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UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL NORTE FACULTAD DE INGENIERÍA Y CIENCIAS GEOLÓGICAS Departamento de Ingeniería Metalúrgica y Minas

POTENCIALES RECURSOS DE COBALTO EN YACIMIENTOS MINEROS DE SULFUROS DE COBRE EN CHILE Informe avance N°2 Seminario Metalúrgico

Javier Antonio Aramayo León Valeria Constanza Covarrubias Letelier Claudia Camila Rodríguez Arroyo

Profesor Cátedra: Nelson Herrera Núñez

Antofagasta, Chile 22 Agosto, 2018

RESUMEN

El cobalto es un elemento metálico, que se encuentra ampliamente distribuido en la naturaleza, posee propiedades similares al níquel, hierro y cobre por lo que se observa en unión con estos en su forma mineralógica, además, se sabe que este forma el 0,001% de las rocas ígneas de la superficie terrestre. Este metal se encuentra en minerales, material de meteoritos y nódulos de manganeso en determinados fondos marinos. Su utilización es de gran importancia en la industria debido a su uso en aleaciones, revestimientos de alta resistencia, diversos productos químicos como catalizadores e inclusive en la industria minera para la fabricación de taladros de roca. Considerando el aumento en la demanda actual de cobalto, y la amplia distribución de minerales de cobre en nuestro país, la presente investigación busca informar acerca de un proceso de extracción de cobalto: la concentración por flotación; la cual es muy utilizada para el tratamiento de minerales sulfurados de cobre y podría analizarse su aplicación conjunta en minerales de Cu-Co. Se analiza el tema desde distintos puntos estratégicos, como: la demanda mundial, las reservas internacionales y nacionales y las proyecciones de este en el mundo, con el fin de establecer una base bibliográfica para futuros estudios de este recurso, mediante la presentación de datos relevantes, como: la demanda mundial y proyecciones de este metal, los recursos en el mundo y potenciales recursos en Chile. Se concluye que es posible el análisis profundo de yacimientos mineros como La Candelaria o El Algarrobo dadas sus mineralogías y condiciones de tratamiento, considerando en todo momento el valor comercial actual del cobalto que llega a 91.000 USD/t.

INDICE

RESUMEN ............................................................................................... 2 INDICE ..................................................................................................... 3 INDICE DE FIGURAS .............................................................................. 5 INDICE DE TABLAS ................................................................................ 7 NOMENCLATURA ................................................................................... 8 1.

2.

INTRODUCCIÓN ............................................................................ 1 1.1.

Objetivo general........................................................................ 2

1.2.

Objetivos específicos ................................................................ 3

MARCO TEORICO.......................................................................... 4 2.1.

El cobalto .................................................................................. 4 Antecedentes generales ....................................................... 4 Propiedades físicas y químicas ............................................. 5 Usos y aplicaciones .............................................................. 6 Efectos ambientales .............................................................. 7 Efectos a la salud .................................................................. 8

2.2.

Minerales de cobalto................................................................. 9

2.3.

Depósitos ................................................................................ 11 Depósitos Terrestres. .......................................................... 11 Depósitos marinos .............................................................. 12

Proceso industrial aplicable a cobalto ................................................. 13 Concentración por flotación ................................................ 13 Variables que afectan a la flotación .................................... 14

3.

RESERVAS Y PRODUCCIÓN MUNDIAL DE COBALTO ............. 16

4.

ANTECEDENTES Y POTENCIALES RESERVAS DE COBALTO EN

CHILE

19 5.

DEMANDA MUNDIAL DE COBALTO ........................................... 21

6.

TIPOS DE YACIMIENTOS EN CHILE .......................................... 26

7.

6.1.

Yacimientos de cobalto como mena primaria ......................... 26

6.2.

Yacimientos de cobalto como subproducto ............................ 27

6.3.

Relaves con potenciales de cobalto ....................................... 27

PROCESOS DE EXTRACCIÓN Y TRATAMIENTO DE COBALTO 29 7.1.

Minerales de cobre-cobalto..................................................... 30

7.2.

Concentración gravitacional.................................................... 36

7.3.

Separación magnética ............................................................ 37

7.4.

Concentrado por flotación ....................................................... 37 Secuencia de flotación diferencial ....................................... 38 Secuencia de flotación convencional .................................. 39

7.5.

Tuesta con Cloruro de Sodio .................................................. 41

7.6.

Electro-depositación ............................................................... 41

7.7.

Hidrometalurgia a presión ....................................................... 41

7.8.

Extracción por solventes ......................................................... 42

8.

CONCLUSIONES.......................................................................... 43

9.

REFERENCIAS ............................................................................. 45

INDICE DE FIGURAS

Figura 1: Depósitos Terrestres: Cobalto contenido en los distintos tipos de recursos minerales (Fuente: Slack, Kimball, & Shedd, 2017). .......................... 11 Figura 2: Depósitos Marinos: Cobalto contenido en los distintos tipos de recursos minerales. (Fuente: Slack et al., 2017). .............................................. 13 Figura 3: Reservas de cobalto por país en toneladas métricas (Fuente: U.S. Geological Survey, Mineral Commodity Summaries, January 2018). ....... 16 Figura 4: Miembros del CI productores de Cobalto, 2017. (Fuente: Elaboración propia. Basado (“2018 Cobalt Institute Annual Conference 2018 Cobalt Institute Annual Conference,” 2019) ...................................................... 17 Figura 5: Productores de Cobalto Refinado que no son miembros del CI (Fuente: Elaboración propia, basado en: (“2018 Cobalt Institute Annual Conference 2018 Cobalt Institute Annual Conference,” 2019). ......................... 18 Figura 6: Producción mundial de la mina de cobalto de 1950 a 2011. La producción consiste en el contenido recuperable de cobalto de minerales, concentrados y productos intermedios de las operaciones de cobalto, cobre, platino, níquel y zinc (Fuente: U.S. Geological Survey, 2013). ......................... 21 Figura 7: Precios del litio. (Fuente: BBVA Reseach y Blomberg New Energy Finance)................................................................................................ 22 Figura 8: Precio al contado del Cobalto en la Bolsa de Metales de Londres (Fuente: BBVA Research y Blomberg New Energy Finance). .......................... 23 Figura 9: Producción mundial de cobalto y refinería, y el consumo aparente de 2007 a 2011. La producción minera consiste en el contenido recuperable de cobalto de minerales, concentrados y productos intermedios de cobalto, cobre, níquel, platino y zinc (Fuente1: Instituto de Desarrollo de Cobalto y Oficina Mundial de Estadísticas del Metal, 2011) (Fuente 2: Instituto de Desarrollo de Cobalto, 2012) (Fuente 3: Shedd, 2013). .......................................................... 23

Figura 10: Porcentaje de la producción minera mundial de cobalto en 2011, por país. Las fuentes de producción son las operaciones de cobalto, cobre, níquel, elemento de grupo del platino y zinc (Fuente: Shedd, 2013). ............... 24 Figura 11: Demanda de cobalto por segmento (Fuente: BBVA Research y Bloomberg New Energy Finance). .................................................................... 25 Figura 12: Diagrama de flujo de flotación diferencial de minerales de CuCo (Fuente: Elaboración propia). ...................................................................... 38

INDICE DE TABLAS

Tabla 1: Principales distritos de Cobalto (Fuente: Evaluación de los conocimientos existentes sobre cobalto, manganeso y mercurio por Guillermo D’aubarede, 1969). ........................................................................................... 20 Tabla 2: Composición de las cenizas. .................................................... 34

NOMENCLATURA

CI: Cobalt Institute (Instituto de Cobalto) Co: Cobalto Cu: Cobre Ni: Niquel RDC: República Democrática del Congo

