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Articulo de referencia

Calcopirita

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La calcopirita ( / ˌ k æ l k ə ˈ p aɪ ˌ r aɪ t , - k oʊ -/ [ 7 ] [ 8 ] KAL -kə- PY -ryte, - ⁠ koh- ) es un mineral de sulfuro de cobre y hierro y el mineral de mena de cobre más abundante . Tiene la fórmula química CuFeS 2 y cristaliza en el sistema tetragonal . Tiene un color amarillo latón a dorado y una dureza de 3,5 a 4 en la escala de Mohs . Su raya es diagnóstica como negra con tinte verdoso. [ 9 ]

Al exponerse al aire, la calcopirita se empaña formando diversos óxidos, hidróxidos y sulfatos. Entre los minerales de cobre asociados se encuentran los sulfuros bornita (Cu₅FeS₄ ) , calcocita (Cu₂S ) , covelita (CuS) y digenita ( Cu₉S₅ ) ; carbonatos como la malaquita y la azurita , y , raramente , óxidos como la cuprita (Cu₂O ) . Raramente se encuentra asociada al cobre nativo . La calcopirita es conductora de electricidad. [ 10 ]

El cobre se puede extraer del mineral de calcopirita mediante diversos métodos. Los dos métodos predominantes son la pirometalurgia y la hidrometalurgia , siendo el primero el más viable comercialmente. [ 11 ]

Etimología

El nombre calcopirita proviene de las palabras griegas chalkos , que significa cobre, y pyrites , que significa fuego que enciende. [ 12 ] Históricamente, a veces se la denominaba "cobre amarillo". [ 13 ]

Identificación

La calcopirita se confunde a menudo con la pirita y el oro, ya que los tres minerales tienen un color amarillento y un brillo metálico. Algunas características importantes que ayudan a distinguirlos son la dureza y la raya. La calcopirita es mucho más blanda que la pirita y se puede rayar con un cuchillo, mientras que la pirita no. [ 14 ] Sin embargo, la calcopirita es más dura que el oro, que, si es puro, se puede rayar con cobre . [ 15 ] Además, el oro es maleable , mientras que la calcopirita es quebradiza . [ 12 ] La calcopirita tiene una raya negra distintiva con motas verdes. La pirita tiene una raya negra y el oro una raya amarilla. [ 16 ]

Química

La celda unitaria de la calcopirita. El cobre se muestra en rosa, el hierro en azul y el azufre en amarillo.
Imagen microscópica de calcopirita

La calcopirita natural no forma series de solución sólida con ningún otro mineral de sulfuro. Existe una sustitución limitada de zinc por cobre a pesar de que la calcopirita tiene la misma estructura cristalina que la esfalerita .

Se pueden medir pequeñas cantidades de elementos como plata, oro, cadmio, cobalto, níquel, plomo, estaño y zinc (en niveles de partes por millón), que probablemente sustituyen al cobre y al hierro. El selenio, el bismuto, el telurio y el arsénico pueden sustituir al azufre en pequeñas cantidades. [ 17 ] La calcopirita puede oxidarse para formar malaquita , azurita y cuprita . [ 12 ]

Estructura

La calcopirita pertenece al sistema cristalino tetragonal. Cristalográficamente, su estructura está estrechamente relacionada con la del ZnS ( esfalerita ), una blenda de zinc. [ 18 ] La celda unitaria es el doble de grande, lo que refleja una alternancia de iones Cu + y Fe3 + que reemplazan a los iones Zn2 + en celdas adyacentes. A diferencia de la estructura de la pirita, la calcopirita presenta aniones sulfuro S2− individuales en lugar de pares disulfuro. Otra diferencia radica en que el catión hierro no es Fe(II) diamagnético de bajo espín, como en la pirita.

En la estructura cristalina, cada ion metálico está coordinado tetraédricamente con 4 aniones de azufre. Cada anión de azufre está unido a dos átomos de cobre y dos átomos de hierro. [ 18 ]

Paragénesis

Cristales de calcopirita de color amarillo latón debajo de grandes cubos de pirita estriada.

La calcopirita está presente en muchos entornos mineralizados a través de diversos procesos de formación de menas .

La calcopirita está presente en depósitos de mena de sulfuro masivo volcanogénico y depósitos exhalativos sedimentarios , formados por la deposición de cobre durante la circulación hidrotermal . La calcopirita se concentra en este ambiente mediante el transporte de fluidos. Los depósitos de mena de cobre porfídico se forman por la concentración de cobre dentro de un stock granítico durante el ascenso y la cristalización de un magma. En este ambiente, la calcopirita se produce por concentración dentro de un sistema magmático .

La calcopirita es un mineral accesorio en los depósitos de níquel komatiítico tipo Kambalda , formado a partir de un líquido de sulfuro inmiscible en lavas ultramáficas saturadas de sulfuro . En este entorno, la calcopirita se forma cuando un líquido de sulfuro extrae cobre de un líquido de silicato inmiscible.

