CAPÍTULO 4, parte 1
Gestión de riesgos por el uso de sustancias químicas.
*El presente artículo presenta al Capítulo N°4, parte 1 del trabajo realizado por el Centro Argentino de Ingenierios (CAI) y la Academia Nacional de Ingeniería. En cada edición se hará entrega de un nuevo capítulo hasta completar el informe.
4.1. Introducción
El propósito de este punto es identificar las sustancias químicas que suelen emplearse en el procesamiento de los minerales a explotar, las características de esas sustancias que las hacen riesgosas y las regulaciones a las que están sometidas, además de señalar los indicadores que califican a los residuos derivados de las tecnologías aplicadas.
Para completar el panorama, se hace mención de las emisiones a la atmósfera que deben tenerse en cuenta en la planificación y los procedimientos a los que se puede recurrir para el control y minimización de dichas emisiones.
Los contenidos que se incorporan a continuación se refieren a la minería metalífera específicamente, teniendo en cuenta que el Plan Estratégico lanzado por la Secretaría de Minería de la actual gestión de gobierno -y que fuera aprobado por Resolución SE N°47/2020- se refiere especialmente a un conjunto de más de 250 proyectos metalíferos (cobre, oro, plata) y de litio, en distintos estadios de desarrollo. A ellos se agrega el uranio por considerarlo como alternativa a la actual importación, en el marco de la estrategia de transición energética para cumplir con los compromisos asumidos a partir de la ratificación del Acuerdo de París (2015) y de la promulgación de la Ley 27520 de Adaptación y Mitigación del Cambio Climático, en diciembre de 2019.
El otro aspecto que ha influido en la selección de los metales a incorporar en este análisis es la percepción del riesgo que la comunidad tiene respecto de los proyectos de recuperación y enriquecimiento de minerales que contienen oro, plata, cobre y uranio especialmente, que puede calificarse como alta en comparación a otros proyectos como la minería del hierro, en cuyo caso, la percepción del riesgo es menor.
Los metales se encuentran, en general, asociados químicamente a otros elementos formando compuestos sulfurosos, óxidos, silicatos, carbonatos, etc. Los minerales están constituidos generalmente por más de un metal, por elementos no metálicos, impurezas y gases disueltos. Suele denominarse “mena” a la roca que contiene minerales deseados en una concentración económicamente viable del metal o metales buscados, alojados en un compuesto huésped, como por ejemplo el cuarzo, que constituye lo que se denomina “ganga”.
Esta gran diversidad de minerales que contienen un determinado metal, y de las formas en que se los pueden encontrar en la etapa exploratoria, hace que la tecnología a aplicar para su metalurgia deba ser analizada y adoptada específicamente en cada caso. Tanto las sustancias que corresponden emplear en cada etapa del procesamiento del mineral, como la cantidad y tipo de residuos sólidos y líquidos que se generarán, también tendrán indicadores específicos del sitio considerado.
En términos generales puede asumirse que las etapas del procesamiento de minerales, una vez extraído, suelen ser las siguientes:
• Trituración
• Molienda
− En seco
− Vía húmeda
• Extracción por hidrometalurgia
− Lixiviación
− Flotación
− Concentración gravimétrica
− Intercambio de iones
− Extracción por solventes
• Transformación por pirometalurgia
− Tostación
− Calcinación
− Fusión
• Transformación por biometalurgia
• Refinación por electrometalurgia
− Electrólisis
Las dos primeras disgregan el mineral y reducen la granulometría de las partes constitutivas para facilitar la extracción del o de los metales que se quiere separar y concentrar. Las sustancias potencialmente riesgosas se suelen emplear a partir de la etapa de extracción, en las que se utilizan los procedimientos que se indican a continuación, a modo de ejemplo.
