UNIVERSIDAD DE LA SERENA FACULTAD DE INGENIERIA DEPARTAMENTO INGENIERIA EN MINAS ECONOMÍA MINERA
“EL TITANIO”
JORGE ALFRED ARAYA KAREN DIAZ ROJAS FRANCISCO OLATE TORO
PROFESOR ALBERTO CORTES ALVAREZ
La Serena – Chile Agosto 2013
RESUMEN EJECUTIVO El objetivo de este informe es generar información estratégica que permita vislumbrar oportunidades de negocios para la explotación del titanio en el país. Para ello, se entrega una proyección de la oferta y demanda a nivel mundial de este mineral y la importancia que tendrá la minería chilena, en su ingreso a este mercado. A partir del perfil de producción de titanio proyectado para los períodos que se acercan, la inversión potencial se materializará en aumentos de capacidad productiva y en la puesta en marcha de nuevas operaciones. Su uso actual y futuro, y los procesos de transformación que se requieren desde la extracción de la mina hasta ser usado por las personas, son algunos de los puntos relevantes a tener en cuenta en la explotación del titanio. Actualmente en Chile no existen proyectos en explotación de titanio, pero si en desarrollo como es el proyecto Cerro blanco. El objetivo del Proyecto es la explotación, procesamiento y transporte de mineral de rutilo (dióxido de titanio) desde yacimientos ubicados en el sector de Cerro Blanco, comuna de Freirina. Se estima que las reservas de mineral de rutilo de los yacimientos del Proyecto alcanzan las 81,5 millones de toneladas aproximadamente, con una ley promedio de 1,97% de rutilo (TiO 2). El Proyecto contempla un ritmo de explotación de 4 millones de toneladas por año de mineral de rutilo, equivalente a una explotación promedio de material (mineral más estéril) total del orden de 11 millones de toneladas al año. En total la explotación de los yacimientos abarcará un período de 20 años y 4 meses. La inversión en el proyecto Cerro Blanco, cuyo titular es la Sociedad Contractual Minera White Mountain Titanium alcanza aproximadamente los 380 millones de dólares. Los montos de inversión minera proyectadas para Latinoamérica y los desafíos que enfrenta la industria extractiva en el mejoramiento y optimización de procesos en toda la cadena del valor, aspectos medioambientales y sociales; la disponibilidad de insumos críticos como agua y energía; y otros temas relevantes es lo que tendrá que enfrentar la industria del titanio.
RESUMEN EJECUTIVO El objetivo de este informe es generar información estratégica que permita vislumbrar oportunidades de negocios para la explotación del titanio en el país. Para ello, se entrega una proyección de la oferta y demanda a nivel mundial de este mineral y la importancia que tendrá la minería chilena, en su ingreso a este mercado. A partir del perfil de producción de titanio proyectado para los períodos que se acercan, la inversión potencial se materializará en aumentos de capacidad productiva y en la puesta en marcha de nuevas operaciones. Su uso actual y futuro, y los procesos de transformación que se requieren desde la extracción de la mina hasta ser usado por las personas, son algunos de los puntos relevantes a tener en cuenta en la explotación del titanio. Actualmente en Chile no existen proyectos en explotación de titanio, pero si en desarrollo como es el proyecto Cerro blanco. El objetivo del Proyecto es la explotación, procesamiento y transporte de mineral de rutilo (dióxido de titanio) desde yacimientos ubicados en el sector de Cerro Blanco, comuna de Freirina. Se estima que las reservas de mineral de rutilo de los yacimientos del Proyecto alcanzan las 81,5 millones de toneladas aproximadamente, con una ley promedio de 1,97% de rutilo (TiO 2). El Proyecto contempla un ritmo de explotación de 4 millones de toneladas por año de mineral de rutilo, equivalente a una explotación promedio de material (mineral más estéril) total del orden de 11 millones de toneladas al año. En total la explotación de los yacimientos abarcará un período de 20 años y 4 meses. La inversión en el proyecto Cerro Blanco, cuyo titular es la Sociedad Contractual Minera White Mountain Titanium alcanza aproximadamente los 380 millones de dólares. Los montos de inversión minera proyectadas para Latinoamérica y los desafíos que enfrenta la industria extractiva en el mejoramiento y optimización de procesos en toda la cadena del valor, aspectos medioambientales y sociales; la disponibilidad de insumos críticos como agua y energía; y otros temas relevantes es lo que tendrá que enfrentar la industria del titanio.
INDICE
INTRODUCCIÓN .................................................................................................................................. 4 EL TITANIO .......................................................................................................................................... 5 DEPÓSITOS DE TITANIO ...................................................................................................................... 6 USOS DEL TITANIO .............................................................................................................................. 7 MERCADO DEL TITANIO EN EL MUNDO ........................................................................................... 10 DEMANDA DE TIO2 .......................................................................................................................... 11 PRECIO DEL TITANIO ........................................................................................................................ 17 INSUMOS Y SERVICIOS ..................................................................................................................... 19 PROYECTO CERRO BLANCO .............................................................................................................. 20 El ATRACTIVO DEL RUTILO EN CHILE ................................................................................................ 21 PROCESO INDUSTRIAL DEL TITANIO ................................................................................................. 22 DESAFIOS .......................................................................................................................................... 34 CONCLUSIONES ................................................................................................................................ 39 BIBLIOGRAFIA ................................................................................................................................... 41 ANEXOS ............................................................................................................................................ 42 DESCUBRIMIENTO DE TITANIO EN PARAGUAY ............................................................................ 43
INTRODUCCIÓN El presente documento tiene como objetivo recolectar los antecedentes del mercado internacional del Titanio y de la minería de éste en Chile. No es caso aislado que la minería está presente en nuestro diario vivir y que esta ha sido y sigue siendo clave para el desarrollo de nuestro país. Su importancia ha sido evidente durante su historia y es innegable en la actualidad. En los últimos cinco años, el sector ha aportado, en promedio, el 20% del PIB Nacional; más del 60% de las exportaciones chilenas corresponden a la de la minería, y aproximadamente el 30% del total de la inversión extranjera en Chile está asociada a este sector. Por otra parte, las empresas mineras son las principales contribuyentes al presupuesto nacional, representando más del 23% de los ingresos fiscales, y generan directa e indirectamente más de 500 mil empleos Cerca de 0,6% de la corteza de la tierra se compone de titanio, haciendo el cuarto metal más abundante estructural después de aluminio, hierro y magnesio y el noveno a nivel de metales. El potencial en titanio que tiene Chile, ha crecido mucho, y eso está asociado a la iniciativa de White Mountain Titanium Corporation, quien busca colocar a Chile en un lugar de privilegio en el mercado mundial de dióxido de titanio. Posee reconocimiento de este tipo de depósitos y su procesamiento. Identificando áreas en el país que tienen titanio, y de buena ley, como es el caso “C erro Blanco”, el cual no es único, hay más Cerros Blancos en Chile. El principal freno para el desarrollo de la industria del titanio es el elevado coste del producto final, derivado del coste de extracción del metal a partir de sus óxidos, y de la dificultad de su procesado. Actualmente el mercado del titanio está dominado por la industria aeronáutica/aeroespacial, que es la principal consumidora de titanio, y que demanda la mitad del titanio que se produce. Este hecho hace que, dependiendo del ciclo cicl o económico de dicha industria, el metal tenga grandes variaciones de precio, lo que dificulta la entrada del metal en otros sectores. Sin embargo, informes recientes, muestran que la industria tradicional está manifestando un interés creciente por los materiales basados en titanio debido a la aparición de nuevas tecnologías, relacionadas principalmente con la extracción de titanio, y que podrían repercutir en la disminución del coste del producto final entre un 30 % y un 50 % [1-4]. En este marco, la pulvimetalurgia jugará un papel fundamental fundamental en los próximos años. años. Siendo así, la proyección futura de esta industria en nuestro país. A continuación se desarrollan aspectos de este, sus principales características, usos, demanda y los principales desafíos que trae los proyectos futuros y la minería en nuestro país.
