El relleno de los huecos minados: tecnología de extracción de alto rendimiento (HYE) de K-UTEC

La tecnología de extracción de alto rendimiento (HYE) es un nuevo desarrollo que mejora la eficiencia de los recursos mediante el relleno de los huecos minados y al mismo tiempo reduce el impacto medioambiental.

La importancia global de la industria de extracción de minerales y metales ha sido significativa durante milenios desde que la humanidad comenzó a extraer piedra para producir herramientas. El impacto ambiental de las actividades mineras se ha desarrollado en paralelo a esta evolución. Especialmente el desafío de dónde y cómo eliminar los residuos de la minería y del procesamiento ha estado creciendo debido a los varios de miles de instalaciones de residuos que existen hoy en día. El impacto de la minería y la consiguiente disposición de relaves en la superficie terrestre o en el mar es múltiple. Por nombrar algunos de estos impactos: contaminación del suelo, de las aguas superficiales y subterráneas a través de la descarga de fugas, hundimiento de la superficie (por ejemplo, formación de pozos) y uso extensivo de la superficie de la tierra.

Aunque la industria minera crea puestos de trabajo, crecimiento económico y apoya a la sociedad en el logro del desarrollo tecnológico, la población está exigiendo que se escuche su voz en relación con las operaciones extractivas nuevas y existentes, esperando progresivamente una mejor redistribución de los beneficios. Los políticos siguen la voz del pueblo y, en consecuencia, aumentan la presión reguladora sobre los operadores mineros. Para responder a esta tendencia, la industria minera se enfrenta a duros retos de sostenibilidad, de los cuales el impacto medioambiental, es decir, la gestión de los residuos de la minería y del procesamiento, es uno de ellos. Un ejemplo de la presión reguladora sobre la industria minera en relación con la gestión de residuos es la Directiva europea sobre la gestión de los residuos de las industrias extractivas. Esta Directiva pide a los Estados miembros europeos que adopten medidas para garantizar que los residuos de extracción se gestionen sin poner en peligro la salud humana y el medio ambiente, por ejemplo, mediante un plan de gestión de residuos. Los objetivos de dicho plan muestran el papel que debe desempeñar el relleno en la recuperación de los residuos de la extracción de minerales y metales, teniendo en cuenta el principio del desarrollo sostenible:

“Los operadores mineros deben considerar la posibilidad de volver a colocar los residuos de extracción en el hueco minado producido tras la extracción del mineral, en la medida en que sea técnica y económicamente viable y respetuoso con el medio ambiente” (Parlamento Europeo y Consejo, 2006).

En línea con este llamado, K-UTEC AG Salt Technologies (K-UTEC), con sus raíces firmemente arraigadas en la industria mundial del potasio y del litio, tiene la visión de que una minería “libre de emisiones” no sólo es posible sino que también debe conducir a operaciones mineras viables y sostenibles. K-UTEC ha creado rutas de proceso innovadoras para la producción de productos de potasio y de litio que reducen en gran parte las grandes cantidades de residuos producidos por la extracción y el procesamiento de estos minerales, mediante la ampliación de la paleta de productos comercializables y utilizando los materiales de desecho para la producción de una mezcla de relleno para su aplicación en las zonas minadas. La cuestión pendiente es si la minería “libre de emisiones”, es decir, la ampliación de la gama de productos y la aplicación del relleno de los residuos del procesamiento, es plausible. Aunque esta pregunta sólo puede ser respondida mediante la realización de un proyecto específico, la premisa de aumentar significativamente el ratio de extracción de los recursos que permite el minado del pilar secundario o el uso de métodos de minería de alto rendimiento, como la minería de tajo largo, debería contribuir en teoría a una respuesta positiva.

El relleno de los huecos minados mediante el uso de los residuos de extracción y procesamiento se ha aplicado en varias operaciones mineras históricas y actuales. Esta práctica, sin embargo, no es común, ya que la mayoría de las operaciones de extracción depositan sus residuos en la superficie en forma de estanques de residuos y/o escombreras. Las razones de ello son múltiples, pero se centran en el hecho de que la eliminación convencional de los relaves, es decir, en estanques, es el método menos costoso de eliminación. Uno puede preguntarse, sin embargo, qué costos se incluyen en una evaluación económica del diseño de disposición de relaves que apoye esta afirmación. El costo a largo plazo para la sociedad de los daños e incidentes ambientales, a menudo por razones obvias, se descuida u omite en las evaluaciones económicas durante las fases de diseño y operación.

