La exploración
Ubicar un yacimiento de cobre no es una tarea sencilla. Ya pasaron los tiempos en que las vetas de cobre nativo, sin combinarse con otros metales, asomaban a la superficie esperando ser descubiertas. Esta fuente de mineral, la primera que usó la humanidad hace 10 mil años está, en la práctica, agotada.
La búsqueda de yacimientos es costosa y no puede ser dejada al azar. Los equipos de exploración minera, encabezados por los geólogos, utilizan procesos sistemáticos, concretando etapas sucesivas de exploración.
Primero se define la región que se va a explorar y su geología. Se utiliza información pública, generalmente archivada en el Servicio Nacional de Geología y Minería (SERNAGEOMIN), mapas geológicos, imágenes satelitales, etc. Se definen áreas para explorar en terreno, recolectando muestras para análisis químico y realizando un reconocimiento geológico. Este proceso es conocido como exploración básica.
Cuando existe potencial en un área, se realizan sondajes, perforaciones de las que se extraen muestras (testigos o cuttings) del subsuelo. Esta etapa, conocida como exploración intermedia, puede dividirse en varias campañas. Si los resultados son satisfactorios, se inicia el siguiente paso, que busca definir el yacimiento encontrado.
La exploración avanzada determina la geometría del depósito, sus principales características y su tamaño. También determina la ley del cobre, que establece el porcentaje de cobre fino (puro) en el mineral del yacimiento. Esta etapa es intensiva en sondajes, y se realizan estudios metalúrgicos y geomecánicos para generar los modelos de ingeniería que se utilizarán en las etapas siguientes.
Después de la exploración avanzada se realiza el estudio de factibilidad, que determina la rentabilidad del yacimiento bajo una variedad de condiciones de mercado. Se define la ingeniería de minas, incluyendo el método de explotación, la metalurgia, y el transporte, además de los costos de producción y los recursos requeridos para desarrollar la mina.
Un aspecto crucial de todo estudio de factibilidad es el Estudio de Impacto Ambiental, en el que se evalúan los efectos que la actividad minera provocaría al entorno medioambiental y social. En esta etapa se presentan medidas de mitigación, compensación y reparación.
Procesos de extracción del cobre
Para obtener cobre fino o puro, primero se deben mover las rocas desde la mina o yacimiento a la planta de proceso. Para ello hay que reducirlas a un tamaño manejable, que permita transportarlas. Estas operaciones conforman el llamado proceso de extracción, que se lleva a cabo en cuatro etapas:
- Perforación
- Tronadura
- Carguío
- Transporte
En la minería del cobre existen dos métodos de extracción: a cielo abierto y subterráneo. La elección de uno u otro dependerá de la profundidad y forma del yacimiento.
Extracción a cielo abierto
Cuando el cobre aflora a la superficie o está cerca de ella, la elección es el método de cielo abierto. En este caso la extracción se realiza en un rajo, que es una excavación en la tierra con ciertas características específicas para permitir las operaciones de manera segura. El rajo es una especie de anfiteatro, cuya forma y profundidad dependen del desarrollo de la explotación. Posee diferentes niveles, llamados bancos, entre los cuales se establecen caminos inclinados o rampas para la circulación de los equipos y el personal.
En la extracción a rajo abierto primero se remueve el mineral desde el yacimiento usando explosivos. La detonación se llama tronadura. Luego entran en operación los cargadores frontales o las palas eléctricas, capaces de levantar de una sola vez más de cien toneladas. Su labor consiste en cargar los camiones con el material fragmentado por la tronadura. Estos camiones llevan el mineral al chancador primario y el estéril, a los botaderos.
Extracción subterránea
La minería subterránea, en cambio, se emplea cuando la cantidad de material estéril sobre el yacimiento es tal que los costos de su remoción hacen inviable un proyecto minero a cielo abierto. La extracción se realiza excavando túneles y cámaras, dispuestas para recuperar la máxima cantidad de mineral de manera eficiente y segura. Las labores subterráneas pueden ser horizontales, verticales, inclinadas, conformando túneles, galerías, rampas, piques o chimeneas, ubicándose en los diferentes niveles que permiten fragmentar, cargar y transportar el mineral desde el interior de la mina hasta la planta, generalmente situada en la superficie.
Existen diversos métodos de extracción subterránea dependiendo de la competencia de la roca, geometría y dimensiones del cuerpo mineralizado. En Chile los principales son:
- Hundimiento por bloques
- Caserones abiertos
- Corte y relleno
- Procesos de concentración: de la roca al mineral de cobre
Después de la extracción, el viaje del mineral continúa hacia el proceso de concentración, que significa separar el sulfuro de cobre del resto del material de la roca. Esto se realiza en una instalación cercana a la mina, la planta concentradora. Su producto final es el concentrado de cobre.
