Coure

Coure

De Wikipedia, l'enciclopèdia lliure

Níquel - Cobri - Zinc Cu Ag       Taula completa
General
Nom, símbol, nombre	Cobri, Cu, 29
Sèrie química	Metall de transició
Grup, període, bloc	11 , 4, d
Densitat, duresa Mohs	8960 kg/m³,[1] 3,0
Aparença	Metàl·lic, rogenc
Propietats atòmiques
Pes atòmic	63,536 o
Radi mitjà†	135 pm[2]
Radi atòmic calculat	145 pm[2]
Ràdio covalent	138 pm[2]
Radio de Van der Waals	140 pm[2]
Terme del estat fonamental	Sense dades
Configuració electrònica	[Ar]3d104s1
Estats d'oxidació (òxid)	+2, +1 (lleument bàsic)
Estructura cristal·lina	Cúbica centrada en les cares[3]
Propietats físiques
Estat de la matèria	Sòlid (diamagnético)
Punt de fusió	1357,77 K (1084,62 °C)[4]
Punt d'ebullició	3200 K (2927 °C)[4]
Entalpia de vaporització	300 kJ/mol[5]
Entalpia de fusió	13,1 kJ/mol[5]
Pressió de vapor
Pv (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k a T (K) 1509 1661 1850 2089 2404 2836
Velocitat del so	3570 m/s a 293,15 K
Informació diversa
Electronegativitat	1,9 (Pauling)[6]
Afinitat electrònica	118,4 (kJ/mol)[7]
Calor específica	385 J/(kg•K)[1]
Conductivitat elèctrica	58,108 × 106 S/m[8]
Conductivitat tèrmica	400 W/(m•K)[4]
Coeficient de dilatació tèrmic lineal	16,5 x 10-6/K[4]
1er potencial de ionització	745,5 kJ/mol[7]
2º potencial de ionització	1957,9 kJ/mol[7]
3er potencial de ionització	3555 kJ/mol[7]
4° potencial de ionització	5536 kJ/mol[7]
I0 (Cu2+ + 2i- → Cu)	0,340 V
Nombre CAS	7440-50-8
Isòtops més estables
iso. AN Període de semidesintegración MD ED ([[Mega|M[[]]Electró-volt|eV]]) PD 63Cu 69,17% Cu és estable amb 34 neutrons 64Cu Sintètic 12,7 h ε 1,675 64Ni β- 0,579 64Zn 65Cu 30,83% Cu és estable amb 36 neutrons 67Cu Sintètic 61,83 h β- 0,577 67Zn
Valors en el SI i en condicions normals (0 °C i 1 atm), tret que s'indiqui el contrari. †Calculat a partir de diferents longituds d'enllaç covalent, metàl·lic o iònic.

El coure, de símbol Cu (del llatí cuprum), és el element químic de nombre atòmic 29. Es tracta d'un metall de transició de color vermellós i brillo metàl·lic que, juntament amb la plata i el or, forma part de l'anomenada família del coure, caracteritzada per ser els millors conductors d'electricitat. Gràcies a la seva alta conductivitat elèctrica, ductilitat i maleabilidad, s'ha convertit en el material més utilitzat per fabricar cables elèctrics i altres components elèctrics i electrònics.

El coure forma part d'una quantitat molt elevada d'aliatges que generalment presenten millors propietats mecàniques, encara que tenen una conductivitat elèctrica menor. Les més importants són conegudes amb el nom de bronzes i llautons. D'altra banda, el coure és un metall durador perquè es pot reciclar un nombre gairebé il·limitat de vegades sense que perdi les seves propietats mecàniques.

Va ser un dels primers metalls a ser utilitzat per l'ésser humà en la prehistòria. El coure i el seu aliatge amb el estany, el bronze, van adquirir tanta importància que els historiadors han cridat Edat del Coure i Edat del Bronze a dos períodes de l'Antiguitat. Encara que el seu ús va perdre importància relativa amb el desenvolupament de la siderúrgia, el coure i els seus aliatges van seguir sent emprats per fer objectes tan diversos com a monedas, campanes i canons. A partir del segle XIX, concretament de la invenció del generador elèctric en 1831 per Faraday, el coure es va convertir de nou en un metall estratègic, en ser la matèria primera principal de cables i instal·lacions elèctriques.

El coure posseeix un important paper biològic en el procés de fotosíntesi de les plantes, encara que no forma part de la composició de la clorofil·la. El coure contribueix a la formació de glòbuls vermells i al manteniment dels gots sanguinis, nervis, sistema immunològic i oss i per tant és un oligoelemento essencial per a la vida humana.^[9]

El coure es troba en una gran quantitat d'aliments habituals de la dieta tals com a ostres, mariscs, llegums, vísceres i nous entre uns altres, a més de l'aigua potable i per tant és molt rar que es produeixi una deficiència de coure en l'organisme. El desequilibri de coure ocasiona en l'organisme una malaltia hepàtica coneguda com a malaltia de Wilson.^[10]

El coure és el tercer metall més utilitzat al món, per darrere del acer i el alumini. La producció mundial de coure refinat es va estimar en 15,8 Mt en el 2006, amb un dèficit de 10,7% enfront de la demanda mundial projectada de 17,7 Mt.^[11]

Noms i símbols

Símbol egipci Anj.

• Etimologia. La paraula «cobri» prové del llatí cuprum (amb el mateix significat) i aquest al seu torn de l'expressió aes cyprium que significa literalment «de Xipre» a causa de la gran importància que van tenir les mines de coure de la illa de Xipre al món greco-romà.^[12]

• Sigles i abreujaments. El símbol químic actual del coure és «Cu». Segles enrere, els alquimistes ho van representar amb el símbol ♀ , que també representava al planeta Venus, a la deessa grega Afrodita i al gènere femení.^[13] La raó d'aquesta relació pot ser que la deessa fenícia Astarté, equivalent en part a Afrodita, era molt venerada a Xipre, illa famosa per les seves mines de coure.^[14] El símbol ♀ guarda al seu torn semblat amb el jeroglífic egipci anj, que representava la vida o potser també la unió sexual.^[15]

• Adjectiu. Les qualitats particulars del coure, específicament al referent al seu color i llustre, han engendrat l'arrel del qualificatiu rogenc. La mateixa particularitat del material ha estat empleada en nomenar col·loquialment a algunes serps de Índia, Austràlia i Estats Units com a «cap de coure».

Historia

El coure en l'Antiguitat

El coure és un dels pocs metalls que poden trobar-se en la naturalesa en estat "natiu", és a dir, sense combinar amb altres elements. Per això va ser un dels primers a ser utilitzat per l'ésser humà.^[16] Els altres metalls natius són el or, el platí, la plata i el ferro provinent de meteorits.

S'han trobat utensilis de coure natiu d'entorn de 7000 a. C. en Çayönü Tepesí (en l'actual Turquia) i a l'Iraq. El coure de Çayönü Tepesí va ser recocido però el procés encara no estava perfeccionat.^[16] En aquesta època, a Orient Pròxim també s'utilitzaven carbonats de coure (malaquita i atzurita) amb motius ornamentals. A la regió dels Grans Lagos d'Amèrica del Nord, on abundaven els jaciments de coure natiu, des del 4000 a. C. els indígenes acostumaven a copejar-les fins a donar-los forma de punta de fletxa, encara que mai van arribar a descobrir la fusió.

Els primers gresolés per produir coure metàl·lic a partir de carbonats mitjançant reduccions amb carbó daten del V mil·lenni a. C.^[16] És l'inici de l'anomenada Edat del Coure, apareixent gresols en tota la zona entre els Balcans i Iran, incloent Egipte. S'han trobat proves de l'explotació de mines de carbonats de coure des d'èpoques molt antigues tant en Tracia (Ai Bunar) com en la península del Sinaí.^[17] D'una manera endogena, no connectat amb les civilitzacions del Vell Món, en l'Amèrica precolombina, entorn del segle IV a. C. la cultura Moche va desenvolupar la metal·lúrgia del coure ja refinat a partir de la malaquita i altres carbonats cupríferos.

Cap al 3500 a. C. la producció de coure a Europa va entrar en declivi a causa de l'esgotament dels jaciments de carbonats. Per aquesta època es va produir la irrupció des de l'est d'uns pobles, genèricament denominats kurganes, que portaven una nova tecnologia: l'ús del coure arsenical. Aquesta tecnologia, potser desenvolupada a Orient Pròxim o en el Caucas, permetia obtenir coure mitjançant l'oxidació de sulfur de coure. Per evitar que el coure s'oxidase, s'afegia arsènic al mineral. El coure arsenical (de vegades cridat també "bronze arsenical") era més tallant que el coure natiu i a més podia obtenir-se dels molt abundants jaciments de sulfurs. Unint-ho a la també nova tecnologia del motlle de dues peces, que permetia la producció en massa d'objectes, els kurganes es van equipar de destrals de guerra i es van estendre ràpidament.^[16]

Estàtua en coure del faraó Pepy I. Segle XXIII a. C.