1. INTRODUCCIÓN

El cobalto (Co) es un elemento que durante años fue considerado un elemento radiactivo, manteniendo la posible idea errónea del isótopo radioactivo, creado por el hombre: cobalto-60, ampliamente utilizado en la radioterapia hospital. Contrario a esto el cobalto es un metal estable, no radioactivo, considerado inerte por su gran estabilidad frente a la alteración provocada por el agua o el aire húmedo a temperatura ambiente y es encontrado en la naturaleza combinado químicamente con otros elementos como el níquel, hierro y en algunos casos cobre. Debido a sus características y propiedades, el cobalto ha adquirido una gran importancia en la industria actualmente. Este metal puede formar parte de aleaciones, químicos industriales, productos médicos e incluso estructurales. Su amplia gama de utilidades despierta una gran atracción por el aprovechamiento de este recurso considerando que este metal es uno de los elementos menos abundantes en comparación con el cobre y el níquel. (Campbell & Young, 2017). Si de la extracción de este metal se trata, se sabe que el mayor productor mundial de cobalto actualmente es la República del Congo, quienes extraen el mineral con leyes que bordean el 3% (Gozzer, 2017) pero según registros históricos, en Chile, entre los años 1844 y 1944 se llegó a producir 20.000 toneladas al año de cobalto, trabajándose con leyes de hasta el 7,3% (La Cobaltera, III Región) (Marchetti, 2017). Si bien la actividad minera ha aportado históricamente un porcentaje relevante de las materias primas para el desarrollo económico e industrial de nuestro país, antiguamente como productor mundial de nitratos y actualmente un productor de cobre, el enfoque mono productor de la industria minera hace que Chile sea un país económicamente vulnerable y dependiente en el presente de su recurso mineral principal, el cobre. Esta dependencia se relaciona con las 1

características geológicas de la superficie terrestre de nuestro país y con el posible bajo aprovechamiento de los metales presentes en la mineralogía anexa al elemento de mayor importancia (Townley y Díaz, 2017), como por ejemplo en este caso específico, el cobalto presente en yacimientos cupríferos. La demanda de cobalto crece cada año, debido a que este es considerado como un metal estratégico y se reconoce como un recurso “imprescindible para el funcionamiento de la economía mundial”, según señala la revista científica Ciencia Popular (2008). Se ha estimado que supera incluso la oferta mundial actual, lo que se ve reflejado en que las cifras de producción del mayor productor mundial de cobalto, que no cubre la demanda de China que es el mayor comprador de este metal, lo que ha provocado que los precios hayan aumentado hasta cuatro veces más rápido que los principales metales en el último año. (Bloomberg, 2017) Por otro lado, se sabe que el cobalto, es uno de los principales componentes de la nueva generación de baterías recargables, lo cual implica una nueva gama de aplicación para este ya importante metal, siendo este un punto estratégico de la investigación desarrollada en el presente informe, centrando fuertemente el interés en fuentes de extracción de cobalto como subproducto en nuestro país, y en concomitancia con ello, la necesidad de conocer los procesos metalúrgicos involucrados en su extracción y tratamiento posterior.

1.1.

Objetivo general 

Presentar un estudio acerca de recursos potenciales de cobalto en yacimientos mineros de sulfuros de cobre en Chile, para incentivar el desarrollo de una industria productora de cobalto.

2

1.2.

Objetivos específicos 

Investigar potenciales yacimientos de cobalto en Chile.



Estudiar la demanda actual y proyecciones del metal en el mundo.



Definir procesos de tratamiento metalúrgico de cobalto, aplicables a la minería Chilena.

3

2. MARCO TEORICO

2.1.

El cobalto Antecedentes generales

La etimología del Cobalto deriva del griego mediante Alemania Medieval “Kobold” , que significa mal duende. El Cobalto es un elemento químico, con simbología Co y número atómico 27. En la tabla periódica, en nomenclatura IUPAC, se posiciona en el grupo 8 que pertenece a la familia de los metales de transición y es ubicado entre el Níquel y el Hierro. (Vassallo, 2008) Los primeras aplicaciones metalúrgicas de éste elemento, datan de 2600 a.C. aproximadamente, cuando fue utilizado por artesanos Egipcios, como sustancia colorante para cerámicas y vidrios, lo anterior ha sido evidenciado por el Cobalto encontrado en los vestigios en tumbas del Antiguo Egipcio. También en la literatura se denomina al Cobalto, el metal de transición más poderoso, debido a que sólo basta una concentración de 0,02% de Óxido de cobalto (CoO), en fase acuosa, en vidrios y cerámicas para producirle un profundo color azul. El primer vidrio azul fue fabricado en la Edad de Bronce en imitación a la piedra semi-preciosa Lápiz Lázuli. (Henderzon, 2013) Y no fue hasta entonces, en 1735 que, Georg Brandt, científico sueco, demostró que el común color azul en los vidrios provenía de un nuevo elemento químico, el Cobalto. Más tarde en 1780, Torbern Bergman, publicó como elemento al cobalto metálico. El cual es de color plateado y posee ciertas propiedades que incluyen ferromagnetismo, dureza y resistencia al desgaste a altas temperaturas cuando tiene comportamiento aleante, además de poseer baja conductividad térmica y eléctrica, un alto punto de fusión (Slack, 2017).

4

Propiedades físicas y químicas El cobalto (Co), posee una masa atómica de 58,933200 (u), número atómico o de protones en su núcleo de 27, su configuración electrónica abreviada es [Ar] 3d74s2, dada su cercanía al gas noble Argón, pertenece al grupo 9 y periodo 4 de la tabla periódica y su estructura cristalina es hexagonal. Tiene un aspecto metálico grisáceo, su densidad es de 8,9 (g/cm3), su punto de fusión y ebullición son de 1.495°C y 2.927°C respectivamente (punto de fusión con valor cercano al del níquel de 1.453°C, lo que indica su alta afinidad con este elemento). (Lentech, 2017) Este metal, se presenta en fases metálicas de los meteoritos y en menas de cobalto como la cobaltita (CoAsS), eritrina (Co3(AsO4)2 * 8H2O), cobaltocalcita ((Ca,Co)CO3) y escuterudita ((Co,Ni,Fe)As2-3), pero no es posible encontrarlo como metal nativo (Lluch, 2015). Su obtención se centra en las pequeñas concentraciones que se encuentran en los minerales de cobre o níquel, recuperándolo a partir de concentraciones de sulfatos de Co-Cu, Ni-Co, concentraciones de óxidos de CuCo y de las menas de laterita y arseniuro (Vassallo, 2008) y la producción mundial se obtiene como subproducto de los diversos procesos de extracción de níquel y cobre (Fernández, 2018). Hay que tener en cuenta que los depósitos minerales con leyes de interés económico en cobalto, son excepcionales, y es por ello que la recuperación de este escaso metal suele tener un carácter subsidiario respecto a los procesos de concentración industrial de otros metales a los que se asocia en la naturaleza, como lo son el Cu, Ni, cromo (Cr), plata (Ag), oro (Au) o uranio (U) (Quiminet, 2006).

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Usos y aplicaciones El cobalto, debido a sus propiedades físicas y químicas características posee importantes propiedades por sobre otros metales conocidos. Su alto punto de fusión y electronegatividad media le otorgan una amplia gama de interacciones atómicas, lo que le brinda una gran variedad de usos y aplicaciones industriales. (Lazcano, 2012). Podemos clasificar los usos de este metal como se muestra a continuación: a) Metalúrgico: super aleaciones, revestimientos resistentes al desgaste, aceros de alta capacidad, aleaciones magnéticas y resistentes a la corrosión y herramientas de corte en procesos de fabricación para fresadoras. b) Químico: catalizadores, adhesivos, recubrimientos metálicos y base de esmaltes vitrificados, esterilización de alimentos (pasteurización fría) y agricultura, galvanoplastia y medicina. c) Minero: conformado de metal (dibujo de alambre, laminado en frío, herramientas de prensa, cuchillas de corte, taladros de roca, elementos de resistencia al desgaste (válvulas, asientos, sellos) y aplicaciones de alto módulo (barras de perforación, herramientas de guía). d) Electrónica: marterial de grabación, aleaciones de expansión combinada, cintas magnéticas, electrodos de baterías eléctricas y cables de acero de neumáticos baterías

6

Efectos ambientales El cobalto se encuentra muy distribuido en la atmosfera, debido a sus diversas formas de llegar a esta, iniciando por (a) procesos mineros como la combustión de carbón, el procesamiento de minerales y la producción de compuestos químicos. Estos liberan pequeñas concentraciones de este metal a la atmosfera, cuando el cobalto entra en contacto con aire y agua, se puede depositar sobre la tierra y a través de la escorrentía de agua de lluvia entra en contacto con el medioambiente o puede ocurrir que las partículas del Cobalto no lleven a cabo este proceso y se trasladen en forma sólida por el aire. (Lentech, 2017) Otro caso de contaminación al ambiente es mediante (b) isótopos artificiales radiactivos del cobalto, los cuales pueden ser liberados a través de las operaciones de plantas de energía o accidentes nucleares, más no se consideran particularmente peligrosos, puesto que su desintegración es rápida. (Lentech, 2017) A causa de esto las personas estamos muy expuestas a contaminar nuestros cuerpos con este elemento, sobre todo las que están inmersas en trabajos relacionados con la extracción de cobalto como metal. Los suelos y el aire cercanos a minas y fundiciones que tratan este elemento como tal o que poseen yacimientos con menas que contienen Cobalto, suelen tener una alta contaminación por este elemento, así que la toma por los humanos puede causar efectos sobre la salud.

