Mauricio Acosta, Analista Técnico 2 IIGE
Ecuador es un país con alto potencial minero por sus reservas de yacimientos minerales, prueba de ello es que los productos mineros se mantienen en cuarta posición en las exportaciones, logrando ascender, en el primer cuatrimestre del 2021, a USD 421 millones; y, de acuerdo a las proyecciones de la correspondiente Cartera de Estado, para finalizar este año apuntan a que las exportaciones mineras podrían alcanzar los USD 1.600 millones, lo que supondría un 74 % más que el 2020 [1] . No obstante, como resultado de la práctica de esta actividad, también se han generado residuos cuyo manejo inadecuado se ha convertido en una problemática para los mineros de las diferentes zonas [2].
Estos residuos son el resultado de la extracción de metales, el procesamiento de minerales y procesos de metalurgia extractiva. Son desechos sólidos finos con alto contenido de humedad y se conocen como relave minero. Su disposición, ver figura 1, puede darse en escombreras y relaveras [3].
Figura 1. Pasivo Ambiental en Distrito Minero Zaruma-Portovelo (IIGE, 2020)
A nivel mundial, se estima una generación de alrededor de 20 a 25 mil millones de toneladas de relave por año [4]. La generación de esta gran cantidad se debe a que los metales de interés se encuentran en bajas concentraciones en la corteza terrestre. Es el caso de los pórfidos de cobre, que pueden tener, por ejemplo, una concentración de 0,4 % de Cu, por lo que cerca del 99 % de este material removido se almacena en relaveras [5].
De las minas se extraen minerales sulfurados, de donde, por procesos metalúrgicos se recuperan metales. Además, contienen minerales que no tienen valor económico, como: la pirita, la pirrotina y la arsenopirita, los cuales expuestos al oxígeno del aire y agua generan los drenajes ácidos de mina (DAM). El gran problema ambiental generado por los DAM se debe a su bajo pH (menor a 3; acido) y a la alta concentración de metales pesados como el cadmio (Cd), cobre (Cu), hierro (Fe), manganeso (Mn), plomo (Pb), zinc (Zn) y metaloides como arsénico (As) y selenio (Se) [5].
Otro de los problemas que presenta el relave minero, es el uso de grandes extensiones de suelo para el depósito de estos pasivos ambientales, así como también, la amenaza a las poblaciones aledañas por deslizamiento o fallas sísmicas en las relaveras, como se ha visto en los daños ocasionados por el colapso de la presa de la mina Córrego de Feijao en Brrumadihno, Brasil y el estanque de relave de la mina Mount Polley en Canadá.
De ahí, parte la necesidad de solventar esta problemática de generación de grandes volúmenes de residuos mineros, por lo que el esfuerzo de la comunidad científica se ha centrado en la búsqueda de nuevas soluciones para la aplicación de la economía circular, que consiste en reutilizar, reparar, renovar y reciclar materiales para crear un valor añadido.
En la actualidad, existe la necesidad de encontrar alternativas sustentables para la disposición de estos desechos sólidos y su aplicación en diferentes sectores industriales. Entre las alternativas planteadas por investigadores, se ha propuesto la aplicación de la geopolimerización del relave minero en la industria constructiva como una opción para la producción de cemento, ladrillos y otros agregados [6].
Cabe recalcar que, en el año 2019, el sector constructivo en Ecuador representó el 8,17 % del PIB real y generó el 6,1 % del total de empleos, lo que lo vuelve un pilar en la economía nacional, siendo sus principales actividades de desarrollo la construcción de viviendas y edificios, además de otras obras de ingeniería civil [7]. Es a este sector y, sobre la base de este panorama, al cual se pretende hacer partícipe y contribuir con nuevas alternativas de materias primas base para producción de los diferentes agregados de construcción.
En este sentido, nace la idea de la geopolimerización para la producción de agregados de construcción. El proceso consiste en crear un polímero inorgánico sólido constituido por una red de aluminosilicatos que proceden de una reacción química que se produce entre materiales ricos en sílice y alúmina (precursores), en una solución altamente alcalina. La disolución de la sílice y alúmina se da en un ambiente alcalino, donde generalmente se utiliza hidróxido de sodio y silicatos de sodio y potasio. La generación del gel de geopolímero se da por el reordenamiento y el intercambio entre las especies disueltas. Existen dos tipos de geopolímeros ácidos y básicos en la figura 1 se ilustra los procesos de activación de estas dos variedades [4], [8].
Figura 2. Proceso de polimerización (acido y básico) [4]
Una de las ventajas del uso del relave minero como materia prima para agregados de construcción, es su tamaño de partícula, fino (menor a 100 um), pues proviene de procesos de trituración y molienda. Además, están constituidos principalmente de cuarzo, feldespatos de potasio (KAlSi3 O8), feldespatos de sodio (NaAlSi3O8), y feldespatos de calcio (CaAl2Si2O8), sericita ((KAl2(AlSi3O10)(F,OH)2), cloritas ((Mg,Fe)3 (Si,Al)4O10(OH)2 (OH)6), calcita (CaCO3) dolomita (Ca,Mg(CO3)2), lo que le vuelve un recurso muy importante para los procesos de geopolimerización [9] y [10].
La polimerización también puede ser usada para detener la lixiviación de elementos peligrosos que se encuentran como sulfuros dentro de los desechos mineros; por ejemplo, existen estudios que evalúan el proceso de lixiviación de ladrillos elaborados con geopolímeros a partir de relave de concentrados de cobre y se demostró que los metales pesados como Cu, Fe y Zn fueron inmovilizados efectivamente en los ladrillos. Otro estudio, determinó que en la lixiviación de metales pesados de materiales geopolimerizados a base de relave de minas de oro se redujo la lixiviación de los metales pesados como Cr, Cu, Zn, Ni y Mn hasta en un 98 % [10] y [11].