Ötzi, el cadàver trobat en els Alps i datat cap al 3300 a. C., portava un destral de coure amb un 99,7% de coure i un 0.22% de arsènic.^[18][19] D'aquesta època data també el jaciment de Els Millars (Almeria, Espanya), centre metal·lúrgic proper a les mines de coure de la serra de Gádor.

No se sap com ni on va sorgir la idea d'afegir estany al coure, produint el primer bronze. Es creu que va ser un descobriment imprevist, ja que l'estany és més tou que el coure i, no obstant això, en afegir-ho al coure s'obtenia un material més dur els talls del qual es conservaven més temps.^[16] El descobriment d'aquesta nova tecnologia va desencadenar el començament de la Edat del Bronze, datat entorn de 3000 a. C. per a Orient Pròxim, 2500 a. C. per a Troia i el Danubio i 2000 a. C. per a Xina. En el jaciment de Bang Chian, a Tailàndia, s'han datat objectes de bronze anteriors a l'any 2000 a. C.^[20] Durant molts segles el bronze va tenir un paper protagonista i van cobrar gran importància els jaciments d'estany, sovint allunyats dels grans centres urbans d'aquella època.

El declivi del bronze va començar cap al 1000 a. C., quan va sorgir a Orient Pròxim una nova tecnologia que va possibilitar la producció de ferro metàl·lic a partir de minerals ferris. Les armes de ferro van ser reemplaçant a les de coure en tot l'espai entre Europa i Orient Mitjà. En zones com Xina l'Edat del Bronze es va perllongar diversos segles més. Va haver-hi també regions del món on mai va arribar a utilitzar-se el bronze. Per exemple, el Àfrica subsahariana va passar directament de la pedra al ferro.

No obstant això, l'ús del coure i el bronze no va desaparèixer durant la Edat del Ferro. Reemplaçats en l'armament, aquests metalls van passar a ser utilitzats essencialment en la construcció i en objectes decoratius com a estàtuas. El llautó, un aliatge de coure i cinc va ser inventat cap al 600 a. C. També cap a aquesta època es van fabricar les primeres monedas en l'estat de Lidia, en l'actual Turquia. Mentre que les monedes més valuoses es van encunyar en or i plata, les d'ús més quotidià es van fer de coure i bronze.^[21]

La recerca de coure i metalls preciosos pel Mediterrani va conduir als cartaginesos a explotar el gran jaciment de Riu Negre, a l'actual província d'Huelva. Després de les Guerres Púnicas els romans es van apoderar d'aquestes mines i les van seguir explotant fins a esgotar tot l'òxid de coure. Sota ell va quedar una gran veta de sulfur de coure, el qual els romans no sabien aprofitar eficaçment. A la caiguda del Imperi Romano la mina havia estat abandonada i només va ser reoberta quan els andalusíes van inventar un procés més eficaç per extreure el coure del sulfur.^[21]

Edat Mitjana i Edat Moderna

La resistència a la corrosió del coure, el bronze i el llautó va permetre que aquests metalls hagin estat utilitzats no només com a decoratius sinó també com a funcionals des de la Edat Mitjana fins als nostres dies. Entre els segles X i XII es van trobar a Europa Central grans jaciments de plata i coure, principalment Rammelsberg i Joachimsthal. D'ells va sorgir una gran part de la matèria primera per realitzar les grans campanes, portes i estàtuas de les catedralés gòtiques europees.^[21] A més de l'ús bèl·lic del coure per a la fabricació d'objectes, com a destrals, espasas, trencos o cuirassas; també es va utilitzar el coure en l'Edat Mitjana en lluminàrias com a llum d'oliés o candelabros; en braseros i en objectes d'emmagatzematge, com arques o estoigs.^[22]

Els primers canons europeus de ferro forjat daten del segle XIV, però cap al segle XVI el bronze es va imposar com el material gairebé únic per a tota la artilleria i va mantenir aquest domini fins a ben entrat el segle XIX.^[23] En el Barroc, durant els segles XVII i XVIII, el coure i els seus aliatges van adquirir gran importància en la construcció d'obres monumentals, la producció de maquinària de rellotgeria i una àmplia varietat d'objectes decoratius i funcionals.^[24] Les monarquies autoritàries del Antic Règim van utilitzar el coure en aliatge amb la plata (denominada vellón) per realitzar repetides devaluacions monetàries, arribant a l'emissió de monedes purament de coure, característiques de les dificultats de la Hisenda de la Monarquia Hispànica del segle XVII (que ho va utilitzar en tanta quantitat que va haver de recórrer a importar-ho de Suècia).^[25]

Edat Contemporània

Durant 1831 i 1832, Michael Faraday va descobrir que un conductor elèctric movent-se perpendicularment a un camp magnètic generava una diferència de potencial. Aprofitant això, va construir el primer generador elèctric, el disc de Faraday, emprant un disc de coure que girava entre els extrems d'un imant amb forma de ferradura, induint un corrent elèctric.^[26] El posterior desenvolupament de generadors elèctrics i la seva ocupació en la història de l'electricitat ha donat lloc al fet que el coure hagi obtingut una importància destacada en la humanitat, que ha augmentat la seva demanda notablement.

Durant gran part del segle XIX, Gran Bretanya va ser el major productor mundial de coure, però la importància que va ser adquirint el coure va motivar la explotació minera en altres països, arribant a destacar-se la producció a Estats Units i Xile, a més de l'obertura de mines a Àfrica. D'aquesta forma, en 1911 la producció mundial de coure va superar el milió de tones de coure fi.

L'aparició dels processos que permetien la producció massiva de acer a mitjan el segle XIX, com el convertidor Thomas-Bessemer o el forn Martin-Siemens va donar lloc al fet que se substituís l'ús del coure i dels seus aliatges en algunes aplicacions determinades on es requeria un material més tenaç i resistent. No obstant això, el desenvolupament tecnològic que va seguir a la Revolució Industrial en totes les branques de l'activitat humana i els avançaments assolits en la metal·lúrgia del coure han permès produir una àmplia varietat d'aliatges. Això ha donat lloc al fet que s'incrementin els camps d'aplicació del coure, la qual cosa, afegit al desenvolupament econòmic de diversos països, ha comportat un notable augment de la demanda mundial.

Estats Units

Des de principis del segle XIX va existir producció de coure als Estats Units, primer en Míchigan i més tard a Arizona. Es tractava de petites mines que explotaven mineral d'alta llei.^[27]

El desenvolupament del procés de flotació, més eficaç, cap a finals del segle XIX va permetre posar en explotació grans jaciments de baixa llei, principalment a Arizona, Montana i Utah. En pocs anys Estats Units es va convertir en el primer productor mundial de coure.^[27]

En 1916 les mines nord-americanes van produir per vegada primera més d'un milió de tones de coure, representant entorn de les tres quartes parts de la producció mundial. La producció minera va baixar fortament a partir de la crisi de 1929, no només per la reducció del consum sinó perquè es va disparar el reciclatge de metall. La demanda es va recuperar a la fi dels anys 30, tornant a superar les mines nord-americanes el milió de tones en 1940. No obstant això, aquesta xifra ja representava "solament" la meitat de la producció mundial i no arribava a cobrir la demanda interna, per la qual cosa en 1941 el país es va convertir per primera vegada en importador net de coure.^[28]

Des dels anys 1950 fins a l'actualitat la producció d'Estats Units ha oscil·lat entre un i dos milions de tones anuals, la qual cosa representa una fracció cada vegada menor del total mundial (27% en 1970, 17% en 1980, 8% en 2006). Mentrestant, el consum ha seguit creixent contínuament i això ha obligat a importar quantitats cada vegada majors de metall, superant-se el milió de tones importades per vegada primera en 2001.^[28]

Xile

En 1810, any de la seva independència, Xile produïa unes 19.000 tones de coure a l'any. Al llarg del segle la xifra va ser creixent fins a convertir al país en el primer productor i exportador mundial. No obstant això, a la fi del segle XIX va començar un període de decadència, hagut de d'una banda a l'esgotament dels jaciments d'alta llei i per un altre al fet que l'explotació del salitre acaparava les inversions mineres. En 1897 la producció havia caigut a 21.000 tones, gairebé el mateix que en 1810.^[29]

La situació va canviar al començament del segle XX, quan grans grups miners nord-americans, dotats d'avanços tecnològics que permetien la recuperació de coure en jaciments de baixa concentració, van iniciar l'explotació dels jaciments xilens.^[29]

L'Estat xilè va rebre pocs beneficis de la mineria de coure durant tota la primera meitat del segle XX. La situació va començar a canviar en 1951 amb la signatura del Conveni de Washington, que li va permetre disposar de 20% de la producció. En 1966 el Congrés Nacional de Xile va imposar la creació de Societats Mineres Mixtes amb les empreses estrangeres en les quals l'Estat tindria 51% de la propietat dels jaciments. El procés de "chilenización del coure" va culminar al juliol de 1971, sota el mandat de Salvador Allèn, quan el Congrés va aprovar per unanimitat la nacionalització de la Gran Mineria del Coure.^[29]

En 1976, ja sota el règim militar de Pinochet, l'Estat va fundar la Corporació Nacional del Coure de Xile (Codelco) per gestionar les grans mines de coure.^[29]