Es necesario señalar que hay numerosos centros de investigación universitarios o de las empresas del sector, que están permanentemente analizando las posibilidades de optimizar los procesos fisicoquímicos y aún biológicos a fin de reemplazar las sustancias potencialmente riesgosas, por otras que no lo sean o al menos reduzcan los riesgos laborales y ambientales de su empleo.
En gran parte de los emprendimientos metalíferos del país no se efectúa la refinación al producto metálico puro. Obtenida una determinada concentración del metal, se procede a su exportación, con un porcentaje de impurezas o de otros metales de valor comercial.
En todas las etapas del procesamiento será ineludible efectuar una apropiada gestión de los residuos sólidos, de los efluentes líquidos y de las emisiones a la atmósfera. Se requiere una planificación integrada con los procesos productivos propiamente dichos.
Esa gestión deberá ser permanente durante la vida útil del proyecto y también en el período post cierre, el que puede ser igual o más prolongado que los anteriores.
4.2. Sustancias utilizadas en el proceso minero
Para identificar las sustancias potencialmente riesgosas utilizadas en el procesamiento de los minerales metalíferos se optó hacer referencia a las tecnologías hidrometalúrgicas por ser las utilizadas con más frecuencia en la minería metalífera. No son objeto de análisis en este documento los procesos mineros artesanales que pueden tener mayor riesgo para los trabajadores y el entorno.
El detalle de los procesos que se utilizan para cada metal se hace a título ilustrativo con el objeto de señalar que, salvo cuestiones de escala, los procedimientos y sustancias empleados son similares a los utilizados en otros procesos industriales.
4.2.1. Proceso hidrometalúrgico del oro
Dependiendo de las características y ley del mineral, el oro puede separarse de los elementos no valiosos, por gravedad o cianuración.
El oro se encuentra presente en la naturaleza en diferentes depósitos auríferos, entre los que pueden citarse:
• Depósitos placer o yacimientos tipo placer. Oro contenido en la grava de los ríos, arena de playa o en sedimentos producidos por aluviones.
• Oro asociado con compuestos sulfurados. El oro se encuentra en partículas, libre o disperso en los sulfuros.
• Teluros de oro. También conocido como calaverita, se lo encuentra generalmente en presencia de oro elemental y sulfuros,
• Oro asociado: con plata, arsénico, antimonio, cobre, plomo, cinc y otros minerales.
4.2.1.1. Minerales auríferos
Los minerales auríferos pueden ser extraídos por un proceso de cianuración convencional (proceso de MacArthur-Forrest) o bien mediante la oxidación del mineral (por tostación, oxidación química, en autoclave por oxígeno a alta presión, etc.), como paso previo a la cianuración.
Para extraer el oro contenido como polvo muy fino, encapsulado en arsenopirita, pirita o material carbonáceo, suele realizarse una molienda extremadamente fina del mineral y, posteriormente, un proceso de flotación. El oro se encuentra generalmente asociado con la plata. Por tal motivo, este metal está regularmente presente en el metal no purificado, proveniente de la metalurgia del oro, denominado “metal doré” (oro impuro). Para incrementar la pureza del oro se recurre al proceso de refinación.
4.2.1.2. Lixiviación del mineral en pila
El cianuro presenta una alta selectividad por el oro y la plata (también por otros metales, por ej. cobre, zinc, etc.), por tal motivo el proceso más utilizado, en la actualidad, para la extracción de oro de minerales de baja ley es la lixiviación, generalmente con cianuro de sodio. Los compuestos cianurados obtenido son solubles en agua.
El radical CN−, presente en solución acuosa por la disociación del cianuro de sodio (NaCN), forma complejos estables con los metales [NaAu(CN)2 y NaAg(CN)2]. La cianuración debe realizarse a valores elevados de pH (10,5 a 11,0) para evitar la formación de ácido cianhídrico (HCN), que se perdería por volatilización (punto de ebullición 26ºC y elevada presión de vapor 100 kPa a 25ºC). El control de pH se realiza utilizando cal.
