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El cobre, ciclo de vida, aplicaciones, impacto en el medio ambiente y Biorremediación.

AUTORES : Argomed o Medina Estefany - Castillo Gálvez Diego - Cuadra

Contenido INTRODUCCIÓN:............................................................................................. 1 OBJETIVOS...................................................................................................... 2 DESARROLLO.................................................................................................. 3 1. EL COBRE.............................................................................3 A.

Características del cobre.................................................4

2. CICLO DE VIDA DEL COBRE...................................................5 1.

Proceso de obtención del cobre.............................................6

3. USO DEL COBRE EN LA VIDA DIARIA.....................................11 4. PROPIEDADES DEL COBRE...................................................11 5. USOS Y APLICACIONES........................................................15 6. USO DEL COBRE EN LA VIDA DIARIA.....................................18 7. PROPIEDADES ANTIMICROBIANAS DEL COBRE......................25 a.

Fundamento de las propiedades antimicrobianas del cobre.........26

b.

Microbios que son inactivados por el cobre..................................27

8. EL COBRE EN EL ORGANISMO..............................................28 9. RELACIÓN DEL COBRE CON EL MEDIO AMBIENTE...................30 10. EFECTOS AMBIENTALES DEL COBRE.....................................34 11. MÉTODOS DE REMEDIACIÓN PARA EL COBRE........................39 12. MÉTODOS DE BIORREMEDIACIÓN.........................................42 A.

APLICACIÓN DE LA BIOLIXIVIACIÓN................................42

B.

BIORREMEDIACIÓN POR HONGOS...................................45

13. TECNOLOGÍA EN LA APLICACIÓN DEL COBRE.........................49 14. DESARROLLO DEL COBRE, NUEVAS OPORTUNIDADES............52 BIBLIOGRAFÍA............................................................................................... 55 ANEXO 1: Características del cobre...........................................56

TABLA DE ILUSTRACIONES ILUSTRACIÓN 1: EL

COBRE EN LA TABLA PERIÓDICA...............................................................3

ILUSTRACIÓN 2: CICLO

DEL COBRE.....................................................................................6

ILUSTRACIÓN 3: PROCESO

DE OBTENCIÓN DEL COBRE..........................................................10

ILUSTRACIÓN 4: PROPIEDADES

FÍSICAS DEL COBRE..............................................................12

ILUSTRACIÓN 5: ESTATUA

ELABORADA EN COBRE.

ILUSTRACIÓN 6: TEJADOS

DEL NORTE DE

EUROPA

OXIDACIÓN SE TORNAN DE COLOR VERDE.

ILUSTRACIÓN 7: ALIMENTOS ILUSTRACIÓN 8: COBRE

RESISTENTE

A LA CORROSIÓN........................13

CONSTRUIDOS EN COBRE Y EN REACCIÓN A LA

LLAMADO

CARBONATO DE COBRE......................13

QUE CONTIENEN COBRE............................................................14

ES COMPONENTE DE ENZIMAS DE LAS PLANTAS EN EL SISTEMA DE

TRANSPORTE DE ELECTRONES DE LA FOTOSÍNTESIS.......................................................14

ILUSTRACIÓN 9: FABRICACIÓN ILUSTRACIÓN 10: COBRE

DE CABLES ELÉCTRICOS CON COBRE.........................................15

EN LA ELECTRICIDAD Y TELECOMUNICACIONES.

ESTOS

CONDUCTORES SE

USAN EN EQUIPOS COMO GENERADORES, MOTORES Y TRANSFORMADORES.........................15

ILUSTRACIÓN 11: RADIADORES ILUSTRACIÓN 12: ESTATUA

DE

ILUSTRACIÓN 13: MONEDAS ILUSTRACIÓN 14: OTRAS

HECHOS DE COBRE..............................................................15

NUEVA YORK

ELABORADA EN COBRE........................................16

DE LA EDAD ANTIGUA FABRICADAS EN COBRE...............................16

APLICACIONES DEL COBRE.............................................................17

ILUSTRACIÓN 15: SULFATO

DE COBRE EMPLEADO COMO ABONO Y PESTICIDA............................18

ILUSTRACIÓN 16: PIGMENTOS

FROMADOS POR ACETATOS DE COBRE.......................................18

ILUSTRACIÓN 17: INFOGRAFÍA

DE LA PRESENCIA DEL COBRE EN LA VIDA DEL HOMBRE................20

ILUSTRACIÓN 18: REPRESENTACIÓN ILUSTRACIÓN 19: PARTICIPACIÓN

DE

DE UN CORAZÓN DE COBRE.............................................21

MINAS

CHILENAS QUE USAN EL MÉTODO DE

BIOLIXIVIACIÓN. .24

ILUSTRACIÓN 20: COBRE

EN UNA SALA DE HOSPITAL, PODEROSO ANTIMICROBIANO....................25

ILUSTRACIÓN 21: AGUAS

VERTIDAS POR ACCIÓN MINERA DEL COBRE.......................................35

ILUSTRACIÓN 22: IMPACTO

EN EL SUELO POR LA ACCIÓN MINERA............................................36

ILUSTRACIÓN 23: PROCESO

DE

BIOLIXIVIACIÓN...................................................................44

ILUSTRACIÓN 24: COLONIZACIÓN

DEL HONGO EN LA RIZOSFERA DE LA PLANTA.

FUENTE:

SDHYDROPONICS................................................................................................... 45

INTRODUCCIÓN: El cobre es un metal que se encuentra ampliamente distribuido en la naturaleza, cuyo descubrimiento data de alrededor de 5.000 años AC y que ha sido utilizado en diferentes funciones que incluye desde la construcción de utensilios de uso doméstico hasta su uso como conductor eléctrico. Sin embargo, destaca su función como un micro elemento para realizar funciones básicas del metabolismo celular. El cobre ocupa el lugar 25 en abundancia entre los elementos de la corteza terrestre. El cobre se encuentra por todo el mundo en la lava basáltica, localizándose el mayor depósito conocido en la cordillera de los Andes en Chile, bajo la forma de pórfido. Se ha comprobado que el cobre es un material de gran beneficio para el hombre a través de la historia. En años recientes, se han fabricado cañería artefactos de plomería con el cobre y sus aleaciones. Aunque estas aplicaciones del cobre a los sistemas de distribución de agua han sido muy beneficiosas para el hombre, a veces este metal puede reaccionar de manera negativa. Por otro lado, el cobre es considerado un antibacterial por sus particularidades antimicrobianas para eliminar bacterias, hongos, ácaros y virus en el lapso de una hora. Pero a su vez tiene su punto negativo que es la contaminación ambiental, ya que es un metal pesado, por lo tanto contamina a las aguas como a los suelos. Pero se ha demostrado que existe un “Hongo” capaz de degradar el cobre, haciéndolo menos tóxico en el ambiente que se encuentra. Además últimas investigaciones indican que hay microorganismos capaces de recuperar el cobre de las pequeñas piedras, esta técnica llamada “Biolixiviación” se desarrolla en la rama de la biotecnología. Empresas chilenas ya la han puesto en práctica los últimos años, obteniendo así aproximadamente el 9% de todo el cobre. El presente informe desarrolla todo lo relacionado con el cobre desde sus características, propiedades físicas, químicas y biológicas hasta la relación con el hombre, medioambiente finalizando con técnicas de remediación y biorremediación.

OBJETIVOS -

Definir las relaciones del cobre con el hombre y el medioambiente. Mostrar el daño que causa si no se respetan los límites máximos de

-

permisibilidad. Demostrar que la biotecnología ha desarrollado nuevas técnicas

-

biorremediación. Fundamentar que es efectivo usar la biotecnología en operaciones mineras.

de

DESARROLLO 1. EL COBRE Es posible acercarse al cobre desde muchas perspectivas. Por un lado, se trata de un oligoelemento esencial para la salud de todos los organismos vivos. Como metal, cuenta con numerosas propiedades únicas y beneficiosas para el mundo de hoy en día. A nivel histórico, el cobre es uno de los materiales más antiguos empleados por el hombre gracias al cual es posible iluminar partes de nuestra magnífica historia a través de las civilizaciones. Asimismo, la producción y el uso del cobre resultan factores clave de nuestra economía. Es un metal de color rojizo-marrón que se encuentra en la naturaleza en muchos minerales, como cuprita y azurita. El cobre también se extrae en el laboratorio a partir de sulfuros de cobre, óxidos y carbonatos.

Ilustración 1: El cobre en la tabla periódica.

A. Características del cobre a) El metal de la civilización: Suministra electricidad y agua limpia a nuestras casas y ciudades y hace una importante contribución al desarrollo sostenible. b) Estético: Siempre ha fascinado a la gente por su belleza y elegancia. c) Fácil de Alear: Combinando el cobre con otros metales, pueden conseguirse aleaciones para prácticamente cualquier aplicación. Ej. Bronce (Cobre – estaño). d) Antimicrobiano: Los elementos patógenos no sobreviven en las superficies del cobre, y de ese modo se reduce el riesgo de que se transmitan por contacto. e) Anticorrosivo: Hoy en día, las aleaciones de cobre niquel se usan para proteger plataformas de ultramar, cascos de barco, tuberías de agua de mar y unidades de desalinización. Las piscifactorías modernas empiezan a usar jaulas de aleación de cobre (Proporcionan un entorno seguro y sano para la cría de peces). f) Fácilmente moldeable: Puede adaptarse a formas complejas, como lo demuestran las intrincadas curvas de los instrumentos de latón como las trompetas. También se funde para hacer grifos y válvulas, campanas y estatuas que duran cientos de años. g) Multicolor: Ningún otro metal tiene una variedad de colores tan atractiva como el cobre y sus aleaciones. h) Conductor: El cobre tiene la conductividad térmica y eléctrica más alta de todos los metales, después de la plata. Cuando es esencial una buena transmisión del calor, como en radiadores de vehículos, disipadores térmicos y unidades de refrigeración, el cobre es una opción excelente. También reduce las pérdidas de energía eléctrica, mejora la eficiencia energética, y su uso optimiza la duración de los productos en los que se aplica. i) Duradero: En interiores el cobre y sus aleaciones se oscurecen su color muy despacio, pero se oxidan. Este oscurecimiento no daña su función, que es muy importante para artículos como los tubos de agua y el gas, grifos y cables eléctricos. En el exterior forma gradualmente una pátina verde estable y atractiva que realza el aspecto de estatuas, tejados y otros elementos arquitectónicos y decorativos. Hoy en día los tubos de cobre se usan para transportar agua caliente y fría, en fontanería y calefacción y para transportar sin peligro gas natural a los hogares y las empresas. j) Fácil de unir: Pueden unirse fácilmente, con pernos, remaches y todo tipo de soldaduras y con uniones adhesivas. En la industria es muy útil en fontanería y

para unir barras conductoras, elementos vitales de los sistemas de distribución de potencia. k) Esencial: Es un micronutriente esencial y vital para la salud de todos los organismos vivos. Sin el cobre, nuestra sangre no podría transportar oxígeno. l) Maleable y dúctil: Los cables de muy pequeño diámetro que transmiten la electricidad en los automóviles, los ordenadores, los televisores, la iluminación y los teléfonos móviles solamente pueden existir gracias a la alta ductilidad y maleabilidad del cobre. m) Seguro: En entornos peligrosos, el cobre no es magnético y no produce chispas. n) Reciclable: El cobre se encuentra en minas naturales, dado que el cobre puede ser reciclado una y otra vez sin ninguna pérdida de rendimiento, raramente se pierde como recurso. El reciclaje de los productos al final de su vida útil contribuye al desarrollo sostenible. o) Resistente: Son resistentes al agrietamiento y al desgaste. Esto significa que siempre han sido muy apropiados para su uso en herramientas y armas. 2. CICLO DE VIDA DEL COBRE La Figura 2 muestra el ciclo de vida del cobre en forma simplificada, omitiendo productos intermedios y varios procesos alternativos. Este ciclo incluye desde que el cobre es extraído del suelo hasta que es reciclado o dispuesto en botaderos. El ciclo de vida es un concepto importante ya que forma parte de un proceso de análisis usado en la actualidad por las empresas que fabrican bienes y también por los gobiernos y agencias regulatorias para comparar los insumos, productos y emisiones de los diversos productos y procesos. El cobre de mina se extrae y se procesa, usualmente mediante fusión y refinación,

posteriormente

se

vende

como

cátodo

a

las

empresas

semimanufactureras, las que fabrican planchas, alambre, cable, barras, cañerías, flejes y aleaciones. Estos productos son vendidos directamente al público en el caso de conductores eléctricos y cañerías, mientras que el resto de los productos son adquiridos por los productores de bienes de consumo, por ejemplo, automóviles, televisores, refrigeradores, computadores, aviones, fontanería, ollas, artículos ornamentales y artesanales, etc.

