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TENDENCIAS Y DESAFÍOS FUTUROS EN TECNOLOGÍA DE PROCESOS METALÚRGICOS
TENDENCIAS Y DESAFÍOS FUTUROS EN TECNOLOGÍA DE PROCESOS METALÚRGICOS
Seminario Mediana Minería “La Mediana Minería en el Escenario Actual”, Hotel Sheraton San Cristóbal, Agosto 6, 2009.
Seminario Mediana Minería “La Mediana Minería en el Escenario Actual”, Hotel Sheraton San Cristóbal, Agosto 6, 2009.
Jorge M. Menacho, De Re Metallica Ingeniería Ltda., Chile.Av. Del Valle 601 Oficina 31, Huechuraba, Santiago, [email protected], website www.drm.cl
� “CLUSTERS” EN LA EVOLUCIÓN MUNDIAL
� EL PARADIGMA DEL CAMBIO CLIMÁTICO
� ESTADO DEL ARTE EN LA METALURGIA EXTRACTIVA
� SOÑANDO EL FUTURO
CONTENIDO
CONTEXTO HISTÓRICO
2000 – ?(Guerra del Terror??)
1982 – 2000Nuevo Orden mundial)
1966 – 1982(Guerra de Viet-Nam)
1949 – 1966
1929 – 1949(Segunda Guerra Mundial)
1920 – 1929(“Los locos años 20)
1907 – 1920(Primera Guerra Mundial)
1896 – 1907
1875 – 1896(Guerra España - América)
1864 – 1874(Reconstrucción)
1859 – 1864(Guerra Civil Americana)
1845 – 1858
1835 – 1844(Guerra México - USA)
1816 – 1835(Era de buenos sentimientos)
1800 – 1816(Guerra de 1812)
1784 – 1880
Invierno (Depresión)Otoño (Plateau)Verano (Recesión)Primavera (Expansión)
LAS ONDAS DE KONDRATIEFF• Ciclos económico-sociales 50-60 años.• Ondas-K compuesta por 2 fases de 25 a
30 años cada una.• Bien documentado desde hace 300 años.
50-60 años
Verano
invierno
Otoño
Primavera
ECONOMÍA
TECNOLOGÍA
CICLOS DE INNOVACIÓN TECNOLÓGICA
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Es posible identificar ciclos de innovación desde las estadísticas de patentes de invención en lugar de origen.
Chile sigue la misma tendencia mundial y contribuye cerca del promedio en relación a su población.
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MundoMundoMundo
ChileChileChile
CICLOS ECONÓMICOS Y TECNOLÓGICOS
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LX-SX-EW, 1980Flotación Columnar, 1981Conversión Continua, 1985Tecnología de Pastas, 1990Molino Rodillo Alta Presión, 2000
Minería Cielo Abierto, 1907Tecnología Chancado, 1895Molienda Bolas, 1892Flotación, 1901Conversión, 1909
Fusión Flash, 1955Block Caving, 1949Molienda SAG, 1956
El ciclo actual y el próximo estaránmarcados por el paradigma del CAMBIO CLIMÁTICO y el usoacelerado de energías limpiascomo opción obligada para evitarel colapso del mundo...
El El ciclociclo actual y el actual y el prpr óóximoximo estarestar áánnmarcadosmarcados porpor el el paradigmaparadigma del del CAMBIO CLIMCAMBIO CLIM ÁÁTICO y el TICO y el usousoaceleradoacelerado de de energenerg ííasas limpiaslimpiascomocomo opciopci óónn obligadaobligada parapara evitarevitarel el colapsocolapso del del mundomundo ......
OPCIONES DE ENERGÍA
METHANE GAS METHANE GAS HYDRATESHYDRATES
BIOFUELSBIOFUELS
NUCLEAR NUCLEAR FISSIONFISSION
SOLAR SOLAR POWERPOWER
WIND WIND POWERPOWER
HYDRO HYDRO ELECTRICITYELECTRICITY
GEOTHERMALGEOTHERMAL
OIL & NATURAL OIL & NATURAL GASGAS
COALCOAL
HYDROGENHYDROGEN
NUCLEAR NUCLEAR FUSSIONFUSSION HIGH ALTITUDE HIGH ALTITUDE
WIND POWERWIND POWER
La teoría de los ciclos-K indica que estamos entrando en una fase de depresión económica y a la vez, estamos viviendo un cluster tecnológicoexpansivo el cual sentará los paradigmas para los próximos 30 años .