EL TITANIO Elemento químico, Ti, de número atómico 22 y peso atómico 47,90. Mientras que su comportamiento químico muestra muchas semejanzas con el del silicio y el zirconio, como un elemento del primer grupo de transición, la química de la solución acuosa, especialmente de los estados de oxidación más bajos, tiene algunas semejanzas con la del cromo y el vanadio. El principal estado de valencia es 4+, aunque también se conocen los estados 3+ y 2+, que son menos estables. El elemento arde al aire cuando se calienta para obtener el dióxido, TiO2, y cuando se combina con halógenos. Reduce el vapor de agua para formar el dióxido e hidrógeno, y reacciona de manera parecida con ácidos concentrados calientes, aunque forma el tricloruro con ácido clorhídrico. El metal absorbe hidrógeno para dar composiciones aproximadamente de TiH 2, y forma el nitruro, TiN, y el carburo, TiC. Se conocen el sulfuro TiS2, así como los óxidos más bajos, Ti 2O3 y TiO, y los sulfuros Ti 2S3 y TiS. Se conocen sales de los tres estados de valencia. Cuando titanio se combina con oxígeno, se forma dióxido de titanio (TiO2), un pigmento blanco brillante. Se encuentra comúnmente en una forma negra o de color castaño conocida como rutilo. Las formas naturales que se encuentran menos en la naturaleza son la anatasita y la brooquita. Tanto el rutilo como la anatasita puros son de color blanco. El óxido básico negro, FeTiO 3, se encuentra en forma natural como el mineral llamado ilmenita; éste es la principal fuente comercial del titanio.
Rutilo es un óxido de titanio, que cristaliza de forma tetragonal distorsionada. Puede ser desde incoloro hasta pardo según la concentración de hierro.
Titanio de alta pureza (dúctil) es impedido por la fuerte tendencia de este metal para reaccionar con el oxígeno atmosférico y el nitrógeno. Tiene una temperatura de fusión elevada, y es ligero. Su fuerza es similar al acero, pero es 45% más ligero. Por lo tanto, es un reemplazo ideal para aplicaciones donde se requiere un metal fuerte, de peso ligero una ventaja, y donde la fatiga del metal en un problema. Las aleaciones de titanio pueden ser dos veces tan fuertes como las aleaciones de aluminio, puede ser 60% más pesado que el éste, pero es 100% más fuerte. Tiene la más alta resistencia al cociente de la densidad, es el material de elección sólo para ciertas áreas de aplicación de nicho, debido a su alto precio.
DEPÓSITOS DE TITANIO Este mineral fue descubierto en 1791 por el químico inglés W. Gregor, pero solo encontró aplicación a mediados del siglo XX, como metal que posee características únicas. La temperatura de fundición (1725 grados) mucho más alta que el fierro y el níquel pero la densidad dos veces menos. El titanio se caracteriza por su alta solidez y estabilidad contra la corrosión. Las aleaciones de titanio se emplean como metal para construir en las industrias de la aviación, construcción de barcos, máquinas energéticas, industria metalúrgica, en donde se emplean por largos períodos, bajo condiciones químicas adversas y en una muy amplia gama de temperaturas desde las más bajas hasta más de 500-600 C. Se emplean aleaciones de titanio-vanadio, titanio-carbón y bióxido de titanio. Las reservas generales de bióxido de titanio en los países capitalistas es de alrededor de 230 millones de t.; 90 % de estas reservas se ubican en Brasil, Rep. de Sudáfrica, China, Canadá, Noruega, EUA, India, Egipto y Australia. La producción de concentrados de titanio es de 3.5 millones de t. (90 % de ilmenita y 10 % de rutilo). Los principales productores de concentrado de titanio son Australia, EUA y Noruega. El titanio metálico se produce en la EX-URSS, EUA, Inglaterra y Japón. El precio del concentrado de ilmenita es de 55 dólares y el del concentrado de rutilo es de 190 dólares la tonelada. Con 35000 US$ (2008) la tonelada de metal puro.
Países con reservas minerales de titanio, y principales productores asociados a minerales de titanio.