Ilustración 2: Ciclo del cobre

1. Proceso obtención

de del

cobre El cobre está presente en corteza

terrestre

forma de minerales

la principalmente

en

sulfurados como la

calcopirita

(CuFeS2),

bornita

(Cu5FeS4)

y

calcosina (Cu2S). El contenido en cobre de estos minerales es bajo, alrededor de un 0.5% en minas a cielo abierto y hasta un 2% en minas subterráneas. El cobre también se presenta en forma de minerales con oxígeno como carbonatos, óxidos, silicatos y sulfatos, pero en menor concentración. Según sea la mena, el proceso de extracción del cobre será diferente, así tenemos:   

Extracción de cobre a partir de menas sulfuradas (pirometalurgia) Extracción de cobre a partir de menas de óxido (hidrometalurgia) Extracción de cobre a partir de menas sulfuradas

Alrededor del 90% del cobre que se produce en el mundo proviene de los minerales de sulfuro. La extracción tiene cuatro etapas:    

Concentración por flotación Tostación Fusión de mata Afino

A. Concentración por flotación Las concentraciones de cobre en las menas actuales son demasiado bajas por lo que la fundición directa sería muy costosa. Ésta implicaría que se fundiesen enormes cantidades de material sin valor que conllevarían un gran gasto energético y una gran capacidad de horno. Por estas razones, hoy en día se recurre al aislamiento de los

minerales de cobre en forma de un concentrado. El método más efectivo de concentración es la concentración por flotación, que requiere un proceso previo de trituración y molienda. Los principios en los que se basa el proceso de flotación son los siguientes: •

Los minerales sulfurados normalmente se humedecen por el agua, pero pueden

•

ser acondicionados con reactivos que los volverán repelentes al agua. Esta hidrofobicidad puede ser creada en minerales específicos dentro de una

•

pulpa agua - mena. Los choques entre las burbujas de aire y los minerales que se han hecho

• •

hidrofóbicos conducirán a la unión entre las burbujas y dichos minerales Las partículas de mineral no acondicionadas no se unirán a las burbujas de aire. Con todo esto conseguimos que los minerales de cobre se adhieran a las burbujas de aire con las cuales se van a elevar hasta la superficie de la celda de flotación. El resto de minerales (ganga) se quedan atrás y abandonan la celda a través de un sistema de descarga.

Los reactivos que se utilizan para crear las superficies hidrofóbicas consisten en moléculas heteropolares, es decir, moléculas que tienen un extremo polar cargado y un extremo no polar (hidrocarburo). Estos reactivos tienen normalmente un grupo portador de azufre en su extremo polar, el cual enlaza a los minerales de sulfuro pero ignora las superficies de los óxidos. Los reactivos de sulfuro más conocidos son los xantatos de sodio y potasio, pero también se usan otras moléculas portadoras de azufre como tionocarbonatos, ditiofosfatos y tiocarbanilida. B. Tostación La tostación es una oxidación parcial de los concentrados de sulfuro de cobre con aire y la eliminación parcial del sulfuro en forma de SO2. Los objetivos de la tostación son dos: •

Utilizar el calor de la tostación para secar y calentar la carga antes de ser

•

introducida al horno de fundición. Aumentar la concentración de cobre en el producto de fundición, es decir, en la mata líquida.

La tostación se lleva a cabo entre 500 y 700ºC, dentro de los tostadores tipo hogar o de lecho fluidificados, bajo condiciones bien controladas. El producto de la tostación es una mezcla de sulfuros, sulfatos y óxidos, cuya composición puede variarse mediante el control de la temperatura del proceso de tostación y la relación aire - concentrado.

C. Fusión de mata El objetivo de la fundición de mata es formar dos fases líquidas inmiscibles: una fase líquida de sulfuro (mata) que contiene todo el cobre de la carga y una fase líquida de escoria sin cobre. La mata tiene un contenido en cobre de entre un 35 a un 65%. La escoria fundida se desecha directamente o después de una etapa de recuperación de cobre. La gran desventaja de este método es la contaminación de la atmósfera con el gas SO2. La fusión de mata se lleva a cabo al fundir la carga total del horno a una temperatura aproximada de 1200ºC, normalmente con fundentes de sílice y carbonato de calcio. Hoy en día la fundición se realiza de forma mayoritaria en hornos de reverbero aunque todavía se utilizan altos hornos y hornos eléctricos. La mata fundida resultante del proceso de fundición contiene cobre, hierro y azufre como componentes principales y hasta un 3% de oxígeno disuelto. Además, contiene cantidades menores de metales como As, Sb, Bi, Pb, Ni y metales preciosos. Para eliminar el hierro, el azufre y otras impurezas, se pasa la mata por un convertidor cilíndrico Pierce -Smith, revestido con refractario básico. En este convertidor se produce la oxidación de la mata con oxígeno a una temperatura de 1200ºC. Al final del proceso se obtiene un cobre metálico líquido no refinado con una pureza de entre un 98.5 a un 99.5%, denominado cobre blíster. Además de éste, también se produce la escoria y grandes volúmenes de gases calientes que contienen entre un 5 a un 15% de SO2. Las reacciones que se llevan a cabo son: 2FeS + 3O2 + SiO2  2FeO.SiO2 + 2SO2 Aire Fundente Escoria 2Cu2S + 3O2 → 2Cu2O + 2SO2 Cu2S + O2  2Cu + SO2 Cu2S + 2Cu2O → 6Cu + SO2 Aire Cobre Blister D. Afino Finalmente, el cobre blíster se refina electroquímicamente para obtener cobre catódico de una gran pureza, superior al 99.99%. Previamente a la refinación electroquímica es necesario llevar a cabo una refinación térmica, para evitar así la formación de ampollas de SO2. Estas ampollas se forman cuando solidifican pequeñas cantidades de azufre y fosforo que todavía contiene el

cobre blíster en forma residual. La aparición de ampollas conllevaría a la debilitación de los ánodos y a la aparición de una superficie áspera de espesor irregular. La refinación térmica se lleva a cabo en hornos de refinación tipo giratorio que se asemejan a los convertidores Pierce - Smith. La temperatura de operación está entre los 1130º y los 1150ºC. Una vez refinado térmicamente se realiza el afino electrolítico del cobre. Este afino se puede realizar mediante electro refinación de los ánodos de cobre impuro o mediante separación por electrolisis a partir de soluciones de lixiviación. El primer método es el más utilizado, ocupando alrededor del 95%. El electro refinación consiste en la disolución electroquímica del cobre de los ánodos impuros y el depósito selectivo de este cobre disuelto en forma pura sobre cátodos de cobre. Esta técnica tiene dos objetivos: Eliminar las impurezas que dañan las propiedades eléctricas y mecánicas del cobre, consiguiendo cobre con una pureza superior al 99.99% con menos de un 0.004% de impurezas metálicas. Separar las impurezas valiosas del cobre, que pueden ser recuperadas después como subproductos metálicos.

Ilustración 3: Proceso de obtención del cobre.

3. USO DEL COBRE EN LA VIDA DIARIA

El cobre es un poderoso antibacterial. Estudios médicos confirman que el cobre es capaz de destruir el 99 por ciento de bacterias, hongos, ácaros y virus en el lapso de una hora. El cobre es usado, además, en los medios de transporte: se trata de un metal clave que se encuentra en autos, trenes, aviones y barcos, en sus sistemas electrónicos y sus motores. En un avión mediano, los cables de cobre pueden tener una longitud de 100 kilómetros. Este metal también es ingerido diariamente por personas alrededor del mundo, a través de los alimentos rojos. Se encuentra presente en el hígado, las ostras y el cangrejo, además del arroz integral, las nueces, los porotos, la papa y la espinaca. Estos usos del cobre son históricos: los antiguos egipcios solían usar recipientes de cobre para esterilizar agua para lavar heridas. En Europa, a mediados del siglo XIX, este mismo procedimiento se repitió para paliar la epidemia del cólera. El cobre está también presente en nuestros intercambios monetarios de todos los días, al ser un componente fundamental de las monedas. Incluso puede ser usado para pigmentar pinturas, en forma de acetato. Muchos de nosotros no conocíamos estos detalles, pero sirven para detallar cómo los metales y los minerales son fundamentales para el funcionamiento del mundo. 4. PROPIEDADES DEL COBRE El cobre es uno de los metales más antiguos y de mayor uso. De color pardo rojizo, era conocido en épocas prehistóricas y fue el material con el que el hombre construyó las primeras herramientas. Es uno de los pocos metales que puede encontrarse en estado puro pero también combinado con azufre o formando óxidos. Para eliminar las impurezas se realiza una reducción. Propiedades físicas: -

Tiene excelentes propiedades mecánicas y es el segundo mejor conductor después de la plata a la que aventaja por su bajo precio. Tiene buena resistencia a la corrosión y extraordinaria ductilidad lo que permite transformarlo en alambres de hasta 0,025 mm.

Se utiliza en cables y líneas de alta tensión exteriores, en el cableado eléctrico en interiores, enchufes y maquinaria eléctrica en general, generadores, motores, reguladores, equipos de señalización, aparatos electromagnéticos y sistemas de comunicaciones -

Es el mejor conductor del calor lo que explica su uso en situaciones en las que se desee calentar o enfriar rápidamente como refrigerantes, intercambiadores de calor, pailas, utensilios de cocina, etc.

-

No tiene propiedades magnéticas (amagnético) lo que permite su uso en construcción eléctrica, electrónica, armamentos, relojería, etc.

Ilustración 4:metal Propiedades físicas del Propiedades químicas: es un muy resistente, integra el grupo de los metales cobre

nobles con la plata, el oro y el platino. Resiste la exposición atmosférica, el agua y algunos ácidos, pero es atacado por ácidos oxidantes (nítrico) y el amoníaco. No se corroe en situaciones normales (se utiliza en techos, grandes esculturas, cúpulas)

En la mayoría de sus compuestos, el cobre presenta estado de oxidación + 2 y en menor medida, + 1. Expuesto al aire, se forma primero Cu2O y después óxido cúprico (CuO). Los halógenos atacan con facilidad al cobre, especialmente en presencia de humedad. El ácido sulfúrico reacciona con el cobre formando un sulfuro. También pueden formarse sulfatos de cobre con colores de verde a azul verdoso, estas sales se aparecen habitualmente en los acumuladores de los autos. El ácido cítrico disuelve el óxido de cobre, por lo que se aplica para limpiar superficies de cobre.