El ciclo tecnológico que precede al actual, ocurrirá al rededor del 2050 ± 15, de modo que invenciones tardías del presente ciclo, será n completadas en el siguiente.
En el corto plazo, la energía nuclear jugará un rol creciente pero acotado , porser una fuente potente (demasiado hoy) de energía, que n o contribuye a la lluvia ácida, ni a problemas respiratorios ni al efecto i nvernadero. Está listapara ser usada, produce bajos volúmenes de residuos, c on tecnología de confinamiento desarrollada y de bajo precio relativo.
La energía geotérmica, eólica y la solar, serán las realmente dominantes en el mediano plazo. En el muy largo plazo, la exigencia exp onencial harádominante a la energía nuclear , primero la fisión y luego la fusión y la utilización integral de residuos nucleares.
EN RESUMEN…
FUENTES DE AGUA PARA LA MINERÍA…
El problema no es el costo, sino la disponibilidad de a gua…
10,191 L/s10,191 L/sDisponibleDisponible244,590 L/s244,590 L/sAutorizadoAutorizado342,649 L/s342,649 L/sRequerimientoRequerimiento254,781 L/s254,781 L/sCapacidadCapacidad aquaqu ííferosferos ChileChile
0.33 0.33 –– 0.290.29FiltraciFiltraci óónn0.5 0.5 –– 0.30.3EspesamientoEspesamiento profundoprofundo1.0 1.0 –– 0.60.6EspesamientoEspesamiento (50(50--60% 60% solidossolidos ))1.5 1.5 –– 4.04.0Sin Sin tratamientotratamiento
ConsumoConsumo aguaaguaRelavesRelaves (m(m33/t mineral)/t mineral)
0.750.75--Chile Chile PromedioPromedio0.100.10--OtrosOtros ProcesosProcesos0.300.300.15 0.15 –– 0.400.40HidrometalurgiaHidrometalurgia1.101.100.40 0.40 –– 2.302.30ConcentraciConcentraci óónn
mm33 agua/tagua/t mineralmineralRangoRangoProcesoProceso
E. Olivares, (2005), El Mercurio, November 2005.P. Renner, (2005), Opportunities for Sustainable Development in Use of Water Resources by the Chilean Mining Industry, Paste 2005, R. Jewell Ed., 2005, 59-66.
¿De dónde sacaría Ud. el agua?
¿De dónde sacaría Ud. el agua?
La disponibilidad de energías no contaminantes es una ob ligación de la sociedad humana, pero desde la perspectiva industrial, lo relevante esdisponer de energías de bajo costo …
La minería del futuro en países como Chile, inevita blemente tendrá que usar agua de mar para sus procesos industriales; una obligación que puede tener grandes ventajas...
La vía de concentración está limitada por el costo energético de la molienda , alto y creciente por la disminución fuerte de las l eyes de mina.
Las vías hidrometalúrgicas no requieren molienda y por ello, tienen una gran oportunidad, aunque falta consolidar procesos de disolución más eficientes.
Las restricciones ambientales para la extracción/beneficio de minerales seguirán creciendo y como si fuera poco, tomará gran fuerza el negocio del reciclo de metales.