Como depósitos únicos son los que tienen reservas de decenas de millones de t.; depósitos grandes los que tienen unidades de millones de t.; depósitos pequeños de cientos de miles de t. de bióxido de titanio. Para los depósitos de placer los tamaños son de una tercera parte de los citados. Las leyes son de 10 % de TiO2 para depósitos endógenos. Para placeres más de 10 % de ilmenita o 1.5 % de rutilo. Como elementos nocivos tenemos - Cr, P y S. Los principales yacimientos de minerales de titanio se encuentran en Australia, Canadá, India, Noruega, Sudáfrica, Ucrania y Estados Unidos. En Estados Unidos, arenas ricas en titanio se extraen en Florida y Virginia. A pesar de que las minas de Estados Unidos y los procesos de titanio y dióxido de titanio, que todavía importa cantidades significativas de ambos. Metálico de titanio ha sido importada desde Rusia (36%), Japón (36%), Kazajstán (25%) y otros países (3%). TiO2 pigmento para la pintura ha sido importada desde Canadá (33%), Alemania (12%), Francia (8%), España (6%). USOS DEL TITANIO El titanio es un metal compatible con los tejidos del organismo humano que toleran su presencia sin reacciones alérgicas del sistema inmunitario. Esta propiedad de compatibilidad del titanio unido a sus cualidades mecánicas de dureza, ligereza y resistencia han hecho posible una gran cantidad de aplicaciones médicas, como prótesis.
Industria energética: es muy utilizado en la construcción de sistemas de intercambio térmico en las centrales térmicas eléctricas y nucleares, debido principalmente a sus características de resistencia mecánica y química. Industria automovilística: están incorporando componentes de titanio en los vehículos que fabrican, con el fin de aligerar el peso de los mismos, así por ejemplo ya existen muelles y bielas de titanio. Especialmente en el caso de los muelles se mejora el módulo de Young y una mejor calidad de la suspensión. Industria militar: se emplea como material de blindaje, en la carrocería de vehículos ligeros, en la construcción de submarinos nucleares y en la fabricación de misiles.
Industria aeronáutica y espacial : Debido a su fuerza, baja densidad y el que puede soportar temperaturas relativamente altas, las aleaciones de titanio se emplean en aviones y cohetes espaciales. El titanio y sus aleaciones se aplican en la construcción aeronáutica básicamente para construir forjados estructurales de los aviones, discos de ventilación, álabes y palas de turbinas.
Construcción naval: La propiedad que tiene el titanio de ser resistente a la corrosión permite que algunas de sus aleaciones sean muy utilizadas en construcción naval donde se fabrican hélices y ejes de timón, intercambiadores de calor, condensadores y conducciones en centrales que utilizan agua de mar como refrigerante, porque el contacto con el agua salada no le afecta.
Industria relojera: Los relojes deportivos que requieren un material resistente a menudo usan el titanio, un metal fuerte, blanco. Los relojes de pulsera de titanio son de peso ligero, fuertes y resisten la corrosión.
Joyería: Metal seminoble en el ámbito de la joyería y de la bisutería. Así es posible encontrar pulseras, pendientes, anillos, etc., fabricados en este metal. Para mejorar el aspecto superficial del titanio se le somete a diferentes tipos de procesos que refuerzan su belleza. Instrumentos deportivos: Con titanio se producen actualmente distintos productos de consumo deportivo como palos de golf, bicicletas, cañas de pescar, etc. Decoración: También se han empleado láminas delgadas de titanio para recubrir algunos edificios, como por ejemplo el Museo Guggenheim de Bilbao.
MERCADO DEL TITANIO EN EL MUNDO La industria mundial de pigmentos de dióxido de titanio (TiO2) experimentó un año con dos mitades muy diferentes en 2011. La primera mitad se caracterizó por un mercado con tendencia al alza continuando la recuperación iniciada en 2010 luego de las condiciones de depresión de la crisis financiera global, que empezó en el último trimestre de 2008 y se extendió hasta principios de 2010. El impacto de esta crisis en la industria resultó en educción de existencias y capacidad ociosa, haciendo difícil el arranque de la cadena de distribución una vez que el mercado se recuperó. La ajustada situación de la oferta en 2010 continuó durante 2011, con frecuentes anuncios de aumentos de precios por un período de dos años. Como consecuencia de esto, los precios mundiales aumentaron un 8% en 2010 y casi 40% en 2011. El año comenzó con un enorme ímpetu en las economías emergentes, liderados por Brasil, Turquía, Rusia e India. Sin embargo, la segunda mitad de 2011 estuvo marcada por una fuerte volatilidad y varios países europeos retrocedieron a niveles de crecimiento negativo del PBI a medida que la confianza de los consumidores se reducía más y las medidas de austeridad seguían siendo implementadas. En China, el gobierno implementó medidas para restringir la disponibilidad del crédito para enfriar un mercado inmobiliario sobrecalentado. Estas medidas eventualmente fueron llegando hasta la cadena de distribución y la demanda de TiO2 en China cayó drásticamente. En general, en el último trimestre de 2011, los volúmenes de las importaciones de China tuvieron una caída gigantesca del 47% en comparación con el segundo trimestre de 2011. A medida que los productores de TiO2 recuperaban la rentabilidad en 2011, era evidente que los productores de arenas minerales seguirían en la fila. Los principales productos de la industria de arenas minerales son los minerales de titanio utilizados como materia prima fundamentalmente para la producción de pigmento de TiO2 y, en menor medida, para metal de titanio. De toda la materia prima de TiO2 extraída y procesada, más del 90% se utiliza en los métodos vía cloruro y vía sulfato para la producción de pigmento de TiO2. El año estuvo signado por la escasez mundial de materia prima principalmente a causa de la merma de recursos combinada con la ausencia de inversiones en la industria en los últimos 10 años.
DEMANDA DE TIO2 La demanda mundial de TiO2 fue de 4.7 millones de toneladas en 2009, 3% menos que en 2008 y 8% por encima del pico histórico del 2007. En los mercados occidentales más maduros, la demanda de pigmento de TiO2 colapsó por más del 16% en los últimos dos años y no se espera que haya recuperación antes de finales del período pronosticado hasta el 2015 (Figura 1). Sin embargo, la demanda en las regiones emergentes se contrajo sólo marginalmente. Se espera que la fuerza de los mercados emergentes, en particular aquellos en Asia-Pacífico y el Medio Oriente, levante la tasa de consumo global del pigmento hacia 2015 mientras se espera que las economías maduras al menos permanezcan estáticas. Desde el 2000, China ha surgido como el mercado de crecimiento dominante para el pigmento de TiO2, respaldado en gran medida por el crecimiento de la industria doméstica de proceso con sulfato para producir TiO2. En años recientes, los mercados del ultrafino, o nano-TiO2 han experimentado un crecimiento significativo, tanto en términos de volumen como en alcances de su aplicación. Sin embargo, mientras que estos mercados son en la actualidad altamente rentables, los volúmenes totales representan no más del 1% del mercado mundial. El sector de recubrimientos representó el 58% de la demanda de pigmento de TiO2 en 2011, que incluye un 36% correspondiente a recubrimientos para la arquitectura. La demanda de estos últimos es impulsada por la compra-venta de viviendas, las nuevas construcciones, el mantenimiento edilicio y los desarrollos urbanísticos. Los plásticos son impulsores de la segunda mayor demanda de pigmento de TiO2, representando un 22% de la demanda total en 2012. Le sigue el sector de papeles, que cayeron al 9% de la demanda. En 2011, la demanda mundial de TiO2 creció un 1,4% con 5,39 millones de toneladas; esto incluye un incremento de la participación China en la demanda global desde 11% en 2000 hasta casi 22% en 2011.
