May 31, 2023 • 3 min read
El nexo Agua-Energía en la minería del cobre
Los mineros del cobre se enfrentan a un entorno operativo cada vez más complejo concondiciones meteorológicas variables, un mercado energético en rápida evolución y objetivos de sostenibilidad.
Cómo puede el modelamiento del agua ayudar a la industria a entender mejor la relación entre agua y energía y adaptarse mejor a los desafíos del mañana?
“Muchos de los depósitos de cobre más grandes del mundo se encuentran en las regiones más secas de la Tierra. Esto desencadena demandas complejas y competitivas, incluida la necesidad de minimizar el uso del agua, utilizar menos energía y reducir las emisiones de CO2”, dice Saleem Varghese, líder de crecimiento del cobre en Worley. “Sin embargo, un ajuste a cualquiera de estos factores puede desequilibrar a los demás”.
La interdependencia de las los requerimientos de aguas de mina y proceso, y la energía necesaria para permitir las operaciones, se llama el nexo agua-energía. Y la manera en que los mineros aborden estos elementos interrelacionados tendrá un impacto importante en su capacidad para llenar el déficit de cobre proyectado.Entonces, ¿qué opciones pueden explorar los mineros del cobre para reducir el consumo de agua y energía, sin poner en riesgo sus objetivos de producción rentabilidad?
La producción de cobre requiere gran cantidad de agua
La extracción de cobre normalmente requiere grandes cantidades de agua dulce. En 2016, el USGS estimó que 5.300 gigalitres de agua -10 veces la cantidad de agua en el puerto de Sydney- se utilizaron para extraer 20,1 millones de toneladas de cobre en todo el mundo.
“Este gran requerimiento de agua es la razón por la que las operaciones mineras y otras industrias compiten por recursos hídricos cada vez más escasos”, dice Varghese.
“Es fundamental buscar un uso más sostenible y la reutilización del agua. Es probable que los mineros tengan que cambiar su enfoque sobre el procesamiento de materiales. Y también tendrán que adoptar nuevas tecnologías digitales para comprender mejor el nexo agua-energía y optimizar la recuperación de materiales importantes”.
Con las tecnologías y enfoques existentes, procesar más materiales requiere más agua y más energía. Pero esta no es la única dinámica que impacta en la producción de cobre.
La caída de las leyes de minerales empeora el problema
Como tendencia general, las leyes de cobre están cayendo. Esto significa que los mineros necesitan procesar más material, lo que genera más residuos de relaves, para producir la misma cantidad de metal terminado.
“Para recuperar este material de menor calidad, es más frecuente que se tenga que moler a un tamaño de partícula más pequeño para liberar los minerales valiosos del material de la ganga”, dice Varghese.
“Esto no solo requiere más energía, sino que también es más difícil separar y reciclar el agua del proceso debido a la mayor superficie mojada. Esto resulta en más pérdidas de agua en instalaciones de almacenamiento de relaves, que no pueden ser reutilizadas”.
El sector minero ha tratado de reducir sus efectos reduciendo al mínimo su dependencia de las fuentes de agua dulce. En regiones más aridas como Chile, los mineros están recurriendo a grandes plantas de desalinización para obtener agua utilizable del agua de mar y otras fuentes. La mejor ilustración de esta tendencia son las plantas desalinizadoras en funcionamiento y en construcción para apoyar al sector minero chileno.
“El desafío es que la demanda energética para la desalinización puede estar en oposición directa a los objetivos de descarbonización, si se genera a partir de combustibles fósiles”, dice Varghese. “Este es el corazón del nexo agua-energía. Resolver un problema puede detener el progreso en otro. Y es por eso que ver la imagen completa a través del proceso de producción de metales es tan importante”.
Creación de opciones con el modelamiento del agua
Como explica Andrew Campbell, Director Senior de Sostenibilidad y Adaptación Climática de Worley, el valor del modelamiento del agua comienza en la fase conceptual de un proyecto minero.
“Nuestro objetivo es presentar las diferentes opciones de abastecimiento, uso y reciclaje del agua, en diferentes momentos de la vida de una mina, para que nuestros clientes puedan sopesar qué soluciones les funcionan mejor”, dice Campbell.
A menudo estamos explorando opciones para una mina con demasiada agua, y luego una mina diferente que le faltan millones de litros de agua. Es por ello por lo que no existe una solución universal que encuentre el equilibrio adecuado en cada lugar”.
Pero Campbell ve una tendencia consistente en todos los proyectos mineros: la necesidad de ser responsable con el agua.
“Cualquier oportunidad de reducir el consumo de agua -y por lo tanto usar menos energía para obtenerla- vale la pena considerarla en una región seca como el desierto de Atacama en Chile. “Dada la dureza de estos entornos, nuestro modelamiento generalmente encuentra grandes variaciones en el capital y los costos operativos de las diferentes opciones de gestión del agua. Pero a menudo encontramos que cuando se considera la vida completa de una mina, opciones más costosas en capital al principio pueden ahorrar una gran cantidad de agua, costos y emisiones de CO2 a medida que la mina envejece. Y aquí es cuando los costos de la energía, la disponibilidad de agua y otras restricciones probablemente sean aún más apremiantes.
