Revista Minería Chilena Nº453

marzo de 2019

Minería submarina: La metalurgia extractiva de los nódulos de manganeso

En los últimos 20 años se han desarrollado numerosos procesos para extraer los metales contenidos en los nódulos de manganeso dispuestos en los fondos marinos. El siguiente informe aborda esta problemática.

*Artículo elaborado por Guillermo Ugarte Álvarez, ingeniero civil de Minas U. de Chile, PhD Imperial College London. Miembro de la Delegación de Chile a la 3ª Conferencia de las Naciones Unidas sobre el Derecho del Mar (1973-1982), que redactó la vigente Convención o Ley del Mar.

Las concreciones de manganeso y hierro conocidas como nódulos de manganeso, que se encuentran sueltas y disgregadas en los fondos marinos, contienen muchos metales de interés económico, tales como: Cu, Ni y Co, además de cantidades menores de Zn, Mo, Pb, V, Ti, Au, Ag, Zr, Pt, Tierras Raras, entre otros.

Mineralógicamente, estos nódulos son óxidos de manganeso y hierro en los que los elementos de interés están reemplazando a Mn4+, Mn3+, Mn2+ y Fe3+ en sus redes cristalinas. Por este motivo, se debe desintegrar la red cristalina mediante procesos químicos. Otra característica importante de los nódulos de manganeso es su alta porosidad (60%), que implica humedades tan altas como 35% a 45% en peso, y también gran fragilidad.

La desintegración de la red cristalina puede lograrse sometiendo los nódulos a condiciones reductoras, ya sea por procesos pirometalúrgicos (seguidos por procesos hidrometalúrgicos) o exclusivamente hidrometalúrgicos.

A diferencia de lo que ocurre con los nódulos de manganeso, los depósitos de sulfuros polimetálicos de los fondos marinos tienen el mismo origen y las mismas características de algunos yacimientos en tierra, como los que se encuentran en Chile en la Región de Aysén. Por lo anterior, los sulfuros polimetálicos de los fondos marinos pueden ser tratados mediante los mismos procesos convencionales de la mineralurgia y la metalurgia extractiva que se utilizan para los terrestres.

Metalurgia extractiva

En los últimos 20 años se han desarrollado numerosos procesos para extraer los metales contenidos en los nódulos de manganeso. Estos desarrollos han sido realizados desde escala de laboratorio hasta piloto. Una dificultad para realizar pruebas demostrativas a mayor escala es la obtención de cantidades significativas de muestras.

Entre las principales empresas o consorcios que en el pasado han desarrollado procesos están: Kennecott Copper Corporation, INCO, Deep-Sea Ventures y Metalurgie Hoboken Overpelt. También lo han hecho organizaciones, como el National Metallurgical Laboratory, el Regional Research Laboratory y la Hindustan Zinc Limited de la India.

Los procesos que usan pirometalurgia previa a las etapas convencionales de la hidrometalurgia (lixiviación, extracción por solventes y electroobtención) son los siguientes:

  • Fusión Reductora: los nódulos de manganeso son secados en un secador rotatorio con carbón pulverizado como combustible, pre-reducidos con carbón en un horno rotatorio y finalmente fundidos en un horno eléctrico con posterior conversión. El producto de los convertidores contiene aproximadamente 25% de cobre, 35% de níquel y 5% de cobalto. El manganeso se reporta en la escoria.
  • Tuesta sulfatante: los metales en los nódulos son convertidos en sulfatos por la acción de una mezcla de dióxido de azufre y oxígeno.
  • Tuesta con Segregación en presencia de cloruro de sodio y magnesio con materiales carbonáceos.
  • Baking de los nódulos con ácido sulfúrico concentrado, también produce sulfatos de cobre, níquel, cobalto y manganeso.

Los procesos pirometalúrgicos tienen el problema de la gran energía que se requiere para eliminar el agua contenida en los nódulos.

Los procesos puramente hidrometalúrgicos son:

  • Proceso Cuprion: lixiviación amoniacal reductora con monóxido de carbono, seguida de extracción por solventes y electroobtención.
  • Lixiviación amoniacal reductora con dióxido de azufre, seguida de extracción por solventes y electroobtención.
  • Lixiviación con ácido clorhídrico, seguida de extracción por solventes y electroobtención.
  • Lixiviación a presión con oxígeno y ácido sulfúrico, seguida de extracción por solventes y electroobtención.

En un reciente taller sobre metalurgia extractiva de los nódulos de manganeso, organizado por la Autoridad Internacional de los Fondos Marinos y dirigido por el Massachusetts Institute of Technology (MIT), se concluyó que el proceso Cuprion es el que está más cerca de completar su factibilidad y el que con mayor probabilidad sería el utilizado por los contratistas. A continuación, una descripción más detallada de este proceso.

Proceso Cuprion

En este proceso, la lixiviación de los nódulos se realiza en solución amoniacal en presencia de iones cuprosos. El objetivo es recuperar Cu, Ni y Co en solución, dejando el Fe y el Mn en el residuo. Los iones cuprosos que forman complejos de aminas, actúan como agentes reductores y reducen el dióxido de manganeso en los nódulos, liberando Cu, Ni y Co en solución, mientras que los iones de manganeso precipitan como carbonato insoluble. El complejo de aminas cuprosas se oxida a un estado cúprico, que es nuevamente convertido al estado cuproso mediante la introducción de monóxido de carbono en el reactor de lixiviación.

Procesos considerados por los actuales contratistas

Hasta ahora la Autoridad Internacional de los Fondos Marinos ha firmado contratos con 29 contratistas para la exploración de los fondos marinos situados más allá de las zonas económicas exclusivas de los países.

De estos contratos 17 son para la exploración de nódulos de manganeso en la zona de la fractura Clarion-Clipperton (16) y la Cuenca del Océano Índico Central (1). Hay siete contratos para la exploración de sulfuros polimetálicos en el suroeste y centro de la cresta de India, la Cordillera del Atlántico Medio y cinco contratos para la exploración de costras ricas en cobalto en el Océano Pacífico occidental.

Los contratistas que han revelado los desarrollos de procesos de la metalurgia extractiva que utilizarían para los nódulos de manganeso, cuando se puedan firmar contratos de explotación con la Autoridad (actualmente el reglamento está en proceso de redacción), son los siguientes:

  • UKSR UK Seabed Resourses Ltd. (UK)
  • BGR Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (Alemania)
  • ROK Republic of Korea (Corea del Sur)
  • IOM INTEROCEAN METAL (Bulgaria, Cuba, República Checa, Polonia, Rusia y Eslovaquia)
  • JOGMEC Japan Oil, Gas and Metals National Corporation (Japón)
  • YMG Yuzhmorgeologiya (Rusia)