7

Efectos a la salud El cobalto tiene efectos tanto nocivos como beneficiosos para la salud del ser humano, dependiendo de cómo se presente: 2.1.5.1.

Efectos nocivos para la salud

Como se menciona en los efectos ambientales, es posible el contacto con el cobalto mediante la respiración debido a su presencia en el aire, es así como este puede causar efectos dañinos en los pulmones como asma y/o neumonía. También se puede generar su ingesta al cuerpo, debido a su presencia en alimentos contaminados (a causa de que las plantas o vegetales crecen sobre suelos contaminados) que acumulan pequeñas partículas de cobalto en sus frutos y semillas, de esta manera puede causar además: vómitos y náuseas, problemas de visión, problemas de corazón o inclusive daño a un importante órgano humano como lo es la Tiroides (Lentech, 2017). Otro efecto adverso para la salud es causado por la radiación de los isótopos radiactivos del cobalto, los cuales al ingresar al cuerpo humano son capaces de provocar pérdida de pelo, vómitos, sangrado, diarreas, estado de coma, esterilidad e incluso la muerte. Aun así estos isotopos son utilizados en tecnologías para la cura del cáncer y a pesar de las adversidades para la salud general de los pacientes, el cobalto puede provocar un efecto benéfico. (Lentech, 2017). Si se trata de la industria y los procesos relacionados con cobalto, ya sea para su concentración, refinación o fabricaciones, existe una alta exposición por parte de los trabajadores, que en consecuencia generan un daño irremediable a su salud. (ATSDR, 2016) Como producto de esto se establecen las normas OHSAS 18.001 (1999) que relaciona la seguridad y la salud en el trabajo, actualizada a la nueva ISO 45001 (2017) que indica que para una jornada laboral de 8 horas, se establece como límite máximo 0,1 mg de cobalto no radiactivo por metro cúbico en el aire (ATSDR, 2016). 8

2.1.5.2.

Efectos beneficiosos para la salud

Por otro lado, el cobalto genera efectos beneficiosos al formar parte de la cobaltoamina, conocida coloquialmente como vitamina B12, esta es la única vitamina que contiene un ion metálico. (Lentech, 2017) Esta vitamina es primordial para la correcta salud de los seres humanos y es muy recomendada para pacientes anémicos debido a que estimula la producción de glóbulos rojos, gracias a esto último ayuda a disminuir el riesgo de anemia (Delage, 2014). 2.2.

Minerales de cobalto

Una amplia gama de minerales contiene cobalto, aunque muchos son raros o únicos para cada localidad. Hay aproximadamente 30 minerales principales que contienen cobalto y más de un centenar más que contienen cantidades menores del metal o incluyen cobalto como sustituto de otros elementos. El cobalto puede sustituir a los metales de transición en muchos encontrados en el lugar del hierro y el níquel ya que comparten muchas propiedades similares. Los grupos más comunes de minerales son los sulfuros, sulfosales, arseniuros y óxidos, encontrados en depósitos económicos. Ver fig. (Fuente: British Geological Survey, 2009). Tabla 1. Minerales que contienen Cobalto en depósitos económicos. (Fuente: British Geological Survey, 2009). Mineral

Grupo

Fórmula

Ejemplo Depósitos Daniel

Eritrita

Arseniato

Co3(AsO)4 * 8H2O

de

Mine,

Alemania;

Bou

Azzer, Marruecos. Escuterudita

Arseniuro

(Co, Ni)As3

Skutterud Mines, Noruega; Bou

9

Azzer,

Marruecos,

Chile . Sudbury, Cobaltita

Canadá; Broken Hill,

Sulfosal

CoAsS

New South Wales, Australia, Chile. Chambishi,

Carrolita

Sulfuro

Copperbelt, Zambia;

Cu(Co, Ni)2S4

Carroll

County,

Maryland, USA. Bou Linneita

Sulfuro

Azzer,

Marruecos; Nor’ilsk,

Co3S4

Rusia. Koniambo Asbolita

Óxido

(Co, Mn

+2

Ni)2-x

(O, OH)4 n H2O

Massif,

Nueva

Celedonia (Oceanía).

Con lo que respecta a los minerales encontrados en yacimientos económicamente rentables, el enfoque de esta investigación es a los recursos mineralógicos de nuestro país, es decir, la ocurrencia de cobalto en Chile, la cual está distribuida como arseniato, Eritrina, o sulfoarseniuros, arseniuros, tales como; Cobaltita, Esmaltita, Escuterudita, saflorita y piritas cobaltíferas, minerales que tienen asociaciones de calcopirita, pirita, blenda, galena y/o sulfuros de plata (Townley & Díaz and Luca, 2017).

10

2.3.

Depósitos Depósitos Terrestres. Las concentraciones económicas de cobalto se pueden encontrar en

cuatro entornos geológicos diferentes, que se muestran en el gráfico circular, Fig. 1. El cobalto es casi siempre un co-producto de la minería para los otros metales básicos, principalmente níquel y cobre. La figura 1 representa la distribución mundial de Cobalto contenido en los distintos tipos de depósitos de minerales, observándose que la mayor parte, 41%, del cobalto se encuentra, en forma de sedimentos estratiformes de cobre – cobalto, alojados en zonas estratificadas de silicio carbonato. Los huéspedes de mineral importantes en algunos depósitos son brechas gigantes que se originaron por la disolución de antiguas salinas. A nivel mundial, los depósitos contienen calcopirita, pirita y carrolita, más cantidades menores de bornita y calcosina, en material de ganga compuesto principalmente de feldespato de potasio, moscovita, biotita, albita, cuarzo y carbonato. (Slack et al., 2017)

8% 15% 36% 41%

Sulfuro Magmático Ni-Cu(-Co-PGE)

Sedimentos Estratiformes Cu-Co

Ni-Co Lateritas

otro

Figura 1: Depósitos Terrestres: Cobalto contenido en los distintos tipos de recursos minerales (Fuente: Slack, Kimball, & Shedd, 2017).

El 36 % de la distribución mundial de cobre corresponde a lateritas, las cuales son minerales rojos que se desarrollan en climas tropicales húmedos 11

durante la erosión de diversos tipos de roca madre, ya sea, en forma de limonita o serpentina. Las limonitas son principales óxidos de hierro que contienen níquel y cobalto y cantidades menores de magnesio siliceo. El 15 % corresponde al cobalto contenido en depósitos de sulfuro de Ni-Cu (-CoPGE) alojados en rocas ígneas máficas y ultramáficas. Este tipo de depósito comprende sulfuros semi masivos a masivos que ocurren dentro o cerca de las zonas basales de complejos intrusivos estratificados, en conductos magmáticos discordantes, y dentro de intrusiones ultramáficas y flujos de lava. Y finalmente el porcentaje restante, indica proporción mundial de cobalto distribuido en otros depósitos que a escala global han producido cantidades relativamente menores de cobalto incluyen los siguientes: (a) Ni-Cu-Zn-Co alojado en pizarra negra, (b) skarn y reemplazo de Fe-Cu-Co, (c) óxido de hierroCu-Au (-Ag-U-REE-Co-Ni), (d) Co-Cu-Au hospedado en roca metasedimentaria, (e) Zn-Pb (-O-Ni) de tipo valle del Mississippi, (f) polimetálico (Ag-Ni-Co-As-Bi) y otros cobalto- venas ricas, y (g) sulfuros masivos volcánicos de Cu (-Zn-Co-AgAu). Los depósitos de cobalto identificados en el fondo del mar, que pueden explotarse en el futuro, incluyen nódulos de Fe-Mn (-Ni-Cu-Co-Mo), costras de Fe-Mn (-Co-Mo-REE) y Cu volcanogénico (- Zn-Co-Ag-Au) sulfuros masivos. Depósitos marinos Los mayores recursos están distribuidos en las costas y nódulos ferromagnésicos en el fondo marino, por lo que la exploración y explotación de los nódulos de manganeso es necesaria para satisfacer las demandas futuras en el mundo. (Senanayake, 2011), aunque no son económicamente viables con la tecnología actual y las condiciones económicas.

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La figura 2, muestra los depósitos marinos de cobalto en el mundo, pero que para efecto del seminario corresponde a sólo antecedentes de la distribución de cobalto en el mundo. 6%

1%

3%

7% 38%

45%

Costras Fe-Mn(Co-Mo-TR)

Nódulos Fe-Mn(-Ni-Cu-Co)

Sedimentos Estratiformes Cu-Co

Ni-Co Lateritas

otro

Sulfuro Magmático Ni-Cu(-Co-PGE)

Figura 2: Depósitos Marinos: Cobalto contenido en los distintos tipos de recursos minerales. (Fuente: Slack et al., 2017).

