La búsqueda de nuevos usos para los residuos que genera la industria del cobre llevó a la académica e investigadora Paula Rojas y a su equipo hacia un material aún poco estudiado. Se trata del relave que queda después de la flotación de escorias de fundición, un residuo con características distintas a las de los relaves convencionales y potencial de aprovechamiento industrial.
La investigadora de la Facultad de Ingeniería y Ciencias de la Universidad Adolfo Ibáñez compartió con InfoMINERÍA el recorrido de un trabajo que comenzó con la caracterización de escorias y avanzó hasta el desarrollo de cementos verdes. La iniciativa busca utilizar parte de estos residuos como material cementicio suplementario para la construcción.
La investigadora expuso que “el proyecto ‘Desarrollo de cementos verdes en base a relaves de escoria de cobre’ no surgió de manera directa, sino como resultado de una búsqueda más amplia orientada a la valorización de subproductos de la minería del cobre”.
La primera etapa consideró el estudio de escorias procedentes de distintos escoriales y plantas de fundición de Chile, explicó Rojas. El análisis permitió identificar materiales con concentraciones relevantes de cobre, además de otros que contenían metales peligrosos y de difícil extracción.
Estas condiciones limitaron las posibilidades de incorporar las escorias en nuevas aplicaciones industriales. Solo una parte presentaba condiciones para usos alternativos, como su incorporación en áridos destinados a la construcción.
El equipo también evaluó el acondicionamiento de escorias sin concentraciones relevantes de cobre ni metales pesados. Sin embargo, los costos de tratamiento y transporte elevaron el valor del material hasta superar, en algunos casos, el precio de los áridos convencionales. Esta situación llevó al equipo a evaluar otras alternativas.
Un nuevo residuo después de recuperar el cobre
Mientras avanzaban estos análisis, diferentes tecnologías comenzaron a recuperar el cobre presente en las escorias de fundición. Las vías pirometalúrgicas, hidrometalúrgicas y combinadas ofrecieron soluciones según la forma en que el cobre se encontraba en el material.
En Chile, distintas fundiciones incorporaron la flotación de escorias para recuperar el cobre residual y obtener un concentrado. Este proceso generó un nuevo residuo, conocido como relave de flotación de escorias.
La investigadora explicó la diferencia entre ambos residuos: “El relave proveniente de la flotación de sulfuros de cobre y aquel generado a partir de la flotación de escorias de fundición difieren de manera significativa en su origen, composición y comportamiento ambiental”.
Rojas detalló que el relave convencional contiene sulfuros como pirita o calcopirita. La exposición de estos minerales al oxígeno y al agua puede producir drenaje ácido y liberar metales disueltos durante periodos prolongados.
En cambio, el relave de escoria proviene de un material que pasó previamente por procesos de fundición a altas temperaturas. Este origen le entrega una estructura mayoritariamente vítrea, con componentes oxidados y más estables.
Su composición incluye silicatos, óxidos de hierro y cantidades menores de cobre residual. Estas propiedades le otorgan una menor reactividad química y reducen su tendencia a generar acidez o lixiviar metales, indicó.
A partir de estas diferencias, Rojas y su equipo concentraron el trabajo en el comportamiento del relave de escoria en equipos destinados a su reprocesamiento.
Las primeras pruebas mostraron dificultades operacionales vinculadas a las propiedades del relave. Frente a estas comlejidades, el grupo profundizó el análisis de las variables del proceso y buscó nuevas formas de acondicionarlo.
Del laboratorio a una planta piloto
Las primeras investigaciones alcanzaron un nivel de madurez tecnológica TRL 2, etapa en que el equipo ya había formulado el concepto y su posible aplicación. El avance permitió al equipo postular y adjudicarse el proyecto “Desarrollo de cementos verdes en base a relaves de escoria de cobre”.
La iniciativa duró dos años y reunió a seis investigadores. El trabajo también originó dos tesis de pregrado en la Universidad de Atacama y otras dos en la Universidad Adolfo Ibáñez.
El proyecto profundizó el estudio de las variables de acondicionamiento y evaluó el uso de este relave como reemplazo parcial del cemento.
Durante el desarrollo de la iniciativa, Chile avanzó en la actualización de las normas aplicables a los cementos y sus adiciones. El proceso incorporó mecanismos para evaluar materiales distintos a los tradicionales, aunque no reguló de forma específica el uso de relaves de escoria de cobre como reemplazo parcial del cemento.
“En relación con el acondicionamiento del material, el proyecto permitió determinar condiciones óptimas para la recuperación de una fracción relevante del relave de escoria, las cuales actualmente se encuentran en proceso de protección mediante patente”, puntualizó Rojas.
La investigadora agregó que el equipo desarrolló modelamientos matemáticos y simulaciones para comprender el comportamiento del material durante el proceso. También adaptó de forma progresiva una planta piloto diseñada especialmente para el proyecto.
Las modificaciones permitieron configurar una planta capaz de procesar el relave y prepararlo para una próxima fase de escalamiento industrial bajo condiciones reales de operación.
El avance marcó una transición relevante para la investigación. El trabajo superó la caracterización inicial del residuo y alcanzó una etapa que permite evaluar su aplicación fuera del laboratorio.
Hasta un 15 % de reemplazo
El equipo utilizó el relave de escoria como material cementicio suplementario, una categoría que permite reemplazar parte del cemento dentro de una mezcla y reducir el consumo de materias primas asociadas a su fabricación. “Se determinó que, con un reemplazo de hasta un 15 %, las propiedades de las pastas cementicias cumplen con los requisitos normativos”, precisó la académica.
Las pruebas también consideraron reemplazos del 20 % y 30 %, aunque en esos niveles las pastas cementicias registraron una disminución en su desempeño. Los resultados dejaron en un 15 % la proporción técnicamente viable para utilizar el relave de escoria como material cementicio suplementario.
De todos modos, este porcentaje abre una alternativa para reducir el contenido de cemento y entregar un nuevo destino a un residuo que permanece después de recuperar el cobre de las escorias.
Nuevas interrogantes y el desafío de la circularidad
Los resultados también abrieron nuevas líneas de investigación. El equipo deberá profundizar en el rol fisicoquímico que cumple el relave dentro de la mezcla, ya que su comportamiento se acerca más al de un material de relleno que al de una puzolana tradicional, capaz de reaccionar y aportar propiedades cementantes.
Así, Rojas espera continuar este trabajo mediante un nuevo proyecto que permita ampliar el conocimiento del material y evaluar su aplicación a escala industrial.
La investigación conecta la recuperación de cobre, la gestión de residuos, la ingeniería de procesos y el desarrollo de materiales para la construcción. Su avance da cuenta del valor de la colaboración entre distintas disciplinas y universidades frente al desafío tecnológico de la circularidad.
“Lo aprendido nos dejó una lección: solo a través de este enfoque es posible desarrollar soluciones innovadoras, técnicamente viables y ambientalmente responsables, que permitan avanzar hacia una minería más responsable y alineada con los desafíos actuales y futuros del sector”, sostuvo.
El trabajo que Paula Rojas compartió con InfoMINERÍA abre la posibilidad de que el relave de escoria salga de una planta de fundición, se incorpore a una mezcla cementicia, reduzca el consumo de cemento y adquiera un nuevo valor dentro de una cadena industrial distinta.
La investigación cerró esta etapa con un proceso de acondicionamiento que avanza hacia su patentamiento, una planta piloto preparada para el escalamiento y un reemplazo de hasta un 15 % que cumple con los requisitos normativos. El próximo paso llevará las pruebas a escala industrial.