La mina de Chuquicamata, en la qual s'han trobat evidències de l'extracció de coure per cultures precolombinas,^[30] va iniciar la seva construcció per a l'explotació industrial en 1910^[31] i l'explotació es va iniciar el 18 de maig de 1915.^[32] Chuquicamata és l'explotació a cel obert de majors dimensions del món i va anar diversos anys la mina de coure de major producció del món.^[33] En l'any 2002 es van fusionar les divisions de Chuquicamata i Radomiro Tomic, creant el complex miner Codelco Nord, que consta de dues mines a cel obert, Chuquicamata i Mina Sud. Encara que el jaciment de Radomiro Tomic va ser descobert en els anys 1950, les seves operacions van començar en 1995, una vegada actualitzats els estudis de viabilitat tècnica i econòmica.^[31]

En 1995 es va iniciar la construcció de la mina de Minera Amagada, a la II Regió d'Antofagasta, i en 1998 es van iniciar les operacions d'extracció. És la mina de major producció del món. La Vaga de la Minera Amagada en el 2006 va paralitzar la producció durant 25 dies i va alterar els preus mundials del coure.^[34][35] La producció de Minera Amagada va aconseguir en 2007 les 1.483.934 t.^[36] Aquesta producció representa el 9.5% de la producció mundial i el 26% de la producció xilena de coure, segons estimacions per 2007.^[37]

En les últimes dècades Xile s'ha consolidat com el principal productor de coure, passant d'un 14% de la producció mundial en 1960 a un 36% en 2006.^[38]

Isòtops

En la naturalesa es troben dos isòtops estables: ⁶³Cu i ⁶⁵Cu. El més lleuger d'ells és el més abundant (69,17%). S'han caracteritzat fins al moment 25 isòtops radioactius dels quals els més estables són el ⁶⁷Cu, el ⁶⁴Cu i el ⁶¹Cu amb períodes de semidesintegración de 61,83 hores, 12,70 hores i 3,333 hores respectivament. Els altres radioisòtops, amb masses atòmiques des de 54,966 uma (⁵⁵Cu) a 78,955 uma (⁷⁹Cu), tenen períodes de semidesintegración inferiors a 23,7 minuts i la majoria no aconsegueixen els 30 segons. Els isòtops ⁶⁸Cu i ⁷⁰Cu presenten estats metastables amb un període de semidesintegración major al de l'estat fonamental.

Els isòtops més lleugers que el ⁶³Cu estable es desintegren principalment per emissió beta positiva, originant isòtops de níquel, mentre que els més pesats que l'isòtop ⁶⁵Cu estable es desintegren per emissió beta negativa donant lloc a isòtops de cinc. L'isòtop ⁶⁴Cu es desintegra generant ⁶⁴Zn, per captura electrònica i emissió beta positiva en un 69% i per desintegració beta negativa genera ⁶⁴Ni en el 31% restant.^[39]

Propietats i característiques del coure

Propietats físiques

El coure posseeix diverses propietats físiques que propicien el seu ús industrial en múltiples aplicacions, sent el tercer metall, després del ferro i del alumini, més consumit al món. És de color vermellós i de brillo metàl·lic i, després de la plata, és l'element amb major conductivitat elèctrica i tèrmica. És un material abundant en la naturalesa; té un preu accessible i es recicla de forma indefinida; forma aliatges per millorar les prestacions mecàniques i és resistent a la corrosió i oxidació.

La conductivitat elèctrica del coure pur va ser adoptada per la Comissió Electrotècnica Internacional en 1913 com la referència estàndard per a aquesta magnitud, establint el International Annealed Copper Standard (Estàndard Internacional del Coure Recocido) o IACS. Segons aquesta definició, la conductivitat del coure recocido mesura a 20 °C és igual a 58,108⁶ S/m.^[8] A aquest valor de conductivitat se li assigna un índex 100% IACS i la conductivitat de la resta dels materials s'expressa en percentatge de IACS. La majoria dels metalls tenen valors de conductivitat inferiors a 100% IACS però existeixen excepcions com la plata o els coures especials de molt alta conductivitat designats C-103 i C-110.^[40]

Propietats mecàniques

Tant el coure com els seus aliatges tenen una bona maquinabilidad, és a dir, són fàcils de mecanitzar. El coure posseeix molt bona ductilitat i maleabilidad el que permet produir làmines i fils molt prims i fins. És un metall tou, amb un índex de duresa 3 en la escala de Mohs (50 en la escala de Vickers) i la seva resistència a la tracció és de 210 MPa, amb un límit elàstic de 33,3 MPa.^[1] Admet processos de fabricació de deformació com laminación o forja, i processos de soldadura i els seus aliatges adquireixen propietats diferents amb tractaments tèrmics com a tremp i recocido. En general, les seves propietats milloren amb baixes temperatures el que permet utilitzar-ho en aplicacions criogèniques.

Característiques químiques

En la majoria dels seus compostos, el coure presenta estats d'oxidació baixos, sent el més comú el +2, encara que també hi ha alguns amb estat d'oxidació +1.

Exposat a l'aire, el color vermell salmó inicial es torna vermell violeta per la formació de òxid cuproso (Cu₂O) per ennegrir-se posteriorment per la formació de òxid cúprico (CuO).^[41] La coloració blava del Cu⁺² es deu a la formació de l'ió [Cu (OH₂)₆]⁺².^[42]

Exposat llarg temps a l'aire humit, forma una capa adherent i impermeable de carbonat bàsic (carbonat cúprico) de color verd i verinós.^[43] També poden formar-se pàtines de cardenillo, una barreja verinosa d'acetats de coure de color verdós o azulado que es forma quan els òxids de coure reaccionen amb àcid acètic,^[44] que és el responsable del sabor del vinagre i es produeix en processos de fermentació acètica. En emprar utensilis de coure per a la cocció d'aliments, han de prendre's precaucions per evitar intoxicacions per cardenillo que, malgrat el seu mal sabor, pot ser emmascarat amb salses i condiments i ser ingerit.

Els halògens ataquen amb facilitat al coure, especialment en presència d'humitat. En sec, el clor i el brom no produeixen efecte i el fluor només li ataca a temperatures superiors a 500 °C.^[41] El clorur cuproso i el clorur cúprico, combinats amb l'oxigen i en presència d'humitat produeixen àcid clorhídric, ocasionant unes taques de atacamita o paratacamita, de color verd pàl·lid a blau verdós, suaus i polvorientas que no es fixen sobre la superfície i produeixen més clorurs de coure, iniciant de nou el cicle de l'erosió.^[45]

Els àcids oxácidos ataquen al coure, per la qual cosa s'utilitzen aquests àcids com a decapants (àcid sulfúric) i abrillantadorés (àcid nítric). El àcid sulfúric reacciona amb el coure formant un sulfur, CUS (covelina) o Cu₂S (calcocita) de color negre i aigua. També poden formar-se salis de sulfat de coure (antlerita) amb colors de verd a blau verdós.^[45] Aquestes sals són molt comunes en els ànodes dels acumuladors de plom que s'empren en els automòbilés.

El àcid cítric dissol l'òxid de coure, per la qual cosa s'aplica per netejar superfícies de coure, lustrant el metall i formant citrato de coure. Si després de netejar el coure amb àcid cítric, es torna a utilitzar el mateix drap per netejar superfícies de plom, el plom es banyarà d'una capa externa de citrato de coure i citrato de plom amb un color vermellós i negre.

Propietats biològiques

En les plantes, el coure posseeix un important paper en el procés de la fotosíntesi i forma part de la composició de la plastocianina. Al voltant del 70% del coure d'una planta està present en la clorofil·la, principalment en els cloroplasts. Els primers símptomes en les plantes per deficiència de coure apareixen en forma de fulles estretes i retorçades, a més de puntes blanquecinas. Les panículas i les beinas poden aparèixer buides per una deficiència severa de coure, ocasionant greus pèrdues econòmiques en l'activitat agrícola.^[46]

El coure contribueix a la formació de glòbuls vermells i al manteniment dels gots sanguinis, nervis, sistema immunològic i oss i per tant és essencial per a la vida humana. El coure es troba en algunes enzims com la citocromo c oxidasa, la lisil oxidasa i la superóxido dismutasa.^[47]

El desequilibri de coure en l'organisme quan es produeix en forma excessiva ocasiona una malaltia hepàtica coneguda com a malaltia de Wilson, l'origen d'aquesta malaltia és hereditari, i a part del trastorn hepàtic que ocasiona també danya al sistema nerviós. Es tracta d'una malaltia poc comuna.^[10]

Pot produir-se deficiència de coure en nens amb una dieta pobra en calci, especialment si presenten diarrees o desnutrició. També hi ha malalties que disminueixen l'absorció de coure, com la malaltia celíaca, la fibrosis quística o en portar dietes restrictives.^[48]

El coure es troba en una gran quantitat d'aliments habituals de la dieta tals com a ostres, mariscs, llegums, vísceres i nous entre uns altres, a més de l'aigua potable i per tant és molt rar que es produeixi una deficiència de coure en l'organisme.