La reacción química que se produce es la conocida como la ecuación de Elsner:
4Au + 8NaCN + O2 + 2 H2O = 4AuNa (CN) 2 + 4 NaOH
El oxígeno es fundamental para la disolución del oro y la plata. Es aportado por el aire durante la irrigación de la pila en forma de lluvia, por el riego por aspersión o riego por goteo (Ver Figura 1).
La EPA de Estados Unidos considera que el cianuro es la mejor alternativa en cuanto a seguridad y ambiente, dentro de las alternativas lixiviantes. No hay evidencias que sea bioacumulable, biomagnificable, neurotóxico, ni es corrosivo ni explosivo.
4.2.1.3 Recuperación del oro de las disoluciones cianuradas
Algunas de las técnicas utilizadas para la recuperación del oro de las soluciones cianuradas, se indican a continuación:
a. Proceso Merrill Crowe
El proceso utiliza la propiedad de metal noble, del oro y la plata, para precipitarlos de la solución cianurada utilizando polvo de zinc. Se forma cianuro de zinc soluble y precipita el oro y la plata (Au0 y Ag0). El oxígeno disuelto en la solución debe ser extraído para evitar la redisolución del oro y plata, por la presencia de cianuro. Para la extracción de oxígeno se utilizan torres/bombas de vacío. El esquema de Figura N° 2 lo ejemplifica.
El efluente del filtro prensa es recolectado y recirculado al circuito de lixiviación ajustando la concentración de cianuro y de cal.
El precipitado retenido en el filtro prensa puede contener, además del oro y la plata, otros metales (cobre, plomo, mercurio, cadmio) y el exceso de zinc que no reaccionó con el cianuro. Es necesario realizar un pre-tratamiento con ácido sulfúrico para disolver el zinc excedente, el cobre y el cadmio, permaneciendo el plomo y el mercurio en el precipitado.
Si este último contiene mercurio es necesario tratarlo térmicamente para separarlo por vaporización y posterior condensación.
Este precipitado se seca en hornos de retorta a 650ºC. Posteriormente se mezcla con los fundentes seleccionados en función del análisis químico del precipitado para oxidar el zinc retenido y los otros metales con el objeto de obtener una escoria vidriosa y los metales preciosos (oro y plata) fundidos. La temperatura del horno es de aproximadamente 1.200ºC.
Completada la fusión, se retira la escoria (se almacena para retratamiento) y los metales preciosos fundidos se descargan en lingotera, obteniéndose el “metal doré” (si el mineral original contenía plata).
b. Adsorción del oro y la plata de la solución cianurada
La adsorción del oro y la plata contenida en las soluciones cianuradas es una de las técnicas más utilizadas (con respecto al proceso Merrill-Crowe original de precipitación con cinc) por su menor costo y mayor rendimiento en la recuperación de metales preciosos de soluciones de lixiviación de minerales de baja ley.
El efluente del proceso de adsorción es recolectado y recirculado al circuito de lixiviación, ajustando la concentración de cianuro y de cal.
• Con carbón activado (columnas de Carbón Merrill Crowe)
Las técnicas de adsorción del oro y la plata con carbón activado, la lixiviación y adsorción simultánea en carbón, en solución o en pulpas, o el carbón en columnas son utilizadas en la gran mayoría de las plantas metalúrgicas del mundo.
• Con resinas sintéticas
Actualmente las resinas sintéticas están sustituyendo al carbón activado. El proceso es similar a la adsorción con carbón, pero la resina presenta uniformidad en el tamaño de las partículas permitiendo un mayor control del proceso. Así, se obtienen mejores resultados en el tratamiento de minerales con alto contenido de arcillas y/o de compuestos orgánicos y, al tener mayor resistencia a la abrasión, se minimiza el costo operativo por reposición.
c. Desorción. Recuperación del oro y plata del carbón activado o de las resinas.