Urbanización impulsa el crecimiento del consumo per cápita.
Población china alcanzando un máximo de 1,4 mil millones en 2025, con una población urbana cada vez mayor a> 75% hacia el 2040. •
•
Clase media china crece un 70% en 2020.
•
Crecimiento de la demanda de bienes duraderos.
Las tendencias de crecimiento de consumo fuertes evidentes en otras economías emergentes. •
PRODUCCION MUNDIAL Siete productores mundiales constituyen más del 64% de la capacidad total de marcas de fábrica: DuPont, Cristal Global, Tronox, Huntsman, Kronos Worldwide, Sachtleben e Ishihara Sangyo Kaisha (ISK). DuPont y Tronox operan plantas de procesamiento a través de la ruta de cloruro únicamente, mientras que los demás productores mundiales operan plantas que utilizan tecnologías de procesamiento tanto vía cloruro como vía sulfato. El productor europeo Sachtleben es el mayor productor vía sulfato únicamente en todo el mundo. En 2011, la capacidad de producción industrial creció de 6 a 6,38 mil lones de toneladas; la mayor parte de esta expansión sucedió en China. Más de 60 plantas en China se combinan actualmente para constituir el 21% de la capacidad mundial de TiO2, superando la de DuPont con 19%. La región Asia-Pacífico constituye hoy la mayor región en términos de capacidad, con EE.UU. en un lejano segundo lugar. La producción mundial tuvo un pico en el trimestre de 2011, pero fue afectada negativamente por el derrumbe de la demanda durante la segunda mitad del año 2011.
Los productores de pigmentos comenzaron a empujar los precios hacia arriba a partir de mediados de 2010 ayudados por la escasez mundial del pigmento. Los incrementos de precios se anunciaron casi con frecuencia mensuales a través de la segunda mitad de 2010 y continuaron en 2011. La mayor ronda de aumentos de precios se anunció en Marzo de 2012, y la mayoría de los grandes productores anunciaron que dichos aumentos en los precios de sus productos se harían efectivos a partir del 1° de Abril. Existe cierta evidencia que hubo resistencia por parte de los clientes ante nuevos aumentos y los precios se han mantenido bastante altos, pero estables en 2012 como resultado de la acumulación de grandes stocks y de una demanda algo deprimida. Durante 2011, la mayoría de los productores de pigmento de TiO2 informaron ganancias y márgenes record a medida que los precios aumentaban a una velocidad mayor que la de los costos operativos. En el primer trimestre, y para algunos también durante el segundo trimestre de 2012, los productores continuaron disfrutando de saludables ingresos con los niveles de precios más altos (en comparación con el mismo período del año anterior). Sin embargo, mirando hacia atrás, el aumento de los costos de las materias primas provocará un impacto en los márgenes de rentabilidad de los productores de pigmentos, particularmente de aquellos que utilizan mayores niveles de contenido de TiO2 para alimentar sus plantas.
TITANIUM: WORLD PRODUCTION OF MINERAL CONCENTRATES, BY COUNTRY
1, 2
(Metric tons) Concentrate type and country
2007
2008
2009
2010
2011
2.503.000
2.230.000
1.611.000
1.313.000
5
100.364
175.076
71.122
75.000
e
1.100.000
1.100.000
900.000
1.000.000
700.000
610.000
700.000
540.000
Kazakhstan
25.000
25.000
25.000
25.000
Malaysia
60.250
36.779
15.983
19.036
r
28.782
678.400
r
636.800
3, 4
Ilmenite and leucoxene: Australia Brazil China Indiae e
Mozambique e
Norway
Sierra Leone Sri Lanka
140.515
328.875
471.524
882.000
915.000
671.000
15.750
17.528
15.161
70.728
22.159
122.424
Ukraine
500.000
520.000
500.000
United States5, 6
400.000
400.000
r
709.500
r
7.140.000
7.060.000
r
312.000
325.000
7
Vietnam
653.500
8
Total
r
r
1.501.000 75.000 1.100.000
r
550.000 25.000
670.000
600.000
r
18.206
15.946
e
500.000
52.637
300.000
52.000 e
400.000
698.700
r
6.120.000
r
e
500.000
e
400.000
912.000
r
915.000
6.220.000
r
6.450.000
429.000
r
474.000
2.519
r
2.550
24.000
r
25.000
5.700
e
9.500
e
4
Rutile:
Australia Brazil
5
Indiae
3.000
2.309
21.000
21.000
Madagascar
--
281.000 r
--
2.737
r
21.000 3.200
e
Malaysia
1.450
1.834
1.502
7.567
10.810
Mozambique
8.782
6.552
1.697
4.656
6.500
78.908
63.864
68.198
Sierra Leone South Africa
82.805
e
114.000
Sri Lanka Ukraine
r
127.000
134.000
135.000
11.335
2.276
2.568
2.700
60.000
60.000
60.000
60.000
60.000
(9)
(9)
(9)
(9)
4.607
e
United States Total
67.916 r
608.000
r
r
130.000
(9) r
634.000
571.000
739.000
789.000
960.000
1.000.000
765.000
1.090.000
878.000
1.270.000
1.230.000
1.230.000
1.120.000
1.300.000
2.230.000
2.230.000
2.000.000
2.210.000
2.180.000
e, 10
Titaniferous slag: Canada South Africa Total e
Estimated. pPreliminary. r Revised. -- Zero.
1
Totals and estimated data are rounded to no more than three significant digits; may not add to totals shown.