Precaucions sanitàries del coure

A pesar que el coure és un oligoelemento necessari per a la vida, uns nivells alts d'aquest element en l'organisme poden ser nocius per a la salut. La inhalació de nivells alts de coure pot produir irritació de les vies respiratòries. La ingestió de nivells alts de coure pot produir nàusees, vòmits i diarrea. Un excés de coure en la sang pot danyar el fetge i els ronyons, i fins i tot causar la mort.^[49] Ingerir per via oral una quantitat de 30 g de sulfat de coure és potencialment letal en els humans.

Per a les activitats laborals en les quals s'elaboren i manipulen productes de coure, és necessari utilitzar mesures de protecció col·lectiva que protegeixin als treballadors. El valor límit tolerat és de 0,2 mg/m³ per al fum i 1 mg/m³ per a la pols i la boira. El coure reacciona amb oxidants forts tals com cloratos, bromats i iodurs, originant un perill d'explosió. A més pot ser necessari l'ús de equips de protecció individual com a guants, porta mala sorts i mascarillas. A més, pot ser recomanable que els treballadors es dutxin i es canviïn de roba abans de tornar a la seva casa cada dia.^[49]

La Organització Mundial de la Salut (OMS) en la seva Guia de la qualitat de l'aigua potable recomana un nivell màxim de 2 mg/l.^[50] El mateix valor ha estat adoptat en la Unió Europea com a valor límit de coure en el aigua potable, mentre que a Estats Units l'Agència de Protecció Ambiental ha establert un màxim d'1,3 mg/l.^[51] L'aigua amb concentracions de coure superiors a 1 mg/l pot embrutar la roba en rentar-la i presentar un sabor metàl·lic desagradable.^[52][51] La Agència per a Substàncies Tòxiques i el Registre de Malalties de Estats Units recomana que, per disminuir els nivells de coure en l'aigua potable que es condueix per canonadas de coure, es deixi córrer l'aigua almenys 15 segons abans de beure-la o usar-la per primera vegada en el matí.^[49]

Les activitats mineres poden provocar la contaminació de rius i aigües subterrànies amb coure i altres metalls durant la seva explotació així com una vegada abandonada la mineria a la zona. El color turquesa de l'aigua i les roques es deu a l'acció que el coure i altres metalls desenvolupen durant la seva explotació minera.^{[53] [54]}

Aliatges i tipus de coure

Des del punt de vista físic, el coure pur posseeix molt baix límit elàstic (33 MPa) i una duresa escassa (3 en la escala de Mohs o 50 en la escala de Vickers).^[1] En canvi, unit en aliatge amb altres elements adquireix característiques mecàniques molt superiors, encara que disminueix la seva conductivitat. Existeix una àmplia varietat d'aliatges de coure, de les composicions del qual depenen les característiques tècniques que s'obtenen, per la qual cosa s'utilitzen en multitud d'objectes amb aplicacions tècniques molt diverses. El coure s'alea principalment amb els següents elements: Zn, Sn, Al, Ni, Be, Si, Cd, Cr i uns altres en menor quantia.

Segons les finalitats als quals es destinen en la indústria, es classifiquen en aliatges para forja i en aliatges para modelo. Per identificar-les tenen les següents nomenclatures generals segons la norma ISO 1190-1:1982 o el seu equivalent UNEIX 37102:1984.^[55] Ambdues normes utilitzen el sistema UNS (del anglès Unified Numbering System).^[56]

Llautó (Cu-Zn)

Gerro egipci de llautó, Museu del Louvre, París.

El llautó, també conegut com cuzin, és un aliatge de coure, cinc (Zn) i, en menor proporció, altres metalls. S'obté mitjançant la fusió dels seus components en un gresol o mitjançant la fusió i reducció de menas sulfurosas en un forn de reverbero o de cubilote. En els llautons industrials, el percentatge de Zn es manté sempre inferior a 50%. La seva composició influeix en les característiques mecàniques, la fusibilidad i la capacitat de conformació per fosa, forja i mecanitzat. En fred, els lingots obtinguts es deformen plàsticament produint làminas, varetas o es tallen en tires susceptibles d'estirar-se per fabricar filferros. La seva densitat depèn de la seva composició i generalment ronda entre 8,4 g/cm³ i 8,7 g/cm³.

Les característiques dels llautons depenen de la proporció d'elements que intervinguin en l'aliatge de tal forma que alguns tipus de llautó són mal·leables únicament en fred, uns altres exclusivament en calent, i alguns no ho són a cap temperatura. Tots els tipus de llautons es tornen trencadissos quan s'escalfen a una temperatura propera al punt de fusió.

El llautó és més dur que el coure, però fàcil de mecanitzar, gravar i fondre. És resistent a la oxidació, a les condicions salines i és mal·leable, per la qual cosa pot laminarse en planxes fines. El seu maleabilidad varia la temperatura i amb la presència, fins i tot en quantitats mínimes, d'altres metalls en la seva composició.

Una petita aportació de plom en la composició del llautó millora la maquinabilidad perquè facilita la fragmentació de les encenalls en el mecanitzat. El plom també té un efecte lubrificant pel seu baix punt de fusió, la qual cosa permet ralentir el desgast de l'eina de cort.

El llautó admet pocs tractaments tèrmics i únicament es realitzen recocidos d'homogenización i recristalización. El llautó té un color groc brillant, amb semblança al or, característica que és aprofitada en joieria, especialment en bijuteria, i en la galvanització d'elements decoratius. Les aplicacions dels llautons abasten altres camps molt diversos, com a armament, caldereria, soldadura, fabricació de filferros, tubs de condensadorés i terminals elèctrics. Com no és atacat per l'aigua salada, s'usa també en les construccions de vaixells i en equips pesquers i marins.

El llautó no produeix espurnes per impacte mecànic, una propietat atípica en els aliatges. Aquesta característica converteix al llautó en un material important en la fabricació d'envasos per a la manipulació de compostos inflamables, raspalls de neteja de metalls i en parallamps.

Bronze (Cu-Sn)

Estàtua de bronze. David nu.

Els aliatges en la composició dels quals predominen el coure i el estany (Sn) es coneixen amb el nom de bronze i són conegudes des de l'antiguitat. Hi ha molts tipus de bronzes que contenen a més altres elements com a alumini, beril·li, crom o silici. El percentatge d'estany en aquests aliatges està comprès entre el 2 i el 22%. Són de color groguenc i les peces foses de bronze són de millor qualitat que les de llautó, però són més difícils de mecanitzar i més cares.

La tecnologia metal·lúrgica de la fabricació de bronze és un de les fites més importants de la història de la humanitat doncs va donar origen a l'anomenada Edat de Bronze. El bronze va ser el primer aliatge fabricat voluntàriament per l'ésser humà: es realitzava barrejant el mineral de coure (calcopirita, malaquita, etc.) i el d'estany (cassiterita) en un forn alimentat amb carbó vegetal. El anhídrid carbònic resultant de la combustió del carbó, reduïa els minerals de coure i estany a metalls. El coure i l'estany que es fonien, s'aleaban entre un 5 i un 10% en pes d'estany.

El bronze s'empra especialment en aliatges conductors de la calor, en bateries elèctriques i en la fabricació de vàlvulas, canonadas i unions de lampisteria. Alguns aliatges de bronze s'usen en unions lliscants, com cojinetes i descansos, discos de fricció; i altres aplicacions on es requereix alta resistència a la corrosió com rodetes de turbinas o vàlvules de bombes, entre altres elements de màquines. En algunes aplicacions elèctriques és utilitzat en ressorts.

Alpaca (Cu-Ni-Zn)

Les alpacas o plates alemanyes són aliatges de coure, níquel (Ni) i cinc (Zn). en una proporció de 50-70% de coure, 13-25% de níquel, i del 13-25% de cinc.^[57] Les seves propietats varien de forma contínua en funció de la proporció d'aquests elements en la seva composició, passant de màxims de duresa a mínims de conductivitat Aquests aliatges tenen la propietat de rebutjar els organismes marins (antifouling). Si a aquests aliatges de coure-níquel-cinc, se'ls afegeixen petites quantitats de alumini o ferro, constitueixen aliatges que es caracteritzen per la seva resistència a la corrosió marina, per la qual cosa s'utilitzen àmpliament en la construcció naval, principalment en els condensadors i canonades, així com en la fabricació de monedas i de resistències elèctriques.^[58]

Els aliatges d'alpaca tenen una bona resistència a la corrosió i bones qualitats mecàniques. La seva aplicació s'abasta materials de telecomunicacions, instruments i accessoris de lampisteria i electricitat, com a aixetes, abraçadores, molls, connectors. També s'empra en la construcció i ferreteria, per a elements decoratius i en les indústries químiques i alimentàries, a més de materials de vaixelles i orfebreria.^[59]

El monel és un aliatge que s'obté directament dels minerals canadencs, i té una composició de Cu=28-30%, Ni=66-67%, Fe=3-3,5%. Aquest material té una gran resistència als agents corrosius i a les altes temperatures.^[60]

El platinoide és un metall blanc compost de 60% de coure,14% de níquel, 24% de cinc i d'1-2% de tungstè.^[61]

Altres aliatges

Altres aliatges de coure amb aplicacions tècniques són les següents:

• Cobri-cadmi (Cu-Cd): són aliatges de coure amb un petit percentatge de cadmi i tenen amb major resistència que el coure pur. S'utilitzen en línies elèctriques aèries sotmeses a fortes solicitacions mecàniques com a catenàrias i cables de contacte per a tramvias.

