Con la demanda de metales como el cobre aumentando rápidamente ante la transición energética, las nuevas tecnologías de procesamiento pueden ayudar a cubrir el déficit de suministro de las operaciones existentes.
La descarbonización es uno de los mayores desafíos del siglo XXI. En 2015, los gobiernos de todo el mundo se comprometieron con objetivos vinculantes, a fin de limitar el calentamiento global a 2 °C. Alcanzar este objetivo depende en gran medida del despliegue rápido de electrificación generalizada, lo que ayudaría a reemplazar los hidrocarburos con fuentes de energía renovables. Y la innovación en los metales básicos jugará un papel fundamental para ayudar a las empresas mineras a responder a estos desafíos.
Uno de esos metales básicos es el cobre, que es un ingrediente esencial para este proceso. De hecho, se proyecta que la electrificación aumente la demanda anual de cobre a 36,6 millones de toneladas métricas para 2031. Aunque las proyecciones de suministro actuales basadas en reinicios, proyectos ciertos o probables y producción reciclada ofrecen un camino a 30,1 millones de toneladas métricas, otros 6,5 millones de toneladas métricas están faltantes (20 por ciento adicional).
Sin embargo, la adopción de nuevas tecnologías emergentes, incluida la recuperación de partículas gruesas, la lixiviación de sulfuros y la optimización de procesos con aprendizaje automático, tiene el potencial de cerrar una parte significativa de esa brecha (Gráfico 1). Los obstáculos para la comercialización y la adopción generalizada no son triviales, y las cifras presentadas en este artículo son una estimación del potencial total, no un pronóstico. Pero las palancas tecnológicas deben reconocerse junto con el desarrollo de nuevas minas como parte de la solución.
La tendencia de disminución de las leyes de cabeza de cobre está bien establecida y es poco probable que se revierta. De manera similar, los yacimientos de óxidos, que no requieren concentradores y pueden procesarse a través de rutas menos intensivas en capital, se están agotando. La industria minera ha respondido a estos desafíos mediante el procesamiento de volúmenes cada vez mayores de minerales de sulfuro. De hecho, durante los últimos diez años, el volumen de mineral enviado a las concentradoras ha aumentado en 1.100 millones de toneladas métricas, lo que representa un crecimiento del 44 por ciento.
Sin embargo, para suministrar el cobre necesario para la transición energética a través de métodos tradicionales, la minería tendrá que repetir esta hazaña nuevamente, aumentando el volumen de mineral procesado en otro 44 por ciento para 2031. De los 1.600 millones de toneladas métricas adicionales de mineral requeridas, 0.600 millones de toneladas métricas pueden ser proporcionadas por minas o expansiones recientemente anunciadas. Sin embargo, se mantiene una brecha de mil millones de toneladas por año. Es imperativo extraer más metal del mineral que se extrae.
Desarrollar y escalar nuevas tecnologías de procesamiento de minerales
Tres desarrollos tecnológicos están ganando aceptación y escalando en toda la industria y pueden contribuir significativamente a cerrar la brecha de suministro: recuperación de partículas gruesas, lixiviación de sulfuro y optimización de procesos con aprendizaje automático.
Recuperación de partículas gruesas
Los circuitos de flotación de sulfuro convencionales son más efectivos para recuperar partículas que contienen metales de la lechada cuando esas partículas tienen un tamaño de entre 50 y 150 micrones. Por encima o por debajo de este rango, las recuperaciones disminuyen significativamente, con la tasa de disminución más pronunciada para la recuperación de partículas gruesas (Grafico 2).
Existen tecnologías destinadas a ampliar el rango de tamaño de partícula aceptable para partículas finas y gruesas. Los desarrollos recientes más interesantes se han centrado en la fracción gruesa.
La recuperación de los metales en la fracción gruesa ha sido un objetivo para los metalúrgicos de flotación desde la primera aplicación comercial de la separación por flotación a principios del siglo XX. La mayoría de los desarrollos se centraron en mejorar el control del proceso de molienda para garantizar que una mayor parte del metal recuperable se encuentre dentro del rango crítico. Sin embargo, este enfoque está llegando a sus límites naturales y, con frecuencia, tiene el costo de un rendimiento reducido o mayores gastos de capital para construir sistemas de trituración cada vez más complejos.
Dos líneas de desarrollo ofrecen la posibilidad de llevarnos más allá de esta dinámica: desbaste en circuito de molienda y barrido de partículas gruesas.
