Fundiciones

GESTIÓN DE LA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA EN PROCESOS MINEROS Y METALURGICOS

1. INTRODUCCIÓN

La industria minera y metalúrgica tiende a ser considerada como ambientalmente poco amigable. Esta percepción negativa se basa esencialmente en 2 razones: primero en su carácter poco sustentable debido a la explotación de un recurso considerado como no renovable y segundo en la gran cantidad de residuos que genera a lo largo de los distintos procesos involucrados.

Si bien es difícil discutir el carácter no renovable del recurso, es importante señalar que los recursos metálicos son generalmente reciclables lo cual permite asegurar que el recurso extraído hoy quedará, al menos en parte, disponible para las generaciones futuras. La sustentabilidad debe entonces ser analizada bajo algunos criterios más específicos como son: eficiencia en el uso de los recursos naturales, eficiencia energética y minimización de los residuos y de su impacto.

La gran cantidad de recursos generados es una característica intrínseca de los procesos mineros. En el caso de los minerales de cobre, el metal de interés se extrae a partir de un mineral en el cual se encuentra en una concentración del orden de 1%. Esto significa que para producir una tonelada de cobre, se generan como mínimo 99 toneladas de residuos los que están constituidos por todos los otros elementos presentes en el mineral. A estas 99 toneladas se deben agregar los eventuales estériles que deben ser removidos para acceder al mineral.

La explotación de los recursos minerales, al igual que todos los procesos, cuenta con diversas etapas de procesamiento para alcanzar el producto final (metal y/u otro compuesto comerciable) a partir de la explotación del recurso en la mina. Las principales etapas que se identifican son tres:

• Explotación: consiste básicamente en la extracción del mineral desde la mina por medio de la perforación y tronadura de la roca, con el posterior carguío y transporte del mineral a través de camiones.

• Procesamiento de minerales: también llamado beneficio o concentración de minerales, consiste en preparar el mineral para la extracción del metal valioso, en el caso de las menas metálicas, o producir un producto final comercial de los minerales industriales. Comprenden etapas de preparación mecánica de los minerales, separación selectiva de las especies minerales presentes y separación sólido-líquido.

• Metalurgia extractiva: se puede describir como el estudio conjunto de procesos químicos y operaciones físicas que, convenientemente elegidos entre diferentes variantes y en su secuencia, permita que el metal, presente en estado nativo o como componente de uno o varios compuestos en un mineral, pueda obtenerse en estado metálico o formando un compuesto con pureza y/o forma adecuada a su utilización posterior.

Cada una de estas tres etapas involucra diversas operaciones unitarias, las que generan distintos tipos de residuos con características que dependen del tipo de recurso explotado. La Figura 1 muestra un diagrama general donde se identifican las principales etapas en el proceso de explotación de recursos minerales.

Las principales emisiones atmosféricas asociadas a estos procesos mineros y metalúrgicos del cobre son, por un lado todas las emisiones de partículas, producto de las operaciones de extracción, procesamiento y transporte de los productos minerales y, por otro lado las emisiones de polvos, dióxido de azufre y compuestos metálicos volátiles como el trióxido de arsénico asociadas a las fundiciones. Existen también emisiones menores asociadas a otros procesos como por ejemplo neblina ácida en plantas de electroobtención.

Figura 1: Diagrama de bloques y principales residuos asociados

a la explotación de recursos mineros

2. PROCESOS MINEROS Y METALÚRGICOS

2.1 DE MINERAL A METAL

La primera etapa importante en el procesamiento de minerales consiste en una reducción del tamaño del mineral en los procesos de chancado y molienda. Luego, en el proceso de flotación se separa la fase mineralizada (sulfuros metálicos) de los minerales de la ganga mediante una separación de fases basada en las propiedades superficiales de los minerales. De este proceso se obtiene un concentrado de cobre sulfurado que se alimenta a la fundición y un relave que se elimina en el tranque de relaves.

En el proceso de fundición, se elimina el hierro en una escoria de descarte y el azufre en forma de dióxido de azufre gaseoso. Se obtiene como producto cobre blíster o cobre anódico.

La última etapa en la producción de cobre metálico de alta pureza consiste en una refinación electrolítica, proceso durante el cual se remueven todas las impurezas aún presentes en el ánodo de cobre y donde se recuperan los metales preciosos. La figura 2 muestra las principales etapas del proceso clásico de producción de cobre a partir de minerales sulfurados.

Figura 2: Diagrama del proceso clásico de producción de cobre

Los procesos hidrometalúrgicos aplicados a minerales oxidados o sulfuros secundarios y de baja ley, incluyen una primera etapa de lixiviación de cobre en solución ácida, seguida por una etapa de extracción por solvente y finalmente una etapa de electroobtención.

2.2 PROCESO DE FUNDICIÓN

El proceso de fundición de concentrados de cobre consiste en transformar el concentrado sulfurado en cobre prácticamente puro (99,95%). El cobre que está presente en el concentrado, en una concentración que puede variar entre 25 y 45%, está asociado principalmente a azufre y hierro. La Tabla 1 muestra algunos ejemplos de composición de concentrados de cobre nacionales.

El proceso consta de 2 etapas principales: la fusión y la conversión. En la fusión, el concentrado es fundido, junto con un fundente, y llevado a una temperatura superior a 1200ºC en presencia de aire eventualmente enriquecido en oxígeno. A esta temperatura, los distintos minerales sulfurados presentes en el concentrado se descomponen y se oxidan parcialmente para formar 2 fases líquidas, la escoria y el eje, y una fase gaseosa, captada en campanas y eventualmente tratada para remover los polvos, el dióxido de azufre y el arsénico antes de ser enviada a la atmósfera.

Tabla 1. Análisis típico de concentrados de cobre (% en peso).

Compuesto o elementos El

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