• Cobri-crom (Cu-Cr) i Cobri-crom-zirconi (Cu-Cr-Zr): tenen una alta conductivitat elèctrica i tèrmica. S'utilitzen en elèctrodes de soldadura per resistència, barres de col·lectors, contactorés de potència, equips siderúrgics i ressorts conductors.

• Cobri-ferro-fòsfor (Cu-Fe-P). Per a la fabricació d'elements que requereixin una bona conductivitat elèctrica i bones propietats tèrmiques i mecàniques s'afegeixen al cobri partícules de ferro i fòsfor. Aquests aliatges s'utilitzen en circuits integrats perquè tenen una bona conductivitat elèctrica, bones propietats mecàniques i tenen una alta resistència a la temperatura.^[62]

• Cobri-alumini (Cu-Al): també conegudes com a bronzes a l'alumini i duraluminio, contenen almenys un 10% d'alumini. Aquests aliatges són molt semblades al or i molt apreciades per a treballs artístics. Tenen bones propietats mecàniques i una elevada resistència a la corrosió. S'utilitzen també per als trens d'aterratge dels avions , en certes construccions mecàniques.^[63]

• Cobri-beril·li (Cu-Be): és un aliatge constituït essencialment per coure. Aquest aliatge té importants propietats mecàniques i gran resistència a la corrosió. S'utilitza per fabricar molls, motlles per a plàstics, elèctrodes per soldar per resistència i eines antideflagrantes.^[64]

• Cobri-plata (Cu-Ag) o coure a la plata: és un aliatge feble pel seu alt contingut de coure, que es caracteritza per una alta duresa que li permet suportar temperatures de fins a 226 °C, mantenint la conductivitat elèctrica del coure.^[65]

• Constantán (Cu₅₅Ni₄₅): és un aliatge format per un 55% de coure i un 45% de níquel. Es caracteritza per tenir un una resistividad elèctrica gairebé constant de 4,9•10^-7 Ω•m en un ampli rang de temperatures, amb un coeficient de temperatura de 10^-5 K^-1. S'empra en la fabricació de termoparellés, galges extensiométricas i monedas.

• Manganina (Cu₈₆Mn₁₂Ni₂): és un altre aliatge amb un molt baix coeficient de temperatura i s'utilitza en galges extensiométricas i resistorés d'alta estabilitat. A més, el seu potencial termoelèctric de contacte amb el coure per efecte Seebeck és molt petit (+0,6 mV/100 K). El seu resistividad elèctrica és d'uns 4,9•10^-7 Ω•m i el seu coeficient de temperatura és de 10^-8 K^-1.^[66]

Alguns aliatges de coure tenen petits percentatges de sofre i de plom que milloren la maquinabilidad de l'aliatge. Tant el plom com el sofre tenen molt baixa solubilitat en el coure, separant-se respectivament com a plom (Pb) i com a sulfur cuproso (Cu₂S) en els bords de gra i facilitant el trencament dels encenalls en els processos de mecanitzat, millorant la maquinabilidad de l'aliatge.^[62]

Processos industrials del cobri

Mineria del coure

Mina de coure Chuquicamata, Xile.

El coure natiu sol acompanyar als seus minerals en borses que afloren a la superfície explotant-se en mines a cel obert. El coure s'obté a partir de minerals sulfurats (80%) i de minerals oxidados (20%), els primers es tracten per un procés denominat pirometalurgia i els segons per un altre procés denominat hidrometalurgia.^[67] Generalment en la capa superior es troben els minerals oxidados (cuprita, melaconita), al costat de coure natiu en petites quantitats, la qual cosa explica la seva elaboració mil·lenària ja que el metall podia extreure's fàcilment en forns de fossa. A continuació, per sota del nivell freàtic, es troben les piritas (sulfurs) primàries calcosina (CUS₂) i covellina (CUS) i finalment les secundàries calcopirita (FeCuS₂) l'explotació de les quals és més rendible que la de les anteriors. Acompanyant a aquests minerals es troben uns altres com la bornita (Cu₅FES₄), els coures grisos i els carbonats atzurita i malaquita que solen formar masses importants en les mines de coure per ser la forma en la qual usualment s'alteren els sulfurs.

La tecnologia d'obtenció del coure està molt bé desenvolupada encara que és laboriosa a causa de la pobresa de la llei dels minerals. Els jaciments de coure contenen generalment concentracions molt baixes del metall. Aquesta és la causa que moltes de les diferents fases de producció tinguin per objecte l'eliminació d'impureses.^[68]

Metal·lúrgia del coure

La metal·lúrgia del coure depèn que el mineral es present en forma de sulfurs o de òxids.

Per als sulfurs s'utilitza per produir càtodes la via anomenada pirometalurgia, que consisteix en el següent procés: Concentració del mineral -> fosa en forn -> pas a convertidors -> afino -> modelo de ànodes -> electrorefinación -> càtode. El procés de refinat produeix uns càtodes amb un contingut del 99,9% de coure. Els càtodes són unes planxes d'un metre quadrat i un pes de 55 kg.

Altres components que s'obtenen d'aquest procés són ferro (Fe) i sofre (S), a més de molt petites quantitats de plata (Ag) i or (Au). Com a impureses del procés s'extreuen també plom (Pb), arsènic (As) i mercuri (Hg).

Com a regla general una instal·lació metal·lúrgica de coure que produeixi 300.000 t/any d'ànodes, consumeix 1.000.000 t/any de concentrat de coure i com a subproductes produeix 900.000 t/any de àcid sulfúric i 300.000 t/any d'escòries.^[69]

Quan es tracta d'aprofitar els residus minerals, la petita concentració de coure que hi ha en ells es troba en forma d'òxids i sulfurs, i per recuperar aquest coure s'empra la tecnologia anomenada hidrometalurgia, més coneguda per la seva nomenclatura anglosaxona Sx-Ew.

El procés que segueix aquesta tècnica és el següent: Mineral de coure-> lixiviación-> extracció-> electròlisi-> càtode

Aquesta tecnologia s'utilitza molt poc perquè la gairebé totalitat de concentrats de coure es troba formant sulfurs, sent la producció mundial estimada de recuperació de residus entorn del 15% de la totalitat de coure produït.^[69][70]

Tractaments tèrmics del coure

El coure i els seus aliatges permeten determinats tractaments tèrmics per a finalitats molt determinades sent els més usuals els de recocido, refinat i tremp.

El coure dur recocido es presenta molt bé per a operacions en fred com són: doblegat, estampat i embotit. El recocido es produeix escalfant el coure o el llautó a una temperatura adequat en un forn elèctric d'atmosfera controlada, i després es deixa refredar a l'aire. Cal procurar no superar la temperatura de recocido perquè llavors es crema el coure i es torna trencadís i queda inutilitzat.

El refinat és un procés controlat d'oxidació seguida d'una reducció l'objecte de la qual és volatilizar o reduir a escòries totes les impureses contingudes en el coure amb la finalitat d'obtenir coure de gran puresa.^[71]

Els tractaments tèrmics que es realitzen als llautons són principalment recocidos d'homogeneïtzació, recristalización i estabilització. Els llautons amb més del 35% de Zn poden temperar-se per fer-los més tous.

Els bronzes habitualment se sotmeten a tractaments de recocidos d'homogenización per als aliatges de modelo; i recocidos contra acritud i de recristalización per als aliatges de forja. El tremp dels bronzes de dos elements constituents és anàleg al temperat de l'acer: s'escalfa a uns 600 °C i es refreda ràpidament. Amb això s'aconsegueix disminuir la duresa del material, al contrari del que succeeix en temperar acer i alguns bronzes amb més de dos components.^[72]

Aplicacions i usos del coure

Ja sigui considerant la quantitat o el valor del metall emprat, l'ús industrial del coure és molt elevat. És un material important en multitud d'activitats econòmiques i ha estat considerat un recurs estratègic en situacions de conflicte.

Coure metàl·lic

El coure s'utilitza tant amb un gran nivell de puresa, proper al 100%, com aleado amb altres elements. El coure pur s'empra principalment en la fabricació de cables elèctrics.

Electricitat i telecomunicacions

Cable elèctric de coure.

