Minería y refinación: Cobalto, el metal lamentablemente necesario

MINERÍA 27 de octubre de 2022 Hackaday / CLUBminero

cobalto

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La historia de la humanidad es en gran medida una historia de conflicto, a menudo provocada por la distribución desigual de los recursos. Desde que bajamos de los árboles, y probablemente mucho antes también, nuestros antepasados ​​han estado luchando para obtener lo que necesitan para sobrevivir, la mayoría de las veces a expensas de otra tribu más afortunada. Comida, agua, tierra, no importa; si ellos lo tienen y nosotros no, es muy probable que haya una pelea, indicó Dan Maloney para el portal Hackaday.

Pocos recursos están distribuidos de manera tan desigual en nuestro planeta como lo está el cobalto. El metal constituye solo una fracción del uno por ciento de la corteza terrestre, y las concentraciones comercialmente significativas son pocas y distantes entre sí, lo suficiente como para que quienes tienen algo a menudo terminen en desacuerdo con quienes lo necesitan. Y lo necesitamos, lo hacemos; lo que comenzó en la antigüedad principalmente como un rico pigmento azul para vidrio y cerámica, se ha vuelto esencial para importantes aleaciones industriales, imanes de alta potencia y ánodos de baterías de litio, entre otros usos.

Obtener acceso a nuestro suministro limitado de cobalto y refinarlo en un metal útil no es un proceso trivial y, desafortunadamente, su enorme importancia para la sociedad tecnológica lo obliga a desempeñar un papel geopolítico que ha contribuido mucho a aumentar la miseria humana. Afortunadamente, las fuerzas del mercado y la nueva tecnología están haciendo viables fuentes que alguna vez fueron marginales, lo que puede ayudarnos a obtener el cobalto que necesitamos sin todo el conflicto.

UN LADO DE COBALTO
Las propiedades químicas del cobalto juegan un papel importante en su distribución desigual. Al igual que el aluminio, es esencialmente imposible encontrar cobalto elemental en la naturaleza, y por la misma razón: reacciona fácilmente con el oxígeno, formando óxidos que son bastante inertes. También tiende a formar minerales que están estrechamente asociados con otros metales, como el cobre y el níquel. De hecho, casi todo el cobalto que se produce en la actualidad, el 98 %, es un subproducto de la minería y el refinado de esos dos importantes metales industriales.

El cobalto también forma fácilmente minerales que incorporan azufre y, lamentablemente, arsénico. Hay más de 30 minerales diferentes que contienen cobalto en concentraciones comercialmente significativas, lo que dificulta identificar un mineral principal. Sin embargo, la geología que hace que estos diversos minerales estén fácilmente disponibles es bastante limitada, y saber en qué tipo de formaciones rocosas es probable que se encuentren minerales de cobalto ayuda a explicar por qué los depósitos viables están dispersos por todo el mundo.

Los minerales de cobalto tienden a ocurrir en dos entornos geológicos amplios: sedimentario y volcánico. Los depósitos sedimentarios, que representan más del 50 % de la extracción de cobalto en la actualidad, son areniscas y esquistos que se formaron debajo de antiguos océanos y lagos, donde se acumularon sedimentos orgánicos y finalmente se mineralizaron, principalmente con sulfuros metálicos. Dos grandes depósitos sedimentarios son el Kupferschiefer europeo , o “esquisto de cobre”, y el cinturón de cobre de África Central. Ambos depósitos contienen grandes cantidades de sulfuros de cobre junto con una cantidad significativa de minerales de cobalto asociados.

Los depósitos de mineral volcánico, por otro lado, provienen de procesos hidrotermales, donde los minerales de sulfuro de cobre y cobalto precipitan de los fluidos que pasan a través de los respiraderos hidrotermales. Estos depósitos minerales se forman originalmente en el fondo del mar, pero la actividad tectónica y otros procesos geológicos eventualmente exponen estos minerales o los colocan lo suficientemente cerca de la superficie para permitir un acceso relativamente fácil. Los depósitos de cobalto volcanicogénico son muy raros, con solo un puñado dispersos por todo el mundo, y son las únicas formaciones donde el cobalto se extrae como producto primario, en lugar de como subproducto de la extracción de cobre o níquel.

VIEJAS FUENTES, NUEVOS MÉTODOS
La gran mayoría del cobalto que se produce actualmente es un subproducto de la producción de cobre, y dado que los minerales de los dos metales están tan estrechamente asociados en sus depósitos sedimentarios, no es posible extraer selectivamente uno u otro. Entonces, el proceso de extracción de cobalto de sus minerales es esencialmente el mismo que el de extracción y refinación de cobre, que ya hemos cubierto en esta serie. Brevemente, el mineral de sulfuro triturado de grandes minas a cielo abierto se amontona en pozos con revestimientos impermeables para recoger una rica sopa mineral que se filtra de la roca por una lluvia constante de ácido sulfúrico. El cobre se extrae de la solución mediante electrólisis, dejando atrás un electrolito gastado que es relativamente rico en cobalto y otros metales.