El desbaste del circuito de molienda, como el sistema CiDRA P29,2 aborda el desafío mediante la recuperación de partículas directamente del circuito de molienda. El sistema se basa en el desarrollo de un nuevo material innovador que actúa como una esponja de cobre, atrayendo y reteniendo partículas mineralizadas con base en las mismas propiedades hidrofóbicas que las hacen flotar durante la flotación. A diferencia de los sistemas que tienen efecto aguas abajo, el desbaste del circuito de molienda ofrece la posibilidad de reducir directamente la carga de recirculación en los molinos de bolas, aumentando el rendimiento del molino de bolas hasta en un 20 por ciento con un tamaño de molienda constante.
Los operadores deberán decidir cómo tomar el dividendo de una mayor eficiencia del molino de bolas, lo que podría verse como una oportunidad para impulsar el rendimiento o para reducir el tamaño de la molienda y aumentar las recuperaciones a un rendimiento constante. La elección óptima dependerá de las propiedades del yacimiento y de la configuración existente de la planta de procesamiento. Sin embargo, incluso con asignaciones para limpieza adicional del concentrado extraído por P29 y la consideración de otros cuellos de botella del sistema común, el desbaste del circuito de molienda podría agregar entre 1,2 millones y 4,6 millones de toneladas métricas de producción anual de cobre para 2032. Además de estas ganancias de producción, proporcionalmente reducir el consumo de energía por tonelada métrica de metal probablemente tendrá importantes beneficios ambientales.
La producción adicional de cobre probablemente también tendría una huella ambiental incremental limitada y podría representar una creación de valor económico significativa. Si el aumento potencial de la producción se extiende a todos los metales producidos a partir de minerales de sulfuro utilizando un proceso de producción similar, mientras se valora a los precios de mercado previstos (menos los costos de procesamiento adicionales), surge un valor acumulado anual de $20 mil millones a $85 mil millones.
La eliminación de partículas gruesas se enfoca en extender el rango de tamaños de partículas durante la flotación agregando equipos al final del circuito. Un ejemplo es el sistema HydroFloat de Eriez, que combina los principios de dos tecnologías de separación convencionales: separación por densidad y flotación. Durante la flotación convencional, se introducen burbujas de aire en la lechada de mineral, momento en el que las burbujas se adhieren a las partículas que contienen minerales, las elevan hasta la parte superior del tanque y crean una espuma rica en metales que se puede desnatar. Sin embargo, cuanto más gruesas sean las partículas de mineral, mayor será la posibilidad de que se desprendan de las burbujas de aire y se hundan de nuevo en la lechada antes de que puedan eliminarse. HydroFloat aborda este problema introduciendo capas dentro de las celdas que evitan que las partículas más gruesas se hundan, mejorando así sus posibilidades de recuperación.
En cuanto al impacto de esta tecnología, se empleó como eliminador al final de una planta de procesamiento, donde fue posible mejorar la recuperación entre un 2 y un 6 por ciento, suponiendo un tamaño de molienda constante y dependiendo de factores específicos del sitio. Aplicada en toda la industria, la flotación mejorada de partículas gruesas puede dar como resultado entre 0,5 y 1,5 millones de toneladas métricas adicionales de producción anual de cobre para 2032. Si se aplica en todos los metales que se encuentran en los depósitos de sulfuro, la tecnología representa una creación de valor potencial de $9 mil millones a $26 mil millones por año.
Los beneficios del desbaste del circuito de molienda y la flotación de partículas gruesas se extienden más allá de sus roles principales en el aumento de los concentradores operativos para mejorar las recuperaciones y el rendimiento. En primer lugar, las partículas gruesas de mayor tolerancia que crean esas tecnologías implican una oportunidad para reducir el consumo de agua y energía sin dejar de alcanzar los mismos objetivos de producción.
En segundo lugar, el desbaste del circuito de molienda y la flotación de partículas gruesas también abren la posibilidad de reprocesar viejas instalaciones de relaves y hacer que otras expansiones brownfield para operaciones mineras cercanas al final de su vida sean económicas, extendiendo la producción a un bajo costo ambiental y de capital y con una incertidumbre regulatoria reducida. Finalmente, estas tecnologías brindan la oportunidad de repensar el diseño de la mina greenfield, reduciendo los requisitos del circuito de molienda para la misma producción y, por lo tanto, ofreciendo ahorros en los requisitos de capital y el uso de agua y energía.