Ilustración 5: Tejados del 6: norte de Europa Ilustración Estatua construidos enelaborada cobre y en enreacción cobre. a la oxidación se tornan de color Resistente a laverde. corrosión. Llamado carbonato de cobre.

Propiedades biológicas: El cobre, es un oligoelemento, ayuda a la formación de la hemoglobina por lo que debe ser ingerido diariamente en muy pequeñas cantidades. El cobre contribuye a la formación de glóbulos rojos y al mantenimiento de los vasos sanguíneos, nervios, sistema inmunitario y huesos y por tanto es un oligoelemento esencial para la vida humana.

Ilustración 7: Alimentos que contienen cobre

El cobre posee un importante papel biológico en el proceso de fotosíntesis de las plantas, aunque no forma parte de la composición de la clorofila. El desequilibrio de cobre ocasiona en el organismo una enfermedad hepática conocida como enfermedad de Wilson. Las aleaciones más conocidas son el bronce (cobre – estaño) y el latón (cobre – cinc). También se usa en aleaciones con el oro, la plata o el níquel.

Ilustración 8: Cobre es componente de enzimas de las plantas en el sistema de transporte de electrones de la fotosíntesis

5. USOS Y APLICACIONES Ya sea considerando la cantidad o el valor del metal empleado, el uso industrial del cobre es muy elevado. Es un material importante en multitud de actividades económicas y ha sido considerado un recurso estratégico en situaciones de conflicto.



COBRE METÁLICO:

El cobre se utiliza tanto con un gran nivel de pureza, cercano al 100%, como aleado con otros elementos. El cobre puro se emplea principalmente en la fabricación de cables eléctricos.



Ilustración 9: Fabricación de cables eléctricos con cobre

ELECTRICIDAD

Y

TELECOMUNICACIONES:

Se emplean conductores de cobre en numerosos equipos eléctricos como generadores, motores y transformadores. La principal alternativa al cobre en estas aplicaciones es el aluminio. También son de cobre la mayoría de los cables telefónicos, los cuales además posibilitan el acceso a Internet. Las principales alternativas al cobre para telecomunicaciones son Ilustración 10: Cobre en la electricidad y telecomunicaciones. Estos conductores se usan en equipos como generadores, motores y transformadores



la fibra óptica y los sistemas inalámbricos. Por otro lado, todos los equipos informáticos y de telecomunicaciones contienen cobre en mayor o menor medida, por ejemplo en sus circuitos integrados, transformadores y cableado interno.

MEDIOS DE TRANSPORTE

El cobre se emplea en varios componentes de coches y camiones, principalmente los radiadores (gracias a su alta conductividad térmica y resistencia a la corrosión), frenos y cojinetes, además naturalmente de los cables y motores eléctricos. Un coche pequeño Ilustración 11: Radiadores hechos de cobre

contiene en total en torno a 20 kg de cobre, subiendo esta cifra a 45 kg para los de mayor

tamaño. También los trenes requieren grandes cantidades de cobre en su construcción: 1 - 2 toneladas en los trenes tradicionales y hasta 4 toneladas en los de alta velocidad. Además las catenarias contienen unas 10 toneladas de cobre por kilómetro en las líneas de alta velocidad.10 Por último, los cascos de los barcos incluyen a menudo aleaciones de cobre y níquel para reducir el ensuciamiento producido por los seres marinos. 

CONSTRUCCIÓN Y ORNAMENTACIÓN

Cara de la Estatua de la Libertad de Nueva York, hecha con láminas de cobre sobre una estructura de acero. El cobre y, sobre todo, el bronce se utilizan también

como

elementos

arquitectónicos

y

revestimientos en tejados, fachadas, puertas y ventanas. El cobre se emplea también a menudo para los pomos de las puertas de locales públicos, la

Ilustración 12: Estatua de Nueva York elaborada en cobre

ya que sus propiedades anti-bacterianas evitan propagación de epidemias.

Dos aplicaciones clásicas del bronce en la construcción y ornamentación son la realización de estatuas y de campanas. El sector de la construcción consume actualmente (2008) el 26% de la producción mundial de cobre.  MONEDAS: Desde el inicio de la acuñación de monedas en la Edad Antigua el cobre se emplea como materia prima de las mismas, a veces puro y, más a menudo, en MONEDAS

aleaciones como el bronce y el cuproníquel.

Ilustración 13: Monedas de la edad antigua fabricadas en cobre

Ejemplos de monedas que incluyen cobre puro: Las monedas de uno, dos y cinco céntimos de euro son de acero recubierto de cobre. La moneda de un centavo de dólar estadounidense es de cinc recubierto de cobre. Ejemplos de monedas de cuproníquel: Disco interior de la moneda de un euro y parte exterior de la moneda de dos euros. Monedas de 25 y 50 céntimos de dólar estadounidense. Monedas españolas de 5, 10, 25, 50 y 200 pesetas acuñadas desde 1949. Ejemplos de monedas de otras aleaciones de cobre: Las monedas de diez, veinte y cincuenta céntimos de euro son de oro nórdico, una aleación que contiene un 89% de cobre. Las monedas argentinas de 5, 10, 25 y 50 centavos de peso en su versión dorada, son de 92% de cobre y 8% de aluminio. OTRAS APLICACIONES: En instrumentos musicales de viento. El cobre participa en la materia prima de una gran cantidad de componentes de todo tipo de

maquinaria,

tales

como

casquillos,

cojinetes, embellecedores, etc. Forma parte CASQUILLOS tubos fluorescentes, Ilustración 14: Otras aplicaciones del cobre

de los elementos de bisutería, bombillas y calderería,

electroimanes,

monedas,

instrumentos

musicales de viento, microondas, sistemas de

calefacción y aire acondicionado. El cobre, el bronce y el latón son aptos para tratamientos de galvanizado para cubrir otros metales. 

COBRE NO METÁLICO: El sulfato de cobre (II) también conocido como sulfato cúprico es el compuesto de cobre de mayor importancia industrial y se emplea como abono y pesticida en agricultura, alguicida en la depuración del agua y como conservante de la madera.

Ilustración 15: Sulfato de cobre empleado como abono y pesticida

El

sulfato de cobre está especialmente indicado para suplir funciones principales del cobre en la planta, en el campo de

las

enzimas:

oxidasas

del

ácido

ascórbico,

polifenol,

citocromo, etc. También forma parte de la plastocianina contenida en los cloroplastos y que participa en la cadena de

transferencia de electrones de la fotosíntesis. Su absorción se realiza mediante un proceso activo

metabólicamente. Prácticamente no es afectado por la competencia de otros cationes pero, por el contrario, afecta a los demás cationes. Este producto puede ser aplicado a todo tipo de cultivo y en cualquier zona climática en invernaderos. Para la decoración de azulejos y cerámica, se realizan vidriados que proporcionan un brillo metálico de diferentes colores. Para decorar la pieza una vez cocida y vidriada, se aplican mezclas de óxidos de cobre y otros materiales y después se vuelve a cocer la pieza a menor temperatura. Al mezclar otros materiales con los óxidos de cobre pueden obtenerse diferentes tonalidades. Para las decoraciones de cerámica, también se emplean películas metálicas de plata y cobre en mezclas coloidales de barnices cerámicos que proporcionan tonos parecidos a las irisaciones metálicas del oro o del cobre. Un pigmento muy utilizado en pintura para los tonos verdes es el cardenillo, también conocido en este ámbito como verdigris, que consiste en una mezcla formada principalmente por acetatos de cobre, que proporciona tonos verdosos o azulados.

6.

Ilustración 16: Pigmentos fromados por acetatos de cobre

USO DEL COBRE EN LA VIDA DIARIA

El cobre es un poderoso antibacterial. Estudios médicos confirman que el cobre es capaz de destruir el 99 por ciento de bacterias, hongos, ácaros y virus en el lapso de una hora. El cobre es usado, además, en los medios de transporte: se trata de un metal clave que se encuentra en autos, trenes, aviones y barcos, en sus sistemas electrónicos y sus motores. En un avión mediano, los cables de cobre pueden tener una longitud de 100 kilómetros. Este metal también es ingerido diariamente por personas alrededor del mundo, a través de los alimentos rojos. Se encuentra presente en el hígado, las ostras y el cangrejo, además del arroz integral, las nueces, los porotos,

la papa y la espinaca. Estos usos del cobre son históricos: los antiguos egipcios solían usar recipientes de cobre para esterilizar agua para lavar heridas. En Europa, a mediados del siglo XIX, este mismo procedimiento se repitió para paliar la epidemia del cólera. Mariscos • Ostras • Choritos • Choros • Cholgas • Almejas • Camarones • Jaibas

¿Cuáles son los alimentos que tienen más cobre? Vísceras Semillas • • •

Hígado Riñones Cerebro

Otros • •

Huevos Cereales

•

integrales Frutas

• •

•

Nueces • Maní • Almendras • Girasol

Legumbres • •

Porotos Lentejas • Garbanzos • Soya

secas Papas Chocolate

Tabla N°1: Alimentos que contienen cobre. El cobre está también presente en nuestros intercambios monetarios de todos los días, al ser un componente fundamental de las monedas. Incluso puede ser usado para pigmentar pinturas, en forma de acetato. Muchos de nosotros no conocíamos estos detalles, pero sirven para detallar cómo los metales y los minerales son fundamentales para el funcionamiento del mundo.

Ilustración 17: Infografía de la presencia del cobre en la vida del hombre

A. COBRE EN LA MEDICINA HUMANA: Cobre y “radicales libres” Normalmente el cuerpo produce sustancias “oxidantes”, llamadas radicales libres, que son capaces de alterar a las células y a moléculas tan importantes como los genes. La producción de éstos es bastante importante en algunas enfermedades, como por ejemplo en las inflamaciones. Como dijimos, el cobre forma parte de algunas enzimas. Una de ellas, (su peróxido dismutasa), tiene un papel fundamental en la protección contra los llamados radicales libres. Es interesante saber que, junto con lo dicho, el cobre en exceso tiene la capacidad de promover, por sí mismo, la producción de radicales libres.



COBRE Y SALUD DEL CORAZÓN

Estudios efectuados en animales y en voluntarios han mostrado que el consumo de una dieta pobre en cobre produce un aumento del colesterol dañino y disminución del colesterol “bueno”, aumento del azúcar en la sangre y alteraciones del ritmo del corazón. El colesterol LDL se deposita en las paredes de las arterias

formando

placas

que

producen

arteriosclerosis, o sea, se estrechan las arterias. Cuando se rompen, favorecen la formación de coágulos en la zona, estrechando aún más el paso de la sangre, lo que produce el infarto (del corazón o cerebro). La formación de estas placas está aumentada en la diabetes. Ilustración 18: Representación de un corazón de cobre



COBRE Y REUMATISMO

Los pacientes reumatismo (osteoartritis o artritis reumatoide), tienen una inflamación crónica que se acompaña de niveles elevados de cobre en el plasma. Se ha pensado que esta respuesta del organismo pudiera tener un efecto beneficioso. Algunos estudios antiguos en animales habían demostrado que la administración de cobre reducía el desarrollo o la severidad del reumatismo. Por otra parte, es corriente el uso de pulseras de cobre o de aleaciones de cobre para disminuir los síntomas reumáticos. Sin embargo, los estudios realizados en seres humanos no han demostrado un efecto beneficioso ni de la suplementación con cobre ni del uso de pulseras con este metal. Si bien estas últimas pueden liberar una cantidad variable del mineral, dependiendo de la calidad del sudor, la cantidad absorbida por la piel es mínima. Respecto al tratamiento del reumatismo, se ha visto que el salicilato de cobre es más eficaz que el ácido salicílico en disminuir los síntomas de esta enfermedad. Como parte del daño de las articulaciones se produce por la aparición de nuevos vasos sanguíneos en la zona y el cobre es necesario para formarlos, se está utilizando en forma aún experimental la producción de deficiencia de cobre, a través del uso de medicamentos que extraen el cobre del organismo. 

