Por Olivia Mejías, MSc y Javier Quevedo, Geólogos Investigadores en SMI-ICE-Chile

Chile es reconocido como el productor del 28,5% del cobre mundial, con alrededor del 5.7 millones de toneladas métricas[1], y del 22% del litio mundial, con cerca de 18 mil toneladas métricas[2]. Sin embargo, los depósitos minerales chilenos ofrecen mucho más, y la atención ha comenzado a enfocarse en otros metales y minerales alojados en recursos primarios (depósitos minerales) y secundarios (desechos mineros). Chile tiene una larga historia minera, siendo explotados principalmente cobre, hierro, oro y molibdeno. Esto ha significado que, y de acuerdo con la actualización del Catastro Nacional de Depósitos de Relaves del Sernageomin (Servicio Nacional de Geología y Minería de Chile) de agosto de 2020, indica que actualmente en Chile existen un total de 757 depósitos de relaves, de los cuales 112 están activos, 467 inactivos, 173 abandonados y 5 están en construcción. Ambos, la industria y la sociedad están conscientes de los potenciales riesgos que presentan los depósitos de relaves, y que éstos requieren una gestión y monitoreo continuo. Sin embargo, también son potenciales recursos para suplementar la demanda de metales críticos. Actualmente, el desafío en Chile es tener suficiente conocimiento y aplicarlo a la recuperación de metales críticos desde un punto de vista de minería sostenible.

¿Qué son los metales críticos?

Es de acuerdo general, que los metales críticos son formalmente entendidos como metales económicamente importantes pero que cuentan con un alto potencial de disrupción del abastecimiento, a menudo debido a que una o dos minas, o un país, domina el suministro. Cada región geográfica considera diferentes materias primas como críticas. Debido a ello, existen diferentes listas de metales críticos al comparar la Unión Europea, Estados Unidos, y Australia. Algunos de los metales críticos declarados por estos tres países incluyen al cobalto (Co), vanadio (V), galio (Ga), germanio (Ge), y Tierras Raras (REE). Igualmente, la lista de metales críticos cambia con el tiempo ya que nuevos procesos de producción o nuevas minas modifican la demanda y la situación del suministro.

Los metales críticos son componentes esenciales en la producción de tecnología verde, tales como electromovilidad, turbinas eólicas y paneles solares, todos requeridos para la transición global hacia bajas emisiones de carbono. La transición a energías limpias y la creciente disponibilidad de aparatos tecnológicos establece una intensiva demanda de los metales críticos, lo cual provee enormes oportunidades para las operaciones mineras (a pequeña y gran escala) de recursos primarios y secundarios. Consecuentemente, los metales críticos juegan un rol crucial para asegurar el cumplimiento de los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) de las Naciones Unidas, ya sea desde el logro de “energía limpia y asequible” a un “consumo y producción responsable”. De acuerdo con el informe de EY “Riesgos y Oportunidades de la Industria Minera” del 2021[3], -descarbonización y agenda ambiental- está en cuarto lugar del ranking desde el 2020, lo cual refleja el gran desafío de la industria minera de utilizar energías verdes e introducir regulaciones sobre gases de efecto invernadero en sus operaciones. Sin lugar a duda, este nuevo desafío debe ser abordado desde una perspectiva responsable, y continuando el compromiso con la sostenibilidad ambiental, social y de gobernanza. Eso dicho, y aún, cuando los metales críticos tienen una gran demanda mundial, siguen siendo poco estudiados desde un punto de vista geometalúrgico.

Un paso vital es entender los controles sobre la distribución de los metales críticos, en términos de su concentración y ocurrencia en minerales de mena y de ganga dentro de diferentes sistemas de mineralización, y, a su vez, si es que estos metales críticos pueden ser procesados y extraídos de manera económicamente rentable. El uso de técnicas microanalíticas avanzadas como EPMA, LA-ICP-MS, entre otras, y complementadas con técnicas de mineralogía avanzada, es imperativo. Si estas técnicas de vanguardia son aplicadas a la caracterización de los recursos secundarios (relaves, estériles, escorias) será un paso clave hacia la revalorización de estos, permitiendo aplicar los principios de la economía circular, y siendo un camino hacia el crecimiento económico alineado con el desarrollo sostenible.