El coure és el metall no preciós amb millor conductivitat elèctrica. Això, unit a la seva ductilitat i resistència mecànica, ho han convertit en el material més emprat per fabricar cables elèctrics, tant d'ús industrial com a residencial. Així mateix s'empren conductors de coure en nombrosos equips elèctrics com a generadors, motors i transformadorés. La principal alternativa al coure en aquestes aplicacions és el alumini.^[38]

També són de coure la majoria dels cables telefònics, els quals a més possibiliten l'accés a Internet. Les principals alternatives al coure per a telecomunicacions són la fibra òptica i els sistemes sense fils. D'altra banda, tots els equips informàtics i de telecomunicacions contenen coure en major o menor mesura, per exemple en els seus circuits integrats, transformadors i cablejat intern.^[38]

Mitjans de transport

El coure s'empra en diversos components de cotxes i camions, principalment els radiadorés (gràcies a la seva alta conductivitat tèrmica i resistència a la corrosió), frenos i cojinetes, a més naturalment dels cables i motors elèctrics. Un cotxe petit conté en total entorn de 20 kg de coure, pujant aquesta xifra a 45 kg pels de major grandària.^[38]

També els trenés requereixen grans quantitats de coure en la seva construcció: 1 - 2 tones als trens tradicionals i fins a 4 tones en els de alta velocitat. A més les catenàries contenen unes 10 tones de coure per quilòmetre en les línies d'alta velocitat.^[12]

Finalment, els cascos dels vaixells inclouen sovint aliatges de coure i níquel per reduir l'ensuciamiento produït pels éssers marins.

Construcció i ornamentació

Una gran part de les xarxes de transport d'aigua estan fetes de coure o llautó,^[73] a causa de la seva resistència a la corrosió i les seves propietats anti-bacterianes, havent quedat les canonades de plom en desús pels seus efectes nocius per a la salut humana. Enfront de les canonades de plàstic, les de coure tenen l'avantatge que no cremen en cas d'incendi i per tant no alliberen fums i gasos potencialment tòxics.^[38]

El coure i, sobretot, el bronze s'utilitzen també com a elements arquitectònics i revestiments en teulades, façanas, portes i finestres. El coure s'empra també sovint pels poms de les portes de locals públics, ja que les seves propietats anti-bacterianes eviten la propagació de epidèmias.^[38]

Dues aplicacions clàssiques del bronze en la construcció i ornamentació són la realització de estàtuas i de campanes.

El sector de la construcció consumeix actualment (2008) el 26% de la producció mundial de coure.^[12]

Monedes

Moneda d'un euro. Disc interior de cuproníquel i exterior de níquel-llautó.

Des de l'inici de l'encunyació de monedas en la Edat Antiga el coure s'empra com a matèria primera de les mateixes, de vegades pur i, més sovint, en aliatges com el bronze i el cuproníquel.

Exemples de monedes que inclouen coure pur:

• Les monedes de un, dos i cinc cèntims d'euro són de acer recobert de coure.^[74] La moneda d'un centau de dòlar nord-americà és de cinc recobert de coure.^[75]

Exemples de monedes de cuproníquel:

• Disc interior de la moneda d'un euro i part exterior de la moneda de dos euros.^[74] Monedes de 25 i 50 cèntims de dòlar nord-americà.^[75] Monedes espanyoles de 5, 10, 25, 50 i 200 pessetes encunyades des de 1949.^[76]

Exemples de monedes d'altres aliatges de coure:

• Les monedes de deu, vint i cinquanta cèntims d'euro són de or nòrdic, un aliatge que conté un 89% de coure.^[74] Les monedes argentines d'1/2, 1, 5, 10 i 50 centaus de austral són de llautó.

Altres aplicacions

El coure participa en la matèria primera d'una gran quantitat de diferents i variats components de tot tipus de maquinària, tals com casquillos, cojinetes, embellecedores, etc. Forma part dels elements de bijuteria, bombetas i tubs fluorescents, caldereria, electroimanes, instruments musicals de vent, microones, sistemes de calefacció i aire condicionat. El coure, el bronze i el llautó són aptes per a tractaments de galvanització per cobrir altres metalls.

Coure no metàl·lic

El sulfat de coure (II) també conegut com a sulfat cúprico és el compost de coure de major importància industrial i s'empra com a abonament i pesticida en agricultura, algicida en la depuració del aigua i com a conservant de la fusta.

El sulfat de coure està especialment indicat per suplir funcions principals del coure en la planta, en el camp de les enzims: oxidasas del àcid ascòrbic, polifenol, citocromo, etc. També forma part de la plastocianina continguda en els cloroplasts i que participa en la cadena de transferència d'electrons de la fotosíntesi. La seva absorció es realitza mitjançant un procés actiu metabólicamente. Pràcticament no és afectat per la competència d'altres cations però, per contra, afecta als altres cations. Aquest producte pot ser aplicat a tot tipus de cultiu i a qualsevol zona climàtica en hivernacles.^[77]

Per a la decoració de taulells i ceràmica, es realitzen vidriados que proporcionen una lluentor metàl·lica de diferents colors. Per decorar la peça una vegada cuita i vidriada, s'apliquen barreges de òxids de coure i altres materials i després es torna a coure la peça a menor temperatura.^[78] En barrejar altres materials amb els òxids de coure poden obtenir-se diferents tonalitats.^[79] Per a les decoracions de ceràmica, també s'empren pel·lícules metàl·liques de plata i coure en barreges coloidales de vernissos ceràmics que proporcionen tons semblats a les irisaciones metàl·liques del or o del coure.^[80][81]

Un pigment molt utilitzat en pintura per als tons verds és el cardenillo, també conegut en aquest àmbit com verdigris, que consisteix en una barreja formada principalment per acetats de coure, que proporciona tons verdosos o azulados.^[82]

Productes del coure

Fosa: blister i ànodes

El coure blister (ampollado) i anódico és un material metàl·lic amb un nivell de puresa d'al voltant de 98 a 99,5%, utilitzat al seu torn com a matèria primera per elaborar productes d'alta qualitat, especialment, els càtodes de coure. Si és de bona qualitat pot ser utilitzat ocasionalment en la producció de sulfat de coure i altres productes químics derivats. La seva principal aplicació és la seva transformació en ànodes de coure.

Els ànodes de coure, ja semi-refinats, amb prop de 99,6% de puresa, són la matèria primera del procés de refinació electrolítica que permet la seva transformació en càtodes de coure amb 99,99% de puresa. Un ànode de coure té unes dimensions aproximades de 100x125 cm, un grossor de 5 cm i un pes aproximat de 350 kg.^[83]

Refineria: càtodes

El càtode de coure constitueix la matèria primera idònia per a la producció d'alambrón de coure d'altes especificacions. És un producte, amb un contingut superior al 99,99% de coure, és resultant del refinament electrolític dels ànodes de coure. La seva qualitat està dins de la denominació Cu-CATH-01 sota la norma EN 1978:1998. Es presenta en paquets corrugados i fleixos, la planxa dels quals té unes dimensions de 980x930 mm i un grossor de 7mm amb un pes aproximat de 47 kg. El seu ús fonamental és la producció d'alambrón de coure d'alta qualitat, encara que també s'utilitza per a l'elaboració d'altres semitransformados d'alta exigència.^[84]

Subproductes de fosa i refineria

Després del procés d'elaborar ànode de coure i càtode de coure s'obtenen els següents subproductes: Àcid sulfúric. Escòria granulada. Llots electrolítics. Sulfat de níquel. Guix

Alambrón

L'alambrón de coure és un producte resultant de la transformació de càtode en la bugada contínua. El seu procés de producció es realitza segons les normes ASTM B49-92 i EN 1977.

Les característiques essencials de l'alambrón produït per l'empresa Atlantic-copper són:^[85]

• Diàmetre i tolerància: 8mm +/- 0.4 mm. Cu: 99,97 % min. Oxigen: 200 ppm. Conductivitat elèctrica: > 101% (IACS. Test d'elongació espiral: > 450 m (200º C)

L'alambrón es comercialitza en bobines flejadas sobre palet de fusta i protegides amb funda de plàstic. Les dimensions Del qual són: Peso bobina 5000 kg, diàmetre exterior 1785 mm, diàmetre interior 1150 mm i altura 900 mm. Les aplicacions de l'alambrón són per a la fabricació de cables elèctrics que requereixin una alta qualitat, ja siguin esmaltats o multifilares de diàmetres de 0,15/0,20 mm.

Filferro de coure nu

El filferro de coure nu es produeix a partir de l'alambrón i mitjançant un procés d'escalaborni i amb un forn de recocido. S'obté filferro nu format per un fil de coure electrolític en tres tremps, dur, semiduro i suau i s'utilitza per a usos elèctrics es produeix en una gamma de diàmetres d'1 mm a 8 mm i en bobines que poden pesar de l'ordre de 2250kg. Aquest filferro s'utilitza en línies aèries de distribució elèctrica, en neutres de subestacions, connexions a terra d'equips i sistemes i per fabricar fils plans, esmaltats i multifilares que poden tenir un diàmetres de 0,25/0,22 mm. Està fabricat a força de coure d'alta puresa amb un contingut mínim de 99,9% de Cu. Aquest tipus de filferro té una alta conductivitat, ductilitat i resistència mecànica així com gran resistència a la corrosió en ambients salobres.^[86]

Trefilado

Es denomina trefilado al procés d'adelgazamiento del coure a través de l'estiramiento mecànic que s'exerceix al mateix en partir d'alambrón de 6 o 8 mm de diàmetre amb l'objectiu de produir cables elèctrics flexibles amb la secció requerida. Un cable elèctric es compon de diversos fils que mitjançant un procés d'extrusió se li aplica l'aïllament exterior amb un compost plàstic de PVC o polietilè. Generalment el calibre d'entrada és de 6 a 8 mm, per després aprimar-ho al diàmetre requerit. Com el trefilado és un procés continu es van formant diferents bobines o rotllos que van sent tallats a les longituds requerides o establerts per les normes i són degudament etiquetats amb les corresponents dades tècniques del cable.