COBRE Y HUESO

La osteoporosis (disminución de la densidad del hueso) es una condición que afecta más a las mujeres y que aumenta su frecuencia progresivamente después de la menopausia aumentando el riesgo de fracturas. La enzima dependiente de cobre llamada lisiloxidasa es fundamental para la maduración del colágeno y para una normal estructura y depósito de calcio en el hueso. La osteoporosis se debe principalmente a un menor consumo de calcio y en menor grado a un menor consumo de otros nutrientes, entre ellos vitamina D, cobre y otros minerales. Se ha visto que mujeres que consumen dietas más ricas en cobre tienen una mayor densidad ósea comparada con aquellas que consumen menos cobre, incluso aunque sus valores de cobre en la sangre puedan ser similares. 

COBRE Y CÁNCER

La información existente sugiere que no hay relación entre el consumo de cobre y el cáncer, pero en años recientes el tema se ha puesto nuevamente en el tapete, porque para que un tumor canceroso crezca es necesario que se formen nuevos vasos sanguíneos que le lleven el oxígeno y los nutrientes que necesita.

Como el cobre es necesario para promover la formación de nuevos vasos sanguíneos, se han realizados algunos estudios utilizando medicamentos que extraen el cobre del cuerpo, provocando así una deficiencia del mineral, de modo de que al inhibir el crecimiento de los vasos sanguíneos se frene el crecimiento del tumor canceroso. Los resultados son promisorios en los casos de tumores sólidos y cánceres hematológicos; sin embargo, la información aun no es suficiente para avalar el uso de cobre como una alternativa de terapia para estos enfermos. En el tratamiento del cáncer, también se ha utilizado la administración de cobre. En un caso se administran nano partículas de cobre (partículas muy pequeñas), cubiertas con algunas proteínas que hagan que éstas sean preferentemente captadas por las células cancerosas. Después se aplica radiofrecuencia (ondas parecidas a las que producen los aparatos de microondas) y el calor producido destruye las células. En un segundo caso, se ha administrado cobre a los pacientes de modo de aumentar la producción de oxidantes. B. COBRE EN LA AGRICULTURA El uso más extensivo del cobre se encuentra en la formulación de fungicidas, su empleo comenzó, por accidente en el 1700, con el descubrimiento de que las semillas de grano puestas en remojo en sulfato de cobre inhibían el crecimientos de hongos que alteraban las semillas. Poco después, el macerar las semillas en soluciones de cobre se convirtió en una práctica común en el campo para controlar el olor de desperdicios podridos del trigo lo que era endémico en cualquier parte que éste creciera. Hoy en día, debido a las aplicaciones de sulfato de cobre, esta enfermedad de las semillas ya no significa un problema económico. Debido a sus propiedades fungicidas y bactericidas, el sulfato de cobre fue usado además en los campos como desinfectante contra la putrefacción de semillas almacenadas y la prevención de ciertas enfermedades animales, como la putrefacción de pies de ganado y ovejas. Herraduras de los caballos: quienes están familiarizados con el mundo de los caballos, y por ende de las herraduras, saben que un problema que afecta a los equinos es la proliferación de hongos que corroe sus cascos y, por ende, su movilidad y vida útil. Una investigación multidisciplinaria desarrollada en Chile demostró una nueva oportunidad de mercado para la industria cuprífera nacional. Los resultados preliminares del estudio desarrollado por investigadores del INTA de la Universidad de Chile y financiado por Pro cobre han mostrado antecedentes favorables del reemplazo del hierro por cobre en las herraduras de caballos.

Para el médico veterinario de la Universidad de Chile, Mario Acuña Bravo, la investigación se desglosa en dos aspectos. En primer lugar, "en la implementación del herraje con Cobre que tenga la menor vibración posible, pues ésta, la vibración, en la medida que se transmite hacia arriba desde los cascos implica un traumatismo de baja intensidad, pero repetitivo en el tiempo. C. COBRE EN LA BIOTECNOLOGÍA El cobre ha contado largamente con la aprobación de la industria de la biotecnología. Microbiólogos y científicos celulares han confiado en incubadores con paredes de cobre para resistir el crecimiento de microbios, particularmente el crecimiento de hongos, y para resistir la contaminación de líneas celulares sensibles de humanos y animales cuando están siendo cultivados en incubadores humidificados de laboratorio. -

Formulaciones higiénicas para instrumentos médicos: Mientras investigaba materiales sensitivamente higiénicos para la industria de instrumental médico, Sagripani (1992) descubrió que una solución de cloruro de cobre inactivaba el Bacillus subtilis con una eficacia similar a un desinfectante o a químicos para

-

esterilización usados típicamente en la industria de instrumental médico. Productos de consumo: Los productos de consumo fabricados con cobre

-

antimicrobiano han sido usados en ambientes de cocina durante años. La industria de la biotecnología en el sector minero. Las áreas especializadas que destacan dentro de la Industria de la Biominería son:  Biolixiviación  Bioingeniería  Optimización de enzimas  Aplicaciones de Bioinformática

Ilustración 19: Participación de Minas chilenas que usan el método de Biolixiviación

Hoy en día, aproximadamente un tercio del cobre catódico de Chile se produce mediante procesos de biolixiviación. Además, aproximadamente el 9% del cobre que se produce en Chile proviene de la Biominería. [Brotar Ltda] 7. PROPIEDADES ANTIMICROBIANAS DEL COBRE Las propiedades antimicrobianas del metal rojo pueden favorecer vastos aspectos de la vida. Desde la economía, la salud a gran escala, hasta la agricultura y el comercio. Antes de que se reconociera que los microorganismos existían, los ciudadanos del antiguo Imperio Romano usaban el cobre para mejorar la higiene pública. Se dieron cuenta de que el agua transportada a través de este material era segura de beber y que los utensilios de cobre para cocinar ayudaban a prevenir enfermedades. Mucho después, cuando fueron descubiertos los microbios y la teoría de los gérmenes de las infecciones fue relacionada con las bacterias y otros microorganismos con infecciones y enfermedades, los científicos comenzaron a entender cómo la propiedad antimicrobiana del cobre podía ser utilizada para proveer beneficios adicionales. Hoy en día los usos antimicrobianos del cobre se han expandido hasta incluir fungicidas, medicinas antimicrobianas, productos de higiene oral, aparatos médicos higiénicos, antisépticos y una gran cantidad de aplicaciones útiles. En los edificios modernos de hoy, la presencia de microorganismos en la calefacción, ventilación y sistemas de aire acondicionado (HVAC) que se cree representa el 60% de todas las situaciones de “edificios enfermos”. Usar el cobre, que es antimicrobiano en vez de materiales inertes biológicamente, en tubos intercambiadores de aire, filtros y ductos, se recomienda como un medio viable, efectivo y eficiente en costos para ayudar

a controlar el crecimiento de humus, bacterias, parásitos y hongos que se multiplican en estos oscuros y húmedos componentes de sistemas de HVAC.

Ilustración 20: Cobre en una sala de hospital, poderoso antimicrobiano

a. Fundamento de las propiedades antimicrobianas del cobre Los mecanismos antimicrobianos del cobre son complejos y pueden actuar a través de varias vías, ya sea dentro de las células microbianas como en los espacios

l cobre alterar proteínas dentro de la célula microbiana de tal modo que éstas ya no puedan cumplir sus funciones metabólicas.

extracelulares. Un factor crítico en la actividad anti microbiana es la capacidad del cobre de donar y aceptar electrones, derivado de su alto potencial de oxidación y reducción. Los estudios han demostrado además, que el cobre es responsable de inhibir el transporte de electrones a través de la pared celular entre el medio intracelular y el ambiente, es capaz asimismo de fijarse en el ácido nucleico (DNA) y desordenar la estructura helicoidal de esta molécula.

A través de éstos y otros mecanismos redundantes que hacen que el cobre pueda inhibir e incluso eliminar muchos tipos de microorganismos ya sean bacterias, virus, parásitos u hongos. El cobre tiene actividad inhibitoria sobre los microorganismos en función de su concentración. Es por ello que dependiendo del tipo de microorganismo el cobre puede actuar como un agente bacteriostático, inhibiendo su multiplicación, o como una sustancia bactericida, es decir eliminando al microorganismo. Se estima que la actividad bacteriostática fluctúa en concentraciones tan bajas que van entre 25 a 150uM, dependiendo del tipo de microorganismo y de la presencia o no en este de las denominadas “proteínas ligantes de cobre”. Bacterias tales como Vibrio alginolyticus, que poseen niveles elevados de dichas proteínas pueden sobrevivir en concentraciones ambientales mayores de cobre en disolución. Son múltiples los mecanismos que se han propuesto para explicar la actividad antimicrobiana del cobre. A continuación describimos tres de los más importantes: 1. Un cobre inhibe o altera la síntesis de proteínas, con lo que impide que ella efectúe procesos claves del metabolismo (actividad bacteriostática). 2. El cobre puede alterar la permeabilidad de la membrana celular de los microorganismos, causando la peroxidación ya que induce daño oxidativo de los lípidos, que son claves en el intercambio de moléculas del medio intracelular al extraceluar y vice-versa (actividad bacteriostática). 3. El cobre destruye o altera los ácidos nucleicos (DNA) de bacterias y virus, pero no es mutagénico. Su acción causa que los microorganismos pierden su capacidad de multiplicarse (actividad bactericida). Cualquiera de estos mecanismos atribuidos al cobre, aisladamente o en conjunto, impiden que los microorganismos desarrollen procesos claves para mantenerse vivos. La resistencia que puede no poner las bacterias al cobre puede provenir de dos mecanismos, uno es propio del genoma del agente, intrínseca, y otra la otra es transferible (extracromosómica), la primera está asociada con una mutación a genético y es inducible por el sustrato (Cu), la segunda en cambio, se asocia a la presencia de elementos extracromosómicos y por lo tanto se puede transferir de una bacteria dadora a otra receptora. b. Microbios que son inactivados por el cobre

La literatura científica cita la eficacia del cobre para inactivar muchos tipos de microbios entre los que se incluyen:

-

HONGOS Actinomucor

elegans Aspergillus Níger Penicillium chrysogenum Rhizopus niveus. -

MICROBIOS QUE INACTIVAS EL COBRE BACTERIAS LEVADURAS Campylobacter jejun - Candida utilis Proteus - Candida albicans Escherichia coli - Saccharomyces Staphylococcus aureus mandshuricus Streptococcus grupo D - Saccharomyces Pseudomonas aeruginosa Bacterium linens cerevisiae Bacillus megaterium - Torulopsis utilis Bacillus subtilis - Paramecium Brevibacterium caudatum. erythrogenes Tubercle bacillus Achromobacter fischeri Photobacterium

-

VIRUS Poliovirus rotavirus.

phosphoreum. Tabla N° 2: Clasificación de microorganismos que inactiva el cobre.