Mapa de distribución de elementos en pirita, generado con LA-ICP-MS. Foto de Javier Quevedo, 2020

En la industria minera, la economía circular está relacionada principalmente con el potencial que existe en el reprocesamiento de relaves. Sin embargo, la recuperación de otros elementos y minerales (más allá de los metales críticos) puede requerir la consideración de un enfoque innovador holístico. Esto podría brindar productos secundarios para las empresas mineras, que puedan optar por impulsar los mercados locales al brindarle a un emprendedor regional la oportunidad de recibir y manejar material a partir de la explotación de relaves, siendo una opción viable para el desarrollo de los procesos económicos, organizacionales, tecnológicos, ambientales y sociales de esa comunidad.

El caso de Chile

Joaquín González, estudiante de geología de la Universidad de Chile, realizó su práctica profesional en SMI-ICE-Chile junto al equipo de investigación de geología, enfocado en metales críticos hospedados en diferentes minerales presentes en los depósitos minerales chilenos. A través de una revisión de literatura, Joaquín creó una base de datos (n= 585 valores en total) evaluando los siguientes metales críticos: Co, Ni, Ga, Te, Ti, V -considerando diferentes técnicas microanalíticas- en pirita, calcopirita, bornita, calcosina y magnetita presentes en depósitos IOA, IOCG[4], pórfidos de cobre, epitermales y estratoligados.

La pirita es el mineral que demuestra una concentración altamente enriquecida en cobalto, debido a un proceso de solución sólida por sustitución química. Por ejemplo, las piritas ricas en (Co) en depósitos IOA tienen hasta 40.000 ppm de Co, en depósitos IOCG hasta 25.000 ppm, en depósitos de pórfidos de cobre hasta 24.050 ppm, en depósitos epitermales hasta 3.000 ppm, y en depósitos estratoligados hasta 400 ppm. Por ende, en un país minero como es Chile, la oportunidad para evaluar la recuperación de metales críticos como subproductos tiene retornos prometedores.

Los investigadores en geología de SMI-ICE-Chile y el practicante en geología de la Universidad de Chile

Un equipo colaborativo

El área de investigación en geología y procesamiento de minerales en SMI-ICE-Chile ha obtenido experiencia valiosa sobre los metales críticos en años recientes. A través de estudios aplicados al cobalto presente en depósitos IOCG en proyectos realizados con grandes empresas mineras, tesis de investigación y prácticas profesionales, al igual que investigación realizada internamente. Estos proyectos han incluido análisis de datos exploratorios (EDA, por sus siglas en inglés) utilizando resultados de muestras que han sido sometidas a análisis geoquímicos, análisis mineralógicos (XRD, SEM, MLA-SEM), geoquímica mineral (LA-ICP-MS), y pruebas metalúrgicas (pruebas de molienda y flotación). Debido a la demanda, los metales críticos serán solicitados mundialmente en las próximas décadas, y es importante incentivar su entendimiento, conocimiento, y aplicabilidad de su recuperación metalúrgicas desde los depósitos primarios y secundarios chilenos, atrayendo nuevas oportunidades de commodities más allá del cobre. SMI-ICE-Chile en colaboración con SMI-UQ están evaluando proyectos enfocados en el potencial de la extracción de metales críticos como subproducto de minas existentes y nuevas.

Para más información, contacte a Olivia Mejías en o.mejias@smiicechile.cl y a Javier Quevedo en j.quevedo@smiicechile.cl

[1] https://www.statista.com/statistics/254845/copper-production-of-chile/

[2] https://www.statista.com/statistics/717594/chile-lithium-production/

[3] https://www.ey.com/en_gl/mining-metals/top-10-business-risks-and-opportunities-for-mining-and-metals-in-2021

[4] Depósitos minerales del tipo óxido de hierro ± apatita (IOA), y de hierro óxido-cobre-oro (IOCG), por sus siglas en inglés

Referencias

Quevedo, Javier (2020) “Concentración y distribución de cobalto en piritas del depósito IOCG La Estrella, Región de Atacama, Chile”. Degree thesis, Universidad Mayor, Santiago, Chile http://repositorio.umayor.cl/xmlui/handle/sibum/6875

Mejías, Olivia (2020) “Geochemical assessment of critical metals: A geometallurgical guideline for the evaluation of by-products of an IOCG type deposit, Chile”. Procemin-Geomet conference proceedings, Santiago, Chile http://www.gecaminpublications.com/procemin-geomet2020/

Una herramienta indispensable en la optimización de procesos minero-metalúrgicos

Por Solange Vera, Ingeniera de Investigación en SMI-ICE-Chile

La minería ha evolucionado durante las últimas décadas de manera exponencial, con la implementación de nuevas herramientas y tecnologías que le han permitido adaptarse a los requerimientos actuales de la operación, cumplir con las regulaciones ambientales existentes y con las demandas de las partes interesadas.