MARCO PARA LA MINERÍA…
El estado del arte…
El estado del arte…
ALTERNATIVAS DE PROCESO HOY…
Chancado Grueso
ChancadoFino
ChancadoFino
Molienda SAG
Molienda Bolas
Flotación
Refinería FundiciónCátodos - ERCCáátodos todos -- ERER
Flotación Relaves
Óxidos
Sulfuros Secundarios
Sulfuros Primarios
BAJA-LEY
Óxidos
Sulfuros Secundarios
Sulfuros Primarios
ALTA-LEY
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Chancado grueso
Chancado Fino
Lixiviación Pilas
EWCátodos - EWCCáátodos todos -- EWEW
Lixiviación 2ria Ripios
Lixiviación ROM
Aglomeración Carguío
SX
LA CONMINUCIÓN
TronaduraconvencionalTronadura
convencionalChancadoprimario
Chancadoprimario
Chancadoterciario
Chancadoterciario
Moliendabarras
Moliendabarras
ChancadosecundarioChancadosecundario
Moliendabolas
Moliendabolas
Vías convencionales hasta los 1970’s:
TronaduraconvencionalTronadura
convencionalChancadoprimario
Chancadoprimario
Moliendabolas
Moliendabolas
MoliendaSAG
MoliendaSAG
Inicio molienda SAG en los 1980’s:
TronaduraconvencionalTronadura
convencionalChancadoprimario
Chancadoprimario
Moliendabolas
Moliendabolas
MoliendaSAG
MoliendaSAG
ChancadoPebbles
ChancadoPebbles
Las vías en los 1990’s:
Tronaduraselectiva
Tronaduraselectiva
Chancadoprimario
Chancadoprimario
Molino bolasgigante
Molino bolasgiganteMolienda SAGMolienda SAG
Chancadopebbles
Chancadopebbles
Prechancadochancado 2 io
Prechancadochancado 2 io
Principales vías en los 2000’s:
Tronaduraselectiva
Tronaduraselectiva
Chancadoprimario
Chancadoprimario HPGRHPGR Molienda
SAGMolienda
SAGMolino bolas
giganteMolino bolas
giganteChancadosecundarioChancadosecundario
Posible flowsheet en los 2020’s:
PrimaryCrushingPrimary
Crushing HPGRHPGR Molino bolasgigante
Molino bolasgigante
SecondaryCrushing
SecondaryCrushing
Nueva técnicatronadura
Nueva técnicatronadura
Posible flowsheet en los 2030’s:
Chancado 1 rio
intensivoChancado 1 rio
intensivo Micro ondasMicro ondas Molino bolasgigante
Molino bolasgiganteHPGRHPGRNueva técnica
tronaduraNueva técnica
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Posible flowsheet en los 2050’s:
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EL GIGANTISMO AÚN ESTA VIGENTE…
S. Prado and L. Riffo, Dorr Oliver Eimco, Personal Communication, November 2005.
J. Vega, OutokumpuChile, Outotech, Personal Communication, October 2007.
http://www.mch.cl/revistas/imprimir_articulo.php?id=921
El tamaño de las celdas de flotación ha subido más de 20 veces desde 1973 hastaahora. La tendencia indica que pronto habrá celdas de 400 m3 o más . Se esperamenor consumo unitario de energía y menor emisión equivalente de CO 2.
TECNOLOGÍA DE FUNDICIÓN
• El costo de operación de una fundición disminuye en form a abrupta al aumentar la capacidad. Esto explica el aumento a capaci dades de 200 a 300 ktpa e indica que las fundiciones crecerán mucho más en el futuro .
• El futuro estará dominado por enormes centros pirometalúrgicos de procesamiento . La tecnología posibilitará el desarrollo de procesoscontinuos , con menores niveles de polución , métodos eficientes de limpieza de escorias y recuperación de nuevos sub-productos .
• Los costos seguirán bajando y las fundiciones seguirán siendo la mejoropción para tratar concentrados en los próximos 30 años .
• Los desarrollos tecnológicos de la pirometalurgia mode rna serán la tecnología base de la industria del reciclo de metales como el cobre.
LIXIVIACIÓN DE CONCENTRADOS
Lixiviación a presión (Medio sulfato)• Placer Dome• Activox• Dynatec• Anglo American/UBC• Brisa
Lixiviación bacterial• BioCop• Geocoat• BioHeap
J. Menacho, Presente y Futuro de la Hidrometalurgia, Minería Chilena Nº 291, Septiembre 2005, pp 89 – 93.
Lixiviación a presión (medio cloruro)
• Noranda Antlerite• BHAS• CESL• Hydrocopper
Hoy hay tecnología “disponible” para lixiviación parcial/total, en particular las
opciones de lixiviación a presión.