Para asegurar una continuación sostenible de la industria de extracción de minerales y metales que tome en serio las preocupaciones del público en general, sus desafíos típicos, como el riesgo de hundimiento de la superficie, la contaminación del suelo y de las aguas superficiales y subterráneas, deben abordarse en una nueva visión de extracción y procesamiento de minerales respetuosa con el medio ambiente y económicamente viable. La clave de la metodología a desarrollar es la minería paralela y el relleno, utilizando una suspensión de fraguado (es decir un relleno con capacidad portante) basada en materiales de desecho y ligantes, logrando una alta eficiencia en la extracción de recursos y minimizando el impacto ambiental.

En los últimos años, impulsado principalmente por la demanda del mercado, K-UTEC ha desarrollado tecnologías de procesamiento para materias primas de potasio polimineral (de baja ley). Además, durante las dos últimas décadas, se ha adquirido una vasta experiencia en el campo de la producción de los complejos sistemas químicos de las mezclas de relleno gracias a su papel fundamental en la industria de la gestión de residuos de Europa Central. La experiencia de la minería de potasio en Alemania Central abarca más de 150 años.

La subsidencia resultante de las actividades mineras ha hecho necesaria la estabilización de varias minas de potasio. La estabilización se ha conseguido mediante el relleno estas minas con mezclas de relleno basadas en recursos secundarios procedentes de plantas de incineración de residuos, como cenizas volantes y sales de limpieza de gases de combustión. Estas dos tecnologías individuales, es decir, el procesamiento de materias primas poliminerales (de baja ley) y sistemas complejos de relleno químico, se han desarrollado y aplicado con un nivel 9 de preparación tecnológica.

La combinación de ambas experiencias ha llevado al desarrollo de la tecnología HYE propuesta. Este desarrollo se ha visto reforzado por la realización de varios proyectos de investigación fundamentales y aplicados en los que se han desarrollado tecnologías de extracción y procesado de potasio que minimizan el impacto medioambiental. El elemento clave de la tecnología HYE es la producción de una mezcla de relleno basada en el procesamiento de residuos y ligantes especiales. Dado que una gran parte de los residuos de procesamiento de minerales de potasio son líquidos o lodos, la producción de una lechada de relleno, que comprende residuos líquidos, residuos sólidos y ligantes, es el proceso más lógico. El beneficio adicional de una lechada de relleno es la posibilidad de transporte y colocación hidráulica mediante bombas y tuberías.

El uso de ligantes especiales permite un control total sobre las propiedades de fraguado de la pasta de relleno, tanto en el tiempo de fraguado como en la resistencia final del relleno. En la tecnología HYE se dispone de varios aglutinantes minerales que se pueden obtener principalmente de la industria de minerales industriales. Se están llevando a cabo nuevas investigaciones sobre los agentes ligantes procedentes de recursos secundarios para reducir el coste de la producción del material de relleno. Aparte de la proporción de ligantes en una mezcla de relleno, los residuos líquidos del proceso pueden pre-procesarse, por ejemplo, mediante la evaporación y la consiguiente cristalización parcial de sales contenidas en estos residuos líquidos, con el fin de obtener materiales de relleno de alta resistencia adecuados para su aplicación en minas muy profundas. K-UTEC ha sido capaz de producir mezclas de relleno a partir de residuos del procesamiento de minerales de potasio con una resistencia a la compresión uniaxial compatible con su aplicación en minas subterráneas (profundas) para soportar suficientemente la roca a techo.

K-UTEC está desarrollando tecnologías de relleno, por ejemplo, sistemas de ligantes y su infraestructura relacionada, para hacer posible esta visión en el campo de la extracción y procesamiento de minerales de potasio. Sin embargo, la tecnología en desarrollo es igualmente aplicable a otras operaciones de extracción de sales, minerales y metales. Mediante el uso de sistemas especiales de unión química, se puede lograr la inmovilización de componentes tóxicos en los residuos y el desarrollo de mezclas de relleno con suficiente resistencia para soportar la roca a techo. K-UTEC desea que las tanto las instituciones académicas como que la industria cooperen en esta visión. El objetivo final del desarrollo tecnológico es establecer un nuevo estándar en la industria sostenible de extracción y procesamiento de minerales, llevando el estado de la tecnología a un nuevo nivel.

Para más información visite www.k-utec.de/es

“El enfoque de la economía circular no debe considerarse autosuficiente, sino también hay que tomar en consideración la eficiencia energética y el impacto ambiental”

Entrevista con Johannes Gediga, Vice President Mining, Metals and Manufacturing Goods & SoFi Sales en thinkstep

El concepto de economía circular ha recibido mucha atención en Chile. ¿Dónde están los potenciales de la economía circular en el sector minero?