En los últimos años, el método de geopolimerización ha ganado mucho campo de acción como alternativa tecnológica, pues presenta ventajas como: un rápido desarrollo de la resistencia mecánica, alta resistencia al ataque ácido, inmovilización de sustancias tóxicas y peligrosas, y la reducción del consumo energético y la emisión de gases de efecto invernadero. Además, que con su aplicación se pretende reducir el volumen de relave para ahorrar el espacio en su disposición, y la generación de los DAM [5].
La geopolimerización tiene una amplia aplicación en la industria de construcción como agregado fino, por ejemplo, en la sustitución de cemento portland debido al mejoramiento de sus propiedades, como la resistencia química y propiedades mecánicas, al igual que tienen la capacidad de soportar altas temperaturas y ataques químicos de ácidos y sales [10].
La elaboración de ladrillos ecológicos, utilizando como materia prima base el relave de las minas de oro del sector de Zamora Chinchipe, en la formación del polímero, encontró que la concentración óptima de la solución NaOH fue de12.5M y la temperatura del proceso fue 120oC, sobre este valor no se encontró una mejora significativa del proceso. Como resultado obtuvo un ladrillo de bajo peso (2800 g), con un índice de absorción elevada (32 %), alta porosidad aparente (46,52 %) y una baja comprensión diametral (0.56MPa) con respecto a un ladrillo artesanal de la zona de Catamayo. Respecto a la resistencia a la comprensión (12MPa) superó en un 50 % lo que indica la normativa ecuatoriana (6Mpa), probando así que la geopolimerización de relave minero es una muy buena alternativa para la elaboración de ladrillos [3].
En conclusión, la extracción y procesamiento de minerales y metales ha sido y seguirá siendo de gran importancia en el desarrollo de las civilizaciones. Sin embargo, la alta producción y el mal manejo de relave de minería, se han convertido en un serio problema, no sólo ambiental sino social; por lo que, se busca el planteamiento de nuevas soluciones en términos de reciclaje y estrategias económicas para un futuro sustentable. De ahí que, una solución viable es la aplicación de la geopolimerización de relaves mineros como alternativa segura de eliminación, que los convierte de desechos sólidos en valiosos materiales de construcción como aglomerados, morteros, ladrillos, adoquines y concreto, etc. A pesar de esto, se requiere profundizar el conocimiento del mecanismo de reacción, diseño de mezclas, resistencia y durabilidad de los geopolímeros obtenidos. El reto ahora, es plantear una alternativa replicable a diferentes escalas, con un costo – beneficio que permita desarrollar la economía circular y a su vez minimizar los impactos ambientales en nuestro país.
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Referencias Bibliográficas
[1] El Comercio, “Productos mineros están en cuarta posición entre las exportaciones de Ecuador,” 2021. [Online]. Available: https://www.elcomercio.com/actualidad/negocios/productos-mineros-cuarta-posicion-exportaciones-ecuador.html.
[2] R. Toapanta, “Política minera y sostenibilidad ambiental en Ecuado,” FIGEMPA Investig. y Desarro., vol. 2017, doi: doi: 10.29166/revfig.v1i2.68.
[3] A. Zuñiga, “Ciencia e Ingeniería de nuevos matriales en lafabricación de ladrillos mejorandos tecnológicamente,” Universidad Politécnica de Madrid, 2018.
[4] C. Jiang, A. Wang, X. Bao, T. Ni, and J. Ling, “A review on geopolymer in potential coating application: Materials, preparation and basic properties,” J. Build. Eng., vol. 32, no. August, p. 101734, 2020, doi: 10.1016/j.jobe.2020.101734.
[5] I. Park et al., “A review of recent strategies for acid mine drainage prevention and mine tailings recycling,” Chemosphere, vol. 219. Elsevier Ltd, pp. 588–606, Mar. 01, 2019, doi: 10.1016/j.chemosphere.2018.11.053.
[6] J. Singh and S. P. Singh, “Geopolymerization of solid waste of non-ferrous metallurgy – A review,” J. Environ. Manage., vol. 251, p. 109571, 2019, doi: https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2019.109571.
[7] K. Lucero, “La construcción, un pilar de la economía debilitado por la pandemia,” 2020. https://www.revistagestion.ec/economia-y-finanzas-analisis/la-construccion-un-pilar-de-la-economia-debilitado-por-la-pandemia.
[8] P. Kinnunen et al., “Recycling mine tailings in chemically bonded ceramics – A review,” J. Clean. Prod., vol. 174, pp. 634–649, 2018, doi: 10.1016/j.jclepro.2017.10.280.
[9] D. Kossoff, W. E. Dubbin, M. Alfredsson, S. J. Edwards, M. G. Macklin, and K. A. Hudson-Edwards, “Mine tailings dams: Characteristics, failure, environmental impacts, and remediation,” Appl. Geochemistry, vol. 51, pp. 229–245, 2014, doi: 10.1016/j.apgeochem.2014.09.010.
[10] I. Park et al., “A review of recent strategies for acid mine drainage prevention and mine tailings recycling,” Chemosphere, vol. 219, pp. 588–606, 2019, doi: https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2018.11.053.
[11] J. Singh and S. P. Singh, “Geopolymerization of solid waste of non-ferrous metallurgy – A review,” Journal of Environmental Management, vol. 251. Academic Press, p. 109571, Dec. 01, 2019, doi: 10.1016/j.jenvman.2019.109571.
Fuente: IIGE