8. EL COBRE EN EL ORGANISMO CONSUMO RECOMEDABLE DEL COBRE: Varios organismos internacionales y nacionales han establecido recomendaciones de consumo diario de cobre, que cubren las necesidades de los distintos grupos de la población. Estas son distintas para los diferentes grupos de edad, así como en embarazadas y madres que están dando pecho. Además, existen variaciones de los requerimientos entre los individuos de cada grupo. Las recomendaciones cubren las necesidades del 97,5% de los sujetos. También se ha establecido la cantidad máxima segura diaria (“límite superior seguro”) de consumo continuo, que evita cualquier riesgo para la salud. La recomendación más utilizada es la que estableció el Instituto de Medicina de Estados Unidos en el año 2002 y que se muestra en la tabla. La Organización Mundial de la Salud ha estimado los requerimientos de cobre en 12,5 microgramos por kilogramo de peso por día en los adultos y alrededor de 50 microgramos por kilogramo de peso por día para los menores de un año.

Grupo

Recomendación

1-3 años 4 -8años 9-13 años 14-18 años Mayor de 18

(mg/día) 0,34 0,44 0,70 0,89 0,90

años Embarazada Nodriza

Tabla 3: Consumo diario de cobre recomendado por el Instituto de Medicina de

1,00 1,30

Estados Unidos de Norteamérica.

A. CARENCIA DEL COBRE EN EL CUERPO HUMANO CAUSAS  

No tener una dieta equilibrada. Falta de los frutos secos, las semillas, los garbanzos, el hígado y las ostras en tu



alimentación. Dejar de lado otros alimentos naturales como los cereales, la carne y el pescado contienen generalmente suficiente cobre para proporcionar hasta un 50% de la ingesta de cobre recomendada. Además, hay



algunas

fuentes

de

cobre

inesperadas y deliciosas, como el cacao y el chocolate. Se recomienda una dieta equilibrada con una ingesta diaria de cobre de cerca de 1 mg.

COBSECUENCIAS • • • • • • •

Anemia Baja de glóbulos blancos Baja de plaquetas Osteoporosis y fragilidad del hueso Menor crecimiento Disminución de las defensas Mayor frecuencia de infecciones pulmonares

• • • • • • • • • •

severas Menor pigmentación de la piel y pelos Aumento del colesterol Aumento de la glucosa en sangre Alteraciones del ritmo cardíaco Aumento de la presión arterial Malformaciones o menor crecimiento del feto Compromiso de la fuerza y coordinación muscular y de la sensibilidad Daño cerebral y retardo mental (sólo en la enfermedad de Menkes) Pelo retorcido (sólo en la enfermedad de Menkes) Dilatación de vasos sanguíneos (sólo en la enfermedad de Menkes)

B) EXCESO DE COBRE EN EL ORGANISMO EFECTOS POR EXCESO DE COBRE EN EL ORGANISMO El envenenamiento por exceso de cobre es un suceso raro y solo ocasionado por la ingestión accidental de soluciones del cobre o nitrato de sulfato de cobre. Las sales

anteriormente nombradas y aquellas sales orgánicas de cobre son poderosos eméticos (sustancias que inducen al vómito) por lo que las dosis grandes que se ingieran de manera inadvertida son rechazadas normalmente. El envenenamiento crónico de cobre por la ingesta en alimentos es también muy poco común, esto gracias a que el hígado posee una gran capacidad para excretar cobre.

-

ENFERMEDAD DE WILSON

Es un trastorno hereditario poco común, que se presenta debido a las cantidades excesivas de

cobre

en

el

organismo.Pequeñas

cantidades de cobre son esenciales como vitaminas. Se estima que una de cada 30.000 personas

padece

enfermedad

se

la

enfermedad.

detecta

midiendo

Esta cobre

sérico

y

ceruloplasmina y excreción urinaria de cobre.

9. RELACIÓN DEL COBRE CON EL MEDIO AMBIENTE De acuerdo a Greenwood y Earnshaw (1984) las rocas de la corteza terrestre contienen 68 partes por millón (ppm) de cobre en promedio, y otros metales y elementos están presentes de acuerdo a la Tabla 4. De acuerdo a las estimaciones de Tilton (2004) habría más de mil millones de trillones de toneladas de cobre en la corteza terrestre, lo que a un ritmo de crecimiento cero, alcanzaría para 100 millones de años de uso sin considerar reciclaje. Tabla 4: Composición de las rocas de la corteza terrestre, en partes por millón (ppm) Fuente: Greenwood y Earnshaw (1984)

Flujo de cobre a nivel global Una minúscula fracción del cobre que hay en la tierra se mueve en forma constante. Desde el suelo al aire por acción del viento y de las actividades humanas; desde los océanos a la atmósfera por efecto de evaporación, mediante las erupciones volcánicas, a partir de las partículas emitidas en incendios; desde la flora, fauna, suelo y desde los seres humanos, en partículas biogénicas, mediante la extracción de minerales, a partir de las emisiones industriales y de productos de cobre en uso; en el agua subterránea y superficial, en las corrientes marinas y sedimentos; en los alimentos; y en el polvo cósmico que llega a la tierra en forma constante. No hay estimaciones confiables para muchas de estas verdaderas corrientes de cobre. La Figura muestra el flujo del cobre en la tierra. Las estimaciones del total de cobre que circula son gruesas. Por ejemplo, un 93% del cobre que ingresa a la atmósfera año a año provendría de fuentes naturales (ICME, 1996). Se sabe que en 2008 el cobre usado en diversas aplicaciones fue del orden de 23 a 24 millones de toneladas, de los que el 65% provenía de la extracción de minas, un 12% provenía del reciclaje de cobre, fundamentalmente usado, y el resto provenía de chatarra nueva, usada en los procesos de semimanufactura y producción de bienes. Concentración del cobre en el medio ambiente

Se observa que la concentración de cobre en el aire es muy pequeña, por cuanto es una fracción pequeña de nanogramos por metro cúbico. La concentración de aguas superficiales es 3,1 microgramo por litro, es decir unas diez veces menos que la concentración promedio del agua potable cuando no hay cañerías de cobre y unas cien veces menos que la concentración de cobre a la salida de casa que tienen cañerías de cobre. La concentración de cobre medida en sedimentos es casi igual a la concentración de cobre que se estima tiene la corteza terrestre. La concentración de cobre de suelos agrícolas medidos es un 25% más alta que la concentración de suelos naturales, debido a los abonos que se adicionan para hacer el suelo agrícola más productivo. Y los suelos medidos en zonas industriales contienen poco más del doble de cobre que los suelos naturales. Por otra parte, se ha medido el cobre en suelos río debajo de zonas mineras, y se ha encontrado que en algunos casos la concentración de este metal puede superar diez y más veces la concentración de cobre de “zonas naturales”. Ello se debe a residuos mineros y a zonas que se han explotado en el pasado y que al entrar en contacto con el agua de lluvias y deshielos, incorporan cobre a las aguas. En estos casos, sin embargo, se ha comprobado que el aporte metálico ocurre fundamentalmente, como cobre no soluble, el que no reacciona con el medio ambiente (Ginocchio et al, 2002). En la actualidad muchas de las grandes minas de cobre del mundo que pueden generar incorporación de cobre a los cursos de agua, tienen plantas de tratamiento, en donde, usualmente, se recupera el cobre que han incorporado las aguas. Este es el caso, por ejemplo, de las Minas de El Teniente de Codelco Chile y de Los Bronces, de propiedad de Anglo American. Ambos yacimientos están ubicados en la alta cordillera en la región central de Chile, por lo que hay abundante lluvia y deshielos durante el año. En otros casos, las minas están ubicadas en el desierto, y su vulnerabilidad ambiental consiste en la escasez de agua, más que en el exceso.

10. EFECTOS AMBIENTALES DEL COBRE

La

producción

mundial

de

Cobre

está

todavía

creciendo. Esto básicamente significa que más y más Cobre termina en el medioambiente. Los ríos están depositando

barro

en

sus

orillas

que

están

contaminados con Cobre, debido al vertido de aguas residuales contaminadas con Cobre. El Cobre entra en el aire, mayoritariamente a través de la liberación durante la combustión de fuel. El Cobre en el aire permanecerá por un período de tiempo eminente, antes de depositarse cuando empieza a llover. Este terminará mayormente en los suelos, como resultado los suelos pueden también contener grandes cantidades de Cobre después de que esté sea depositado desde el aire. El Cobre puede ser liberado en el medioambiente tanto por actividades humanas como por procesos naturales. Ejemplo de fuentes naturales son las tormentas de polvo, descomposición de la vegetación, incendios forestales y aerosoles marinos. Otros ejemplos son la minería, la producción de metal, la producción de madera y la producción de fertilizantes fosfatados. El Cobre es a menudo encontrado cerca de minas, asentamientos industriales, vertederos y lugares de residuos. Cuando el Cobre termina en el suelo este es fuertemente atado a la materia orgánica y minerales. Como resultado este no viaja muy lejos antes de ser liberado y es difícil que entre en el agua subterránea. En el agua superficial el cobre puede viajar largas distancias, tanto suspendido sobre las partículas de lodos como iones libres. El Cobre no se rompe en el ambiente y por eso se puede acumular en plantas y animales cuando este es encontrado en suelos. En suelos ricos en Cobre sólo un número pequeño de plantas pueden vivir. Por esta razón no hay diversidad de plantas cerca de las fábricas de Cobres, debido al efecto del Cobre sobre las plantas, es una seria amenaza para la producción en las granjas. El Cobre puede seriamente influir en el proceso de ciertas tierras agrícolas, dependiendo de la acidez del suelo y la presencia de materia orgánica. A pesar de esto el estiércol que contiene Cobre es todavía usado.

El Cobre puede interrumpir la actividad en el suelo, su influencia negativa en la actividad de microorganismos y lombrices de tierra. La descomposición de la materia orgánica puede disminuir debido a esto. Cuando los suelos de las granjas están contaminados con Cobre, los animales pueden absorber concentraciones de Cobre que dañan su salud. Principalmente las ovejas sufren un gran efecto por envenenamiento con Cobre, debido a que los efectos del Cobre se manifiestan a bajas concentraciones. A. Problemas de contaminación por el cobre El Cobre, a diferencia de otros minerales, no se encuentra concentrado, por lo que es necesario someter los minerales extraídos a distintos procesos cuya finalidad es obtenerlo puro. -

El proceso de obtención del cobre de todas maneras genera impacto en el medio ambiente.