La calcopirita ha sido el mineral de cobre más importante desde la Edad del Bronce . [ 12 ]

Aparición

Muestra de mineral de cobre y zinc procedente de un yacimiento de sulfuros masivos vulcanogénicos (VMS) en la mina Potter, en Timmins, Ontario , Canadá. El mineral de color amarillo cobrizo es calcopirita, el principal mineral de esta mina.

Aunque la calcopirita no contiene la mayor cantidad de cobre en su estructura en comparación con otros minerales, es el mineral de cobre más importante, ya que se encuentra en numerosos yacimientos. El mineral de calcopirita se presenta en diversos tipos , desde enormes masas como en Timmins, Ontario , hasta vetas irregulares y diseminaciones asociadas con intrusiones graníticas a dioríticas , como en los depósitos de cobre porfídico de Broken Hill , la Cordillera Americana y los Andes . El mayor depósito de calcopirita casi pura jamás descubierto en Canadá se ubicaba en el extremo sur del Cinturón de Rocas Verdes de Temagami, donde la mina Copperfields extraía el cobre de alta ley. [ 19 ]

La calcopirita está presente en el yacimiento supergigante de Cu-Au-U de Olympic Dam, en Australia Meridional .

La calcopirita también puede encontrarse en vetas de carbón asociadas con nódulos de pirita y como diseminaciones en rocas sedimentarias carbonatadas. [ 20 ]

Extracción de cobre

Proceso de fundición instantánea de cobre , un método pirometalúrgico de extracción de cobre a partir de calcopirita.

El cobre metálico se extrae principalmente del mineral de calcopirita mediante dos métodos: pirometalurgia e hidrometalurgia . El método más común y comercialmente viable [ 11 ] , la pirometalurgia, comprende técnicas de trituración, molienda, flotación, fundición, refinación y electrorefinación. La trituración, la lixiviación, la extracción con solventes y la electroobtención son técnicas utilizadas en la hidrometalurgia. Específicamente en el caso de la calcopirita, se practica la lixiviación por oxidación a presión . [ 21 ]

Procesos pirometalúrgicos

El método más importante para la extracción de cobre de la calcopirita es la pirometalurgia. La pirometalurgia se utiliza comúnmente en operaciones a gran escala con minerales ricos en cobre y de alta ley. [ 22 ] Esto se debe a que los minerales de Cu-Fe-S, como la calcopirita, son difíciles de disolver en soluciones acuosas. [ 21 ] El proceso de extracción mediante este método consta de cuatro etapas:

  1. Aislar los elementos deseados del mineral mediante flotación por espuma para crear una concentración.
  2. Creación de una mata de sulfuro de cobre de alta concentración mediante la fundición de la concentración
  3. Oxidación/conversión de la mata de sulfuro, lo que da como resultado un cobre fundido impuro.
  4. Refinación mediante técnicas de fuego y electroobtención para aumentar la pureza del cobre resultante [ 21 ].

El mineral de calcopirita no se funde directamente. Esto se debe a que el mineral está compuesto principalmente de material sin valor económico, o roca estéril, con bajas concentraciones de cobre. La abundancia de material estéril hace que se requiera una gran cantidad de combustible de hidrocarburos para calentar y fundir el mineral. Como alternativa, el cobre se aísla primero del mineral mediante una técnica llamada flotación por espuma . Básicamente, se utilizan reactivos para que el cobre sea hidrófobo, de modo que el Cu pueda concentrarse en una celda de flotación flotando sobre burbujas de aire. A diferencia del 0,5-2 % de cobre en el mineral de calcopirita, la flotación por espuma produce un concentrado que contiene aproximadamente un 30 % de cobre. [ 21 ]

El concentrado luego se somete a un proceso llamado fundición de mata . La fundición de mata oxida el azufre y el hierro [ 23 ] fundiendo el concentrado de flotación en un  horno a 1250 °C para crear un nuevo concentrado (mata) con aproximadamente 45–75% de cobre. [ 21 ] Este proceso se realiza típicamente en hornos de destello. Para reducir la cantidad de cobre en el material de escoria , la escoria se mantiene fundida con la adición de un fundente de SiO2 [ 23 ] para promover la inmiscibilidad entre el concentrado y la escoria. En términos de subproductos, la fundición de mata de cobre puede producir gas SO2 que es dañino para el medio ambiente, por lo que se captura en forma de ácido sulfúrico . Las reacciones de ejemplo son las siguientes: [ 21 ]

  1. 2CuFeS 2 (s) +3.25O 2(g) → Cu 2 S-0.5FeS (l) + 1.5FeO (s) + 2.5SO 2(g)
  2. 2FeO (s) + SiO 2(s) → Fe 2 SiO 4(l) [ 21 ]