El propósito de la economía circular es mantener los recursos en ciclos económicos durante el mayor tiempo posible, generando así valor y evitando flujos de residuos. Sin embargo, el enfoque de la economía circular (CE) no debe considerarse autosuficiente, sino también hay que tomar en  consideración la eficiencia energética y el impacto ambiental.

economia circular - life cycle assessment (LCA)
Circular Economy y Life Cycle Assessment (LCA) – © thinkstep

¿Cuáles son los puntos de partida específicos para estrategias de economía circular en el sector minero?

Se debe diferenciar dos fases del ciclo de vida. Estos dos ciclos de vida obviamente vuelven a unirse en el punto de fin de vida. La empresa de materias primas debe decidir dónde se enfoca en el primer paso. El objetivo debe ser, por supuesto, integrar ambas fases del ciclo de vida en la estrategia. La primera fase de ciclo de vida se refiere a economía circular de la mina al metal:

Este aspecto trata de “subproductos” que se declaran “residuos” en muchos procesos. De estos subproductos hay que extraer y tratar los materiales valiosos, esto por supuesto tiene que satisfacer aspectos económicos. Si una planta metalúrgica no es una planta integrada, las plantas metalúrgicas con un enfoque diferente pueden trabajar juntas en la aplicación de materiales reciclables (como se hace a veces hoy, por ejemplo, en Alemania y Europa). Las fábricas integradas, como Aurubis AG en Hamburgo, pasan los desechos a subcontratistas para que los puedan valorizar dentro de su producción, para que sean realmente eficientes en el uso de los recursos.

La segunda fase es la economía circular del metal a través del diseño del producto, la distribución, hasta el consumidor y el fin de vida.
Aquí el metal debería ser reintegrado al proceso metalúrgico, después de la recolección y separación. Hay muchos aspectos relevantes del producto, como que el diseño de los productos sea “reciclable”. Hoy en día hay muchos productos que no son fáciles de reciclar o que involucran grandes pérdidas de los materiales involucrados, siempre y cuando no se disponga de la infraestructura metalúrgica adecuada.

¿Cómo puede la evaluación del ciclo de vida apoyar los principios de la economía circular en el sector minero?

La economía circular es más un principio, mientras que el análisis de ciclo de vida (ACV)  es un método rastreable basado en datos y hechos para calcular los impactos ambientales. Por lo tanto, Economía Circular y ACV son enfoques complementarios. Al igual que en las consideraciones económicas, una mayor circularidad no significa necesariamente un mejor desempeño ambiental, especialmente cuando el grado de circularidad se vuelve muy alto.

Para establecer un concepto económico de economía circular en el sector de recursos naturales, es necesario simular procesos reales en todo el ciclo de vida y para aplicaciones de productos específicos (los productos con la mayor parte de la materia prima considerada en base de análisis de flujo de materiales) de manera técnica y  con datos rigurosos. Respecto a eso ya hay algunos esfuerzos y publicaciones como por ejemplo la que publiqué junto a Prof. Dr. Markus Reuter del Instituto Helmholtz de Freiberg. Esta publicación investiga métodos de combinación de simulación de economía circular – incluyendo aspectos de eficiencia energética – y análisis de ciclo de vida para poder identificar ventajas. En el marco de esta investigación desarrollamos dos herramientas de utilidad: HSC (de Outotec: https://www.outotec.com/products/digital-solutions/hsc-chemistry) para la simulación técnica en combinación con GaBi (de thinsktep: https://www.thinkstep.com/software/gabi-software), para así al diseñar la planta obtener siempre el ciclo de vida y las implicancias ambientales  del concepto de economía circular examinado. Así se puede asegurar una buena base para evaluar si la economía circular también hace sentido desde el punto de vista ambiental.

¿Qué estrategias deben complementar el ACL para asegurar una estrategia de sustentabilidad completa?

Estrategias de sustentabilidad no solo deberían apoyar la sustentabilidad de la empresa per se, sino también combinar con estrategias de product stewardship a lo largo de toda la cadena de valor, tanto upstream hasta la mina como downstream hasta el fin de ciclo de vida. Para tomar buenas decisiones entonces, se debería aplicar análisis de ciclo de vida. Estos resultados se aplican hoy en día en marketing y venta. Así cada stakeholder sabe, que hace la empresa y que su concepto se basa en hechos.  ACV puede demostrar si la circularidad hace sentido desde el punto de vista ambiental y que no solo se toma en cuenta la circularidad sin prestar atención a la eficiencia energética e impactos ambientales de la economía circular.