Hay varios métodos comerciales para la recuperación de oro y plata del carbón activado o de las resinas. Estos procesos utilizan como eluyente soluciones de muy baja concentración (entre 1% y 0,1%) principalmente de hidróxido de sodio y cianuro de sodio a temperaturas entre 80 y 120°C, con tiempos de tratamiento entre 24 y 50 horas.
Si el contenido de plata lo justifica, se precipita con sulfuro de sodio. Así, se obtiene sulfuro de plata (Ag2S) que se separa por filtración, efectuando la posterior fusión (1100ºC) por inducción en crisol, previo agregado de fundentes.
La solución de cianuro complejo de oro se envía a una celda electrolítica. El oro depositado en el cátodo se funde obteniéndose el “metal doré”. El carbón descargado del proceso de desorción se envía al horno de regeneración para retornarlo a la etapa de adsorción.
4.2.1.4. Sustancias potencialmente riesgosas
Se indican a continuación las sustancias potencialmente riesgosas incorporadas en el procesamiento del mineral o las que puede contener este último, y que integran los diferentes procesos del tratamiento fisicoquímico del mineral.
a. Lixiviación utilizando cianuro de sodio
Lixiviación en Pila
El proceso es especialmente adecuado para menas de menor ley y con un alto contenido de arcilla.
Las sustancias químicas con potenciales riesgos, utilizadas en la metalurgia de minerales de oro de baja ley aparte del cianuro de sodio, son de uso eventual porque dependen del proceso utilizado para la separación del oro de la solución cianurada o del contenido de plata en el mineral. Esto se debe a que: si la separación del oro se realiza por el proceso Merrill Crowe es necesario el ácido sulfúrico, para disolver el exceso de zinc. Si el contenido de plata en el mineral justifica su precipitación se debe utilizar sulfuro de sodio, para separarlo por precipitación como sulfuro de plata.
Estas dos sustancias no representan un riesgo significativo porque pueden controlarse fácilmente, utilizando la metodología aplicada usualmente por otras industrias que las emplean habitualmente.
Por lo expuesto, es la utilización de la solución de cianuro de sodio que permite la extracción del oro del mineral la que presenta un riesgo potencial, tanto en la operatoria de la mina, como en su transporte.
Es fundamental adoptar las acciones correspondientes para reducir, al máximo posible, los potenciales riesgos. En ninguna actividad existe el riesgo cero, pero es factible aproximarse a este objetivo si se cumple estrictamente con los protocolos operativos y las normativas regulatorias.
Lixiviación en Columnas o Tanques
Permite un control del proceso de mayor eficiencia y minimiza los potenciales riesgos de la contaminación del suelo y de los acuíferos subterráneos por la eventual dispersión de la solución cianurada.
Exige un estricto control del tamaño del grano del mineral y de los niveles de oxígeno y alcalinidad para obtener la máxima recuperación de oro.
Se incrementan considerablemente los costos operativos por la mayor exigencia en la trituración de la mena y el incremento en el consumo de cianuro de sodio.
b. Lixiviación alternativa, con tiosulfato de amonio (NH4)2S2O3
El tiosulfato de amonio (ATS) es actualmente promocionado como alternativa para la metalurgia del oro, para evitar el uso de cianuro en la extracción de oro de minerales refractarios -principalmente con contenido de cobre-, de materiales carbonáceos u otros metales causantes de la baja recuperación del oro y de mayores consumos de cianuro.
El contenido de cobre en el mineral puede colaborar como catalizador en la formación del complejo estable del tiosulfato con el oro, siempre que sea usado en combinación con amoníaco.
Se indica que el tiosulfato es un reactivo no tóxico, de costo unitario menor que el cianuro y usado mayormente como fertilizante en la agricultura por contribuir a la fijación de nitrógeno en el suelo. De todos modos, su utilización requiere de la observancia de los contenidos de la Ficha de Datos de Seguridad del Tiosulfato de Amonio (N° CAS: 7783-18-8).