-

IMPACTOS EN EL AGUA POR LA ACCIÓN MINERA DEL COBRE

Ilustración 21: Aguas vertidas por acción minera del cobre

Hay 4 factores por los que ocurre la contaminación del agua por la acción minera: • Drenaje ácido de la minería (DAM): Cuando las grandes cantidades de roca que contienen minerales sulfatados son excavadas, reaccionan con el aire o con el agua para crear ácido sulfúrico. El ácido lixiviara la roca mientras que la roca fuente este expuesta al aire y al agua. Este proceso continuara hasta que los sulfatos sean extraídos completamente. El ácido es transportado desde la mina por el agua, las lluvias o por corrientes superficiales, y

posteriormente depositado en los estanques de agua, arroyos, ríos, lagos y mantos acuíferos cercanos. Favorece la solubilización de metales pesados que pasan así al drenaje subterráneo y de éste al superficial. El DAM degrada severamente la calidad del agua y puede aniquilar la vida acuática, así como volver el agua prácticamente inservible. • Lixiviación: La lixiviación se utiliza para los minerales oxidados de cobre. Se solubiliza el cobre con ácido sulfúrico en su forma iónica (Cu 2+), de la cual es posteriormente

recuperado

mediante

reducción

con

chatarra

de

hierro

o,

modernamente, por la acción de acomplejantes orgánicos y electro obtención. Por lo que el residuo del proceso de lixiviación del cobre está constituido, por residuos ácidos. • Relaves: Los residuos de la concentración de minerales sulfurados, que se depositan en los denominados "tranques de relaves", tienen reacción básica. Implica que las aguas de los tranques de relave de grandes yacimientos sulfurados de cobre tengan elevadas concentraciones de molibdeno (Mo). Tales concentraciones, del orden de un gramo por tonelada, se deben tanto al contenido de molibdenita de las rocas, como a la solubilidad del Mo bajo forma de ion molibdato, en condiciones oxidantes alcalinas. • Erosión y sedimentación: El desarrollo minero perturba el suelo y las rocas en el transcurso de la construcción y mantenimiento de caminos, basureros y excavaciones a la intemperie. Por la ausencia de prevenciones adecuadas y estrategias de control, la erosión de la tierra expuesta puede transportar una gran cantidad de sedimentación a arroyos, ríos y lagos. La sedimentación excesiva puede obstruir riveras, la delicada vegetación de estas y el hábitat para la fauna y organismos acuáticos. -

IMPACTOS EN EL SUELO POR LA ACCIÓN MINERA DEL COBRE

Ilustración 22: Impacto en el suelo por la acción minera

Los suelos cercanos a las instalaciones mineras sufren una serie de daños que van desde los asociados a la deposición de materiales inútiles hasta la llegada de aguas con productos de desecho del lavado y tratamiento del mineral, algunos de ellos son: • El desequilibrio textural del suelo, también se produce sellamientos de suelos (erosión hacia dentro), los arrastres del material afectan el espesor del suelo. Esto en conjunto generan una reacción en cadena que comienza con la disminución en la retención de agua e intercambio catiónico hasta llegar a la merma de la vegetación en el entorno. • Los líquidos de lavado que llegan a los suelos, suelen ser ácidos y provocan una acidificación del suelo con la consecuencia principal de eliminación de bases y un desequilibrio nutricional para las plantas. En Chañaral, uno de los casos emblemáticos en el mundo de desastre ambiental causado por la extracción de cobre, en estos momentos aún se aprecian problemas asociados con residuos sólidos industriales como: o

Deposición de Residuos Industriales (RISES) de Plantas Mineras en Riberas del río Copiapó, producto de la extracción (relaves, estériles,

o o o -

etc.) y la operación. Cierre o abandono inadecuado de Tranques de Relaves. Deposición de Relaves en la Bahía de Chañaral y cuenca del río Salado. Inadecuada disposición final de RISES originados en otras actividades.

IMPACTOS EN EL AIRE POR LA ACCIÓN MINERA DEL COBRE

Los principales impactos ambientales asociados al aire, se dan por la presencia de partículas sólidas, gases y ruidos.

La fundición de yacimientos sulfurados altera la calidad del aire generando, contaminación por Gases de Combustión (NOx y SO2), contaminación por Material Particulado Sedimentable y Respirable (PM-10). Estos se conocen como contaminantes primarios, después de ser emitidos algunos pueden sufrir cambios químicos originando los contaminantes secundarios, como el H2SO4 y HNO3 (Lluvia ácida). • MP Respirable: El polvo silíceo (generado en las minas), puede llegar a producir tumores cancerígenos, y variadas enfermedades respiratorias, a la piel y los ojos, es por esto que SERGOGEOMIN legisla con respecto al caudal mínimo de aire fresco para las personas al interior de la mina es del orden de 3 m3/min por individuo. La norma primaria de calidad del aire para el contaminante MP Respirable, es 50 ug/m3N como concentración anual. Para controlar este problema y el del ruido existe el Plan de Seguimiento la calidad de aire y los niveles de presión sonora o ruido, que permite monitorear la calidad del aire. • MP Sedimentable: Puede presentar problemas como depositarse en plantas, follaje de los cultivos y vegetación, constituyendo un problema para la agricultura y ecosistemas aledaños. Una de las maneras de disminuir estos problemas es controlando las emisiones dentro y fuera de la mina. • Gases de Combustión: Un ejemplo son las fundiciones en Caletones, que liberan alrededor de 400 mg al día de SO2 al aire y aunque una parte se recupera para producir ácido sulfúrico (autoabastecimiento de las operaciones de lixiviación), la mayor parte se dispersa en el aire. Producto de este problema, nació la Primera Planta de tratamiento y limpieza de gases en Caletones, logrando disminuir las emisiones de gases en un 70% y el MP en un 90%. • Ruido: Las operaciones mineras usualmente tienen altos niveles de ruido. Este es uno de los peligros ocupacionales más comunes y los trabajadores deben ser adecuadamente. El ruido tampoco debería afectar a los habitantes en las vecindades de actividades mineras. Existe el Plan de Seguimiento la calidad de aire y los niveles de presión sonora o ruido.

11. MÉTODOS DE REMEDIACIÓN PARA EL COBRE Soluciones a la contaminación por relaves Existen dos medidas que son las más utilizadas de los cuales se puede lograr la rehabilitación de las aguas subterráneas que se encuentran contaminadas, las barreras de infiltración y los sistemas de retorno. Por un lado, están las barreras de infiltración, que son utilizadas como medidas de prevención de la infiltración. Estas comprenden la construcción de zanjas interceptadoras, muros de barro o cortinas de inyecciones. Las zanjas interceptadoras son efectivas únicamente para capas permeables que se encuentran a poca profundidad y son económicas. Los muros de barro, debido a su alto costo, no son recomendables para ser utilizados en terreno escarpado. Las cortinas de inyecciones, a pesar de que tienen una efectividad limitada por la permeabilidad del área, permiten la construcción de barreras a grandes profundidades y no les afecta la topografía del lugar. Por otro lado, están los sistemas de retorno, que recolectan los flujos de infiltración, por lo que retienen el agua contaminada para que esta luego pueda ser tratada. Este sistema consiste en zanjas o pozos de recolección. Las zanjas de recolección son efectivas sólo para capas permeables superficiales; sin embargo, no demandan una gran inversión de dinero y se adaptan a cualquier tipo de depósito. Los pozos de recolección, a diferencia de las zanjas, tienen una profundidad ilimitada y son costosos. Además, la efectividad de estos depende de las características del agua. cantidad máxima permitida de cobre en el agua potable Cantidad máxima permitida de cobre en el agua potable La EPA de los Estados Unidos ha establecido que el nivel máximo de contaminantes (MCL por sus siglas en inglés) para el cobre es de 1.3 miligramos por litro (ml/L), el cual también puede reportarse en partes por millón (ppm.) El MCL representa el nivel en que la EPA de los Estados Unidos cree que una persona puede ingerir un contaminante en particular durante su vida sin incrementar los riesgos de salud. Indicador de presencia de cobre en el agua Las altas concentraciones de cobre pueden darle al agua un sabor metálico. Además, manchas de color azul verdoso en los artefactos de plomería y otras superficies que

entran en contacto con el agua pueden indicar que existe corrosión o de que el cobre está siendo liberado dentro del agua. Como se ha mencionado anteriormente, los altos niveles de cobre también pueden causar efectos de salud adversos, los cuales indican que existe un problema. SUELO La normativa y la regulación en el tema de la contaminación e impactos de la minería de cobre en el suelo En nuestro país, aún sigue siendo escaso, dependiendo más que nada de la voluntad de las empresas extractoras de cobre. Tampoco existe una normativa de cierre de faenas mineras aunque algunas compañías lo consideran al momento de presentarse a través del sistema de evaluación de impacto ambiental. La legislación hace referencia a los suelos, a través de las siguientes normativas: Código Sanitario, La Ley Nº 19.300 de Bases del Medio Ambiente, en cuanto al sistema de responsabilidad por daño ambiental, que permite conseguir la restauración de sitios contaminados, D.S.N° 86/70 (Minería) Reglamento de construcción y operación de tranques de relaves, D.L.Nº 3.557/80 sobre protección agrícola, que en su Art. 11 y siguientes regula la situación que establecimientos industriales, fabriles o mineros contaminen o puedan contaminar suelos agrícolas. Chile además, se suscribió a la lucha contra la desertificación y la sequía que contempla temas de erosión causada por la minería, esto es un gran avance considerando que el tema de los suelos es tratado en los planes reguladores comunales, que no es lo adecuado. En Codelco, en sus diferentes divisiones comenzaron a trabajar con el control RISES, que como dice la tendencia mundial, el mejor residuo es el que se evita, sino se minimiza, si tampoco es posible, se recicla y si esto tampoco es viable se somete a tratamiento de neutralización. Propuestas para atenuar estos impactos • Poner en acción en los tranques de relave, microorganismos, capaces de liberar los nutrientes indispensables para el desarrollo de las plantas como el carbono, fósforo, nitrógeno y azufre. La disponibilidad de estos elementos está influenciada de manera notable por procesos que dependen de la actividad de los microorganismos.

• Realizado esto, se puede proceder a introducir plantas fijadoras de nitrógeno que faciliten la formación de una estructura adecuada para el crecimiento de más vegetación. En la descontaminación resultan muy eficaces las plantas acumuladoras de metales pesados, que al eliminarlas permite extraer parte de los metales pesados acumulados. Índice de cobre permitido en el suelo El suelo generalmente contiene entre 2 y 250 ppm de cobre, aunque se han encontrado concentraciones de aproximadamente 17,000 ppm cerca de plantas que producen cobre y latón. Se pueden encontrar concentraciones altas de cobre en el suelo porque el polvo proveniente de estas industrias se deposita en el suelo, o porque residuos de minas u otras industrias de cobre se desechan en el suelo. Otra fuente común de cobre en el suelo es la dispersión de lodo proveniente del tratamiento de aguas residuales. Este cobre generalmente permanece adherido fuertemente a la capa de tierra superficial. Usted puede exponerse a este cobre a través de contacto con la piel. Los niños también pueden exponerse a este cobre si se llevan las manos a la boca o al comer tierra y polvo contaminados.

Aire Parámetros de cantidad de cobre en el aire: La Administración de Seguridad y Salud Ocupacional de EE. UU. Ha establecido un límite para vapores de cobre en el aire de 0.1 miligramos por metro cúbico (0.1 mg/m³) y 1 mg/m³ para polvos de cobre. Índice de cobre permitido en el aire La calidad del aire constituye uno de los temas ambientales que más directamente afectan a la población. Pese a los esfuerzos y a los distintos instrumentos utilizados, el país aún no cumple con los estándares establecidos en las normas de calidad primaria y secundaria vigentes. En este contexto y dada la complejidad del problema, en 2010, el Ministerio del Medio Ambiente inició la elaboración e implementación del Programa Aire Limpio, mediante el cual se busca mejorar la calidad del aire en las principales zonas urbanas del país, incorporando así un enfoque nacional a la gestión en esta materia.