ConminuciónFlotación
ConminuciónFlotación
LixiviaciónconcentradoLixiviación
concentrado SX-EWSX-EW Lixiviaciónácida
Lixiviaciónácida
MEDIO AMBIENTE:¿CONCENTRACIÓN O HIDROMETALURGIA?
• La oxidación bacterial de los sulfuros genera aguas ác idas y disolución de metales pesados cuando el pH cae por debajo de 7 .
• Los xantatos y los ditiofosfatos son altamente tóxicos a la vida acuática en niveles superiores a 1 mg/L. Por ello, la entrada de agua fresca de relavesdebe ser evitada . El impacto de los orgánicos residuales se reduce por la rápida descomposición hidrolítica y la consolidación de los relaves en el tiempo.
• Muchos de los riesgos ambientales de los relaves serán m inimizadoscuando se generalice la depositación por PASTAS .
• El nivel de contaminantes es 1 o 2 órdenes de magnitud m ayor en los ripios que en los relaves; la tasa de infiltración es 10 veces mayor en los tranques de relaves que en los ripios y globalmente la t asa de producciónrelaves:ripios = 3.69 : 1, luego la razón de contaminantes al sub suelo esrelaves:ripios = 0.9:1 a 9:1 . El mismo análisis en Chile indica relaves:ripios= 0.5:1 a 5:1.
EL MAYOR DESAFÍO DE LA HIDROMETALURGIA
Cerca de 90% de las reservas mundiales de cobre son Sulfuros y 10% son Óxidos. 70% a 80% de los Sulfuros está como Calcopirita.Cerca de 90% de las reservas mundiales de cobre son Sulfuros y
10% son Óxidos. 70% a 80% de los Sulfuros está como Calcopirita.
Se requiere un proceso eficiente de lixiviación de
Cpy baja ley
Se requiere un proceso eficiente de lixiviación de
Cpy baja ley
LIXIVIACIÓN DE CALCOPIRITA
• La biolixiviación de minerales calcopiríticos de baja l ey es hoytécnicamente posible .
• El control térmico es una variable crítica : mezclas apropiadas de mineralesque aseguren una fuente suficiente de calor interno, comb inada con unafuente de energía externa en especial en etapas inicial es, junto a pilastecnificadas, promueven el crecimiento de árqueas/bacterias termófilas y la subsiguiente lixiviación del cobre.
• No se sorprenda! Una ruta química para disolver Cpy puede estar máscerca que la biolixivación .
• Pero, la lixiviación de minerales de Cpy de baja ley, e s improbable que sea una tecnología estándar antes del 2020 .
SOÑANDO EL FUTURO…
SOÑANDO EL FUTURO…
LOS DESAFÍOS TECNOLÓGICOSLOS DESAFÍOS TECNOLÓGICOS
� Mayor eficiencia de separación
� Aplicación intensiva de robótica y dispositivos de control
No es claro que a futuro la EFICIENCIA INCREMENTAL DE PROCESOEFICIENCIA INCREMENTAL DE PROCESO serácapaz de superar la demanda de CAPACIDAD INCREMENTALCAPACIDAD INCREMENTAL parabalancear la EMISIEMISIÓÓN DE CONTAMINANTESN DE CONTAMINANTES .
Una estrategia armónica es que TODO EFLUENTE MINERO DEBE SER UN TODO EFLUENTE MINERO DEBE SER UN PRODUCTO PRODUCTO ÚÚTILTIL, ya sea como producto vendible o como material benignoal sitio donde se confina. El control de contaminante s menores es hoy unaimposición pero a futuro será una oportunidad de negocio.