2
Table includes data available through July 20, 2012.
3
Ilmenite is also produced in Canada, Madagascar, and South Africa, but this output is not included here because most of it is
duplicative of output reported under “Titaniferous slag,” a nd the rest is used for purposes other than production of titanium commodities, principally steel furnace flux and heavy aggregate. 4
Small amounts of titanium minerals were reportedly produced in various countries; information, however, is inadequate to
make reliable estimates of output levels. 5
Excludes production of unbeneficiated anatase ore.
6
Includes rutile to avoid disclosing company proprietary data. Rounded to one significant digit.
7
Estimate based on import statistics from trading partners (primarily China and Japan).
8
Includes U.S. production, rounded to one significant digit, of ilmenite, leucoxene, and rutile to avoid disc losing company
proprietary data. 9
Included with ilmenite to avoid disclosing company proprietary data.
10
Slag is also produced in China, Norway, Kazakhstan, Russia, and Vietnam, but this output is not included under
“Titaniferous slag” to avoid duplicative reporting.
p
e
Perspectivas En el futuro inmediato, se espera que el mercado de minerales de titanio sea impulsado por la producción de pigmento de TiO2; además de que el crecimiento de la demanda mundial de este pigmento, sea proporcional a la tendencia del crecimiento económico y la producción de pintura, papel y plásticos. Por otra parte, los ámbitos de carácter aeroespacial, de defensa, medico, y usos industriales influirán fuertemente en el consumo de metal de titanio en el futuro previsible. Se espera que la producción de aviones comerciales, seguirá siendo el consumidor dominante de titanio metálico; Se prevé que el crecimiento de la flota de aviones mundial promediara cerca de un 3,5% por año desde 2012 hasta 2031 (The Boeing Co. , 2011). Según una estimación de la industria, se espera que el consumo de metal de titanio en la industria aeroespacial subiría desde 41.200 t en 2016 a 21.300 t en 2011 (Hickton, 2012). Programas industriales públicos y privados pueden comercializar los métodos de menor costo de producción de metal de titanio, lo que aumenta aún más su demanda. Demanda proyectada para superar a la oferta en el mediano plazo.
PRECIO DEL TITANIO El precio real global del pigmento TiO2 a largo plazo ha bajado durante los últimos 20 años en términos del dólar estadounidense (Figura3). Sin embargo, existen diferencias significativas en el comportamiento de los precios dentro de las diferentes regiones y en los diferentes mercados de uso final. La disminución en los niveles de precios ha causado una erosión en los márgenes por debajo de la capacidad de reinversión, especialmente en los últimos tres años. Como resultado del reabastecimiento, de la capacidad ociosa no planificada y los cierres de plantas, la oferta actual de TiO2 se ha vuelto muy estrecha, pese a que la demanda no se ha recuperado totalmente a niveles anteriores a la crisis. Esto ha generado una avalancha de anuncios sobre aumentos de precios de parte de los principales productores en los mercados mundiales. En la mayoría de los mercados en crecimiento para productos de TiO2, la crisis financiera global de 2008/09 es un recuerdo del pasado, mientras que en otros mercados más maduros las perspectivas para la demanda continúan siendo más bien conservadoras. La extensión total de las fuerzas de cambio en la industria se empezarán a sentir a medida que transcurra el 2010, consecuentemente, esta nueva publicación es más oportuna para poner todos estos aspectos en perspectiva.
Los precios anuales de concentrado de mineral de titanio están en la tabla 9. Debido a la creciente demanda mundial de productores de pigmentos de TiO2, los precios de ilmenita y rutilo mayor concentrados eran considerablemente más altos en comparación con los precios en 2010. Los precios publicados para escoria de titanio no estaban disponibles. En base a datos del Servicio de Aduanas de Estados Unidos, el valor de las importaciones de escoria en diciembre de 2011, fue de $ 468 a $ 494 por tonelada comparado con $ 367 a $ 433 por tonelada en diciembre de 2010, debido al aumento de los precios de materias primas. El Departamento de Trabajo, Oficina de Estadísticas Laborales, diciembre de 2011 Índice de precios al productor (IPP) de TiO2 pigmento
EE.UU. aumentó a 268, un aumento del 38% en comparación con la de diciembre de 2010 (Departamento de Trabajo de EE.UU., Oficina de Estadísticas del Trabajo, 2012). TABLE 9 YEAREND PRICES OF TITANIUM PRODUCTS
Concentrate: Ilmenite, free on board (f.o.b.) Australian ports1 Rutile, bagged, f.o.b. Australian ports1 Rutile, bulk, f.o.b. Australian ports1 Titaniferous slag, import, 80% to 95% TiO22 Metal: Sponge import 2 Scrap, turnings, unprocessed Ferrotitanium, 70% Ti Mill products
2010
2011
dollars per metric ton
65 – 85
140 – 250
do.
760 – 805
1,348 – 1,600
do.
530 – 550
1,300 – 1,400
do.
367 – 433
468 – 494
dollars per pound
3.50 – 6.24
3.27 – 6.74
do.
2.00 – 2.10
2.00 – 2.20
do.
3.18 – 3.25
3.45 – 3.55
producer price index
203
203
do.
194
268
3
3
4
Titanium dioxide pigment
4
1
Source: Industrial Minerals.
2
Landed duty-paid unit value based on U.S. imports for c onsumption.
3
Source: Platts Metals Week.
4
1982=100. Source: U.S. Department of Labor, Bureau of Labor Statistics.
PRECIOS ACTUALES DE LA LIBRA DE TITANIO
INSUMOS Y SERVICIOS La información de los insumos pertenece al primer proyecto de explotación de titanio de Chile; Cerro Blanco. El cual se encuentra actualmente en desarrollo y se espera que comience a producir al año 2016. Energía eléctrica: En la fase de operación del Proyecto, el consumo de energía se estima en aproximadamente 24 MW. Combustibles: Durante la fase de construcción se consumirá en promedio 9.200 m3/año de petróleo diesel, con un máximo del orden de 10.400 m3/año en aquellos años con mayor movimiento de material en la mina. El combustible será suministrado a través de una empresa autorizada. Agua Industrial y Potable: Durante la fase de operación, se estima un consumo de 110 l/s de agua industrial, la cual provendrá de la planta desalinizadora que se encontrará ubicada en Huasco. En relación al agua potable, se estima un consumo diario de alrededor de 76,5 m3/d. Explosivos: El consumo de explosivo se estima será en promedio 1.990 t/año, con un máximo de 3.050 t/año en aquellos años de mayor movimiento de material, siendo requerido sólo en el Sector Mina/Planta durante la fase de operación. Transporte: Durante la fase de operación, se generarán 12 viajes/día de buses y 23 viajes/día de camionetas para el transporte de persona. Por otra parte, se requerirá del transporte de insumos, para los cuales, y dependiendo del tipo de insumo, se define la frecuencia de los viajes. De esta forma se estima que durante la operación del Proyecto se generarán 15 viajes con frecuencia diaria, 5 viajes con frecuencia semanal, y 15 viajes con frecuencia mensual.