Dentro de las herramientas utilizadas en la industria minera, una que ha tomado gran relevancia en la toma de decisiones son los softwares de simulación. Estas herramientas son empleadas por ingenieros de procesos, planificadores mineros, metalurgistas, entre otros gracias a sus diversas aplicaciones que permiten predecir el comportamiento de un proceso o sistema por medio del modelamiento matemático. En otras palabras, los softwares de simulación permiten anticiparse al proceso real y obtener su mejor desempeño, convirtiéndose en una potente herramienta para evaluar y analizar sistemas nuevos y existentes.

Específicamente en la industria minera, los softwares de simulación se utilizan para evaluar el desempeño de los procesos minero-metalúrgicos frente a cambios operacionales, como variaciones en el tonelaje de alimentación, porcentaje de sólidos o granulometría, y cambios configuracionales, que abarcan tanto las modificaciones en los parámetros de diseño, así como la disposición y/o cantidad de equipos. Esto ayuda al ingeniero u operador a ponerse en el caso de “qué pasa si…”, conocido como “análisis what if”, que se basa en reproducir de manera virtual los procesos y estudiar su comportamiento bajo distintos escenarios, facilitando la toma de decisiones.

El Sustainable Minerals Institute (SMI) cuenta con profesionales expertos en simulación y modelamiento de procesos metalúrgicos, quienes están involucrados en una gran cantidad de proyectos relacionados con el mejoramiento continuo de procesos, el aumento de la eficiencia energética e hídrica y la reducción de la variabilidad operacional. Uno de los principales softwares empleados para el desarrollo de proyectos es el simulador metalúrgico JKSimMet, desarrollado por JKTech. Este software fue diseñado a partir de los resultados de 40 años de investigación en los procesos de conminución y clasificación en el Julius Kruttschnitt Mineral Research Centre (JKMRC) de The University of Queensland, Australia.

Esquema gráfico del software JKSimMet

JKSimMet es un software de simulación metalúrgico que brinda a los ingenieros la capacidad de diseñar y simular circuitos de conminución, uno de los procesos más críticos de las plantas concentradoras debido a su elevada ineficiencia energética. Dentro de las particularidades del software destaca su sencillo funcionamiento, lo que permite que este sea empleado tanto por profesionales expertos en el modelado o simulación, como por cualquier profesional entendido en la temática del proceso de conminución. Su principal aplicación es la de realizar análisis de procesos y optimización de circuitos existentes para evaluar el rendimiento de la planta, además de ser extremadamente útil para efectuar estudios de diseño conceptual, donde el propósito es evaluar la idoneidad de diferentes diagramas de flujo para lograr un objetivo de desempeño deseado.

En el Centro de Excelencia en Chile, SMI-ICE-Chile, fuimos parte de un proyecto de aumento de eficiencia energética para un circuito de conminución de una planta concentradora nacional. Dicho circuito estaba conformado por un circuito cerrado de molino de bolas con hidrociclones en configuración directa, el cual fue modelado en el software metalúrgico JKSimMet para evaluar, a través de simulaciones, diferentes alternativas que permitieran reducir el consumo específico de energía del circuito, kWh/t. Como resultado de este proyecto se detectó que pequeños cambios operacionales en el proceso de clasificación, tal como variaciones en la apertura de la razón apex/vortex de los ciclones, tienen un impacto positivo en la eficiencia energética del circuito. Adicionalmente se observó que, al implementar una etapa adicional de clasificación en harneros previo a la molienda por bolas, se favorece la eficiencia energética del circuito al evitar la sobremolienda de partículas finas, siendo estas enviadas directamente al cajón de descarga del molino. Los resultados de este trabajo fueron publicados en la conferencia Procemin-Geomet 2020.