El chancado
La concentración se inicia con el chancado, que busca reducir y homogeneizar el tamaño de las rocas, triturándolas. El chancador primario permite reducir el tamaño de los fragmentos hasta un promedio de 20 centímetros de diámetro. Así, el mineral puede ser llevado a la planta a través de correas transportadoras.
La molienda
Después del chancado se continúa reduciendo el tamaño del mineral mediante molinos para conseguir partículas de aproximadamente 0,18 mm. En esta etapa se agrega agua, lo que permite una molienda uniforme y eficiente. Junto con el agua, se agregan los reactivos que separarán el sulfuro de cobre del resto del material durante la flotación.
La flotación
Es un proceso físico-químico que separa los materiales sulfurados y otros minerales de valor económico, como el molibdeno, del resto de los elementos presentes en la pulpa. Desde la molienda llega la pulpa de cobre. El proceso de separación se inicia depositando la pulpa en unos estanques conocidos como celdas de flotación. Se hace burbujear aire desde el fondo y se agita constantemente. La idea es que gracias a la acción de los reactivos, el cobre sulfurado se pegue a las burbujas, dejando el resto de la pulpa en el fondo.
Proceso de fundición
Para obtener cobre puro, el concentrado debe ser sometido a un proceso de fundición que permite separar el cobre del resto de los minerales del sulfuro. Para ello se aplican altas temperaturas, hasta llevarlo a su estado líquido, y se somete a una serie de pasos que van incrementando su nivel de pureza. En los hornos se realiza la fusión, sometiendo el concentrado a altas temperaturas hasta fundirlo. Los elementos componentes se separan por peso, quedando el cobre en el fondo, parte del hierro en la superficie como escoria y el azufre en forma de gas. El líquido entonces es llevado al proceso de conversión, que se efectúa en hornos especiales, llamados convertidores. El resultado es el cobre blister, con una pureza de entre 96 y 99%.
La electrorrefinación se realiza colocando alternadamente un ánodo y un cátodo, que es una placa muy delgada de cobre puro, en piscinas con agua y ácido sulfúrico. Se hace pasar la electricidad por la solución, formando un circuito en el que el ánodo es el polo positivo y el cátodo, el negativo. Esto genera una reacción química llamada electrólisis, que libera el cobre desde el ánodo y lo pega al cátodo, dejando en la solución las impurezas. El resultado es un cátodo de 225 kilogramos, puro en un 99,9%, listo para ser comercializado.
Lixiviación en pilas
Otro método para tratar el cobre es la hidrometalurgia, proceso que permite obtener cátodos de cobre con un 99,9% de pureza a partir de minerales oxidados y algunos tipos de sulfuros como la calcosina, aprovechando su sensibilidad química al ataque de soluciones ácidas. Este proceso consta de tres etapas: lixiviación, extracción por solventes y electroobtención.
Lixiviación
Consiste en aplicar una mezcla de ácido y agua sobre el mineral. El ácido ataca la roca y disuelve el cobre en el agua, formando una solución que es recogida para ser tratada en los procesos siguientes. Para la lixiviación se dispone del mineral en pilas o botaderos, se rocía con agua y ácido sulfúrico, y se genera un goteo constante de solución ácida sobre la pila durante unos 45 o 60 días, si es mineral oxidados, y entre 4 y 24 meses para los sulfurados.
Extracción por solventes
El resultado de la lixiviación es una solución de sulfato de cobre denominada solución rica. Esta posee impurezas que deben ser separadas antes de pasar a la electroobtención. Esta etapa intermedia se llama extracción por solventes. Para separar el cobre de las impurezas, se usa un reactivo que sólo capta cobre y no se mezcla con agua. Luego el cobre es re-extraído, haciendo el proceso inverso, a una solución rica en ácido, esta vez sin impurezas.
Electroobtención
Finalmente, la solución rica en cobre es vaciada en celdas de electroobtención, piscinas con placas de plomo o acero inoxidable, llamadas ánodos (polo positivo) y cátodos (polo negativo). Estas forman un circuito, que es alimentado por una corriente eléctrica continua de baja intensidad. El cobre en solución es atraído por el polo negativo, pegándose partícula por partícula. Después de una semana se extrae una cosecha de cátodos de cobre con una pureza de 99,9% listos para comercializar..
