Elevadas temperaturas y alto consumo de combustible caracterizan al proceso mediante el cual se tratan los sulfuros de cobre en la actualidad. Sin embargo, un equipo de profesionales del Laboratorio de Investigación Aplicada en Metalurgia Extractiva (LIAM), de la Escuela de Ingeniería Química PUCV, ha trabajado en el tratamiento de mineral de cobre vía hidrometalurgia, es decir, a abajas temperaturas y por acción de mezclas de agua, ácido y sales férricas para su lixiviación.

“Las ventajas de este proceso (tratamiento hidrometalúrgico) serían disminuir la contaminación ambiental y los costos operacionales, porque a través de la pirometalurgia hay un gasto energético enorme. Es necesario utilizar mucho combustible para alcanzar altas temperaturas, además se generan muchos gases, entre ellos, SO_2, que es altamente contaminante”, comenta el docente Álvaro Aracena, director del Laboratorio LIAM.

El proyecto llevado a cabo en el LIAM consolidó varios hitos dentro de sus proyecciones. En primer lugar, permitió la obtención del título de Ingeniera Civil en Metalurgia Extractiva de Camila Espinoza. El trabajo de título tuvo como nombre Lixiviación de digenita en un medio férrico-cloruro como alternativa en el tratamiento de sulfuros de cobre y fue presentado en el mes de septiembre del año 2015.

Los resultados de esta investigación fueron publicados en la revista Physicochemical Problems of Mineral Processing con el artículo titulado “Dissolution kinetics of secondary covellite resulted from digenite dissolution in ferric/acid/chloride media” (Ver el artículo aquí).

Además, el trabajo de investigación fue difundido mediante un congreso nacional (Aracena, A. Espinoza, C. y Jerez, O., “Lixiviación de digenita en un sistema férrico/cloruro/ácido”,

Equipo de trabajo

En este trabajo de investigación participaron cuatro universidades nacionales, mediante la labor desarrollada por cada integrante del proyecto. Camila Espinoza, ex alumna de la Escuela de Ingeniería Química, encargada de realizar el trabajo experimental en el Laboratorio de Investigación Aplicada en Metalurgia Extractiva (LIAM); el Dr. Óscar Jerez, quien realizó e interpretó los resultados provenientes de las muestras sólidas originales y producidas en las pruebas experimentales en el Instituto de Geología Económica Aplicada de la Universidad de Concepción; el ex alumno de la EIQ, Dr. Danilo Carvajal, de la Universidad de La Serena; y la Dra. Aldonza Jaques, de la Universidad Técnica Federico Santa María.

Tabla I. Análisis mineralógicos de los concentrados de cobre
Especie	Compuesto	Unidad	Andina	Chuquicamata	Salvador	Teniente
Calcopirita	CuFeS2	%	77.14	14.9	6.04	54.79
Calcosina	Cu2S	%	1.91	—	23.54	0.82
Digenita	Cu9S5	%	—	24.4	—	10.38
Covelina	CuS	%	1.77	7.9	0.79	2.36
Bornita	Cu5FeS4	%	0.42	1.8	1.33	2.62
Enargita	Cu3AsS4	%	0.42	3.3	—	0.21
Molibdenita	MoS2	%	0.72	0.20	0.40	0.20
Pirita	FeS2	%	10.21	39.3	64.70	15.59
Pirrotita	FeS	%	—	—	—	0.30
Esfalerita	ZnS	%	0.19	1.90	—	0.18
Galena	PbS	%	0.04	—	—	0.03
Ganga	Otros	%	5.04	5.9	—	11.24

Contextualización

En la minería chilena del cobre, una de las vías principales de concentración del cobre desde las menas sulfuradas es el proceso de flotación, en donde se obtienen como productos finales concentrados de cobre. Estos concentrados contienen principalmente calcopirita (CuFeS₂), calcosina (Cu₂S), covelina (CuS), digenita (Cu₉S₅), pirita (FeS₂), pirrotita (FeS), oropimente (As₂S₃), pentasulfuro de arsénico (As₂S₅), y fracciones importantes de enargita (Cu₃AsS₄), en algunos casos. Estos concentrados contienen también en pequeñas concentraciones sulfuros de molibdeno, antimonio, bismuto y otras impurezas menores. La Tabla I muestra la composición de concentrados de cobre de las divisiones de Andina, Chuquicamata, El Salvador y El Teniente, pertenecientes a la empresa CODELCO.

La investigación resolvió un problema actual sobre el procesamiento de minerales sulfurados de cobre. El Ministerio de Hacienda ha calculado que durante el período 2017-2021 se obtendrá una recaudación total de US$ 1325 millones por Impuestos Verdes, de los cuales un 1% corresponde a la emisión de SO_x.

En otras palabras, la cantidad aproximada de toneladas anuales por emisión de SO_x alcanzaría los 26.5 millones de toneladas. Por lo tanto, para disminuir pérdidas por impuestos, se debe escoger caminos alternativos de procesamiento, tales como la vía hidrometalúrgica. Este camino es atractivo económicamente y es además amigable con el medioambiente. Los minerales sulfurados de cobre comúnmente estudiados mediante procesos acuosos son la calcopirita (CuFeS₂), enargita (Cu₃AsS₄), bornita (Cu₅FeS₄), calcosina (Cu₂S), digenita (Cu₉S₅), entre otros.

De todos los compuestos antes mencionados, la digenita es el sulfuro con menos estudios realizados. Este trabajo de investigación tuvo su enfoque en el estudio de la lixiviación de mineral de Cu₉S₅ en un medio ácido que se componía principalmente de iones férricos (Fe³⁺), clorurados (Cl^–) y ácidos (H⁺). Los experimentos fueron realizados en sistemas agitados del tipo batch con digenita de alta pureza de tamaño de partícula muy fino. La disolución de digenita alcanzó valores muy elevados, llegando a un máximo valor de 99.1% de cobre en 1800 segundos, es decir, se llegó a su casi completa lixiviación.

Futuro del proyecto

Los importantes resultados difundidos en esta investigación han llevado a concretar estudios relacionados a diseñar reactores agitados a escala planta piloto capaces de reproducir las elevadas recuperaciones de cobre. Se ha promovido construir alianzas estratégicas con empresas del rubro metalúrgico para presentar proyectos INNOVA-CORFO y conseguir así recursos frescos y sostener un proyecto con organizaciones externas y Universidad. Las metas concretas son generar un ciclo I+D+i+e, es decir; Investigación, Desarrollo, Innovación y Emprendimiento relacionado al tratamiento hidrometalúrgico de sulfuros de cobre, involucrando a nuestros alumnos en forma directa a cada proyecto adjudicado.

Fuente: Escuela de Ingeniería Química de la PUCV