“Es por eso que nuestros clientes de minería están particularmente interesados en soluciones de gestión de agua que miren más allá de lo habitual”.
Exploración de alternativas menos intensivas en agua para la gestión de relaves
El agua que se pierde en los relaves es un factor clave de la intensidad de uso de agua de las minas. A medida que aparezcan nuevos enfoques para la gestión de los relaves, la forma en que los mineros manejan sus desechos podría afectar significativamente la viabilidad de sus operaciones.
Un artículo reciente publicado en Applied Energy titulado ‘Uso de opciones reales para mejorar el nexo agua-energía en la gestión de relaves mineros’, evaluó el nexo agua-energía en minas de cobre utilizando un modelo de reducción de agua. Se centró en las instalaciones de los relaves mineros y el suministro de agua al emplazamiento de la mina para encontrar soluciones de compensación entre el agua y la energía.
“El documento demostró que la reutilización del agua, mediante el uso de tecnologías de drenaje/filtración, podría mejorar el nexo agua-energía al reducir el consumo de energía”, dice Varghese.
“El mayor costo de estas tecnologías se vio compensado por la reducción del costo del retratamiento y el transporte del agua.
“El documento también ilustró que, en ciertas circunstancias, un enfoque emergente para la gestión de los relaves llamado apilamiento en seco puede ser económicamente viable para reducir el consumo de agua y el uso de energía asociado. Y es probable que sea una opción atractiva en más lugares a medida que las tecnologías de filtros maduren y bajen la curva de costos”.
Las ventajas del apilamiento seco de relaves
El apilamiento en seco se refiere a una técnica emergente en la que los mineros filtran el liquido de su material de desecho, recuperando la mayor cantidad de agua posible y luego apilan este material de desecho seco en el sitio.
“Esto difiere del método más común para almacenar relaves hoy en día, donde los relaves húmedos se depositan detrás de un terraplén elevado”, explica Varghese. “En este enfoque tradicional, los sólidos en los residuos de relaves se depositarán en la base del depósito a lo largo del tiempo, lo que permitirá a los mineros recuperar algo de agua de la superficie y reutilizarla.
“El desafío es que los depósitos convencionales pierden mucha agua para el medio ambiente por evaporación y filtración. También representan una importante responsabilidad de cierre para los operadores de minas”, continúa Varghese.
“Las instalaciones de relaves húmedos son difíciles de rehabilitar porque es difícil manejar un depósito de relaves húmedos y blandos. Los posibles fallos de integridad del muro de contención y la evolución de los requisitos de cierre también pueden dar lugar a que el material de los relaves deba ser remanipulado y reubicado a un costo excesivo, especialmente en un momento en que la mina ya no produce ingresos.”
Aunque suele ser más costoso por adelantado, el enfoque de pila seca supera muchos de los desafíos de los relaves húmedos a medida que la mina madura.
“Permite una mayor recuperación y reutilización del agua”, explica Varghese. “Esto reduce la cantidad de agua que se necesita para bombear a un sitio minero que requiere agua, lo que generalmente significa un menor consumo de energía y costos. A medida que cambia el costo y el impacto tanto del agua como de la energía, vemos que el nexo agua-energía cambia con el tiempo al punto en que tiene sentido aumentar el reciclaje en el lugar”.
La eliminación de más agua de los relaves a través del apilamiento en seco también mejora la estabilidad de las relaves depositadas, lo que ayuda a mitigar la fluidización y los riesgos de falla de la presa.
“El almacenamiento de relaves húmedos representa uno de los mayores riesgos materiales para la mayoría de las empresas mineras”, dice Varghese. “Es un pasivo que es altamente examinado por los inversores y la sociedad en general. Las expectativas de los inversionistas y del público en torno a los relaves están aumentando, por lo que esta tendencia es importante para los mineros, ya que consideran su vida de gestión de relaves de activos y estrategias de cierre. Apuntar más allá que la actual regulación podría ayudar a compensar los grandes costos de cierre en el futuro”.
Selección del enfoque correcto
Si bien el nexo agua-energía analizado en el documento “Use of real options to better water-energy nexus in mine tailings management” (Uso de opciones reales para mejorar el nexo agua-energía en la gestión de los relaves mineros) destacó los beneficios potenciales de los relaves de pilas secas, el nexo agua-energía debe considerarse sitio por sitio.
Características como la ubicación, la elevación, las fuentes de agua, los costos de energía, las propiedades del mineral y las condiciones climáticas afectarán el nexo agua-energía para un sitio determinado y la viabilidad de diferentes tecnologías, lo que en última instancia impactará en cómo puede ser una solución de sistema optimizada.
“Es por ello por lo que el modelamiento del agua, utilizando sofisticadas herramientas de simulación, es un punto de partida importante para evaluar las opciones potenciales, capturar los riesgos únicos, cuantificarlos y evaluar las estrategias de mitigación”, dice Varghese.
“Estas opciones, incluidos los enfoques emergentes para la gestión de los relaves, como el apilamiento en seco, pueden ayudar a los mineros a determinar la mejor combinación de uso de agua y energía para sus limitaciones únicas, de modo que puedan seguir floreciendo en un entorno operativo cada vez más desafiante”.