El uso del ATS en el tratamiento de minerales de oro asociados a cobre y minerales carbonáceos es una alternativa válida a la utilización de cianuro. Sin embargo, su aplicación no se ha extendido todavía. En la publicación del Consejo Internacional de Metales y Medio Ambiente “El Manejo del Cianuro en la Extracción de Oro”, se hace referencia a esta alternativa, cuya viabilidad se encuentra en evaluación.
Proceso metalúrgico de la plata
Corresponde destacar que sólo dos explotaciones mineras, de las quince más importantes del mundo, producen exclusivamente plata. La mayor producción de este metal está asociada con los procesos metalúrgicos de otros minerales metalíferos. Sólo un tercio de la producción mundial proviene de minas de plata, otro tercio de la metalurgia está asociada con el zinc, plomo y cobre y el último tercio se vincula con la producción de oro.
4.2.2.1 Minerales de plata
Los minerales de plata se encuentran asociados con otros metales de base, como subproductos o viceversa. Por esta razón, en la explotación de los minerales de plata se suelen utilizar procesos metalúrgicos, directamente relacionados con las características del mineral y de los metales que suelen encontrarse.
Se incorpora, a continuación, una mención de las alternativas más frecuentes:
a. Obtención de plata como producto secundario
El proceso metalúrgico utilizado es el correspondiente a la obtención del mineral que se encuentra en mayor proporción. Aquí, se indican los tres procesos más relevantes, en los que la plata se obtiene como producto secundario.
Metalurgia del oro
El procedimiento de separación de plata se trató en el punto 4.1.2.1.
Metalurgia del plomo
La plata contenida en plomo fundido, obtenido en la metalurgia del mineral de plomo, se separa de este último por el proceso pirometalúrgico Parkes, que utiliza las propiedades del zinc al estado líquido. El plomo en ese estado es inmiscible con el zinc, y la plata tiene una elevada solubilidad en este último. La plata retenida por el zinc se separa fácilmente del plomo por diferencia de densidad y, luego, la solución sólida zinc-plata se calienta, a 900ºC, de modo que el cinc se vaporice y permita obtener plata de elevada pureza (punto de ebullición de la plata: 1955 ºC).
En el proceso de separación de la plata del plomo no se utilizan sustancias con riesgo potencial significativo. La vaporización del cinc no representa un riesgo porque su condensación se realiza sin problemas operativos. Pero si el mineral contiene mercurio deberá realizarse una estricta condensación y tratamiento de los gases para asegurar que no se emitan al ambiente vapores de ese metal.
Metalurgia del cobre
Si la plata se encuentra presente en la mena de mineral de cobre es depositada juntamente con otros metales nobles en el lodo anódico que se genera en la etapa de purificación electrolítica del cobre, aspecto que será tratado en el punto 4.2.1.3.
b. Obtención de plata como producto principal:
La obtención de plata como producto principal sólo se presenta, actualmente, en dos minas a nivel mundial.
Si el mineral tiene característica ferrosa, y es de baja ley, puede utilizarse la lixiviación con cianuro. Pero si predomina el componente metálico no es conveniente por el elevado consumo del cianuro y por la posterior separación de la plata.
En el caso de minerales de características metálicas el principal procedimiento metalúrgico utiliza cloruro de sodio, denominado tostado clorurante de la mena. Se forma cloruro de plata que es lixiviado por uno de los siguientes procedimientos: Patera, Kiss, Russel, Augustin y Holt- Dern.
Las menas de sulfuros que contienen plata son prácticamente tratadas por el proceso de flotación selectiva.
4.2.2.2 Sustancias potencialmente riesgosas.
La metalurgia de la plata se encuentra directamente relacionada con las explotaciones mineras de oro y de otros metales, por lo tanto, se deben cumplir con los mismos requerimientos señalados para la metalurgia de estos últimos ya que la probabilidad de obtención de plata, como producto principal de un yacimiento, es extremadamente baja.