Es diu apantallado al cubrimiento d'un conductor central degudament aïllat per diversos fils conductors de coure, que entrellaçats al voltant formen una pantalla. Quan és necessari aïllar un fil conductor mitjançant esmaltat se li aplica una capa de vernís (poliesterimida). Aquestes barreges de resines són usades per recobrir el conductor metàl·lic quedant aïllats del medi ambient que ho envolta i aconseguint d'aquesta forma conduir el flux elèctric sense problemes.^[87]

Tubs

Un tub és un producte buit, la secció del qual és normalment rodona, que té una perifèria contínua i que és utilitzat en gasfitería, lampisteria i sistemes mecànics per al transport de líquids o gasés.

Els tubs de coure a causa de les característiques pròpies d'aquest metall d'alta resistència a la corrosió i la seva resistència i la seva adaptabilitat aconsegueixen que s'utilitzin massivament en residències, edificis, condominis, oficines, locals comercials i industrials.

Per a la fabricació de tub es parteix, en general d'una barreja de coure refinat i de ferralla de qualitat controlada, es fon en un forn i per mitjà de la bugada de coure s'obtenen lingots coneguts com «billets», que tenen forma cilíndrica, amb dimensions que generalment són de 300 mm de diàmetre i 8 m de llarg i que pesen aproximadament 5 tones mètriques. Aquests blocs metàl·lics s'utilitzen per a la fabricació de tubs sense costura per mitjà d'una sèrie de deformacions plàstiques.

Les etapes són les següents:

Laminación

Una de les propietats fonamentals del coure és el seu maleabilidad que permet produir tot tipus de làmines des de grossors molt petits, tant en forma de rotllo continu com en planxes de diverses dimensions, mitjançant les instal·lacions de laminación adequades.

Fosa de peces

El coure pur no és molt adequat per a fosa per modelo, perquè produeix galleo. El galleo es produeix quan el oxigen de l'aire és absorbit pel metall a altes temperatures formant bombollas i, en refredar-se aquest, s'allibera l'aire de les bombolles creant gran quantitat de minúsculs clots en la superfície de les peces foses.^[88]

Els seus aliatges si permeten fabricar peces per qualsevol dels processos de fosa de peces que existeixen depenent del tipus de peça i de la quantitat que s'hagi de produir. Els mètodes més usuals de fosa són per modelo i per centrifugado.

Es denomina fosa per modelo al procés de fabricació de peces, comunament metàl·liques però també de plàstic, consistent a fondre un material i introduir-ho en una cavitat, cridada motlle, on se solidifica. El procés tradicional és la fosa en sorra, per ser aquesta un material refractari molt abundant en la naturalesa i que, barrejada amb argila, adquireix cohesió i moldeabilidad sense perdre la permeabilitat que possibilita evacuar els gasos del motlle al mateix temps que s'aboca el metall fos

El procés de fosa centrifugada consisteix a dipositar una capa de fosa líquida en un motlle de revolució girant a gran velocitat i solidificar ràpidament el metall mitjançant un refredament continu del motlle o coquilla. Les aplicacions d'aquest tipus de fosa són molt variades.

Forjat

El forjat en calent d'una peça consisteix a donar forma a un tac de metall portat prèviament a una temperatura adequada i deformat plàsticament entre dues matrius en les quals s'ha realitzat en huecograbado el motlle de la peça desitjada mitjançant la potència proporcionada per una màquina anomenada premsa. La forja es realitza en calent amb la intenció de minimitzar la potència mecànica necessària per produir la deformació plàstica que s'exigeix per obtenir la forma desitjada.

El metall de partida és, en origen, una barra de secció rodona o un altre perfil, tallat de manera que tingui el volum exacte de la peça en el cas de la matriu tancada, o afegint-li un excedent per crear una rebaba en cas de matriu oberta.

Els productes del coure i els seus aliatges reuneixen molt bones condicions per produir peces per processos d'estampació en calenta, permetent el disseny de peces summament complexes gràcies a la gran ductilitat del material i l'escassa resistència a la deformació que oposa, proporcionant així una vida llarga a les matrius. Un aliatge de coure és “forjable” en calent si existeix un rang de temperatures suficientment ampli en el qual la ductilitat i la resistència a la deformació siguin acceptables. Aquest rang de temperatures depèn de composició química que tingui, en la qual influeixen els elements afegits i de les impureses.^[89]

Mecanitzat

Les peces de coure o dels seus aliatges que van a sotmetre's a treballs de mecanitzat per arrencada d'encenall tenen en la seva composició química una petita aportació de plom i sofre que provoca una fractura millor del encenall tallat.

Actualment (2008) el mecanitzat de components de coure, es realitza sota el concepte de mecanitzat ràpid en sec amb l'eina refrigerada per aire si és necessari. Aquest tipus de mecanitzat ràpid es caracteritza perquè els capçals de les màquines giren a velocitats molt altes aconseguint grans velocitats de tall en eines de poc diàmetre.

Així mateix les eines que s'utilitzen solen ser integrals de metall dur, amb recobriments especials que possibiliten treballar amb avanços de cort molt elevats. Els recobriments i materials d'aquestes eines són molt resistents al desgast, poden treballar a temperatures elevades, per aquest motiu no sigui necessari moltes vegades la seva refrigeració, tenen un coeficient de fricció molt baix i aconsegueixen acabats superficials molt fins i precisos.^[90]

Soldadura

Per soldar unions de coure o dels seus aliatges s'utilitzen dos tipus de soldadura diferents: soldadura tova i soldadura forta.

La soldadura tova és aquella que es realitza a una temperatura d'uns 200 °C i s'utilitza per a la unió dels components de circuits impresos i electrònics s'utilitzen soldadores d'estany i el material d'aportació és un aliatge de estany i plom en forma de filferro en rotllo i que té resina desoxidante en la seva ànima. És una soldadura poc resistents i serveix parell assegurar la continuïtat del corrent elèctric a través del circuit.^[91]

Les soldadures de canonades d'aigua i gas realitzades pels lampistes són de diversos tipus en funció dels materials que es vulguin unir i de l'estanqueïtat que es vulgui aconseguir de la soldadura. Actualment, la majoria de les instal·lacions d'aigua es fan amb tubs de coure, encara que para determinades connexions s'usen també tubs flexibles i canonades de plàstic.

La soldadura de canonades de coure es realitza amb bufadors de gas que proporcionen la flama per fondre el material soldante. Existeixen bufadors alimentats amb gas butà o propà.

La soldadura forta de lampisteria utilitza com a aglutinant el coure o la plata. S'empra per a canalitzacions complexes de calefacció i canonades de gas.^[92]

Caldereria

Destil·leria amb alambins de coure.

Es diu caldereria a una especialitat professional de la branca de fabricació metàl·lica que té com a funció principal la construcció de dipòsits aptes per al magatzematge i transport de sòlids en forma de grans o àrids, líquids i gas així com tot tipus de construcció naval i estructures metàl·liques. Gràcies a l'excel·lent conductivitat tèrmica que té la xapa de coure s'utilitza per fabricar alambís, calderas, serpentines, cobertes, etc.

Embutición

Es denomina embutición al procés de conformat en fred pel qual es transforma un disc o peces retallada, segons el material, en peces huecas, i fins i tot partint de peces prèviament embotides, estirar-les a una secció menor amb major altura.

L'objectiu és aconseguir una peça hueca d'acord amb la forma definida per la matriu d'embutición que s'utilitzi, mitjançant la pressió exercida per la premsa. La matriu d'embutición també és coneguda com a motlle.

Es tracta d'un procés de conformat de xapa per deformació plàstica en el curs del com la xapa sofreix simultàniament transformacions per estiratge i per recalcat produint-se variacions en el seu espessor. Per l'embutición s'empren, gairebé exclusivament, premses hidràuliques.^[93]

La xapa de coure i els seus aliatges tenen unes propietats molt bones per ser conformats en fred. L'embutición és un bon procés per a la fabricació en xapa fina de peces amb superfícies complexes i altes exigències dimensionals, substituint amb èxit a peces tradicionalment fabricades per fosa i mecanitzat.^[94]

Estampació

Moneda estampada de 50 cèntims d'euro.

Es coneix amb el nom de estampació a l'operació mecànica que es realitza per gravar un dibuix o una llegenda en la superfície plana d'una peça que generalment és de xapa metàl·lica. Les xapes de coure i els seus aliatges reuneixen condicions molt bones per realitzar en elles tot tipus de gravats.

Els elements claus de l'estampació ho constitueixen una premsa que pot ser mecànica, pneumàtica o hidràulica; de grandària, forma i potència molt variada, i una matriu anomenada estampa o encuny, on està gravat el dibuix que es desitja encunyar en la xapa, i que en donar un cop sec sobre la mateixa queda gravat.

