Como el exportador de cobre más grande del mundo, Chile está encontrando un número creciente de capas de mineral a base de azufre que contienen arsénico tóxico en sus minas de cobre. Las estrategias convencionales para separar y depositar el arsénico en vertederos están demostrando ser limitadas en esta área. El equipo de proyecto germano-chileno, liderado del lado alemán por la Institución de Investigación Fraunhofer para el Reciclaje de Materiales y Estrategias de Recursos IWKS, está trabajando para optimizar y avanzar en los procesos de producción de cobre para que Chile pueda abordar el problema del arsénico de la manera más efectiva. forma rentable y respetuosa con el medio ambiente en el futuro.

El cobre es un semimetal con muchas propiedades útiles:es un conductor de electricidad y calor, con una consistencia blanda y una apariencia muy distintiva. Por lo tanto, no sorprende que exista una gran demanda de esta materia prima, especialmente en los campos de la ingeniería eléctrica, la tecnología de las comunicaciones, la construcción y la artesanía. Aunque el cobre ahora es fácilmente reciclable, la demanda mundial está en aumento, lo que exige la continuación de la extracción de cobre. Chile es el principal productor y exportador de cobre del mundo. Solo en 2021, extrajo alrededor de 5,6 millones de toneladas métricas de cobre, lo que equivale aproximadamente a una cuarta parte del volumen total de extracción mundial. Esto convierte a la industria del cobre en una de las fuentes de ingresos más importantes del país.

El cobre en Chile se extrae en minas de cobre a cielo abierto en el desierto de Atacama. El mineral se explota aquí desde pozos con diámetros de hasta dos kilómetros. Este mineral tiene un contenido de cobre de alrededor del dos por ciento, que se extrae en varias etapas:el mineral primero se muele y luego se somete a flotación, lo que implica la formación de espuma química húmeda del material, para separar el mineral con alto contenido de cobre del mineral bajo en cobre. Esto da como resultado concentrado de cobre, que también vende Chile. Contiene alrededor de 20 a 30 por ciento de cobre. Luego, el concentrado se funde en altos hornos y finalmente se purifica en procesos de electrólisis electroquímica para obtener cobre puro.

El arsénico plantea nuevos retos

Además de cobre, las capas de mineral excavadas a menudo también contienen arsénico que, debido a su toxicidad, debe extraerse del mineral. Esto ocurre casi automáticamente cuando se calienta el mineral:el arsénico se convierte en gas. En Chile, el procedimiento actual es capturar el gas, disolverlo en ácido sulfúrico y luego transformarlo en arseniato de calcio sólido o arsenito de calcio en un proceso conocido como precipitación. Estos compuestos de calcio luego se depositan en el desierto de Atacama. Anteriormente, el hecho de que estos compuestos sean solubles en agua nunca presentó ningún problema ya que el desierto de Atacama es una de las regiones más secas del mundo. Sin embargo, el cambio climático ha provocado un aumento de las precipitaciones en los últimos años, lo que ahora plantea el tema de la contaminación ambiental. Al mismo tiempo, algunas minas están penetrando capas que ya no son a base de oxígeno sino a base de azufre y, por lo tanto, contienen más arsénico. Como resultado, la cantidad de arsénico que se depositará aumentará en el futuro, particularmente dado que actualmente no hay usos industriales para el arsénico.

Muchos enfoques, un objetivo

"Estos dos desarrollos ahora están haciendo que los operadores mineros chilenos reconsideren la forma en que previamente eliminaban el arsénico y se adapten a estas nuevas circunstancias sin demora", explica Anna-Lisa Bachmann, quien trabaja en la Institución de Investigación Fraunhofer para el Reciclaje de Materiales y Estrategias de Recursos IWKS. en Alzenau y coordina el proyecto "ReAK—Reducción de Arsénico en Concentrados de Cobre". “Estamos investigando nuevas formas de separar y depositar el arsénico como parte de este proyecto para que el impacto ambiental se minimice al máximo”, dice el investigador. Fraunhofer IWKS lanzó un primer proyecto en 2018, que reunió a un consorcio de numerosos socios alemanes y chilenos tanto de la investigación como de la industria. El proyecto comenzó oficialmente en septiembre de 2019 con fondos del Ministerio Federal de Educación e Investigación de Alemania.

Desde entonces, se han investigado con más detalle varios pasos potenciales del proceso, comenzando con el procesamiento posterior del concentrado de cobre rico en arsénico. "Estamos poniendo a prueba una gama de posibles opciones, con la intención de identificar los módulos individuales más efectivos y la secuencia de pasos más exitosa", describe Bachmann. El consorcio está explorando una serie de procesos, incluida la flotación selectiva de arsénico, la tostación por sulfatación y la lixiviación microbiana y sulfurosa.

También se están considerando procesos de oxidación alternativos que dan como resultado compuestos de arsénico5+ más estables y menos tóxicos en lugar de compuestos de arsénico3+ inestables y solubles en agua. "Una opción para este paso de oxidación podría ser el uso de peróxido de hidrógeno, pero esto es muy costoso", explica Bachmann. "Es por eso que en Fraunhofer IWKS estamos investigando la oxidación electroquímica con electrodos de diamante como una alternativa viable en el curso de este proyecto. Presentan una ventana electroquímica particularmente grande, lo que resulta en la formación de radicales hidroxilo en soluciones acuosas. Estos luego oxidan el disuelto arsénico de manera eficiente y confiable sin la necesidad de productos químicos adicionales". Otros socios del proyecto también están evaluando procesos de oxidación microbiana asistidos por UV y ozono.

Recomendaciones de acción personalizadas

El primer paso de todos los paquetes de trabajo es probar si el método en cuestión realmente funciona y si ofrece el resultado deseado. Fraunhofer IWKS comparará su rentabilidad e impacto ambiental en el contexto de la evaluación del ciclo de vida y los análisis de costos del ciclo de vida tan pronto como todos los resultados individuales estén disponibles.

"Utilizaremos esto para desarrollar un nuevo concepto de relleno sanitario que brindará acciones recomendadas al gobierno chileno, considerando tanto los requisitos gubernamentales como los recursos financieros disponibles", concluye Bachmann. Esto es particularmente relevante dado que gran parte de la industria del cobre de Chile, incluida una de las minas que participan en el proyecto, es de propiedad estatal.

Varias de estas pruebas ya se han completado y se espera que otras se completen pronto. Si bien las entregas de muestras recíprocas y las reuniones en persona se han retrasado como resultado de la pandemia de Corona, Anna-Lisa Bachmann confía en que todos los socios habrán desarrollado conjuntamente una estrategia prometedora para el verano de 2023, ayudando significativamente a la industria del cobre chilena. + Explora más

Encuentran arsénico de minas chilenas en la Antártida