Se estima que la producción de cobalto durante las próximas décadas estará dominada por la extracción de lateritas Ni-Co y depósitos de Cu-Co, con una distribución menor en depósitos de sulfuros magmáticos de Ni-Cu (-CoPGM). (Slack et al., 2017) Proceso industrial aplicable a cobalto Concentración por flotación El procesamiento de minerales sigue como objetivo maximizar tanto la recuperación como la ley del mineral de interés. Tras el procesamiento, el producto adquiere un valor de mercado y puede transarse. Por lo tanto, el procesamiento de minerales genera el primer producto comercializable o con precio y mercado de referencia (Carmona, 2013).

13

Debido a las limitaciones con respecto a la pureza del concentrado y la recuperación de las especies valiosas del proceso de flotación, es que se hace importante generar de forma eficiente las condiciones necesarias durante las operaciones. (COCHILCO, 2016). Variables que afectan a la flotación 2.3.4.1.

Reactivos

Para llevar a cabo una concentración por flotación del mineral se le adiciona ciertos tipos de reactivos, con el fin que se produzca una concentración selectiva y más eficiente. 2.3.4.2.

Espumantes

Son agentes tenso-activos que eviten la coalescencia de burbujas y que permiten la generación de una espuma estable para la concentración de las partículas de interés. Además, los espumantes deberán cumplir con: ser reactivos deben ser de bajo costo, no deben tener impactos negativos sobre el medio ambiente al ser usados a gran escala, no deben ser significativamente afectados por cambios en el pH del medio en la celda de flotación, deben poseer una estructura inerte que no interfiera y sea compatible con la calidad y función de otros reactivos usados en flotación, la espuma generada debe poseer adecuadas propiedades reológicas que permitan un apropiado flujo luego de su evacuación desde la celda y deben mezclarse adecuadamente con el medio. (Allendes, 2009) 2.3.4.3.

Colectores

Los colectores son compuestos orgánicos que poseen dipolos. El grupo polar corresponde a la parte activa que se adsorbe (física o químicamente), en la superficie del mineral. La parte apolar se orienta hacia la fase líquida, confiriéndole al mineral el carácter hidrofóbico.

14

Un tipo de colectores son los xantatos, descritos a lo largo de este informe. Estos son Productos sólidos usados en la flotación de minerales sulfurados y metálicos. Los xantatos son sustancialmente no espumantes y por lo tanto pueden emplearse en cualquier cantidad necesaria, sin peligro de producir espumación excesiva. Esto hace posible que, mediante el uso de agentes espumantes no colectores en combinación con los xantatos, se logre un control altamente flexible y separado de la acción colectora y espumante, lo cual es una gran ventaja para mantener las condiciones adecuadas de flotación durante los cambios de mineral. (Lupo & Utani, 2014) Estos reactivos son ampliamente usados para todos los minerales sulfurados, con una tendencia fuerte a flotar sulfuros de hierro, salvo que se usen depresores.

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3. RESERVAS Y PRODUCCIÓN MUNDIAL DE COBALTO

Se estima que los recursos mundiales de cobalto son aproximadamente 145 millones de toneladas métricas entre depósitos terrestres y marítimos. Además se estima que 7,1 millones del material es económicamente extraíble, luego de una serie de investigaciones realizadas en el siglo XXI. La producción mundial alcanzó las 110.000 toneladas métricas. (U.S. Geological Survey & Circular, 2018).

Principales países

Nueva Caledonia

200.00

Rusia

250,000.00

Zambia

270,000.00

Canadá

250,000.00

Cuba Otros Australia

500.00 560,000.00 1,200,000.00

Congo

3,500,000.00

Reservas estimadas en tonelada

Figura 3: Reservas de cobalto por país en toneladas métricas (Fuente: U.S. Geological Survey, Mineral Commodity Summaries, January 2018).

No obstante lo anterior, la oferta se puede ver afectada debido a la alta concentración de recursos en un solo país: la República democrática del Congo (RDC), de donde proviene más del 50% de todo el cobalto utilizado en refinamiento. La RDC, es conocida por su inestabilidad política y su confrontación por los derechos de propiedad de sus recursos minerales, por consiguiente cualquier conflicto con respecto a las principales minas podría afectar al mercado.

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Otro foco de alerta proviene del hecho que aproximadamente el 20% del cobalto exportado de RDC, es extraído manualmente, con trabajo infantil lo que genera problemas éticos y de reputación para los miembros productores de la alta tecnología. (Amnesty International, 2017). La producción se distribuye en tres grandes principales productores, Glencore, Gecamines y China Molybdenum, los que representan alrededor del 40% de la producción mundial. Además, el 90% aproximadamente de cobalto se extrae como subproducto de la extracción de Cobre y Níquel. (Casillas & Navas, 2018). Cobalt Institute (CI), estima que el suministro total de cobalto refinado en el año 2017, proveniente de fuentes principales, fue de 116.937 toneladas, que es 24.5% mayor a la producción del año anterior. La Tabla siguiente, indica producción de cobalto refinado por cada miembro productor, liderando el ranking, Freeport Cobalt, Finlandia.

Figura 4: Miembros del CI productores de Cobalto, 2017. (Fuente: Elaboración propia. Basado (“2018 Cobalt Institute Annual Conference 2018 Cobalt Institute Annual Conference,” 2019)

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La figura 4, corresponde a la producción de productores de cobalto refinado que no pertenecen a la compañías miembros del CI, reportando que China alcanzó una producción anual aproximada de 70.000 toneladas métricas, lo que representa un aumento de 25.000 toneladas, incrementando sobre el 50% de su producción anual anterior. Las cifras de producción incluyen cualquier subproducto de cobalto producido a partir de mineral de níquel importado.(“2018 Cobalt Institute Annual Conference 2018 Cobalt Institute Annual Conference,” 2019)

Figura 5: Productores de Cobalto Refinado que no son miembros del CI (Fuente: Elaboración propia, basado en: (“2018 Cobalt Institute Annual Conference 2018 Cobalt Institute Annual Conference,” 2019).

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4. ANTECEDENTES Y POTENCIALES RESERVAS DE COBALTO EN CHILE

No fue hasta 1905 que se descubrieron las propiedades del Cobalto como un componente para los aceros para herramientas rápidas, las cuales tuvieron un gran desarrollo con la llegada de la primera guerra mundial. A partir de esta época el Cobalto se convirtió en un metal estratégico, el cual podía usarse tanto como herramienta de corte y perforación, imán permanente, aleación magnética, entre otros. Llegada la segunda guerra mundial el Cobalto nuevamente toma impulso, clasificándose en el grupo 30 de los minerales estratégicos, ocupando el 250 lugar de los metales sujetos a almacenaje hasta el año 1943, fecha en que se liberó. (D,Aubarede, 1969) En chile los yacimientos de cobalto están ubicados principalmente en las regiones norteñas de Atacama y Coquimbo, los cuales fueron explotados durante el siglo XVIII y reactivados desde 1939 hasta 1945 en donde se logra extraer aproximadamente 6.500 toneladas con leyes que van del 6 al 15%, sin embargo, el término de la segunda guerra mundial dio paso a la paralización de las faenas de explotación y producción de cobalto, en la tabla 1 se pueden ver las regiones que comprende la zona cobaltifera junto con sus principales distritos. Los yacimientos explotados corresponden a origen primario, su genesis corresponde a la de los yacimientos hipotermales vetiformes, formados a una temperatura que varía entre 300°C – 500°C y a altas presiones. La mineralización en términos generales está formada por cobaltita y lollingita cobaltífera como únicos minerales metálicos, o bien por danaita y cobaltita como minerales accesorios en menas de Cu, Ag o Ni (D,Aubarede, 1969).

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Tabla 1: Principales distritos de Cobalto (Fuente: Evaluación de los conocimientos existentes sobre cobalto, manganeso y mercurio por Guillermo D’aubarede, 1969).