La concentración de cobre en el aire varía desde unos pocos nanogramos (1 nanogramo equivale a 1/1, 000, 000,000 de gramo o a 4/100, 000, 000,000 de onza) en un metro cúbico de aire (ng/m³) hasta cerca de 200 ng/m³. Un metro cúbico (m³) es un volumen aproximadamente 25% más grande que 1 yarda cúbica. Cerca de fundiciones que procesan mineral de cobre para producir cobre metálico, las concentraciones de cobre en el aire pueden alcanzar 5,000 ng/m³. Usted puede respirar niveles altos de polvos que contienen cobre si vive o trabaja cerca de minas de cobre o plantas que procesan cobre Cantidad máxima permitida de cobre en el aire La OSHA (Administración de seguridad y salud ocupacional) ha establecido un límite de 0.1 miligramos por metro cúbico (mg/m³) para vapores de cobre (generados al calentar el cobre) y 1.0 mg/m³ para polvos de cobre (partículas de cobre metálico muy pequeñas). 12. MÉTODOS DE BIORREMEDIACIÓN A. APLICACIÓN DE LA BIOLIXIVIACIÓN

La aplicación de agentes biológicos en procesos mineros es la Biominería. En la biolixiviación se utilizan microorganismos que obtienen su energía de la oxidación de compuestos inorgánicos: son las bacterias quimiolitoautotróficas, literalmente, bacterias que comen piedras. Son organismos extremófilos, es decir, que viven en condiciones extremas, en este caso, las normales de los minerales: pH ácido y altas concentraciones de metales. Los seres humanos oxidamos la glucosa para conseguir energía y a partir de ésta fabricamos todos los componentes celulares; las bacterias quimiolitoautotróficas utilizan la oxidación de compuestos inorgánicos para generar todos los componentes de la célula. Esta capacidad metabólica es la que se aprovecha para solubilizar cobre. . ¿Quiénes son? Una de estas bacterias es la Acidithiobacillus ferrooxidans, su nombre dice varias cosas:    

Acidithiobacillus, es acidófilo, porque crece en pH ácido Es thio, porque es capaz de oxidar compuestos de azufre Es un bacillus, porque tiene forma de bastón Es ferrooxidans, porque además puede oxidar el Fierro.

. ¿Qué hacen? Las bacterias lixivian, es decir, disuelve las rocas o minerales, los solubiliza, por eso el proceso se llama Biolixiviación, o Lixiviación Biológica. El Súlfuro de Cobre (CuS) es uno de estos minerales que pueden ser convertidos en una forma soluble del metal, en este ejemplo, cobre. . ¿Cómo lo hacen? Mediante una reacción de oxidación extrae los electrones, y disuelve el Súlfuro de Cobre (CuS) que es sólido y pasa a una solución de Sulfato de Cobre (CuSO4), a partir del cual se puede recuperar el cobre como metal. . ¿Cómo se recupera el metal? Se utilizan electrodos de acero, (planchas), y mediante un proceso electroquímico, sobre estos se deposita el cobre precipitado. El resultado: cátodos de cobre de alta pureza, listos para ser exportados. Fuente: Carlos Jerez Guevara, Bioquímico, Jefe Laboratorio de Microbiología Molecular y Biotecnología, Universidad de Chile. Empresas que aplican la biotecnología sobre bacterias que permiten extraer cobre de desechos minerales Inicio y desarrollo de la investigación Se inició en 2002 en colaboración con la empresa japonesa JX-Nippon Mining & Metals, se desarrolló a través del aislamiento de tres microorganismos responsables de biolixiviación, la reacción bioquímica que permite recuperar partículas de cobre a partir de las aguas que se encuentran en las minas. Tras estudiar el genoma de los microorganismos aislados ;los investigadores concluyeron que estas bacterias son las causantes de la transformación de los minerales y se encargan asimismo de liberar el cobre a una solución ácida de donde el metal rojo es recuperado. * El cobre es el principal producto de exportación chileno, que es a su vez el mayor productor mundial de este metal. * Cada centavo de dólar en el precio promedio anual supone para Chile unos 40 millones de dólares en impuestos.

La empresa filial de La Corporación del Cobre (Codelco) de Chile ha desarrollado un sistema que permite extraer cobre de desechos minerales de baja calidad a través de la identificación de las bacterias que actúan en el proceso de transformación de esta. Pero ésta en unión con la empresa Billiton – han formado un proyecto conjunto de biotecnología que podría llegar a cambiar la producción de cobre a nivel mundial denominado Alliance Copper Limited. Los cuales trabajan en conjunto desde 1997 en caso de Billiton, aportando su experiencia en biolixiviación, y Codelco, en la extracción por solventes y electro-obtención. PRINCIPALES TAREAS Será instalar una planta prototipo comercial de biolixiviación para procesar concentrados, con una capacidad de 20 mil toneladas al año. Esta planta cumplirá la función de demostrar las bondades técnicas y económicas de la tecnología para posteriormente desarrollar un intenso plan de negocios. Desde nuestro punto de vista En la actualidad la biotecnología está siendo más protagonista en los procesos de extracción de minerales, los cuales nos hace pensar lo importante, eficiente y sostenible que son sobre los procesos comunes; es por ello, que la empresa Codelco está promoviendo a utilizar la biotecnología en el país de chile. Ya que el cobre es su principal producto de exportación, a su vez es el mayor productor mundial de este metal. Este proceso podría llegar a cambiar la producción de cobre a nivel mundial, gracias a los microorganismos que separan el cobre de los residuos minerales de baja calidad, a través de la identificación de las bacterias que actúan en el proceso de transformación dando a conocer que este proyecto no constituyen un peligro biológico, pues es más amigable con el medioambiente; agregando a ello que la posibilidad de mutación es inexistente ya que son tan antiguos como el origen de la vida en la tierra.

Ilustración 23: Proceso de Biolixiviación

B.

BIORREMEDIACIÓN POR HONGOS

El cobre (Cu) es un micronutriente esencial que necesitan las plantas y los microorganismos del suelo para su crecimiento. Sin embargo, puede resultar tóxico cuando se halla en exceso. La toxicidad del cobre consiste en la formación de especies reactivas del oxígeno o bien es debida a su interacción con proteínas clave en procesos celulares, ya sea inactivando enzimas o alterando la estructura de las proteínas. A pesar de que el Cu es un elemento del que podemos encontrar únicamente trazas, se ha convertido recientemente en un problema para la agricultura y el medio ambiente.

Ilustración 24: Colonización del hongo en la rizosfera de la planta. Fuente: sdhydroponics

Experimentos Experimento in vivo  Se utiliza un suelo contaminado de cobre, concretamente con un contenido de 387 mg kg-1 Cu total. La muestra del suelo viene del Valle de Puchuncaví, en Chile.  A este suelo se le añadió 0, 150, 300 o 450 mg kg-1 de Cu (CuCl2) y se dejó reposar 6 semanas.  Posteriormente se sembraron plántulas de una especie de pasto llamado Imperata condensata inoculada previamente con uno de estos hongos micorrícicos, Claroideoglomus claroideum.

Las esporas del hongo fueron aisladas del suelo por un procedimiento muy sencillo y ampliamente utilizado, los resultados vistos son:

B,C. Esporas de C.claroideum aisladas del suelo donde se adicionó 450 mg Cu kg-1. D. Espora del mismo hongo aislada del suelo control (0 mg Cu). Adaptado de Cornejo et al. (2012) Experimento in vitro

Las micorrizas son biotrofos obligados y esto trae consigo un problema bastante complicado, y es la dificultad para hacerlos crecer en condiciones aisladas y estériles, puesto que necesitan de la planta para vivir. La solución, que llegó hace ya unos años (1996), bastante amoldada a ellos y a nosotros, es hacerlos crecer en una placa de Petri compartimentalizada donde en una mitad se coloca una raíz colonizada y en la otra mitad nada. Después de darle las condiciones óptimas y esperar 3 meses, el micelio del hongo habrá conseguido "saltar" la barrera de la placa y podremos encontrarlo aislado (sin raíz de su planta asociada) en la otra mitad de la placa. Esta forma de hacer crecer al hongo se denomina cultivo monoxénico.

Una vez resuelto el problema del cultivo in vitro, volvamos al experimento. En un compartimento se colocó raíz

de zanahoria inoculada con Glomus

intraradices DAOM 197198, ahora llamado Rhizophagus irregularis. Después de 2 semanas creciendo, se cambia el medio de cultivo y se pone otro medio fresco suplementado con 0, 5, 50 o 500 micro molar CuSO4. Al cabo de unos días, esto fue lo que se observó:

E-G. Esporas de R. irregularis crecidas en cultivo monoxénico 1 semana tras la adición de 500 micro molar de Cu al medio. K. Esporas del mismo hongo en medio control (sin Cu). Adaptado de Cornejo et al. (2012)

Como se puede ver, el color verde azulado de las esporas de ambos experimentos fue debido a la acumulación de Cu dentro de la espora más que en la pared celular, como demuestra la figura G donde aparece una pérdida de contenido azulado. Según esta investigación, podría existir un mecanismo desconocido de "percepción de metales" en el hongo que traslocaría el metal de las hifas a las esporas. En los hongos micorricicosarbusculares, como en todos los organismos que disponen de una estrategia de compartimentalización intracelular para detoxificar contaminantes, el exceso de Cu sería transportado a compartimentos subcelulares y se almacenaría en estructuras fúngicas específicas donde el metal causaría menor daño.

Adaptado de Cornejo et al. (2012) Por otro lado, las esporas obtenidas tanto del experimento in vivo como in vitro fueron

sometidas a un análisis de su vitalidad para saber cómo afectaba la acumulación de Cu a su supervivencia. El resultado mostró que conforme se incrementa el nivel de cobre en el suelo (exp in vivo) o en el medio de cultivo (exp in vitro), disminuye la vitalidad de las esporas. Resumen adaptado: Cornejo, P., Pérez-Tienda, J., Meier, S., Valderas, A., Borie, F., Azcón-Aguilar, C., & Ferrol, N. (2012). Copper compartmentalization in spores as a survival strategy of arbuscular mycorrhizal fungi in Cu-polluted environments Soil Biology and Biochemistry. Interpretación: Se sabe que el cobre es un nutriente esencial de plantas y microorganismos, pero cuando este metal pesado se presenta en exceso en el suelo puede resultar tóxico para ellos. Los hongos que forman micorrizas arbusculares son simbiontes de las plantas terrestres y han evolucionado con ellas durante millones de años. Estos hongos simbiontes desarrollan una estructura de micelio extra-radical que aumenta la absorción de nutrientes minerales móviles como fósforo, nitrógeno, cobre o zinc por la planta, mejorando así su crecimiento. Esto podría ser peligroso si dichos componentes se encuentran en concentraciones muy superiores a las óptimas en el suelo, para esto se ha presentado una estrategia para disminuir la toxicidad mediantes hongos arbusculares, estos son: Claroideoglomus claroideum (simbionte de la gramínea Imperata condensata), y Rhizophagus irregularis, (simbionte de raíces de zanahoria), son capaces de eliminar ese exceso de cobre en el suelo vehiculizándolo hacia el citoplasma de sus esporas reproductivas, exactamente no se conocen los componentes del hongo implicados en esa acumulación, pero su compartimentación en las mismas detoxifica este metal pesado. Como resultado, las esporas que acumulan cobre pierden su fertilidad, pero el hongo y posiblemente la planta sobreviven y crecen en suelos contaminados.

