Investigadores alemanes y chilenos trabajan en un proyecto destinado a optimizar y avanzar en los procesos de producción de cobre, con especial atención a los problemas que plantean los minerales sulfurosos que contienen arsénico.

En Chile -el primer productor mundial de cobre-, el metal rojo se extrae principalmente de minas a cielo abierto. El mineral se extrae de pozos de hasta dos kilómetros de diámetro. Este mineral tiene un contenido de cobre de alrededor del 2%, que se extrae en varias etapas: El mineral se muele primero y luego se somete a la flotación, que consiste en el espumado químico en húmedo del material, con el fin de separar el mineral con alto contenido de cobre del mineral con bajo contenido de cobre. El resultado es el concentrado de cobre, que también vende Chile. Contiene entre un 20 y un 30% de cobre. A continuación, el concentrado se funde en altos hornos y finalmente se purifica en procesos de electrólisis electroquímica para obtener cobre puro.

Junto con el cobre, las capas de mineral excavadas suelen contener también arsénico, que, debido a su toxicidad, debe extraerse del mineral. Esto tiene lugar casi automáticamente cuando se calienta el mineral: El arsénico se convierte en gas. En Chile, el procedimiento actual consiste en capturar el gas, disolverlo en ácido sulfúrico y luego transformarlo en arseniato de calcio sólido o arsenito de calcio mediante precipitación. Estos compuestos de calcio se depositan después en el desierto de Atacama.

El hecho de que estos compuestos sean solubles en agua no ha sido un problema, ya que el desierto de Atacama es una de las regiones más secas del mundo. Sin embargo, en los últimos años, el cambio climático ha provocado un aumento de las precipitaciones, lo que plantea ahora el problema de la contaminación ambiental. Al mismo tiempo, algunas minas están penetrando en capas que ya no están basadas en el oxígeno sino en el azufre y, por tanto, contienen más arsénico. En consecuencia, la cantidad de arsénico que se depositará en el futuro aumentará, sobre todo teniendo en cuenta que actualmente no hay usos industriales para el arsénico.

“Estos dos acontecimientos están haciendo que los operadores mineros chilenos se replanteen la forma en que anteriormente eliminaban el arsénico y se adapten a estas nuevas circunstancias sin demora”, dijo Anna-Lisa Bachmann, que coordina el proyecto “ReAK-Reducción del arsénico en los concentrados de cobre“, en una declaración a los medios. “Estamos investigando nuevas formas de separar y depositar el arsénico como parte de este proyecto para que el impacto medioambiental se minimice al máximo”.

Buscando diferentes opciones

Desde 2019, Bachmann y su equipo han estudiado diferentes pasos potenciales del proceso, empezando por el procesamiento posterior del concentrado de cobre rico en arsénico e incluyendo la flotación selectiva de arsénico, el tostado por sulfatación y la lixiviación microbiana y sulfídica.

También se están considerando procesos de oxidación alternativos que dan lugar a 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 caro”, dijo Bachmann. “Por eso, en el Fraunhofer IWKS estamos investigando la oxidación electroquímica con electrodos de diamante como alternativa viable en el curso de este proyecto. Estos electrodos presentan una ventana electroquímica especialmente amplia, que da lugar a la formación de radicales hidroxilos en soluciones acuosas. Éstos oxidan el arsénico disuelto de forma eficaz y fiable sin necesidad de utilizar productos químicos adicionales”.

Otros socios del proyecto también están evaluando los procesos de oxidación asistidos por rayos UV y ozono, así como los microbianos.

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

“Utilizaremos esto para desarrollar un nuevo concepto de vertedero que proporcionará acciones recomendadas al gobierno chileno, considerando tanto los requisitos gubernamentales como los recursos financieros disponibles”, señaló Bachmann.

Esto es especialmente 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.