� Menor demanda energética� Menor consumo de materiales
� Mayor capacidad/volumen
� Procesos cinéticos más rápidos � Menos pasos y más continuidad
� DISPONIBILIDAD DE AGUA Y ENERGÍA�� DISPONIBILIDAD DE AGUA Y ENERGDISPONIBILIDAD DE AGUA Y ENERG ÍÍAA
� Ambientalmente amistosos
Un concepto clave que cambiará dramáticamente la Meta lurgia Extractiva de Metales en los próximos 50 años es…
Un concepto clave que cambiará dramáticamente la Meta lurgia Extractiva de Metales en los próximos 50 años es…
SUPERPOSICIÓN DE FUERZAS DE CAMPO A LAS
FUERZAS DE CUERPO USADAS EN LA
TECNOLOGÍA ACTUAL
SUPERPOSICIÓN DE FUERZAS DE CAMPO A LAS
FUERZAS DE CUERPO USADAS EN LA
TECNOLOGÍA ACTUAL
J. Menacho, The Concentrator Plant in the Year 2010, Proceeding Sixth ARMCO Symposium on Grnding, Viña del Mar, Chile, November 1990, pp 205-321.
FIELD + BODY FORCES
Electromagnetic Spectra…Electromagnetic Spectra…
Algunos ejemplos chilenos (Proyectos FONDEF)…D05I10098 MEJORAMIENTO DE OPERACIONES DE BIOLIXIVIAC IÓN DE MINERALES DE COBRE Y ELECTRO-
OBTENCIÓN EN PLANTAS A GRAN ALTURA CALENTAMIENTO SOLUCIONES INDUCCIÓN MAGNÉTICA .
D92I1021 DESARROLLO DE UN EQUIPO ULTRASÓNICO PARA LA MOLIENDA DE MINERALES.
D97I1043 UTILIZACION DEL FENOMENO MAGNETOHIDRODINÁMICA EN PROCESOS PIROMETALÚRGICOS .
D97T1011 TRANSFERENCIA DE TECNOLOGÍAS ULTRASÒNICAS .
Reacción QuímicaReacción Química
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MINERALURGIA (2000-2020)• Tronadura electrónica• HPGR• Concepto “Mine-to-product”• Molinos gearless gigantes• Celdas flotación diseño
hidrodinámico• Espesamiento y bombeo de
pastas• Reactores hidrodinámicos• Cadenas-fundición, poli
productos
MINERALURGIA (2000-2020)• Tronadura electrónica• HPGR• Concepto “Mine-to-product”• Molinos gearless gigantes• Celdas flotación diseño
hidrodinámico• Espesamiento y bombeo de
pastas• Reactores hidrodinámicos• Cadenas-fundición, poli
productos
HIDROMETALURGIA (2000-2020)• Tronadura electrónica• Chancadores tipo Sizer• Nuevos sensores/sistemas control• Riego automático inteligente• Biolixiviación, lixiviación medio
cloruro, lixiviación concentrados• Plantas capacidad creciente• Celdas EW hidrodinámicas
HIDROMETALURGIA (2000-2020)• Tronadura electrónica• Chancadores tipo Sizer• Nuevos sensores/sistemas control• Riego automático inteligente• Biolixiviación, lixiviación medio
cloruro, lixiviación concentrados• Plantas capacidad creciente• Celdas EW hidrodinámicas
HIDROMETALURGIA (2025-2060)• Fractura por plasma• Dispositivos microondas• Lix. pilas medio Cl Cpy baja ley• Fractura controlada in situ• Nueva reacción anódica EW-Cu
HIDROMETALURGIA (2025-2060)• Fractura por plasma• Dispositivos microondas• Lix. pilas medio Cl Cpy baja ley• Fractura controlada in situ• Nueva reacción anódica EW-Cu
MINERALURGIA (2025-2060)• Dispositivos microondas• Procesos activación de flotación• Fractura controlada in situ• Fundiciónes full-continuas• Nuevos MATERIALES a Fundición
MINERALURGIA (2025-2060)• Dispositivos microondas• Procesos activación de flotación• Fractura controlada in situ• Fundiciónes full-continuas• Nuevos MATERIALES a Fundición
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Extrapolación de la tendencia tecnológica por crite rio mínimos cuadrados, señala al año 2045 ± 10 como fecha crítica coincidente con la fase de invierno del ciclo de Kondratieff sig uiente.
Extrapolación de la tendencia tecnológica por crite rio mínimos cuadrados, señala al año 2045 ± 10 como fecha crítica coincidente con la fase de invierno del ciclo de Kondratieff sig uiente.
GRACIAS…GRACIAS…