclaxe" o refundido dos refugallos do proceso de refinado do mineral, a porcentaxe de cobre reciclado ascende ao 34 % no mundo e ata un 41 % na Unión Europea.
A reciclaxe do cobre non require tanta enerxía como a súa extracción mineira. A pesar de que a reciclaxe require recoller, clasificar e fundir os obxectos de metal, a cantidade de enerxía necesaria para reciclar o cobre é só ao redor dun 25 % da requirida para converter o mineral de cobre en metal.
A eficacia do sistema de reciclaxe depende de factores tecnolóxicos como o deseño dos produtos, económicos como o prezo do cobre e sociais como a concienciación da poboación achega do desenvolvemento sustentable. Outro factor clave é a lexislación. Actualmente existen máis de 140 leis, regulacións, directivas e guías nacionais e internacionais que tratan de favorecer a xestión responsable do final do ciclo de vida dos produtos que conteñen cobre por exemplo: electrodomésticos, teléfonos e vehículos.
Na Unión Europea, a directiva 2002/96/CE sobre residuos de aparellos eléctricos e electrónicos (RAEE, ou WEEE do inglés Waste Electrical and Electronic Equipment) propicia unha política de minimización de desperdicios, que inclúe unha obrigatoria e drástica redución dos refugallos industriais e domiciliarios, e incentivos para os produtores que producen menos residuos. O obxectivo desta iniciativa era reciclar 4 quilos por habitante ao ano a fins de 2006.
Un exemplo de reciclaxe masiva de cobre constituíuno a substitución das moedas nacionais de doce países europeos polo euro en 2002, o cambio monetario máis grande da historia. Elimináronse da circulación unhas 260. 000 toneladas de moedas, contendo aproximadamente 147. 496 toneladas de cobre, que foron fundidas e recicladas para o seu uso nunha ampla gama de produtos, desde novas moedas ata diferentes produtos industriais. Produción e comercio
Produción mineira
A produción mundial de cobre durante o 2014 alcanzou un total de 18. 7 millóns de toneladas métricas de cobre fino. O principal país produtor é Chile, con case un terzo do total, seguido pola China e o Perú: De entre as dez maiores minas de cobre do mundo, cinco atópanse en Chile (Escondida, Codelco Norte, Collahuasi, El Teniente e Los Pelambres), dúas en Indonesia, unha nos Estados Unidos, unha en Rusia e outra no Perú (Antamina).
Reservas
De acordo a información entregada no informe anual do United States Geological Survey (USGS), as estimacións sinalan que as reservas coñecidas de cobre no 2011 a nivel mundial alcanzarían 690 millóns de toneladas métricas de cobre fino. E segundo as estimacións de USGS, en Chile existirían da orde de 190 millóns de toneladas economicamente explotables, equivalentes ao 28 % do total de reservas mundiais do mineral; seguido do Perú con 90 millóns de toneladas economicamente explotables, equivalentes ao 13 % do total de reservas mundiais do mineral:
Comercio e consumo
O cobre é o terceiro metal máis utilizado no mundo, por detrás do ferro e o aluminio. Existe un importante comercio mundial de cobre que move uns 30. 000 millóns de dólares anuais.
Os tres principais mercados de cobre son o LME de Londres, o COMEX de Nova York e a Bolsa de Metais de Shanghai. Estes mercados fixan diariamente o prezo do cobre e dos contratos de futuros sobre o metal. O prezo de adoita expresar en dólares / libra e na última década oscilou entre os 0, 65 $/lb de finais de 2001 e os máis de 4, 00 $/lb alcanzados en 2006 e en 2008. O forte encarecemento do cobre desde 2004, debido principalmente ao aumento da demanda da China e outras economías emerxentes, provocou unha onda de roubos de obxectos de cobre (sobre todo cables) en todo o mundo, cos consecuentes riscos para a infraestrutura eléctrica. Fonte: World Copper Factbook 2007 Os principais produtores de mineral de cobre son tamén os principais exportadores, tanto de mineral como de cobre refinado e derivados. Os principais importadores son os países industrializados: o Xapón, a China, a India, Corea do Sur e Alemaña para o mineral e os Estados Unidos, Alemaña, a China, Italia e Taiwán para o refinado.