13. TECNOLOGÍA EN LA APLICACIÓN DEL COBRE Barras colectoras

Las barras colectoras son conductores de gran robustez. Su función es recoger la electricidad a fin de distribuir la energía desde una fuente única hasta múltiples usuarios. Por la conductividad, fortaleza, resistencia al óxido y ductilidad del cobre, es el material de referencia en la fabricación de estas barras. A tal fin, se emplean lingotes de y se los extruye en caliente. La extrusión es una técnica que permite darle forma a una masa plática, metálica o de otro tipo, haciendo que salga por una abertura especial. Una vez extruidos, los lingotes se doblan hasta obtener el tamaño adecuado para las barras. Bobinas de transformadores y motores El cobre, en forma de alambre, se emplea en la producción de bobinas de transformados de artículos pequeños. En los equipos grandes, el cobre que se emplea tiene forma de cinta. En los productos pequeños, el alambre de cobre debe cumplir con dos requisitos. Por un lado, ser lo suficientemente rígido como para que no se rompa al ser enrollado. Por otro, actuar con la suficiente flexibilidad como para conseguir bobinas compactas. Intercambiadores térmicos Un intercambiador térmico es un aparato que facilita la modificación de la temperatura de algunos fluidos. El cobre, por poseer una alta conductividad combinada con una destacada conductividad eléctrica, es muy aprovechado en la construcción de toda clase de intercambiador térmico. El cobre, además, presenta las ventajas de su versátil producción, su sencillez para las uniones y su resistencia a la corrosión. Las aplicaciones más habituales de los intercambiadores térmicos son los radiadores, los equipos de refrigeración de aire y de aire acondicionado para el transporte, los disipadores térmicos, los calentadores de agua o calderas, y las unidades de refrigeración para uso industrial y hogareño. Equipos electrónicos El cobre tiene un papel central en una serie de aplicaciones de poco tamaño para la alta tecnología.

El cobre, así como sus aleaciones, se emplea en paneles de circuito impreso, en conectores electrónicos y en conductores soporte. Así mismo, desde hace tiempo se lo aprovecha en las telecomunicaciones. -

En la ingeniería eléctrica y desarrollo de productos/procesos

Hoy en día, la investigación en el procesamiento, manufactura, y fabricación de materiales se está integrando cada vez más a la investigación sobre el diseño de ingeniería de los componentes y estructuras. Una mayor sofisticación en el diseño de ingeniería, manufactura, y las tecnologías de procesamiento de materiales son necesarias para producir productos confiables, de alta calidad de una manera eficiente y costo efectiva. La innovación en las técnicas de procesamiento de materiales es necesaria para incorporar materiales avanzados en los productos tales como conectores flexibles de cobre de alta resistencia, materiales compositos para intercambiadores de calor, y superficies de contacto antimicrobianas sin los efectos del “envejecimiento” (tarnishing). Cada día más, los usuarios del cobre están requiriendo soporte técnico para obtener el máximo valor del cobre. Los clientes esperan el soporte técnico al tomar decisiones con respecto a temas tales como la optimización del uso de materiales complejos multicomponentes, para sobreponerse a obstáculos específicos o para obtener información necesaria para una aplicación en particular. Mientras la industria del cobre ofrece a los clientes un alto nivel de soporte para asesorarlos en la selección de la solución del material de cobre más efectiva, actividades adicionales son necesarias para apoyar la colaboración técnica con respecto a las aplicaciones emergentes y en gestación para el cobre. En la fabricación de electrodos para soldadura, de conmutadores, de contactos, de resortes de contacto, de tubos de vacío y de otros dispositivos electrónicos, también el cobre tiene una presencia marcada. Todo lo expuesto explica, una vez más, por qué el cobre es el metal más utilizado después del hierro y del aluminio. -

Transmisión de energía eléctrica

Además de los conductores eléctricos, existen oportunidades para el cobre en los cables protegidos a pruebas de agua para ser usados en el fondo del mar y aquellos que se

elevan hasta la superficie ya que ofrecen una mejor resistencia a la fatiga en comparación a los cables tradicionales revestidos de plomo. Además, el cobre es usado como regulador térmico y eléctrico en dispositivos superconductores, una tecnología que sólo recientemente ha comenzado a emerger como una fuente importante de nuevas aplicaciones para el cobre. -

Transmisión de datos/señales

Actualmente, los cables y conectores de cobre son usados en más del 80% de los equipos de interconexión y transportadores de señal en los centros de datos. Es un hecho conocido que las instalaciones computacionales personales, industriales y comerciales continuamente demandan una mayor capacidad de ancho de banda para estas interconexiones. En muchos casos, el cobre compite exitosamente contra la fibra óptica. Por ejemplo, para tendidos de menos de 100 m de largo, los cables de cobre con anchos de banda de hasta 10 Gbps están disponibles a una fracción del costo de los de fibra óptica, además los cables de cobre han demostrado ser ventajosos hasta 100 Gbps. El uso de cobre en vez de fibra evita la necesidad de dispositivos de acoplamiento óptico/eléctricos, reduciendo tanto el costo como la complejidad. Sin embargo, el costo de las instalaciones de fibra continúan disminuyendo y la realidad de este mercado demanda un desarrollo continuo en mejorar los sistemas con cables de cobre con el fin de que el metal continúe siendo competitivo. Además de proveer un ancho de banda adecuado, los nuevos cables de cobre deben reducir el consumo de potencia, y además deben ser más simples que los sistemas existentes con respecto a la instalación y conectividad. Una de las principales propiedades del cobre es su habilidad para transmitir energía y datos simultáneamente, proporcionando una fuente confiable de energía que permite la utilización de dispositivos en red, tales como los teléfonos de Protocolo Internet, donde los puntos de acceso inalámbricos, y los conectores a la red que operan sin adaptadores de potencia, cordones o toma de corrientes AC por separado. 14. DESARROLLO DEL COBRE, NUEVAS OPORTUNIDADES -

Energía Renovable

El cobre desempeña un importante rol en los sistemas de energía limpia, particularmente en los generadores, componentes electrónicos, cableado, controles y los equipos de protección utilizados en las plantas de energía: eólica, de las mareas, de los bio-combustibles, de las olas, geotérmica y térmica solares. Los sistemas solares fotovoltaicos necesitan cobre para la transmisión de corriente, las conexiones a tierra y diversos componentes del sistema. Los sistemas basados en energía oceánica pueden beneficiarse de la resistencia que tienen las aleaciones de cobre a la corrosión y a las incrustaciones biológicas. Los nuevos sistemas necesitarán ser aún más eficiente y producir un menor impacto al medio ambiente. El desarrollo del uso del cobre en esta área puede requerir una estrecha cooperación técnica entre los tecnólogos que desarrollan los sistemas de energías renovables y la industria del cobre de modo de asegurar que se seleccionen los materiales de cobre más apropiado, las formas y las técnicas de procesamiento más adecuadas para las aplicaciones específicas. El cobre es un importante “metal energético”, con notables propiedades térmicas y eléctricas que son de vital importancia en los sistemas de energía renovable. -

Acuicultura

La acuicultura es una industria global multimillonaria. Existe preocupación por la contaminación (incrustaciones) en las redes para peces por organismos marinos adheridos, la propagación de enfermedades infecciosas, el ataque de depredadores, la contaminación por los desechos de los peces y posibles amenazas a la salud humana debido a los antibióticos suministrados a los peces en las granjas de acuicultura. La combinación de las propiedades anti-incrustaciones, antibacterianas y la resistencia mecánica de las aleaciones de cobre resuelven estos problemas. La propiedad antiincrustaciones del cobre y sus aleaciones permiten que fluya agua limpia y oxigenada a través de las redes o jaulas de los peces, eliminando los desechos y así manteniendo un medio ambiente saludable. Además, el cobre puede mitigar la propagación de enfermedades infecciosas mediante la eliminación del entorno que se crea alrededor de las incrustaciones (es decir, películas de algas y diversos Braquiópodos adheridos) o entorno al cual los agentes patógenos puedan prosperar, por lo tanto, se puede reducir o eliminar la necesidad de antibióticos. La resistencia mecánica y la flexibilidad de una estructura de aleación de cobre también impedirían el ataque de depredadores o la fuga de los peces. Además, a diferencia de las redes hechas de materiales sintéticos, las estructuras de aleaciones de cobre son completamente reciclables al final de su vida

útil. En la década de 1960 hasta la década de 1980, la industria del cobre desarrolló diversas jaulas con cobre para la acuicultura. Estas jaulas eran rígidas y no fáciles de reproducir a escala para una producción de gran volumen; sin embargo, demostraron el concepto en jaulas para peces de tamaño semi-comercial instaladas en granjas comerciales de salmones en Escocia y en los Estados Unidos. Las recientes mejoras en las aleaciones de cobre y en el diseño permite que las jaulas adopten la forma de redes tejidas de alambre, con una vida útil superior a los cuatro años. Las redes también permiten un 50% más de peces por jaula, una tasa de crecimiento de los peces de 1015% más rápida y el aumento de las ganancias para los propietarios de las granjas. -

Superficies Higiénicas

Según muchos estudios, las superficies (no en base a cobre) de las manillas de puertas, placas para empujar las puertas, barandas de las camas y soportes metálicos para escribir

en

los

hospitales

están

infestadas

con

altas

concentraciones

de

microorganismos, incluidos peligrosos patógenos. Una investigación avalada por la ICA que incluyó miles de pruebas estrictamente controladas en muestras metálicas de cobre bajo condiciones de laboratorio, confirmó que las superficies con un contenido de cobre mayor o igual al 65%: • Destruyen el 99 por ciento de las bacterias residentes en dos horas; • Previenen la re-infestación por 24 horas (o más); y • En lo sucesivo, reducen continuamente el recuento de bacterias. Así, la instalación de aleaciones de cobre en las “superficies de contacto” en los hospitales, las escuelas, los sistemas de transporte público y los edificios públicos deberían reducir la transmisión de enfermedades y al mismo tiempo generar un nuevo e importante mercado para el cobre y sus aleaciones. La promoción del uso del cobre en las industrias de la salud y la manipulación de alimentos requerirá de la cooperación entre la industria del cobre y los posibles usuarios para garantizar una selección apropiada de aleaciones y formas de los productos. En una aplicación relacionada, se sabe que las superficies ricas en cobre pueden impedir el crecimiento de hongos en los sistemas de aire acondicionado,

mejorando la calidad del aire y manteniendo las superficies de intercambio de calor y drenaje de condensado funcionando en su óptima eficiencia. Durante varios años se han estado realizando pruebas en superficies basadas en cobre y se espera la aprobación por parte del Gobierno de los EE.UU. para la promoción del cobre como un material bioestático. Las normas internacionales requieren que los dispositivos médicos cumplan con las regulaciones pertinentes y pasen las pruebas relacionadas con su aplicación. Las aleaciones de cobre, incluyendo algunos compuestos resistentes al opacamiento (tarnishing), han superado con éxito las pruebas en Alemania, y se están planificando pruebas de aleaciones de cobre para puertas y barandas para camas.

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ANEXO 1: Características del cobre.

A: EL METAL DE LA CIVILIZACION

B: ESTÉTICO

E: ANTICORROSIVO

G: MULTICOLOR

D: ANTIMICROBIANO

F: MOLDEABLE

H: CONDUCTOR

I: DURADERO

K: ESENCIAL

J: FÁCIL DE UNIR

L: MALEABLE Y DÚCTIL

N: RECICLABLE

M: SEGURO

O: RESISTENTE