Región Atacama

Distritos Vall

Sa

Sierr

e del Río

n Juan -

a de

Copiapó

Freirina

Totorilla

O’Higgin s

Coquimbo

Quebrada Varilla

Tambillos

Aconcagu

Cerro Coligüe –

Cajón del Río Blanco

a Santiago

El Boldo Valle del Río

Cajón del Maipo

Volcán O’Higgins

Río Pangal

Chile es un país minero que se ha caracterizado principalmente por haber sido productor mundial de salitre y actualmente de cobre, este enfoque mono productor hace que la minería chilena sea demasiado dependiente de un solo recurso mineral a explotar, es por esta razón que se ha buscado obtener beneficios económicos mediante otros recursos minerales. Hoy en día el desarrollo de los vehículos eléctricos ha disparado la demande de litio, níquel, cobalto y manganeso, siendo esta una oportunidad para que Chile diversifique su producción minera (Townley, Diaz y Luca). Es por esto que ya se han tomado cartas en el asunto y se ha realizado un estudio sobre los potenciales recursos de cobalto y manganeso en Chile por investigadores del Advanced Mining Technology Center de la Universidad de Chile, en este estudio se evaluan varios de los distritos mencionandos anteriormente con el fin de proveer una visión general de los potenciales recursos existentes en Chile, enfocándose en las regiones de Atacama, Coquimbo y Metropolitana.

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5. DEMANDA MUNDIAL DE COBALTO

El cobalto es un metal que actualmente es de mucha importancia a nivel mundial en el aspecto tecnológico, su uso principal corresponde a la fabricación de materiales de cátodos para baterías recargables, en donde destacan las baterías de iones de litio las cuales permiten que funcionen los vehículos electrónicos (VE), teléfonos móviles y ordenadores, entre otros dispositivos electrónicos. En la figura 6 se puede ver como la producción de cobalto ha ido incrementando lentamente desde 1950 teniendo un gran crecimiento a partir del año 2010 debido a la demanda tecnológica, en el 2011 se produjeron aproximadamente 109.000 toneladas de cobalto recuperable en minerales, concentrados y productos intermedios de cobalto, cobre, platino, níquel y operaciones de zinc. (Ver figura 9).

Figura 6: Producción mundial de la mina de cobalto de 1950 a 2011. La producción consiste en el contenido recuperable de cobalto de minerales, concentrados y productos intermedios de las operaciones de cobalto, cobre, platino, níquel y zinc (Fuente: U.S. Geological Survey, 2013).

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Figura 7: Precios del litio. (Fuente: BBVA Reseach y Blomberg New Energy Finance)

En la figura 10 se pueden ver los principales países en donde se extrajo cobalto en 2011, destacándose la República Democrática del Congo con un 55% de producción a nivel mundial, por lo que más de la mitad del suministro mundial de cobalto se estaba extrayendo en el Congo. Este país tiene un índice de alto riesgo para hacer negocios debido a una infraestructura deficiente, nacionalismo de recursos, una alta percepción de corrupción y una falta de transparencia, así como guerras durante la década de 1990 a principios de la década de 2000, tensión persistente en la parte oriental del país con riesgo sustancial de guerra civil. China fue el principal refinador de cobalto en 2011, y gran parte de su producción proviene de minerales de cobalto, concentrados y materiales parcialmente refinados importados de Congo. (Slack, Kimball y Shedd)

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Figura 8: Precio al contado del Cobalto en la Bolsa de Metales de Londres (Fuente: BBVA Research y Blomberg New Energy Finance).

Figura 9: Producción mundial de cobalto y refinería, y el consumo aparente de 2007 a 2011. La producción minera consiste en el contenido recuperable de cobalto de minerales, concentrados y productos intermedios de cobalto, cobre, níquel, platino y zinc (Fuente1: Instituto de Desarrollo de Cobalto y Oficina Mundial de Estadísticas del Metal, 2011) (Fuente 2: Instituto de Desarrollo de Cobalto, 2012) (Fuente 3: Shedd, 2013).

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Figura 10: Porcentaje de la producción minera mundial de cobalto en 2011, por país. Las fuentes de producción son las operaciones de cobalto, cobre, níquel, elemento de grupo del platino y zinc (Fuente: Shedd, 2013).

Volviendo al mercado actual, el cobalto no es el único metal emergente ya que de la mano está el litio, ambos metales son lo último en tendencia en los mercados de productos básicos, esto se demuestra en las figuras 7 y 8 en donde se puede apreciar el crecimiento en sus precios desde el 2016. Aunque la demanda de ambos metales ha sido elevada durante un tiempo debido a su uso en productos electrónicos de consumo, el reciente aumento en los precios es en gran medida el resultado de las expectativas positivas generadas por el rápido crecimiento de las ventas de vehículos eléctricos (VE). La proporción de demanda de litio utilizado en la producción de vehículos eléctricos pasó del 20 % en 2014 al 49 % en 2018. Según Bloomberg New Energy Finance (BNEF), esta proporción de demanda podría alcanzar el 90 % hacia 2030. Mientras tanto, la proporción del cobalto utilizado en la fabricación de vehículos eléctricos pasó del 1 % en 2014 al 8 %, y podría llegar al 49 % hacia 2030 (Casillas y Nava, 2018). En la figura 11 se puede ver una proyección de la demanda de cobalto hasta el 2030, BNEF dice que las ventas anuales mundiales de vehículos 24

eléctricos (VE) llegaran a los 11 millones para el 2025 y 30 millones en el 2030. Por lo que los VE podrían alcanzar una cuota de mercado en todo el transito comercial del 55% para el 2040, todo esto implicaría una demanda anual del cobalto de 123.349 toneladas en 2018 a 359.556 en 2030.

Figura 11: Demanda de cobalto por segmento (Fuente: BBVA Research y Bloomberg New Energy Finance).

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6. TIPOS DE YACIMIENTOS EN CHILE

En base a un estudio encargado por Corfo y realizado por investigadores del Advanced Mining Technology Center de la Universidad de Chile, se desprende que el mineral puede ser extraído como un producto primario, un subproducto o bien recuperarse desde relaves (Minería Chilena, 2018). 6.1.

Yacimientos de cobalto como mena primaria

A partir de los antecedentes históricos de Chile en cuanto a la producción de cobalto, algunos de ellos ya mencionados en la sección 4, los investigadores de Advanced Mining technology determinaron que la Cobaltera, Carrizal alto y Tambillos-Minillas corresponden a distritos con potencial para extraer cobalto. Brian Townley quien es uno de los investigadores declara en revista minería chilena: “Fuimos al distrito de San Juan, sacamos muestra y corroboramos la existencia de cobalto. En este distrito hay potencial para yacimientos de cobalto primario. Hasta la fecha, existe explotación, pero lo que se explota ahí es lo que es más rico en cobre, cobre-oro, y eso va a la planta de procesamiento de Enami en Vallenar, y si hay cobalto pasa derecho al relave”. Puntualiza que La Cobaltera –visitada por los investigadores– y Carrizal Alto son yacimientos polimetálicos, donde hay cobre, fierro, cobalto y probablemente algo de níquel. “El gran desafío aquí es que, si se van a explotar, éstos se valorarán si es que se tiene una línea de procesamiento y recuperación metalúrgica que permita acceder a recuperar lo más posible. Entonces, se van a tener que recuperar sí o sí el cobre, el oro y, por supuesto, el cobalto; y si en ese proceso es todo rentable, se va a pagar la inversión y el costo de operación” (Minería Chilena, 2018).

26

6.2.

Yacimientos de cobalto como subproducto

Los yacimientos La Candelaria y yacimientos en el distrito Punta del Cobre pudiesen representar un blanco de evaluación. En estos yacimientos si bien no se reporta recuperación de cobalto como sub producto o crédito de operación, dado el tipo de yacimiento y mineralización pudiese existir un potencial no evaluado. Otro yacimiento de este tipo corresponde a Manto Verde, localizado al este de Chañaral, hospedado en el Sistema de Fallas de Atacama (SFA), también un yacimiento en el cual no se reporta recuperación de cobalto, pero donde no es descartable su ocurrencia (Townley, Díaz y Luca, 2018). El estudio no descarta que en los yacimientos tipo óxidos de hierro-apatito (IOA) pudiese estar presente el cobalto como un potencial sub producto, de estos yacimientos los principales en explotación son Los Colorados, El Algarrobo y El Romeral. También se da énfasis a no descartar la posible ocurrencia de minerales de cobalto asociados con pórfidos cupríferos. Dado que la afinidad del cobalto en sulfuros ocurre con arsénico, y que este elemento es un castigo en los concentrados de cobre, se recomendaría evaluar las concentraciones y posible ocurrencia mineral de cobalto en este tipo de yacimientos (Townley, Díaz y Luca, 2018). Los investigadores dan como última alternativa de presencia de cobalto, los yacimientos de polimetálicos de metales base, como, por ejemplo, yacimientos de vetas y skarn en la región de Aysén, o yacimientos de sulfuros masivos en la región de Magallanes. 6.3.