PROYECTO CERRO BLANCO Colocar a Chile en una posición destacada en el mercado del titanio mundial. Ese es el propósito del proyecto Cerro Blanco, ubicado en la comuna de Freirina, Región de Atacama. Esta iniciativa busca explotar y procesar mineral de rutilo (nombre con el que se conoce al dióxido de titanio) en el sector de Cerro Blanco, en un territorio que perteneció a Phelps Dodge hasta 2004 y que fue adquirido por la norteamericana White Mountain Titanium Corporation, que mantiene una sucursal en Chile, la Sociedad Contractual Minera White Mountain Titanium.
Cerro Blanco tiene 164 millones de toneladas de recursos estimados. Así, la mina está concebida para producir 4.000.000 de toneladas al año del mineral, con un promedio anual de 73.000 ton de concentrado de rutilo de 95% de pureza, por un periodo de al menos 20 años. Ya se presentó el Estudio de Impacto Ambiental en febrero pasado, por lo que ahora el proyecto está en estudio de factibilidad, que debería concluir en el presente año. Meses después debería iniciarse la construcción, tras obtenerse los permisos sectoriales, proceso que tomaría entre 18 a 20 meses, para empezar a producir durante 2016, llegando a plena capacidad en el transcurso de un año. Para materializar esta iniciativa los accionistas de Cerro Blanco están en estos días buscando y barajando distintas alternativas de financiamiento. Como explica Francisco Rojas, project manager de White Mountain Titanium Corporation: “Hay varias opciones
que están siendo consideradas. Podemos financiar el costo de capital a través de una combinación de deuda y private equity o se podría llevar a cabo un joint venture con otras empresas del sector titanio”.
Que un socio minero de gran tamaño se sume al proyecto Cerro Blanco no debería presentar una gran complejidad, ya que la planta concebida no es muy distinta a una que procesa concentrado de cobre. Este desarrollo considera tres chancadoras, molinos, una planta de flotación, como el de una mina de concentrado de cobre, a lo que se suma una infraestructura especial para purificar el concentrado de titanio: al final de la línea de flotación se instalaría un concentrador magnético para sacar impurezas que trae el concentrado de rutilo. El ATRACTIVO DEL RUTILO EN CHILE El proyecto Cerro Blanco está demostrando que en Chile hay recursos importantes de dióxido de titanio, y que son metalúrgicamente procesables. Otro punto es que sus inversionistas están conscientes de su atractivo comercial, puesto que para los primeros cuatro años de operación ya tienen comprometido un 30% de la producción de la mina. Como destaca el project manager de White Mountain: “El potencial en titanio que tiene
Chile, desde nuestro punto de vista, ha crecido mucho, y eso está asociado a la curva de aprendizaje desarrollada por nuestra compañía en el reconocimiento de este tipo de depósitos y su procesamiento. Respecto de eso, ya hemos identificado otras áreas en el país que tienen titanio, y de buena ley. Cerro Blanco no es único, hay más Cerros Blancos en Chile”.
La compañía está enfocada en la exploración de las regiones de Atacama y Coquimbo, principalmente dadas las características geológicas que presenta esta zona. A partir del rutilo se puede producir pigmento de dióxido de titanio, por lo que los potenciales compradores del concentrado son empresas de las industrias de la pintura, pigmentos, soldaduras y del metal, que ya están mirando con buenos ojos el dióxido de titanio chileno.
PROCESO INDUSTRIAL DEL TITANIO El dióxido de titanio se produce por “vía sulfato”, utilizando como principales materias primas ilmenita (su principal constituyente es Fe2TiO3) y ácido sulfúrico (H2SO4). La ilmenita es una mezcla de óxidos de hierro y titanio, y su riqueza en óxido de titanio varía de unas ilmenitas a otras, pero está en torno al 50 –55 %. El 45 % restante de su composición son óxidos de hierro, ferrosos o bien férricos y variando la proporción entre ellos en función de la antigüedad del mineral (Sasikumar et al., 2007). Otra de las materias primas fundamentales utilizadas en la fabricación de TiO2 es el ácido sulfúrico. Antes el ácido se obtenía por tostación de las piritas, recuperación del SO2 formado, transformación de este SO2 en SO3 y recogida de este gas con agua, pero actualmente procede fundamentalmente de la fundición de cobre (eliminación del SO2). El proceso de producción de TiO2 consta esencialmente de 8 etapas fundamentales, como se detalla en la figura 2 en diferentes colores. Comienza con la etapa de molienda y digestión del mineral, procediéndose a continuación a la separación de los denominados lodos inatacados. Una vez se han separado los inatacados de ilmenita se pasa a la etapa de precipitación (formación del TiO2) y posterior lavado del dióxido de titanio. Seguidamente se procede a la lixiviación y filtrado del TiO2 con objeto de eliminar impurezas contenidas en la pasta de dióxido de titanio. Por último, se lleva a cabo el acondicionamiento del producto mediante las etapas de calcinación, revestimiento y micronizado. A continuación se describen en detalle las diferentes etapas del proceso de producción de TiO2 en la factoría, una vez la materia prima llega a las instalaciones.
Figura 2 Esquema general del proceso industrial de obtención de dióxido de titanio.
1. Molienda y digestión (disolución) del mineral con ácido sulfúrico concentrado . La ilmenita, titanato de hierro, una vez llega a la fabrica, se almacena en silos, figura 3. Desde aquí, se transporta a molinos de bolas, donde el mineral se muele hasta 50 micras, tamaño óptimo para que la posterior reacción con acido sea lo más eficiente posible. Mediante aire caliente, como se aprecia en el esquema de la figura 3.b, se efectúa el transporte y secado del mineral molido. El aire húmedo producto del secado pasa, antes de salir a la atmósfera, por filtros de mangas.
