MicroHammer: cómo la energía de microondas podría transformar la industria minera

Desde el cableado de los edificios hasta las aleaciones de las monedas de EE.UU., el cobre es un metal integral en gran parte del mundo, y la dependencia del cobre no hace más que aumentar. El Grupo Internacional de Estudio del Cobre (ICSG) informa que la producción mundial de cobre, de fuentes primarias y secundarias, aumentó de 20.1 millones de toneladas métricas (MMT) en 2012 a 23.4MMT en 2017.

La extracción de cobre también puede ser un esfuerzo enormemente rentable para los involucrados. La operación Escondida de BHP, la mina de cobre más grande del mundo, responsable de alrededor del 5% de la producción total mundial, obtuvo ganancias de más de 1.000 millones de dólares durante los primeros seis meses de 2018, a pesar de la huelga de los trabajadores que amenazaba la productividad apenas unos meses antes.

Sin embargo, el proceso de extracción de cobre sigue siendo ineficiente a escala mundial, ya que hasta un 5% de la producción mundial de electricidad se utiliza actualmente para moler rocas en plantas de procesamiento de minerales. El ICSG también informa que las minas de cobre del mundo estaban operando al 84% de su capacidad de producción total en 2017, lo que hace temer que alcancemos el "pico de cobre", el nivel más alto posible de producción de cobre, más allá del cual la demanda superará a la oferta.

Este año, sin embargo, después de dos décadas de investigación, un equipo multidisciplinario recibió el premio Colin Campbell Mitchell de la Royal Academy of Engineering del Reino Unido por su trabajo en MicroHammer, un proceso de tratamiento de cobre que utiliza tecnología de microondas para hacer la extracción de cobre mucho más eficiente. Los desarrolladores han demostrado la eficacia de su concepto en un sitio piloto, que puede procesar más de 150 toneladas de roca por hora y tiene como objetivo seguir ampliando sus operaciones.
 

El proceso MicroHammer
"Es muy diferente de las técnicas de extracción convencionales", dice el profesor Sam Kingman de la Universidad de Nottingham, que dirigió el equipo. Describe su trabajo como un "proceso de pretratamiento" que se aplica al mineral de cobre antes de que pase por las trituradoras.

"Exponemos el mineral, a medida que fluye a través del proceso, al tratamiento por microondas durante un período muy corto de tiempo, y lo que sucede es que ciertas fases minerales dentro del mineral se calientan en respuesta al campo electromagnético alterno. Este calentamiento crea tensión, lo que crea fracturas dentro de las estructuras del material.

"Y cuando el mineral pasa por el circuito de molienda convencional, lo que encontramos es, porque hemos creado microfracturas dentro de la estructura del material, que producimos liberación más en el tamaño de grano nativo del mineral, que en el tamaño de los granos más pequeños, que es lo que se encontraría en un circuito convencional".

"El resultado de esta microfractura es que se puede procesar un mineral mucho más grueso que en las operaciones tradicionales."
El resultado de esta microfractura es que se puede procesar un mineral mucho más grueso que en las operaciones tradicionales; Kingman estima que el tamaño mínimo del mineral que se puede procesar después del tratamiento con MicroHammer es 100 micras más pequeño que el tamaño mínimo del mineral de los cuerpos que no están expuestos a las microondas.

Además de reducir el consumo total de energía del proceso en alrededor de un 30%, la tecnología reduce drásticamente la cantidad de mineral de desecho - granos que contienen cobre, pero que son demasiado pequeños para ser procesados convencionalmente - que se introduce en las plantas de procesamiento. Esto abre efectivamente más reservas de cobre del mundo al tratamiento, y podría retrasar la llegada del pico de cobre.

"El verdadero premio para las empresas mineras es el aumento del rendimiento de la capacidad existente", dice Paul Burleigh, de la empresa de fabricación industrial Teledyne e2v, que participó en los aspectos de ingeniería del proyecto. "Los circuitos de molienda son activos de varios cientos de millones a miles de millones de dólares, por lo que esta es una forma de obtener más rendimiento en un activo de capital existente. "La energía por tonelada ha bajado, pero el gran premio está en la capacidad de producción del circuito de molienda."

A los equipos de Kingman y Burleigh se unieron personas de la firma de ingeniería estadounidense Jenike & Johanson, que proporcionó parte del hardware para la operación piloto, mientras que todo el proyecto fue financiado por el gigante minero Rio Tinto, que apoyó por primera vez la investigación de doctorado de Kingman sobre la tecnología en 1996, y que ha estado involucrado desde entonces.

"Comenzamos a trabajar seriamente en esto en 2009, 2010", dice Kingman de la participación de Rio Tinto. "Ellos proveyeron el dinero, pero también proveyeron un enfoque industrial real y conductores industriales en términos de los requerimientos de la tecnología para trabajar en una operación real".

El futuro de las microondas: el paso a un sistema a gran escala
El equipo de Kingman ha diseñado sistemas que podrían procesar continuamente 3.000 toneladas de roca por hora, 20 veces más que la planta piloto, que es el límite de lo que Kingman considera una operación financieramente viable. Él dice que al trabajar en el sistema, el equipo desarrolló el concepto en un sistema a escala completa primero, y sólo comenzó a trabajar en una escala más pequeña cuando llegó el momento de comenzar la construcción de la planta. Este enfoque, que siempre mantuvo un ojo en el objetivo a gran escala del proyecto, significa que trabajar a gran escala no es un gran reto para el equipo, y que se convierte en un reto práctico de ingeniería, más que en un reto teórico académico.

"Si no podíamos imaginarnos cómo sería un sistema a gran escala, entonces no tenía sentido apoyar el desarrollo anterior de la tecnología, y lo hemos hecho", dice Kingman. "Hemos tenido esos conceptos listos, hemos validado las simulaciones.

"El oro es procesado a una velocidad de 500 toneladas por hora.... así que podría ser más fácil introducir la tecnología en las operaciones auríferas."
"Esta es la razón por la que la participación de Teledyne e2v fue tan importante; se convierte en un proyecto de ingeniería para diseñar hardware de microondas que funcione en la industria minera, y el hardware de microondas tradicionalmente no se ha utilizado en la industria minera. Gran parte del trabajo que Teledyne e2v hizo fue desarrollar la tecnología en hardware de microondas que podría funcionar en la industria minera en un entorno muy robusto y duro".

Kingman también se mostró extremadamente positivo sobre el futuro de MicroHammer, diciendo que su equipo está en conversaciones con varias compañías que están interesadas en ampliar la planta piloto y convertir esas ambiciones a gran escala en realidad.

También cree que el futuro de la tecnología podría estar en otros minerales, como el oro y el zinc, que tienen rendimientos más bajos que el cobre, como minerales que podrían procesarse a mayor escala después del pretratamiento por microondas. El oro se procesa normalmente a una velocidad de 500 toneladas por hora, en comparación con las 15.000 toneladas por hora en los mayores proyectos comerciales de cobre, por lo que podría ser más fácil introducir la tecnología en las operaciones de oro.

Tanto Kingman como Burleigh nombraron la "sostenibilidad" como uno de los logros más significativos de MicroHammer. "Crea una capacidad de cambio gradual que puede contribuir en gran medida a que la industria pueda producir lo que el mundo necesitará para seguir adelante", dice Kingman.

"Estoy de acuerdo", dice Burleigh. "Va a permitir que los yacimientos que no son económicos en este momento se conviertan en económicos; nos va a permitir explorar material de desecho del pasado, que no pudo ser procesado; nos va a permitir ver los yacimientos de mineral, que son demasiado difíciles de procesar en este momento".