Lixiviación de sulfuro
Las tecnologías basadas en la lixiviación se han aplicado tradicionalmente a cuerpos minerales de óxidos o sulfuros secundarios. Sin embargo, los desarrollos recientes pueden ayudar a extender esta vía de procesamiento a los yacimientos de sulfuro primario.
Los sulfuros primarios generalmente se procesan en plantas que utilizan sistemas basados en flotación. La flotación es generalmente económica para minerales con niveles de cobre superiores al 0,25 por ciento, de los cuales la flotación puede recuperar del 85 al 90 por ciento. Los minerales inferiores a este grado normalmente se descartan como desechos. Sin embargo, la lixiviación de sulfuro primario ofrece una vía para recuperar cobre del material que actualmente se encuentra por debajo del grado de cabeza de molienda y se considera desecho.
Varias tecnologías distintas están abriendo el espacio de lixiviación de sulfuro primario. Algunos se han centrado en soluciones a base de cloruro, mientras que otros, como el sistema Nuton de Rio Tinto, se han centrado en la biolixiviación. Según se informa, los resultados técnicos de las pruebas en Kennecott y otros sitios son alentadores, pero Nuton también se destaca por la innovación en el modelo comercial que ha adoptado. Aprovechando los beneficios ambientales y el menor requisito de capital para el desarrollo de la mina en comparación con la flotación de sulfuro convencional, Rio Tinto celebró acuerdos con juniors como McEwen Mining y Arizona Sonoran para utilizar la tecnología de Nuton para el desarrollo de minas en terrenos nuevos.
Más allá de los desarrollos dentro de las principales empresas mineras, Jetti Resources, un proveedor de servicios independiente, está trabajando con propietarios de minas para usar un sistema basado en catalizadores para lixiviar sulfuros primarios en sus sitios. En diciembre de 2022, Jetti reportó 23 proyectos activos, trabajando con una variedad de casas mineras importantes. Una ronda de financiamiento de la serie D de $ 100 millones en octubre de 2022 valoró a la compañía en $ 2.5 mil millones y atrajo la participación de las principales empresas mineras y manufactureras.
Las limitaciones prácticas relacionadas con la construcción y operación de pilas de lixiviación pueden limitar la aplicación de esta tecnología en primera instancia a desechos mineralizados fuera de la mina en lugar de relaves o pilas de desechos mineralizados existentes. Todavía queda terreno por recorrer para llegar a la comercialización. Sin embargo, si se superan las barreras actuales para fines de la década, podría haber una producción adicional de 2,4 millones de toneladas métricas de cobre refinado por año para 2032, con un uso de agua y un perfil de riesgo de relaves más bajos que los asociados con la producción por flotación actual. Esto podría representar una oportunidad de $ 45 mil millones por año en todos los metales a base de sulfuro.
Optimización de procesos con aprendizaje automático
Uno de los desafíos clave del procesamiento de minerales es que, hasta cierto punto, cada cuerpo de mineral es variable. Día a día, y a veces hora a hora, las características de los minerales que ingresan a la planta de procesamiento variarán, respondiendo a la configuración del proceso de diferentes maneras. Por lo tanto, mantener la configuración óptima de la planta para recuperar la mayor cantidad de metal y al mismo tiempo garantizar la pureza requerida del concentrado producido sigue siendo un desafío perpetuo.
Tradicionalmente, el ajuste de la configuración de la planta era competencia de los metalúrgicos de la planta, quienes se basaban en una combinación de estudios académicos, experiencia profesional y conocimiento del cuerpo mineral específico. Al igual que con cualquier proceso controlado por humanos, los factores humanos ejercen una influencia significativa en los resultados, lo que a veces resultó no solo en la excelencia sino también en la pérdida de producción debido a una toma de decisiones subóptima.
El desarrollo del aprendizaje automático y su aplicación al control del procesamiento de minerales durante los últimos cinco años ha agregado un nivel de rigor y consistencia. Las mejores aplicaciones en su clase tienden a conservar el papel central de un operador de planta experimentado, pero también brindan indicaciones y datos para que el operador actúe. Mantener a un ser humano informado garantiza que las decisiones permanezcan enfocadas en el panorama general y no se vuelvan puramente algorítmicas, al tiempo que captura la velocidad y la consistencia que el aprendizaje automático y la IA pueden proporcionar.
