Sin duda, la problemática actual sobre disponibilidad de agua dulce para el uso doméstico en comunidades afectadas por mala calidad de ella o por la sequía, es un tema que preocupa a la industria, especialmente al sector minero, el que utiliza grandes cantidades de recurso hídrico y genera, además, agua contaminada con residuos minerales que hace imposible su aprovechamiento. Por otra parte, la recuperación de minerales valiosos de las suspensiones mineras es también un tema de gran interés para esa industria.

El profesor de la Escuela de Ingeniería Química, Dr. Pedro Robles, junto a su equipo de investigadores, se encuentra liderando un Proyecto FONDECYT Regular, adjudicado recientemente, y que consiste en el diseño de novedosos nano-colectores para mejorar el rendimiento de flotación de minerales de cobre y litio en presencia de gangas complejas y aguas de mala calidad.

Cabe mencionar, que la flotación por espuma utilizando colectores es el principal proceso mediante el cual se recuperan minerales valiosos de las suspensiones mineras. El desempeño de los colectores está influenciado por propiedades fisicoquímicas como su densidad de carga, grupos funcionales, concentración, y grado de hidrofobicidad, las cuales generalmente son optimizadas por ensayo y error ante las condiciones de operación.

Hay que considerar que, actualmente, existe un escenario difícil donde los circuitos de flotación se ven amenazados por gangas complejas y aguas de baja calidad, como el agua de mar. Estas variaciones afectan el rendimiento, obteniendo bajas recuperaciones y baja ley de concentrado.

Lo anterior, ha motivado al Dr. Robles a buscar reactivos de nueva generación, que permitan enfrentar adecuadamente los principales desafíos de la industria minera para ofrecer una alternativa sustentable en términos económicos, sociales y ambientales, como por ejemplo, mejorar el desempeño de los procesos en aguas de baja calidad para que la industria libere agua dulce, reduciendo su consumo y aumentando su disponibilidad para las comunidades vecinas.

Es así como este proyecto pretende diseñar nano-colectores, con asignación de grupos funcionales en su superficie, y específicos, para enfrentar los desafíos particulares en la flotación de minerales de cobre y litio. Además, tiene como objetivo comprender los fenómenos que surgen a escala molecular y coloidal sobre la interacción de los nuevos reactivos con las superficies minerales. Los fenómenos de reconocimiento molecular mediante herramientas computacionales avanzadas guiarán posteriormente la síntesis y caracterización de nano-colectores y realizarán una medición macroscópica para mejorar la recuperación de minerales de las etapas de flotación por espuma.

 

Este proyecto de diseño de nano-colectores, que tendrá una duración de 4 años, se llevará a cabo en tres etapas:

• Análisis de grupos funcionales por simulación computacional. Esta etapa, fundamental para el proyecto, utilizará principalmente dos herramientas computacionales, como son la dinámica molecular y los cálculos cuánticos.

El uso de la dinámica molecular se centrará en realizar estudios a mayor escala para analizar las interacciones moleculares entre la superficie y los colectores, conociendo así la hidrofobicidad resultante de los minerales, la conformación de las moléculas, los efectos de la estructura del agua y las adsorciones de iones. Esto ayudará a comprender cómo interactúan los grupos funcionales elegidos con las diferentes superficies minerales

En tanto, para los cálculos cuánticos se trabajará principalmente con la teoría funcional de la densidad, pero también se explorarán otros enfoques según el sistema, determinando así reacciones de desprotonación, reacciones redox o presentes en la superficie entre los grupos funcionales seleccionados.

 

• Síntesis y caracterización de nano-colectores. Los métodos de síntesis a utilizar permitirán controlar las propiedades fisicoquímicas de los grupos funcionales de los nano-colectores. La síntesis se centrará en generar grupos funcionales con selectividad a minerales de cobre y litio sobre gangas como pirita, arcillas y feldespatos. Los grupos funcionales insertados fueron elegidos en base a un extenso estudio del estado del arte. Cabe señalar que, nuevos estudios han mostrado reactivos químicos con alta selectividad en la flotación de minerales de cobre y litio. Se espera que las fuertes modificaciones hidrofóbicas causadas por la nanoestructura del colector mejoren sustancialmente la flotabilidad de los valiosos minerales.
• Medidas macroscópicas de flotación. Los conocimientos adquiridos en las etapas anteriores permitirán entonces seleccionar los reactivos que posean las características más favorables para evaluar su potencial impacto en la recuperación de minerales. Los experimentos más relevantes en esta etapa incluirán medición de adsorción, ángulo de contacto, tensión superficial, FTIR, potencial zeta, análisis de burbujas, microflotación y flotación por espuma en una celda discontinua.

De este modo, el proyecto que cuenta con el auspicio de la Pontificia Universidad Católica de Valparaíso y el apoyo de la Universidad de Antofagasta y de la Universidad del Bío Bío, permitirá el desarrollo de tecnologías avanzadas para la recuperación de cobre y litio en la industria minera, considerando los principales desafíos actuales, como el uso de aguas de baja calidad como el agua de mar y la presencia de arcillas y feldespatos en los yacimientos mineros. Los aumentos de hidrofobicidad mediante el uso de nano-colectores mejorarán la recuperación global en la etapa de flotación, y la inclusión de grupos funcionales altamente selectivos, reducirá las demandas en las etapas posteriores al disminuir la presencia de gangas. En el procesamiento de cobre, el contenido de sulfuro que ingresa a los hornos de fundición disminuirá, y en el procesamiento de litio, el contenido de aluminosilicato en los hornos de calcinación disminuirá. Esto reduce los costos operativos y reduce los desechos generados en la pirometalurgia, como el dióxido de azufre.