Relaves con potenciales de cobalto

A la fecha existen estudios en curso que buscan determinar los potenciales elementos / minerales de interés económico y estratégico que pudieran estar contenidos en relaves. Un estudio del estado del arte de relaves en Chile, en el cual se ha empleado valiosa información de Sernageomin que describe concentraciones geoquímicas multi elementos de relaves Chilenos permite una primera aproximación respecto de aquellos que pudieran representar algún 27

potencial por cobalto. De acuerdo a dicho estudio (Caraballo et al., 2017) las máximas concentraciones reportadas se encuentran en muestras de cubetas de los depósitos Delirio 3 de Punitaqui, región de Coquimbo, con 190 ppm Co, María Isabel (98 ppm Co), en la comuna Tierra Amarilla, y Filtrados de Potrerillos en la comuna Diego de Almagro (88 ppm Co), ambos ubicados en la región de Atacama (Townley, Díaz y Luca, 2018).

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7. PROCESOS DE EXTRACCIÓN Y TRATAMIENTO DE COBALTO

Como ya se vio a lo largo de la investigación, las reservas mundiales de cobalto son amplias, los recursos de este metal abundan, por lo que la metalurgia extractiva de cobalto es muy amplia y se conocen variados procesos para la extracción y tratamiento de este. El beneficio de los minerales que contienen cobalto puede ser vía concentración (sin considerar éste como producto final), hidrometalurgia y pirometalurgia o básicamente por una

combinación de

procesos pirometalúrgicos e hidrometalúrgicos (Pepper, 1983). Esto va a depender de la mineralogía, y contenido de agentes contaminantes que esté presente en el mineral tratado. Se estima que la mitad de la producción mundial de Cobalto es un subproducto de la extracción del Níquel y aproximadamente un 20% de éste elemento es proporcionado por los yacimientos Cobre-Cobalto, éste último también como subproducto. (Crundwell, 2011) La exposición referente a los procesos para producción de cobalto es baja en las bibliografías y en algunos casos es incompleta sobretodo respecto a parámetros operacionales, variables y condiciones que gobiernan el proceso, esto es debido a que la información se encuentra bajo derecho exclusivo de las compañías que tratan este metal como mena principal, por lo que patentan su tratamiento. (Lluch, 2015) Los minerales de cobalto asociados a sulfuros de cobre, se tratan mediante concentración por flotación, para obtener un concentrado de cobre, como producto principal y un concentrado de cobalto normalmente con alto contenido de arsénico, debido a la mineralogía de las especies presentes, por lo que se requiere una etapa de tostado. Los concentrados de cobalto que contienen arsénico se tuestan en un lecho fluidizado para eliminar entre un 60% 29

a un 70% de arsénico (Northerncobalt, 2017). Posterior a esto se incluye una lixiviación a presión. Al finalizar el proceso, el producto de cobalto se puede dar en forma de polvos, briquetas, cátodos y lingotes dependiendo de su uso final. Por lo general, los polvos se pueden disolver y fundir fácilmente, es por ello que son considerados los más adecuados para procesos químicos, mientras que los cátodos y lingotes son más apropiados para usos con fines metalúrgicos (British Geological Survey, 2009). 7.1.

Minerales de cobre-cobalto

Los minerales de cobre y cobalto, poseen gran interés económico para nuestro país debido a nuestra extracción principal de cobre, entre ellos se destaca la carrolita (Cu(Co.Ni)2S4), y sus minerales asociados: cobaltitas (CoAsS), escuteruditas ((Co, Ni)As3), linaeite (Co3S4 ). Estos a menudo se asocian con minerales de cobre y pirita y sulfuros de hierro (pirrotita), (Ballester, et al., 2011) pero el contenido de cobalto se pierde en relaves, al ser tratada la mena únicamente para la obtención de cobre como metal de interés. Actualmente los minerales de cobre y cobalto son tratados comúnmente mediante concentración, de donde se obtiene un concentrado de cobre el cual se comercializa o pasa a procesos de refinación, para posteriormente ser comercializado como cátodos de cobre (Ballester, et al., 2011). Todo este proceso, sin considerar el contenido de cobalto que se pierde en los relaves. En esta sección del seminario se darán a conocer procesos relacionados con el tratamiento de minerales de cobre – cobalto, acorde a la mineralogía presente en los yacimientos chilenos antes descritos. Como ya se ha hablado, la obtención del cobalto metálico mediante minerales cobaltiferos es mínima, obteniéndose la mayor parte de este por concentrados. Este método es bastante complejo debido a que varía según la región o lugar, además del tipo de

30

concentrado a tratar, por lo que no es posible llegar y emular un tratamiento de otro lugar. D’aubarede (1969) expone que en Katanga (Congo) la mayor parte de los minerales son óxidos y poseen una ley de 0,3% a 0,5% de cobalto, el cual se procesa mediante un método térmico y uno electrolítico. Describe que, en el método térmico, los concentrados con una ley de cobalto del 2% se sintetizan y se funden en hornos eléctricos, utilizando caliza como fundente y carbón como reductor, obteniéndose 2 aleaciones, las cuales se separan por densidad. Una de las aleaciones es llamada “roja” siendo esta la más pesada y contiendo un alto porcentaje de cobre (89%) y 4,5% de cobalto, la otra aleación se llama “blanca” con un 42% de cobalto, 15% de cobre y 34% de hierro, pasando esta por 4 procesos. 1. Disolución del ácido sulfúrico. 2. Precipitación del cobalto en forma de carbonato. 3. Tostación del carbonato para reducirlo a óxido. 4. Fusión reductora para pasar del óxido a metal. D’aubarede (1969) aclara que como solamente el Congo produce minerales oxidados de cobalto, hace que el método electrolítico sea privativo de las explotaciones de L’Union Miniere. El método expuesto por D’aubarede (1969) esta resumido de la siguiente forma: 1. Lixiviación acidulada con ácido sulfúrico en presencia de sulfato ferroso que favorece la formación del sulfato Co. 2. Filtración, decantación y clarificación con esperadores para evitar toda partícula en suspensión. 3. La solución, en la que el sulfato ferroso se reduce a la proporción mínima para mantener disuelto el sulfato de cobalto, se pasa a tanques de electrolisis. El cobalto no acompaña al cobre que se deposita y el electrolito, que se vuelve al circuito de lixiviación, se va enriqueciendo en cobalto. Esta operación se repite varias veces 31

quedando finalmente una solución descobrizada, rica en cobalto, níquel, zinc, manganeso y magnesio que se trata con cal precipitándose hidrato de cobalto. 4. Se separa por filtración y se envía a los tanques de electrolisis. La electrolisis debe efectuarse en solución neutra que se obtiene gracias a un exceso de hidrato de cobalto en su suspensión que actúa neutralizando el ácido desprendido con el ánodo, se obtiene un cátodo de cobalto al 92% - 94% con impurezas de Ni, Fe, Cu, Zn y S que se refina en horno eléctrico. En Zambia que se caracteriza por tener minerales sulfurosos, la fusión se ha substituido en gran medida por la tostación oxidante para pasar a sulfatos, lixiviación de estos y electrolisis. D’aubarede (1969) también hace mención de Canadá, en donde los concentrados de minerales arsenicales se tuestan para eliminar el Arsénico que se recupera. Luego de esto, se briquetean con aglomerantes asfaltico y estas briquetas, unidas con minerales ricos molidos, con escorias aprovechables, con fundentes y con coke se cargan en hornos de cuba con inyección de aire. El producto se depura, eliminando la escoria, se vierte y enfría en lingoteras de hierro en las que se separa después de bullión, la mata y el SpeÍss. El bullión de plata se envía al afino. La mata de Cobalto se lixivia para recuperar el Cobalto. Los speiss se muelen y se tuestan para eliminar el As S, se tratan con ácido sulfúrico y se calientan para obtener sulfatos solubles. Estos se disuelven en el agua en tanques con agitadores mecánicos. La solución se filtra y se pasa por espesadores varias veces hasta obtener un "Cake" (queque) del que por fusión se recupera el Pb, el Bi y la Ag. En el líquido queda el Cobalto, aún más unido a otras sales. La plata se precipita por cloruro sódico como cloruro plata. Con clorato sódico se precipita el arseniato de hierro. El cobre se elimina por concentración con chatarra. Se vuelve a repetir el tratamiento con clorato sódico para eliminar los residuos de cobre y de hierro de chatarra y en la solución enriquecida quedan 10 g de Cobalto y 3 g de níquel por litro. Esta solución se 32