Una serie de pasos de precipitación química y un paso de lixiviación secundario eliminan selectivamente los otros metales del electrolito, enriqueciendo gradualmente el cobalto en la solución hasta que finalmente se puede precipitar agregando cal para crear hidróxido de cobalto (II). A pesar de la asociación del cobalto con el color azul, el precipitado tiene un hermoso tono rosado; el famoso pigmento “Azul de cobalto” solo se obtiene cuando se mezcla óxido de cobalto (II) con óxido de aluminio.


La mina de cobalto Bou-Azzer en Marruecos. Fuente: Groupe Managem

Para las pocas fuentes de cobalto volcanogénico comercialmente viables, como la mina Bou-Azzer en Marruecos y el nuevo proyecto Idaho Cobalt Operations (ICO), el proceso de recuperación es un poco diferente, principalmente porque la concentración de cobalto en las rocas suele ser significativamente menor. . El plan para el proyecto ICO, que será la única mina de cobalto en los Estados Unidos y la primera en abrirse en décadas, muestra lo que implica recuperar el cobalto como producto primario de estos depósitos.

El proyecto ICO está ubicado fuera de la ciudad de Salmon, Idaho , en medio del Bosque Nacional Salmon-Challis. El sitio está ubicado en una formación geológica de 1.600 millones de años conocida como Idaho Cobalt Belt, que se desarrolló por primera vez en la década de 1940 cuando la necesidad de una fuente doméstica de cobalto se hizo evidente después de la Segunda Guerra Mundial. Una mina a cielo abierto funcionó allí hasta principios de la década de 1980, cuando las fuentes extranjeras de cobalto más baratas dificultaron que la mina siguiera siendo viable.

Una mina a cielo abierto en medio de un bosque prístino sería difícil de vender en estos días, por supuesto, por lo que los nuevos propietarios de la mina, la australiana Jervois Mining, invertirán en minería de pozo profundo para acceder al mineral, que es principalmente cobaltita, que es un compuesto de cobalto, arsénico y azufre (CoAsS). Las vetas que han identificado tienen hasta un 1% de cobalto, que es bastante rico para un depósito volcánico, y se encuentra junto a un mineral de cobre de calcopirita decentemente rico, así como una buena cantidad de oro.

El proyecto ICO está recién comenzando, con el inicio de los trabajos en la mina y en la planta concentradora que procesará el mineral en el sitio. Cuando el proyecto esté en pleno apogeo, el mineral se transportará desde el frente de la mina hasta la superficie, para ser apilado antes de ser alimentado a una planta trituradora de mandíbula. Luego, el mineral triturado se enviará a un molino de bolas para reducirlo a polvo y convertirlo en una lechada con la adición de agua. Un tensioactivo llamado xantato de amilo y potasio (PAX) luego se agregará antes de que la lechada se envíe a una serie de tanques de flotación de espuma. Aquí, se inyectará aire en la suspensión, que gracias al PAX formará grandes burbujas. Los sulfuros metálicos flotarán hacia la parte superior y se eliminarán, mientras que los fragmentos de roca más pesados ​​caerán al fondo del tanque. Después de espesar con filtración al vacío, el concentrado se secará, embolsará y enviará fuera del sitio para su posterior refinación utilizando los métodos de electroobtención descritos anteriormente.

COBALTO A CUALQUIER PRECIO
Se espera que el proyecto ICO produzca alrededor de 45 millones de libras (20 400 toneladas) de cobalto y 175 millones de libras (80 000 toneladas) de cobre antes de ser cerrado para la remediación del sitio alrededor de 2030. En un mercado global que produce alrededor de 116 000 toneladas cada año, el proyecto de Idaho puede parecer una patata pequeña, pero el hecho de que se estén desarrollando nuevas fuentes de cobalto es una buena noticia, principalmente porque compensa algunas fuentes de cobalto problemáticas.

En 2021, alrededor del 60% del suministro mundial de cobalto provino de la República Democrática del Congo (RDC), que se encuentra en la cima de una gran parte del cinturón de cobre de África Central y no es ajeno al conflicto por el cobalto. La mayor parte se extrae en minas tradicionales y se refina como se describe anteriormente, pero una gran parte proviene de lo que se conoce eufemísticamente como "mineros artesanales". Por lo general, se trata de personas desesperadamente pobres que ubican depósitos de cobalto de alto grado fuera de las minas tradicionales y recolectan el mineral manualmente. El trabajo es increíblemente peligroso, tanto en términos de los riesgos habituales que se encuentran en cualquier mina, como agravados por la falta de equipo de protección personal, la presencia de materiales tóxicos y la amenaza de violencia por parte de otros mineros. Los niños se utilizan como mano de obra y, a veces, los mineros solo ganan unos centavos al día.

A pesar de los desafíos, los mineros artesanales son increíblemente productivos: en 2021 produjeron más del doble de cobalto que Rusia. Poner en producción yacimientos previamente inviables como los del cinturón de cobalto de Idaho podría compensar parte de esta demanda, que por supuesto es un arma de doble filo, ya que el cobalto es la única fuente de ingresos para muchos mineros artesanales. Sin embargo, todo puede ser académico, ya que se prevé que la demanda mundial de cobalto aumente a casi un cuarto de millón de toneladas anuales para 2025, lo que sugiere que la lucha por el cobalto no hará más que seguir aumentando.

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