Sumado a la evaluación de alternativas que mitiguen la ineficiencia intrínseca del proceso de conminución, la simulación también permite abordar otra de las problemáticas más recurrentes en esta área: la variabilidad mineral. Esta se traduce en cambios en las características mineralógicas de la roca, que afectan de manera directa al rendimiento del proceso. Bajo este contexto, SMI-ICE-Chile ha realizado numerosos trabajos utilizando el software metalúrgico JKSimMet, para evaluar el impacto de las características de la roca, traducidos en variaciones en los parámetros de resistencia a la fractura del mineral alimentado (SPI, Axb y Wi), en el rendimiento de la operación. Este tipo de trabajo permite generar recomendaciones a las faenas mineras para que empleen diferentes estrategias de planificación basados en estudios geometalúrgicos, que utilizan la información obtenida en el área de geología para la toma de decisiones a nivel mina y planta, favoreciendo la integración de todas las áreas involucradas en el ciclo minero.

Visita a planta de pellets de Huasco, agosto 2019, Proyecto de Eficiencia Energética para CAP Minería. De izquierda a derecha: José Ojeda (SMI-ICE); Luis Diaz (CAP); Gustavo Ceballos (AMTC); Norelys Aguila (AMTC); Romke Kuyvenhoven (SMI-ICE); Solange Vera (SMI-ICE); Marcin Ziemski (SMI-JMRC); Rodrigo Martinez (CAP)

Este y otros proyectos han demostrado cómo la simulación de procesos es una herramienta esencial para todo lo que implique el análisis, optimización, diseño y simulación de circuitos; ya que facilitan la resolución de los problemas que enfrenta la minería hoy en día, como la variabilidad mineral y su impacto en la calidad de los productos, sumado al uso eficiente de recursos tanto hídricos como energéticos.

Este software requiere de entrenamiento para su uso óptimo. En Chile y otros países de Latino América la empresa Hexagon es la única que cuenta con la certificación para difundir capacitaciones y licencias de JKTech.

 Para más información, contactar a Solange Vera, s.vera@smiicechile.cl

Referencia

Vera, S., Kuyvenhoven, R., Sepúlveda, J., Ziemski, M. 2020. Improved energy efficiency in the grinding and classification circuit of a magnetite concentration plant, 16^th International Mineral Processing Conference and 7^th International Conference on Geometallurgy, Procemin-Geomet 2020, Santiago, Chile, https://www.gecaminpublications.com/procemin-geomet2020/

A pesar de los desafíos locales, el equipo de SMI-ICE-Chile ha mantenido la tendencia positiva de nuevos proyectos, resultados, y un amplio compromiso en el ecosistema.

El equipo de JK ha liderado la exitosa instalación de Mill Filling Tool en la planta concentradora de Minera Los Pelambres de Antofagasta Minerals, y se están vislumbrando oportunidades para mayores aplicaciones dentro del grupo AMSA. El equipo en Chile está trabajando con JK para confirmar a un auspiciador chileno para el programa de investigación global de SMI en CPR y apoyar al desarrollo de un modelo actualizado de JKSimMet en Minera Antamina, Perú.

Junto con colegas de CWiMI, el equipo ha dado inicio al proyecto de MCI Inversiones Ltda. (subsidiaria de Mitsubishi Corporation). Este proyecto tendrá 3 años de duración y desarrollará un software para apoyar el diseño y planificación integrada y optimizada de los sistemas de abastecimiento de agua en zonas áridas. El Centro también fue exitoso con la propuesta liderada por EBP Chile para el BHP Community Climate Change Resilience Fund. Junto con otros socios, Power Ledger y Ser Patrimonio, el proyecto realizará infraestructura adaptable de energía, agua y residuos para robustecer a las comunidades de las zonas mineras del norte de Chile.

En el último mes, Olivia Mejias presentó dos veces para el equipo de Geocientíficos en Chile, Nigel Wight presentó desafíos y lecciones aprendidas en torno al desempeño social en minería en la San Juan Mining Expo en Argentina, y Doug Aitken presentó en el evento Agromin en Perú sobre los desafíos y oportunidades a largo plazo en zonas mineras a través de conceptos integrados y colaborativos. En el evento Water Congress 2020 de Gecamin, Giovana Garcia presentó el trabajo sobre intercambio de agua y red de abastecimiento para crear sistemas de suministro de agua de mar más sostenibles, y Doug presentó sobre estrategias de gestión de agua y relaves en un mundo cambiante, incluyendo el caso de estudio del proyecto sobre el análisis de escenarios futuros realizado para División El Teniente de Codelco.