4.2.3 Proceso metalúrgico del cobre
4.2.3.1 Minerales de cobre
Existen muchos minerales de cobre en la naturaleza, pero sólo un par de decenas de ellos tienen importancia como menas aprovechables para la extracción del metal.
Los principales minerales de cobre son óxidos: ej. cuprita (Cu2O) y sulfuros calcopirita (CuFeS2), bornita (Cu5FeS4), calcosina (Cu2S), acompañados por sulfuros de hierro (pirita), plomo (galena), arsénico, antimonio y bismuto.
4.2.3.2 Procesos hidrometalúrgico y pirometalúrgico
La metalurgia del cobre se fundamenta en dos procesos de acuerdo con las características del mineral: el proceso hidrometalúrgico (solo o con flotación combinada) y el proceso de flotación/pirometalúrgico.
Los procesos hidrometalúrgicos son utilizados, en general, para menas de bajo contenido de cobre oxidado, o mezclas de óxidos y sulfuros, porque no son fácilmente concentrables por flotación o por otros medios. La flotación, en general, es aplicada para el tratamiento de minerales sulfurados, tanto en operaciones de pequeña como de gran escala.
Se indican a continuación los procesos mencionados, aplicados luego de la trituración del mineral. El grado de molienda depende de la ley del mineral y de la eficiencia del proceso seleccionado.
a. Hidrometalúrgico
Utilizado para el tratamiento de minerales oxidados de cobre (carbonatos, sulfatos, silicatos, oxicloruros, óxido cuproso) o mezclas con sulfuros.
Lixiviación:
Los lixiviantes son seleccionados de acuerdo con las características del mineral. Los indicados a continuación son parte de los utilizados actualmente:
• Ácido sulfúrico diluido: en menas oxidadas de carbonatos, sulfatos básicos, silicatos u óxido de cobre. Se obtiene sulfato cúprico (CuSO4) soluble
• Soluciones de sales de hierro (III): como sulfato férrico [Fe2 (SO4)3], atacan los minerales de cobre sulfurados.
• Soluciones clorhídricas oxidantes. como el cloruro férrico (FeCl3) Atacan a los sulfuros de cobre obteniéndose cloruro cúprico (CuCl2) soluble y azufre elemental (S).
• Lixiviación bacteriana: utilizada en menas de baja ley. Ciertas bacterias oxidan los sulfuros a sulfatos.
Dependiendo de la concentración del cobre en la mena se utilizan diferentes sistemas de lixiviación, hecho que permite elevar el grado de molienda del mineral a medida que se aumenta la eficiencia del proceso. En función del incremento de la ley de mineral en la mena se utiliza:
• lixiviación en pila para menas pobres,
• en piletas de hormigón para menas de mayor riqueza
• en reactor agitado para menas ricas.
Cementación:
Se trata del proceso de precipitación química que permite retirar iones en solución agregando un reactivo precipitante. En el caso de iones metálicos disueltos la reacción se favorece agregando un metal más activo, según la serie electroquímica, como reactivo para formar un precipitado conocido como cemento. Este proceso se aplica en el tratamiento de efluentes de operaciones metalúrgicas (Puente, 2002), (Calvo,1983).
Cu2+ + Fe Fe2+ + Cu
En este procedimiento se utiliza chatarra de hierro y el cobre depositado sobre esta última se desliza hacia el fondo de la batea. Es un proceso muy antiguo, utilizado normalmente en minería de pequeña y mediana escala. Existen equipos rotatorios también antiguos. El cobre obtenido es impuro pues no supera el 85% de pureza.
Para obtener cobre de mayor pureza, puede utilizarse la electrorecuperación que consiste en la reducción del cobre sobre hojas catódicas a partir de disoluciones de lixiviación ricas.
