Escoria de cobre

2.2.6.1. Definición de escoria de cobre

Se define por escoria a aquella fase de características vítreas que contiene las sustancias inútiles de un mineral resultantes de cualquier proceso metalúrgico que involucre fundiciones. Las escorias de cobre son un desecho industrial producto de los procesos pirometalúrgicos de producción del cobre.

Elías (2009, pág. 477) sostiene que la producción de cobre implica que por 1 kg de metal se generen aproximadamente 650 kg de residuos potencialmente peligrosos.

- Relaves (50% polvo fino + 50% agua) 80,0 t/t Cu. - Escoria de fundición 1,8 t/t Cu. - Ripios, lodos de proceso y lixiviación 190,0 t/t Cu.

- Estéril de mina 377,0 t/t Cu.

Generalmente, las escorias de cobre son óxidos de hierro (Fe2O3) y sílice (SiO2); existen otros

elementos que no superan el 20%, por lo que no se toman en cuenta. Por su parte, las impurezas ejercen un papel negativo en sus propiedades, como su conductividad eléctrica, térmica, su color, su dureza y demás; las cuales se pueden clasificar en tres grupos: impurezas de fácil eliminado (Zn, Fe, O y S), impurezas que se eliminan parcialmente (As, Sb, Bi y Ni), e impurezas que no se eliminan (Au, Ag) (Lovera, Arias, & Coronado, 2004, pág. 26).

Fuente: Propia. Figura 1: Escoria de fundición de cobre.

En los procesos pirometalúrgicos, se diseñan escorias mediante la adición de fundentes al metal fundido, para la refinación del metal (Oyarzun, 2013, pág. 15).

Durante el proceso de refinación del cobre se emplean escorias fayolíticas compuestas por silicatos de hierro (2FeO.SiO2). Los componentes de la escoria disminuyen el punto de fusión

del cobre (1200ºC), lo cual es ventajoso para el proceso de refinación (López, 2008, pág. 1). 2.2.6.2. Fundamento pirometalúrgico de obtención del cobre

El proceso de obtención del cobre comprende la fusión de concentrados en bruto fundidos a temperaturas de entre 1150 ºC a 1250 ºC, a partir de lo cual se producen dos fases líquidas inmiscibles: escoria (óxido) y eje o mata rica en cobre (sulfuro) (Comisión Chilena del Cobre, 2004, pág. 208)

La inclusión de sílice, aparte del que se incluye en estado natural con la materia prima, en el proceso de fundición tiene como propósito conglomerar en una masa de textura vítrea los residuos separados del cobre.

La escoria de cobre tiene una composición física y química que depende de la materia prima y de la tecnología de fundición empleada. Cuando el enfriamiento de la escoria es rápido, su estructura colapsa y su textura es vítrea y amorfa (Elías, 2009).

Una carga primigenia de fusión está constituida por los sulfuros y óxidos de hierro y de cobre. Dicha carga contiene, además, otros óxidos como Al2O3, CaO, MgO y sobre todo SiO2, que

puede estar contenido en el concentrado inicial, pero que puede ser agregado como fundente (Comisión Chilena del Cobre, 2004, pág. 209).

2.2.6.3. Composición química de la escoria de cobre

De manera más precisa, se puede decir que la escoria es una solución de óxidos fundidos como el FeO de la oxidación de Fe, SiO2 del flujo y óxido de impurezas del concentrado.

Comúnmente se encuentran el óxido ferroso (FeO), óxido férrico (Fe2O3), sílice (SO2), alúmina

(Al2O3), cal (CaO) y magnesia (MgO) (Davenport, King, Schlesinger, & Biswas, 2002, pág.

59).

La Tabla 3 y la Tabla 4 muestran la composición química de la escoria de cobre por las concentraciones por peso y por la presencia en porcentajes de sustancias o compuestos que la constituyen.

Tabla 3: Composición química de las escorias de cobre por peso de elementos. Elemento Composición (gr/t) SiO2 27-30 Al2O3 0-4,5 Fe2O3 40-50 CaO 0-1,8 MgO 0,2-0,8 S 0,2-0,5 Pb 0,08-20 Zn 0,7-1,5 Ni 20-50 Cd 30-160 Bi 90-150 Se 10-50 Cl ≤ 30

Sílica libre No contiene

Fuente: (Biswas & Davenport, 1993) Tabla 4: Composición química de las escorias de cobre por porcentajes.

Tipo de óxido Formulación Porcentaje (%)

Óxido de hierro FeO, Fe3O4 30-40

Óxido de silicio SiO2 25-40

Óxido de aluminio Al2O3 Hasta 10

Óxido de calcio CaO Hasta 10

Fuente: (Biswas & Davenport, 1993) 2.2.6.4. Clasificación de la escoria de cobre

Existen dos tipos de escoria de cobre: las enfriadas al aire tienen color negro, textura vítrea y baja capacidad de absorción de agua; y las escorias fundidas enfriadas en agua con perfiles amorfos, granulados y alta capacidad de absorción (Onuaguluchi, 2012, págs. 11-12).

Por su proceso de obtención, las escorias en general, entre ellas la de cobre, se clasifican en: – Escorias de vertedero, cuya obtención se realiza por el enfriamiento lento en los

vertederos de acumulación.

– Escorias granalladas o granuladas, que se obtienen a través de la aceleración de su proceso de enfriamiento con agua.

– Escorias de flotación, que se obtienen mediante un proceso de flotación de escorias con contenido remanente de cobre de un anterior proceso.

2.2.6.5. La escoria de cobre en el medio local

La escoria de fundición de cobre, al igual que otros tipos de escorias, proviene de los procesos de extracción de materia prima y fundición pirometalúrgica. Así, las empresas mineras y metalúrgicas dedicadas a la producción de cobre producen grandes cantidades de escoria que son dispuestas de la manera que cada factoría ve por conveniente.

En la actualidad, alrededor del 90% de la escoria de cobre que se genera en el Perú es comprada por China y sacada del país por los principales puertos, de acuerdo a reportes de las empresas mineras. Sin embargo, el 10% restante, que referido a toneladas es una cantidad bastante grande, es comercializado por empresas que venden la escoria en cantidades pequeñas para usos diversos.

Uno de los usos más frecuentes es su empleo mediante chorro a presión para arenar vidrios en usos domésticos. También suele usarse para pulir y limpiar metales.

En las últimas décadas se ha estado empleando algunos tipos de escoria en la fabricación de cementos y se ha investigado su comportamiento como agregado en pavimentos y como componente del concreto.