pasa a grandes tanques con inyección de aire en los que se añade hipoclorito sódico para precipitar el hidróxido de Cobalto. Se añade solución por dos o tres veces más repitiéndose las operaciones. Después se filtra separando el Co(OH)3. Este se mezcla con un 7% de carbonato sódico y se calcina a 800 ºC para transformarlo en Co2O3. El líquido restante pasa el ciclo de extracción del níquel. D’aubarede (1969) comenta que Estados unidos y Canadá implementaron un sistema con amoniaco y aire comprimido seguido de reducción por hidrogeno con el fin de tratar los minerales y arsenicales. Define las siguientes fases cuando se trata de sulfuros. 1. Los concentrados que contienen 0,5% de Cu, 13% de Ni, 29% de S, 36% de Fe y 2% de Cu, se lixivian con amoniaco y aire comprimido en autoclaves a 82ºC para oxidar los sulfuros. El hierro se deposita como hidróxido y se elimina. 2. Se añade SH2 con el propósito de precipitar el cobre como sulfuro 3. La solución se purifica con una segunda oxidación y cuando su concentración es de 0,8% de Co y 0,8% de Ni se trata con SH 2 para precipitar los sulfuros de estos metales que se separan por filtración. Recuperándose de la solución sulfato amónico por evaporación. 4. El sulfuro mixto con 20% de Co y 20% de Ni, se lixivia con ácido sulfúrico y aire caliente a presión para formar sulfatos solubles. La solución conteniendo los dos sulfatos se puede tratar mediante dos sistemas: a) Se precipita el niquel con hidrogeno y amoniaco en autoclave cuya presión, temperatura y pH se controlen cuidadosamente según la ecuación SO4Ni + 2NH3 + H2 = Ni + SO4(NH4)2. Después de separar el niquel la solución restante se reduce con hidrógeno para obtener el cobalto. b) La solución se oxida con aire caliente y amoníaco hasta producir un sulfato pentamónico de cobalto. Seguidamente, la solución se 33

acidula con ácido sulfúrico para precipitar el sulfato amoniacal de níquel quedando en disolución el sulfato pentamónico de cobalto que se trata con cobalto en polvo, en tanque caliente, para obtener un sulfato amónico de cobalto que se reduce con hidrogeno. Ahora si se trata de Arseniuros D’aubarede (1969) dice que el sistema es el siguiente: 1. Los concentrados se deben diluir en un gran volumen de agua y se pasan por autoclave a presión y a 200ºC. El arsénico con el hierro precipita en arseniato de hierro. Los sulfuros pasan a sulfatos que continúan en la solución después de filtrada esta. Esta solución se refina y se irá variando su pH para eliminar los restos de Fe, Cu y As. 2. La solución sulfatada se trata con amoniaco en autoclaves a 200ºC con inyección de hidrogeno y algún catalizador para favorecer la reducción y la formación de cobalto metal en polvo. 3. Este a la salida del autoclave, se refina en horno eléctrico y se granula en agua fría. Europa obtiene el cobalto mediante la ceniza de piritas de países como Finlandia, Chipre, España, Noruega, Portugal, entre otros. Alemania que es el país en donde principalmente se tratan, mezcla las cenizas de las distintas procedencias obteniendo una composición uniforme. Tabla 2: Composición de las cenizas.

Elemento

Concentración

Fe

54 - 58%

Cu

0,8 – 1,5%

Zn

2 – 3,5%

S

2,5 – 4%

34

Pb

0,3 – 0,7%

SiO2

6 – 10%

Co

300 – 1.500 g/t

Ag

25 – 50 g/t

Au

0,5 – 1,5 g/t

Cd

40 – 100 g/t

Ta

15 – 45 g/t

Aquí D’aubarede (1969) dice que el método se trata de una tostación con sal con el fin de transformar los metales no-ferricos en sales solubles que se lixivian con agua acidulada. El cobalto se cementa con chatarra. El sulfato cristaliza. El hierro se oxida con cloro y aire y se precipita. El proceso de separación de los demás componentes es muy complicado. El cobalto se separa finalmente con por oxidación con cloro e hidróxido de zinc. El tratamiento se va repitiendo varias veces para eliminar las impurezas y el óxido obtenido, nunca totalmente puro, se funde en horno eléctrico obteniéndose el cobalto en su forma de metal que vuelve a fundirse. Finalmente se obtiene cobalto al 99% que se granula en agua fría. Para el caso de Estados unidos, D’aubarede (1969) dice que, las cenizas de piritas tostadas para producción de ácido sulfúrico se tratan por lixiviación y filtración en un ciclo cerrado al que se van añadiendo cenizas hasta obtener una concentración suficiente en la solución. El hierro y cobalto se precipitan por ceniza de sosa y cloro, después se obtiene el hidrato de cobalto con sosa y cloro. Este hidrato se calcina transformándolo en óxido que se reduce con coke en horno de reverbero produciendo cobalto metal. Dentro del estudio ya mencionado de CORFO sobre potenciales recursos de cobaltos, se establece que la ocurrencia de cobalto en Chile se encuentra principalmente incluida en la estructura de la pirrotina, arsenopirita o 35

constituyendo

sulfoarseniuros

y

arseniuros,

como

cobaltita,

esmaltina,

skutterudita, safflorita y piritas cobaltiferas entre otros, o bien en forma de arsenatos, como es la eritrina. Estos minerales, con excepción de la eritrina, normalmente se encuentra asociados con calcopirita, blenda, galena y sulfuros de plata. Townley, Díaz y Luca (2017) afirman que los principales procesos para la concentración de minerales de cobalto son: concentración gravitacional, separación magnética y flotación. Describiéndolos de la siguiente forma: 7.2.

Concentración gravitacional

Aquí se incluyen los procesos como separación en jiggs, mesas vibratorias, espirales y medios densos. El uso de estos va a depender de las características que presente cada mineral, principalmente: alto peso específico del mineral a concentrar, diferencia entre las densidades específicas de la especie mineral y la ganga (generalmente igual a 1 g/cm 3 de diferencia o más), y grado de liberación mineral en molienda de la especie de interés, entre otras. Mediante estos métodos gravitatorios, las especies mineralógicas de cobalto como cobaltita, safflorita, skutterudita y esmaltina pueden separarse con facilidad desde una ganga compuesta de cuarzo o biotita (2,7 g/cm3). La eritrina a su vez presenta un bajo peso, no apto para concentración gravitacional, pero sí es posible separarlo de una ganga de cuarzo en un concentrador magnético, dada la alta susceptibilidad magnética (53,2 x 106 cm3 /g) que presenta esta especie. En general, los arseniuros de cobalto tienen una alta densidad específica, comprendida entre 6,5 a 7,2, propiedad que los hace aptos para separarlos de la ganga contenida usando métodos gravitacionales como jiggs, espirales y mesas vibratorias.

36

La concentración por flotación para arseniuros y sulfo-arseniuros presenta dificultades, dado que estas menas contienen normalmente calcopirita y sulfuros de hierro coma pirita y pirrotina. La calcopirita puede ser fácilmente flotada, depresando el cobalto, en aquellos casos en que ambas especies se presentan claramente separadas. Pero la separación de las especies cobaltíferas de los minerales de hierro presenta dificultades, por cuanto ambas especies presentan similares comportamientos frente a la flotación, sobre todo en el caso de cobaltita. 7.3.

Separación magnética

El separador magnético es un aparato que aprovecha la susceptibilidad magnética elevada que poseen algunos minerales, para ser separados de otros que no poseen esta cualidad. Minerales como pirita con contenido de cobalto [(Fe,Co)S2], puede llegar a contener hasta un 22% de cobalto. Este mineral es una especie de hierro no magnético, por lo que es posible entonces separarlo de otras especies de hierro que sí presentan esta cualidad en un mayor o menor grado, como lo son la pirrotina, magnetita y la hematita. Estos minerales cobaltíferos suelen estar asociados con otras especies de cobre como calcopirita, calcosina y bornita, en diferentes proporciones. El someter estos materiales al proceso de separación magnético, permite obtener un producto útil con un menor peso y mayor ley, respecto de la cabeza original. Otro caso donde se puede ocupar esta metodología es en la presencia de eritrina u otra especie oxidada de cobalto que pueden estar presentes en una gran proporción debido a la alteración de la mena primaria. 7.4.