Reacción catódica: : Cu2+ + 2e− Cu
Reacción anódica: H2O 2H+ + ½ O2 + 2e−
El potencial riesgo ambiental se presenta en la lixiviación. En este caso, existe la alternativa de utilizar, como solución lixiviante, sulfato férrico, cloruro férrico o bacterias, en lugar de ácido sulfúrico diluido, siempre que la ley y las características del mineral lo permiten.
b. Flotación y Pirometalurgia
Las dos técnicas son aplicadas para el procesamiento de los minerales sulfurados de cobre.
Flotación
Es una técnica muy utilizada en la metalurgia de los minerales sulfurados de cobre. Se fundamenta en la hidrofobicidad de los sulfuros de cobre.
b2. Tostación
Es el proceso que permite reducir el contenido de azufre mediante la combustión en exceso de aire de las minas de cobre de minerales sulfurados. Si la oxidación es completa se obtiene óxido de cobre. Por el contrario, si es parcial, el compuesto obtenido es el sulfato de cobre. La oxidación completa a óxido de cobre implica un elevado consumo de energía, una retención importante de cobre en la escoria y un elevado contenido de impurezas en el cobre obtenido. Por tal motivo, el proceso pirometalúrgico de fundición del cobre se realiza por oxidación parcial del concentrado de sulfuros para obtener el sulfato.
Cu2S (sulfuro cuproso) + 2 O2 SO2 (dióxido de azufre) + 2 CuO (óxido cúprico)
Cu2S (sulfuro cuproso) + 4 O2 2CuSO4 (sulfato cúprico)
El dióxido de azufre contenido en los gases de combustión es utilizado para la obtención del ácido sulfúrico usado posteriormente, si en el proceso se realiza el refinado del producto denominado blíster, forma cruda de cobre al 96%, que debe ser refinado para su uso industrial.
Fundición del concentrado de cobre
Al concentrado, que puede estar tostado o parcialmente tostado, se le agregan fundentes, para generar dos fases fundidas
• mata: fase más densa, contiene del 45 al 48 % de cobre y la mayoría de los metales que se encuentran presentes como sulfuros, en el concentrado del mineral. Los metales preciosos (Au, Ag y Pt) que pudiesen estar presentes en este último pasan prácticamente en forma total a integrar la mata.
• escoria: contiene la fase oxidada y ferrosa, formada principalmente por un silicato de bajo punto de fusión, la “fayalita” (2FeO-SiO2). Ésta última se forma por la reacción del óxido de hierro (II) (FeO) con la sílice (SiO2) agregada como fundente.
El Ca, Mg, Al, no se oxidan, por lo tanto, integran la composición de la escoria.
• Las escorias son utilizadas como abrasivos o como sustituto de áridos. El cobre que ha sido retenido en la escoria se encuentra como óxido o sulfuro. Los demás componentes del mineral forman parte de la mata o de la escoria, o se eliminan con los gases emitidos por el horno de fusión, previo tratamiento de depuración de estos.
c. Conversión
En esta etapa, se realiza el soplado con aire de la mata fundida (contiene 45% al 48% de cobre) proveniente de la etapa de fusión, para eliminar el azufre que aún se encuentra presente como SO2 y oxidar el hierro. La escoria retirada en esta etapa del proceso es mínima comparada con la obtenida en la etapa de fusión. En una primera etapa del proceso de conversión se produce el denominado metal blanco (contiene hasta el 75 % de cobre), que en una segunda etapa del proceso es oxidado por soplado con aire para obtener el cobre blíster (contiene aproximadamente 96 % de cobre, 1% de azufre, 0,6% de oxígeno y los metales nobles, presentes en la mena).
El cobalto. el níquel y otros metales nobles permanecen en el cobre blíster. La escoria tiene un porcentaje importante del zinc, que no se ha volatilizado.
El arsénico, antimonio, plomo y bismuto tienden a incorporarse a la corriente de gases con el material particulado, por lo que debe incorporarse el equipamiento de depuración apropiado, previo a su emisión a la atmósfera.