La conversión implica oxidar la mata una vez más para eliminar aún más azufre y hierro; sin embargo, el producto es cobre fundido al 99%. [ 21 ] La conversión se produce en dos etapas: la etapa de formación de escoria y la etapa de formación de cobre. En la etapa de formación de escoria, el hierro y el azufre se reducen a concentraciones inferiores al 1% y al 0,02%, respectivamente. El concentrado de la fundición de la mata se vierte en un convertidor que luego gira, suministrando oxígeno a la escoria a través de toberas . La reacción es la siguiente:

2FeS (l) + 3O 2(g) + SiO 2(s) -> Fe 2 SiO 4(l) + 2SO 2(g) + calor

En la etapa de formación de cobre, la mata producida a partir de la etapa de escoria se somete a carga (introducción de la mata en el convertidor), soplado (inyección de más oxígeno) y desnatado (recuperación del cobre fundido impuro conocido como cobre ampollado). [ 21 ] La reacción es la siguiente:

Cu 2 S (l) + O 2(g) -> 2Cu (l) + SO 2(g) + calor [ 21 ]

Finalmente, el cobre blister se somete a un proceso de refinamiento mediante fuego, electrorefinación o ambos. En esta etapa, el cobre se refina hasta obtener un cátodo de alta pureza . [ 21 ]

Procesos hidrometalúrgicos

La calcopirita es una excepción a la mayoría de los minerales que contienen cobre. A diferencia de la mayoría de los minerales de cobre que pueden lixiviarse en condiciones atmosféricas, como mediante lixiviación en pilas , la calcopirita es un mineral refractario que requiere temperaturas elevadas y condiciones oxidantes para liberar su cobre en solución. [ 21 ] Esto se debe a las dificultades de extracción que surgen de la presencia 1:1 de hierro a cobre, [ 11 ] lo que resulta en una cinética de lixiviación lenta. [ 21 ] Las temperaturas y presiones elevadas crean una abundancia de oxígeno en solución, lo que facilita velocidades de reacción más rápidas en términos de la ruptura de la red cristalina de la calcopirita. [ 21 ] Un proceso hidrometalúrgico que eleva la temperatura con las condiciones oxidantes requeridas para la calcopirita se conoce como lixiviación por oxidación a presión . Una serie de reacciones típica de la calcopirita en condiciones oxidantes de alta temperatura es la siguiente:

i) 2CuFeS 2 + 4Fe 2 ( SO 4 ) 3 -> 2Cu 2+ + 2SO 4 2- + 10FeSO 4 +4S

ii) 4FeSO 4 + O 2 + 2H 2 SO 4 -> 2Fe 2 (SO 4 ) 3 +2H 2 O

iii) 2S + 3O 2 +2H 2 O -> 2H 2 SO 4

(general) 4CuFeS 2 + 17O 2 + 4H 2 O -> 4Cu 2+ + 2Fe 2 O 3 + 4H 2 SO 4 [ 21 ]

La lixiviación por oxidación a presión es particularmente útil para la calcopirita de baja ley. Esto se debe a que puede "procesar el producto concentrado de la flotación " [ 21 ] en lugar de tener que procesar el mineral completo. Además, puede utilizarse como método alternativo a la pirometalurgia para minerales variables. [ 21 ] Otras ventajas que tienen los procesos hidrometalúrgicos con respecto a la extracción de cobre sobre los procesos pirometalúrgicos ( fundición ) incluyen:

  • El costo altamente variable de la fundición
  • Dependiendo de la ubicación, la cantidad de disponibilidad de fundición es limitada.
  • Alto costo de instalación de infraestructura de fundición
  • Capacidad para tratar concentrados con alto contenido de impurezas.
  • Aumento de la recuperación gracias a la capacidad de tratar depósitos de menor ley en el sitio.
  • Menores costes de transporte (no es necesario enviar concentrado)
  • Costo general más bajo de producción de cobre [ 21 ]

Aunque la hidrometalurgia tiene sus ventajas, sigue enfrentando desafíos en el ámbito comercial. [ 11 ] [ 21 ] A su vez, la fundición continúa siendo el método de extracción de cobre más viable comercialmente. [ 11 ]

Véase también

Referencias

  1. ↑ Warr, LN (2021). "Símbolos minerales aprobados por IMA–CNMNC" . Mineralogical Magazine . 85 (3): 291– 320. Bibcode : 2021MinM...85..291W . doi : 10.1180/mgm.2021.43 . S2CID 235729616 . 
  2. ↑ Klein, Cornelis y Cornelius S. Hurlbut, Jr., Manual de Mineralogía, Wiley, 20.ª ed., 1985, págs. 277-278 ISBN 0-471-80580-7
  3. ↑ Palache , C., H. Berman y C. Frondel (1944) Sistema de mineralogía de Dana, (7.ª edición), vol. I, 219–224
  4. ↑ "Calcopirita" . Mindat.org.
  5. ↑ Datos sobre calcopirita en Webmineral.com
  6. ↑ Calcopirita en el Manual de Mineralogía
  7. ↑ "calcopirita" . Diccionario inglés Lexico del Reino Unido . Oxford University Press . Archivado del original el 22 de marzo de 2020.
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