Figura 3 a) Almacén de ilmenita.
b) Molino de bolas
El mineral molido, junto con el recogido en los filtros, se envía a tolvas pesadoras descargándose la cantidad necesaria en cada proceso de digestión. El proceso industrial funciona por cargas discontinuas del digestor en cada una de las 2 líneas de producción. El ácido sulfúrico empleado para atacar el mineral en esta etapa se almacena en tanques exteriores, bombeándose a un tanque dosificador desde el cual se descarga por gravedad. Las diferentes etapas descritas las podemos ver en la figura 4. La reacción de la ilmenita con el ácido sulfúrico necesita ser activada. Esta activación se produce, o bien añadiendo H2SO4 mas diluido, con la consiguiente liberación de calor, o también inyectando calor. La reacción se produce en discontinuo a razón de 20-21 t de ilmenita por carga. En los digestores reacciona la ilmenita con una mezcla de ácido sulfúrico fresco (98 % p/p) {AC-98} y ácido reciclado (80 % p/p) {AC-80}, procedente de una etapa posterior del proceso, como se indica en la figura 2.
Figura 4 Digestadores El proceso de obtención de los ácidos reciclados será explicado más en detalle en secciones posteriores. Para facilitar la agitación y la mezcla de los reactivos, se inyecta aire comprimido en el reactor. A continuación, con el objetivo de purificar los gases producidos en el momento de la reacción, los digestores van conectados a condensadores de chorro de agua, los cuales eliminan vapores y gotas de ácido como vemos en el esquema de la figura 4. Las reacciones químicas más relevantes en la etapa de digestión son: H2SO4+ TiO2
TiOSO4+ H2O [2.1]
H2SO4+ FeO
Fe SO4+ H2O [2.2]
3H2SO4+ Fe2O3
Fe2(SO4)3+ 3H2O [2.3]
Después de la reacción:
H2SO4+ ilmenita → cake (lodos inatacados) + licor (fracción líquida) A la pulpa existente en el digestor se le añade los ácidos recuperados en una etapa posterior del proceso, figura 2.3; concretamente H 2SO4 al 65 % {AC-65}, añadiéndose, además, agua ácida, para completar la disolución {AG-25}, figura 2. Este ácido sulfúrico extra” se añade hasta llegar a un cociente “masa de H 2SO4/masa de TiO 2” de 1.85, el optimo para aprovechar en torno al 90 -92 % del TiO 2de la ilmenita. Con objeto de garantizar que todo el hierro esté en disolución y no precipite; se sabe que el Fe+3 es insoluble especialmente como sulfato, se efectúa la reducción de Fe +3 a Fe+2. Esto se lleva a cabo mediante la adición de chatarra al “cake” obtenido de la digestión, como aparece esquematizado en la figura 5.
Figura 5 Paso del licor del digestor a la cuba de reducción
La adición de esta chatarra presenta problemas debido a su composición heterogénea y añade cantidades apreciables de metales y otros contaminantes inicialmente no controlados, los cuales afectarán a los balances de materia en el proceso industrial. Por otra parte, la chatarra inatacada, alrededor de un 3 % del total anual, aproximadamente 400 t, debe ser retirada y gestionada como residuo. 2. Separación de residuos sólidos (lodos inatacados) y concentración. Como consecuencia del proceso de digestión se generan los denominados lodos o inatacados de ilmenita, los cuales deben ser separados del licor formado. Se producen unos 0.40 g de lodos húmedos inatacados por cada gramo de TiO2. Para separar dichos lodos de la solución, ésta se conduce a decantadores y mediante la adición de floculante se favorece la precipitación de sólidos en suspensión, produciéndose la precipitación de la mayor parte de los inatacados de ilmenita. El sobrenadante obtenido presenta una concentración de 0.2 g/L de sólidos en suspensión. Esta concentración es alta para continuar con el proceso y, por ello, el licor se somete a un proceso defiltración, utilizando filtros de precapa de perlita, resultando un nuevo licor con una concentración en sólidos de 0.02 g/L. Los filtros de precapa de perlita son cilindros en los que se depositan 110 kg perlita/2500 kg de lodo. Una cuchilla va retirando la capa externa de lodo retenido por la perlita, mientras sigue acumulándose por el otro lado del cilindro el nuevo lodo (se hace vacío en esa parte del cilindro). El filtrado se realiza en continuo hasta que se acaba la capa de perlita añadida. Un esquema de lo que ocurre se presenta en la figura 6.
Figura 6 Esquema del proceso de decantación
Finalmente, los lodos generados en el proceso de precipitación y filtración pasan al almacén de lodos y, finalmente, son enviados a la planta de inertización de Nerva, donde se gestionan como residuo peligroso. Por otra parte, el licor conteniendo el Ti y el Fe en disolución pasa a la etapa de precipitación, figura 2. 3. Precipitación y lavado del TiO2 El licor resultante de la etapa anterior, posee una densidad de 1.5 g/L, baja para conseguir la precipitación del TiO2, por tanto, necesita ser aumentada. Por ese motivo se procede en primer lugar a su concentración mediante la evaporación de agua, en la denominada “etapa de concentración”, como se muestra en la figura 7, hasta alcanzar una densidad de 1.67 g/L. Una vez el licor ha alcanzado la densidad requerida, se somete a un proceso de hidrólisis consistente en inducir la rotura del sulfato de titanilo disuelto mediante la reacción: TiOSO4+ H2O TiO2+ H2SO4 [2.4] Esto se consigue aumentando la temperatura hasta 115 °C, con una disminución de presión y añadiendo agua ácida, procedente de una etapa posterior del proceso. Este proceso de “ebullición” se realiza durante 3.5 horas, hasta alcanzar una eficiencia máxima
de recuperación de TiO2. Después de calentarlo, se siembra con núcleos de rutilo, TiO2 muy puro, el cual actúa como activador de la precipitación. Estas semillas de rutilo se producen en laboratorio a partir de TiCl4 suministrado del exterior.