L'estampat dels metalls es realitza per pressió o impacte, on la xapa s'adapta a la forma del motlle. L'estampació és una de les tasques de mecanitzat més fàcils que existeixen, i permet un gran nivell d'automatisme del procés quan es tracta de realitzar grans quantitats de peces.

L'estampació es pot realitzar en fred o en calent, l'estampació de peces en calenta es diu forja, i té un funcionament diferent a l'estampació en fred que es realitza en xapes generalment. Les xapes d'acer, alumini, plata, llautó i or són les més adequades per a l'estampació. Una de les tasques d'estampació més conegudes és la que realitza l'estampat de les cares de les monedas en el procés d'encunyació de les mateixes.

Encunyat

Premsa troqueladora d'excèntrica.

Es denomina encunyat a l'operació mecànica que es realitza per produir peces de xapa metàl·lica o on sigui necessari realitzar diversos forats en les mateixes. Per realitzar aquesta tasca, s'utilitzen des de simples mecanismes d'accionament manual fins a sofisticades premses mecàniques de gran potència.

Els elements bàsics d'una premsa troqueladora ho constitueixen el encuny que té la forma i dimensions exteriors de la peça o dels forats que es vulguin realitzar, i la matriu de tall per on s'insereix l'encuny quan és impulsat de forma enèrgica per la potència que li proporciona la premsa mitjançant un accionament d'excèntrica que té i que proporciona un cop sec i contundent sobre la xapa, produint un tall net de la mateixa.

Segons el treball que s'hagi de realitzar, així són dissenyades i construïdes les premses. Hi ha matrius simples i progressives on la xapa, que està en forma de grans rotllos, avança automàticament provocant el treball de forma continuat, i no requerint altres cures que canviar de rotllo de xapa quan s'acaba i anar retirant les peces encunyades així com vigilar la qualitat del tall que realitzen.

Quan el tall es deteriora per desgast de l'encuny i de la matriu es desmunten de la màquina i se'ls rectifica en una rectificadora plana establint un nou tall. Una matriu i un encuny permeten molts reafilados fins que es desgasten totalment.

Hi ha troqueladoras que funcionen amb un capçal on pot portar inserit diversos encunys de diferents mesures, i una taula àmplia on es col·loca la xapa que es vol mecanitzar. Aquesta taula és activada mitjançant CNC i es desplaça de llarg a llarg de la mateixa a gran velocitat, produint les peces amb rapidesa i exactitud.

Reciclat

El coure és un dels pocs materials que no es degraden ni perden les seves propietats químiques o físiques en el procés de reciclatge.^[38] Pot ser reciclat un nombre il·limitat de vegades sense perdre les seves propietats, sent impossible distingir si un objecte de coure està fet de fonts primàries o reciclades. Això fa que el coure hagi estat, des de l'Antiguitat, un dels materials més reciclats.^[12]

El reciclat proporciona una part fonamental de les necessitats totals de coure metàl·lic. S'estima que en 2004 el 9% de la demanda mundial es va satisfer mitjançant el reciclat d'objectes vells de coure. Si també es considera "reciclatge" el refós de les deixalles del procés de refinat del mineral, el percentatge de coure reciclat ascendeix al 34% al món i fins a un 41% en la Unió Europea.^[12]

El reciclat del coure no requereix tanta energia com la seva extracció minera. A pesar que el reciclat requereix recollir, classificar i fondre els objectes de metall, la quantitat d'energia necessària per reciclar el coure és només al voltant d'un 25% de la requerida per convertir el mineral de coure en metall.^[95]

L'eficàcia del sistema de reciclat depèn de factors tecnològics com el disseny dels productes, econòmics com el preu del coure i socials com el concienciamiento de la població sobre el desenvolupament sostenible. Un altre factor clau és la legislació. Actualment existeixen més de 140 lleis, regulacions, directives i guies nacionals i internacionals que tracten d'afavorir la gestió responsable del final del cicle de vida dels productes que contenen coure com per exemple electrodomèstics, telèfons i vehicles.^[38]

En la Unió Europea, la directiva 2002/96/CE sobre residus d'aparells elèctrics i electrònics (RAEE, o WEEE del anglès Waste Electrical and Electronic Equipment) propicia una política de minimització de desaprofitaments, que inclou una obligatòria i dràstica reducció de les deixalles industrials i domiciliaris, i incentius per als productors que produeixen menys residus.^[96] L'objectiu d'aquesta iniciativa era reciclar 4 quilos per habitant a l'any a finalitats de 2006.

Un exemple de reciclatge massiu de coure ho va constituir la substitució de les monedas nacionals de dotze països europeus pel euro en 2002, el canvi monetari més gran de la història. Es van eliminar de la circulació unes 260.000 tones de monedes, contenint aproximadament 147.496 tones de coure, que van ser foses i reciclades per al seu ús en una àmplia gamma de productes, des de noves monedes fins a diferents productes industrials.^[95]

Producció i comercio

Producció minera

La producció mundial de coure a partir de mines és d'uns 15,6 milions de tones a l'any (2007). El principal país productor és Xile, amb més d'un terç del total, seguit per Perú i Estats Units.^[98]

D'entre les deu majors mines de coure del món, cinc es troben a Xile (Amagada, Codelco Nord, Collahuasi, El Tinent i Els Pelambres), dos a Indonèsia, una a Estats Units, una a Rússia i una altra a Perú (Antamina).^[38]

Reserves

S'estima que la escorça terrestre conté més de 3000 milions de tones de coure, de les quals 700 milions estan en el jaç marí. Les reserves demostrades, segons dades de l'agència nord-americana de prospeccions geològiques (US Geological Survey), són de 940 milions de tones, estant gairebé el 40% d'elles a Xile.^[98]

D'altra banda, atès que és possible reciclar el coure indefinidament sense alterar la seva composició ni les seves propietats, es pot considerar que el coure actualment en ús al món forma part de les reserves del metall.

Comerç i consum

El coure és el tercer metall més utilitzat al món, per darrere del acer i el alumini.^[99] Existeix un important comerç mundial de coure que mou uns 30.000 milions de dòlars anuals.^[100]

Els tres principals mercats de coure són el LME de Londres, el COMEX de Nova York i la Borsa de Metalls de Shanghái. Aquests mercats fixen diàriament el preu del coure i dels contractes de futurs sobre el metall.^[100] El preu de sol expressar en dòlars / lliura i en l'última dècada ha oscil·lat entre els 0,65 $/lb de finals de 2001 i els més de 4,00 $/lb aconseguits en 2006 i en 2008.^[101] El fort encariment del coure des de 2004, hagut de principalment a l'augment de la demanda de Xina i altres economies emergents,^[102] ha provocat una onada de robatoris d'objectes de coure (sobretot cables) a tot el món, amb els consegüents riscos per a la infraestructura elèctrica.^{[103] [104] [105][106]}

Els principals productors de mineral de coure són també els principals exportadors, tant de mineral com de coure refinat. Els principals importadors són els països industrialitzats: Japó, Xina, Índia, Corea del Sud i Alemanya per al mineral i Estats Units, Alemanya, Xina, Itàlia i Taiwan per al refinat.^[38]

Referencies

Bibliografia

• Plantilla:Cita lliuro

• Plantilla:Cita lliuro

• Plantilla:Cita lliuro

• Plantilla:Cita lliuro

Notes

Vegeu també

• Conductivitat elèctrica
• Element químic essencial
• Iridi
• Metall de transició
• Oro
• Plata
• Platí

Enllaços externs

Commons

• Wikimedia Commons alberga contingut multimèdia sobre Coure.

Wikcionario

• Fitxer:Wiktionary-logo-és.png Wikcionario té definicions per coure.
• Coure en Enviromental Chemistry (en anglès)
• Coure en Jefferson Lab (en anglès)
• Coure, en ATSDR en Español - ToxFAQs™, Agència de Substàncies Tòxiques i Registre de Malalties, Estats Units
• Copper Development Association (en anglès)
• Codelco
• Estadístiques sobre el coure (producció, consum i preus), Servei Geològic d'Estats Units (USGS) (en anglès)
• Coure, Fitxes Internacionals de Seguretat Química, Institut Nacional de Seguretat i Higiene en el Treball, Espanya
• Torres P., J. C. (2005) Coure, Medi ambient i Salut. Aportacions de la Ciència, Institut d'Innovació en Mineria i Metal·lúrgia, Xile
• Coure, en Dieta i nutrició, Institut Químic Biològic, Espanya
• Coure, en webElements.com (en anglès)
• Coure, en EnvironmentalChemistry.com (en anglès)
• Els metalls (1), El coure, en YouTube. Vídeo sobre la història del coure.ai:Antidóna:Kobberaneu:Tembagael meu:Konukurapnb:تانباvaig veure:Đồngjo:Copper

This page is based in an article from Wikipedia (please colaborate or donate).
Reutilization of the present article (modified or copied) is encouraged with the only conditions of adding a link to this page and to keep the same license.