Concentrado por flotación

En el procesamiento de rocas de mena con minerales sulfurados de cobre y sub producto cobalto, la concentración por flotación se efectúa normalmente de la siguiente manera: a) Flotación global de cobre-cobalto, a partir de un pre concentrado obtenido por la vía gravitacional. 37

b) Flotación selectiva del cobre, depresando el cobalto, a partir del concentrado global obtenido en lo flotación global previa. En yacimientos de tipo polimetálicos se debe determinar la potencialidad del yacimiento con los diferentes metales (Cu, Ni y Co) y la relación entre estos que se obtendrá en el concentrado, esto para determinar el mejor proceso de recuperación de Cobalto. Ademas Cheminova (2017) expone los siguiente procesos de flotación. Secuencia de flotación diferencial Se procede a una flotación selectiva de cobre. El relave de la primera etapa pasa a flotación nuevamente para separar los minerales de hierro. Los reactivos utilizados generalmente para este proceso son: (1) Primera flotación: lechada cal para lograr pH = 10 y depresar pirita y ditiofosfato, (2) Sefgunda flotación: cobrexantato y MBT. Los minerales de cobalto que pasaron en los relaves de la segunda flotación son flotados usando una combinación de xantato y ditiofosfato y/o MBT. Dependiendo de la mineralización del cobalto, el uso de un activador como sulfato de cobre puede suministrar una metalurgia mejorada cuando está flotando con una combinación de xantato y ditiofosfato a un pH de 8-9. (Cheminova, 2017)

Figura 12: Diagrama de flujo de flotación diferencial de minerales de Cu-Co (Fuente: Elaboración propia).

38

Secuencia de flotación convencional Bajo el proceso de flotación convencional y si la mineralización de cobre es calcocita, se busca la separación del cobre y el cobalto, para lo que el pH debe aumentar mínimo hasta 11 con el objetivo de depresar los minerales de cobalto (La depresión de cobalto puede mejorarse mediante pequeñas dosis de cianuro). Si se encuentra el cobalto con calcopirita, se puede llevar a cabo la flotación con xantato a un pH de 10, y hacerse la separación a un pH de 4 con una amina y combinaciones de ácido graso para recuperar los minerales de cobalto. (Cheminova, 2017) Independiente de la elección del proceso de flotación, si tenemos escuterudita por ejemplo, se obtendrá un concentrado de cobalto, generalmente con una ley de con un 20 a 21% de Co en su composición, además con un alto contenido de arsénico, es por esto que se requiere un proceso de tostación Al pasar el concentrado por un proceso de tostado se forma un óxido de cobalto (CoO) y se produce la liberación de trióxido de arsénico (As2O3). Cuando el carbonato de cobalto (CoCO3) pasa por una etapa de tostación, a una temperatura de 400°C aproximadamente, se descompone en dióxido de carbono (CO2) y óxido de cobalto (CoO). (Northerncobalt, 2017) La reacción que gobierna este proceso es la siguiente: 𝐶𝑜𝐴𝑠2 + 2𝑂2 = 𝐶𝑜𝑂 + 𝐴𝑠2𝑂3

(1)

El óxido de cobalto formado en la etapa de tostación, según la reacción anterior, se dirige a una etapa de lixiviación. En esta etapa el material es tratado con ácido sulfúrico o ácido clorhídrico como agente lixiviante, ambos contiene H+, ión que se encarga atacar el átomo de oxígeno en la superficie de la partícula del

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óxido de cobalto en busca de estabilidad química, formando cobalto en forma acuosa y agua, según la reacción: (Xu et al, 2017). 𝐶𝑜𝑂 + 2𝐻+ = 𝐶𝑜+2 + 𝐻2𝑂

(2)

Se sabe que teóricamente si se utiliza ácido clorhídrico como agente lixiviante, el cobalto puede ser extraído usando alamine 336 en meta-xileno o ácido fosfínico Cyanex 272 para generar un PLS con una concentración óptima de cobalto, para ser purificado en etapas de SX y a partir del cual, se puede extraer cobalto por refinación electrolítica o por precipitación con carbonato (Northerncobalt, 2017).

Figura 13: Diagrama de flujo de proceso tostación – lixiviación cobalto (Fuente: Elaboración propia).

Townley, Díaz y Luca (2017) definen también los procesos para obtener el cobalto, siendo estos una combinación pirometalúrgica y química. En el proceso pirometalurgico, el concentrado ya obtenido de las plantas de flotación es tostado porcialmente, mezclado con coke y caliza y fundido en hornos eléctricos, obteniéndose una mata de cobre – cobalto o niquel – cobalto. La mata se trata posteriormente en convertidores en donde se obtiene cobre metalico y una escoria rica en cobalto. La escoria que contiene cobalto, cobre y hierro se funde con coke para obtener una aleación de estos metales que se separan posteriormente por procesos químicos. Dentro de estos procesos químicos destacan los siguientes: 1. Tuesta con Cloruro de Sodio. 40

2. Electro-depositación. 3. Hidrometalurgia a presión. 4. Extracción por solventes. A continuación, Townley, Díaz y Luca (2017) explican los procesos de la siguiente forma: 7.5.

Tuesta con Cloruro de Sodio

Aquí el concentrado se somete a una tuesta con Cloruro de Sodio y luego a una lixiviación de los cloruros producidos. Se precipita algo de arsénico y hierro por intermedio de creta para purificar la solución. El cobalto se precipita con hipoclorito de Ca. Con este reactivo se precipita primero el cobalto y después el níquel, procedimiento en el cual se puede tener primero un óxido de cobalto y después un óxido de níquel. Posteriormente se puede reducir los óxidos fundiendo con carbón. Por este sistema se puede obtener cobalto relativamente puro (98%). 7.6.

Electro-depositación

El concentrado se lixivia con ácido sulfúrico y el cobre y el cobalto se obtienen como cátodos de cobre y cátodos de cobalto impuros, esto por medio de complejos sistemas de lixiviaciones y electro-depositaciones sucesivas para el cobre y el cobalto. Los cátodos se purifican fundiendo con fundente apropiados. 7.7.

Hidrometalurgia a presión

En este proceso la materia prima usada puede ser mineral, concentrado, mata o algún sub producto de otros procesos. El reactivo usado en la lixiviación puede ser amonio o ácido y el elemento oxidante aire u oxígeno. Para materiales con alto contenido de cobalto es preferible el uso de ácido lixiviante, mientras que para materiales con alto contenido de níquel o cobre y bajo contenido de cobalto es preferible el amonio. Una vez realizada la lixiviación se separa el sólido de la solución y esta última es sometida a purificación. Las impurezas más comunes son producto de reacciones secundarias y exceso de reactivo. El primer elemento 41

que se precipita es el cobre, posteriormente el Ni, cuando está presente, y finalmente el Co. El cobre suele precipitarse con hidrógeno obteniéndose cobre con fierro o cobalto, o en su defecto se obtiene una mezcla cobre – fierro y cobalto. En otros casos el hidrógeno puede cambiarse por hidrógeno sulfurado. El níquel puede precipitarse con hidrógeno, como sulfato amoniacal de níquel y por electrólisis. El cobalto a su vez puede precipitarse con hidrógeno, como cobalto metálico, o cristalizarse como sulfato amoniacal de cobalto. La diversidad de alternativas de precipitación dependerá de la relación en que se encuentren los elementos Cu, Ni y Co en la solución.

7.8.

Extracción por solventes

Existen estudios al respecto, siendo en materiales de los nódulos marinos donde más se ha experimentado con este proceso. Parece a primera vista como lo más promisorio en términos de un proceso de extracción de minerales complejos de Cu, Ni y Co, sin embargo, las publicaciones no han sido hasta ahora muy específicas el respecto.

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8. CONCLUSIONES

La gran limitante de las refinerías en Chile, afectan el proceso del cobalto indirectamente, haciendo alusión al tratamiento de impurezas como el arsénico. Descartando aquellos procesos que requieren la parte pirometalúrgica, el proceso con gran potencial para la extracción de cobalto es la lixiviación a presión, con una diversidad de alternativas de precipitación para las diferentes fuentes de cobalto, pero que tiene una gran desventaja, su baja capacidad de tratamiento.

En comparación con República Democrática del Congo, que tiene la reserva de cobalto más grande del mundo, Chile podría hacerle par, o incluso

tener

mejor

desempeño

en

el

área

de

extracción

y

comercialización de cobalto debido a la estabilidad socioeconómica de nuestro país. Esto además de que Chile posee registros de cobalto como mena primaria, como subproducto y en relaves, el cual puede extraerse en los procesos de flotación colectiva, concentración gravitacional, separación magnética o tostación-lixiviación.

La información recopilada acerca de la extracción de cobalto en Chile es escasa e incompleta, lo que muestra el poco interés que tiene la minería a nivel país por estudiar y mejorar los métodos de obtención de este metal, y así sacarle provecho pudiendo incluso llegar a ser parte de los principales exportadores de cobalto. La falta de inversión monetaria en investigación y la mentalidad monoproductora (concentrando las investigaciones principalmente en el cobre) hacen que este tema quede prácticamente aislado, desaprovechando a su vez, el alto precio que ha mantenido el cobalto en el último tiempo y el avance tecnológico mundial,

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que al menos en la industria automotriz, se espera que el 35% de los vehículos sean eléctricos para el año 2040.

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