Corresponde destacar que el proceso de oxidación es exotérmico, por lo tanto, el excedente de energía térmica permite el precalentamiento de los concentrados antes de su ingreso al horno de fusión, con un ahorro energético importante.
d. Afino
El denominado afino consta de dos etapas:
• Refinación pirometalúrgica
El cobre blíster es tratado térmicamente para reducir el contenido de azufre y oxígeno (< 0,1 %) previo a las electrólisis.
Para desoxidar el cobre fundido se utiliza gas natural (metano: CH4), propano o amoníaco.
• Refinación Electrolítica:
Se introduce como ánodo planchas de cobre a purificar en la solución conductora (electrolito H2SO4 y CuSO4), utilizándose como cátodo cobre puro. La temperatura de trabajo es del orden de 60 °C y la densidad de corriente varía entre 180 y 250 A/m.
El cobre se deposita en el cátodo, las impurezas hierro, arsénico, bismuto y níquel, etc., permanecen en solución, y los metales nobles (Au, Ag, y metales del grupo Pt y Se) se depositan en el lodo anódico, que puede tener un alto valor por la recuperación del oro y la plata que regularmente contiene. El esquema gráfico a la derecha muestra las etapas del proceso descripto (Figura N° 3).
4.2.3.3 Sustancias potencialmente riesgosas.
La metalurgia de los metales no férreos en general, y en particular la producción de cobre, originan flujos de sustancias ecotóxicas por la eventual presencia de plomo, mercurio y arsénico los que, como ya se ha indicado, requieren del tratamiento apropiado para cada caso.
En la Figura N° 4 se muestran las fuentes u origen de posibles impactos ambientales que deben ser controlados.
Los principales aspectos vinculados a las sustancias con potencial riesgo a considerar en las instalaciones pirometalúrgicas de cobre se indican a continuación:
• Emisiones
Las emisiones que se producen en los diferentes procesos corresponden a productos de combustión (dióxido de azufre, óxidos de nitrógeno, monóxido de carbono, dióxido de carbono y material particulado).
Ya se ha observado la posibilidad de que el arsénico, antimonio, plomo y bismuto se incorporen al material particulado del flujo gaseoso lo que debe considerarse muy especialmente, adoptando un estricto sistema de purificación de gases y de control de emisiones.
Las emisiones de dióxido de azufre generadas en la metalurgia del cobre que procesa menas sulfuradas son utilizadas para la producción de ácido sulfúrico. Esto soluciona el problema que representaría realizar la disposición final del dióxido de azufre si no fuera utilizado como materia prima.
El control de las emisiones debe efectuarse cumpliendo estrictamente con las normativas vigentes, implementando las acciones correspondientes para minimizarlas, optimizando los procesos y/o incorporando instalaciones que permitan su retención, tales como precipitadores electrostáticos, filtros de mangas, sistemas de adsorción y/o absorción, etc. y, en el caso de la pirometalurgia, es importante el control de la temperatura de emisión de gases.
• Efluentes
Las aguas residuales deben ser tratadas y controladas antes de su vertido, asegurando el estricto cumplimiento de las normativas regulatorias, controlando muy especialmente el contenido de arsénico, cobre, plomo, mercurio, cinc y sólidos en suspensión, recirculando en la mayor proporción posible y adoptando los sistemas de tratamiento correspondientes. Existen procedimientos de tratamiento ampliamente conocidos (como cualquier industria que use metales pesados) que permiten controlar el riesgo de que aparezcan sustancias potencialmente peligrosas en los efluentes por encima de los límites admisibles.
• Residuos sólidos y semisólidos
La gestión de los residuos de estos procesos debe tener como objetivo evaluar cuidadosamente sus características y viabilizar la posibilidad de su reciclado. En particular son reciclables los residuos de óxidos de cinc y las escorias, previo tratamiento, para obtener un compuesto químicamente estable que puede comercializarse como abrasivo en la industria cementera, en la construcción de carreteras, etc.