Al garantizar que las plantas de procesamiento trabajen constantemente en el rango superior de sus capacidades, el aprendizaje automático puede agregar entre un 2 y un 4 por ciento a las recuperaciones de metal y entre un 5 y un 15 por ciento al rendimiento. Tales mejoras ofrecen un aumento en la producción global de las minas existentes y planificadas de medio millón a un millón de toneladas métricas de cobre refinado para 2032, creando un valor de US$ 9 mil millones a US$ 18 mil millones por año en todos los concentradores de sulfuro.
El camino a seguir
Hay una serie de acciones que las partes interesadas pueden tomar para aprovechar todo el potencial de estas oportunidades.
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Operadores de minas
Para las principales empresas mineras, las nuevas tecnologías mencionadas, como la recuperación de partículas gruesas, la lixiviación de sulfuros y la optimización de procesos con aprendizaje automático, resaltan la importancia y la contribución potencial de los grupos de innovación internos.
Dichos roles pueden ir mucho más allá de las mejoras incrementales: en el mejor de los casos, se ubican junto a los proyectos de capital y exploración como impulsores del crecimiento futuro, y probablemente serán la clave para llevar estas tecnologías de pilotos prometedores a la práctica estándar de la industria. Las grandes mineras también pueden seguir buscando formas flexibles y ágiles de trabajar con empresas junior o proveedores de servicios para asegurarse de que están aprovechando las mejores ideas de toda la industria.
Además, estas tecnologías reafirman la importancia de los desarrollos brownfield. El potencial para maximizar los beneficios en este espacio, con una menor huella ambiental y medios de vida continuos para las comunidades locales, sigue siendo atractivo. A medida que aumentan los precios de los productos básicos y la tecnología hace más posible, incluso los sitios que han cesado por completo la producción pueden volver a generar valor económico.
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Desarrolladores
Para las empresas junior, los proveedores de servicios y las instituciones de investigación, las principales empresas mineras están abiertas a los negocios, buscan socios y crean oportunidades. De esta manera, las principales empresas pueden brindar acceso a proyectos de mayor escala y respaldar el crecimiento de los unicornios de tecnología minera.
Estas tecnologías también ofrecen nuevas opciones para pro yectos greenfield. La «mina del futuro» podría requerir una capacidad de molino de bolas mucho menor para obtener la misma producción basada en la tecnología de desbaste del circuito de molienda, reduciendo los requisitos de capital, el uso de agua y las emisiones de CO2. Asimismo, la lixiviación de sulfuros ofrece la posibilidad de un enfoque incremental y de bajo gasto de capital para el desarrollo de depósitos de cobre de baja ley que anteriormente requerían la construcción de concentradoras de capital intensivo.
Este enfoque puede permitir un modelo de desarrollo incremental similar al que se usa a menudo para los depósitos de oro, particularmente en áreas de alto riesgo, donde el capital en riesgo y el período de recuperación son criterios críticos de inversión. De manera similar, para las comunidades locales que aceptarían algo de minería pero no están seguras de querer comprometerse con un megaproyecto, la opción de un desarrollo minero incremental podría ser atractiva.
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Compradores de metales
Para los compradores de metales, las limitaciones de suministro que enfrentan los metales necesarios para la transición energética pueden parecer abrumadoras, pero las nuevas tecnologías de procesamiento de minerales son una indicación de que el ingenio humano y la economía de mercado tienden a encontrar la manera de proveer de materiales. Sin embargo, esto no es una invitación para el optimismo pasivo: los compradores tienen un papel en el trabajo con la cadena de suministro al financiar y promover avances tecnológicos donde puedan. Esto requiere un análisis cuidadoso y mantenerse al tanto de las tendencias de la industria.
A medida que el mundo se electrifica, será difícil satisfacer la demanda de cobre. Sin embargo, hay esperanza con las innovadoras tecnologías de minado y procesamiento. Los actores de toda la industria, desde operadores de minas hasta desarrolladores y compradores de metales, pueden tomar hoy medidas para respaldar la implementación de estas nuevas tecnologías y seguir innovando. Si lo hacen, podrían proporcionar a la humanidad los recursos clave que necesita para el futuro.
Este artículo ha sido escrito por Scott Crooks, Jonathan Lindley, Richard Sellschop, Dawid Lipus, Eugéne Smit y Stephan van Zyl. Ha sido publicado originalmente en McKinsey & Company, y traducido y publicado por GĚRENS en marzo de 2023.
Apuesta por el programa de Educación Ejecutiva “Minería para ejecutivos no mineros”, y resalta en el rubro. Próximo inicio: 28 de abril.