Figura 7.Filtro de presión y evaporador
4. Lixiviación y filtrado de la pulpa de TiO2 La pulpa de pigmento obtenida se enfría, se filtra a vacío en filtros Moore, figura 2.9. Por na cara del filtro nos queda la pulpa conteniendo el TiO2, debido al gradiente de presión existente entre la parte interior y exterior de los filtros, el licor (conteniendo el hierro en disolución) pasa al interior, formando un “efluente fuerte”, conteniendo aproximadamente 200 g/L de H2SO4y unos 90 g/L de Fe. Más adelante, en el punto 8 detallaremos el tratamiento a que se somete dicho efluente. Después de la filtración, la pulpa se somete a lixiviación con ácido sulfúrico (H2SO4) y titanio trivalente Ti3+. Se pretende con ello provocar la reducción del Fe3+a Fe2+que aún permanezca remanente en la pasta de dióxido de titanio, para evitar así la reducción en la calidad del producto final.
Figura 8 Imagen de la batería de filtros Moore. La reacción química llevada a cabo en del proceso de lixiviación es: Ti+3+ H2SO4+ Fe+3
Ti+4+ H2SO4+ Fe+2[2.5]
El Fe+2 formado en este proceso se mantiene en disolución y se separa del TiO2 nuevamente mediante filtrado y lavado, obteniéndose una disolución ácida denominada “efluente intermedio”, que posee unos 50 g/L de SO4H2 y unos 20 g/L de Fe.
En la figura 9 se puede ver como después del proceso de lixiviación se efectúa un segundo lavado, empleando agua caliente y limpia, en otra sección de filtros Moore, eliminándose totalmente las impurezas. A continuación, se procede al secado de la pulpa conteniendo el TiO2 en filtros rotativos para llevarlo finalmente a los calcinadores. A los filtrados obtenidos en este proceso de lavado se les denominan “efluentes débiles”, con 15 g/L de ácido y 3 g/L de Fe, éstos son conducidos a la planta de neutralización como se observa en la figura 2.3, {NEUTR}. El tratamiento al que son sometidos estos efluentes lo detallaremos más adelante en el punto 8 de este apartado.
Figura 9. Esquema de los filtros Moore y de la lixiviación final. 5. Calcinación Después del lavado de la pulpa de TiO2, ésta contiene menos de 30 ppm de Fe y ya se encuentra en un estado adecuado para entrar en la etapa de calcinación para su cristalización. En los calcinadores, figura 10, los gases calientes de la combustión de gasóleo o gas natural, circulan a contracorriente con la pulpa de dióxido de titanio, para secarla y proceder a su calcinación hasta transformarla en pigmento cristalizado.
Figura 10. Esquema del proceso de alimentación a los calcinadores.
En la figura 10 se esquematiza como la descarga del calcinador pasa a enfriadores rotativos y seguidamente, mediante elevadores, se envía a los silos. Al final del horno se producen emisiones, tanto de partículas como de gases, siempre por debajo de los lí mites legales (Total Suspended Particles TSP < 50 mg/m3y SO2< 10 mg/m3), pues los gases formados se hacen pasar a través de precipitadores electrostáticos húmedos de alto voltaje, donde queda retenido el polvo de pigmento y las gotas de ácido, antes de su descarga a la atmósfera. 6. Revestimiento Después de la cristalización del dióxido de titanio, se somete a molienda en molinos de impacto, como se observa en la figura 11. Para facilitar esta operación, el TiO2 se mezcla con agua y se procede a su molienda con clasificación, así se garantiza la separación de las partículas gruesas. A continuación, la fracción más fina se reviste adicionando ciertos productos según el grado y calidad del pigmento a fabricar. Tanto en esta etapa como en la de micronizado se utiliza sulfato de alúmina y aluminato sódico, obtenidos a partir del ataque de la bauxita con ácido sulfúrico. En este proceso se originan unos “barros” en el fondo del digestor los cuales son almacenados
conjuntamente con los yesos rojos, residuo que será descrito posteriormente en este apartado.
Figura 11. Esquema del proceso de molienda, revestimiento y secado. 7. Micronizadores El pigmento ya revestido, se lleva a micronizadores donde se muele hasta el tamaño de partículas deseado. El vapor procedente de los micronizadores pasa por ciclones, se separa la mayor parte del pigmento arrastrado y, posteriormente, se envía a los filtros de mangas, ver figura 12. Antes de salir a la atmósfera, los gases atraviesan lavadores tipo Venturi/separador ciclónico, donde se recuperan los condensados con pigmento.
El pigmento micronizado pasa, en su última etapa, asilos donde se envasa en sacos para su posterior almacenaje o venta. El producto final se clasifica en tres grados diferentes: a) Premiun, máxima calidad b) Standard,y c) “H”, calidad aceptable pero no óptima.
Figura 12. Esquema de secado, micronizado y almacén del producto final. 8. Eliminación de sulfatos solubles Para terminar de describir de forma detallada el proceso de producción de dióxido de titanio, es necesario tener presente los efluentes generados a lo largo del mismo. El primero de ellos lo forma el sobrenadante del licor conteniendo el titanio junto con el hierro. En segundo lugar, los efluentes originados en el lavado del TiO2 tras su lixiviación para la reducción del hierro. Por último, el efluente débil recogido en la última etapa de lavado del dióxido de titanio, denominada fase 3 del lavado. Estos efluentes podemos separarlos en tres grupos: Efluente fuerte. Está compuesto por el licor sobrenadante en el proceso de precipitación del TiO2, además del licor resultante de la primera etapa del filtrado del dióxido de titanio. Contiene unos 200 g/L de H2SO4 y unos 90 g/L de Fe. Este efluente se trata, en primer lugar, concentrándolo por evaporación hasta 210 g/L de H2SO4 y 95 g/L de Fe e introduciéndolo, a continuación, en la etapa de cristalización. Esta cristalización se provoca mediante vacío hasta conseguir una temperatura de ebullición de 20 °C, produciéndose la saturación de la solución y la precipitación de la caparrosa, FeSO4·7H2O, la cual se separa del líquido por centrifugación. El líquido sobrenadante resultante de la cristalización, conteniendo un 28 % de H2SO4, pasa a la etapa de concentración mediante eliminación de agua por calentamiento. Este proceso se realiza en dos pasos: a) paso del 28 % pasa al 65 % de H2SO4, y b) del 65 %, parte se concentra hasta alcanzar el 80 % de H2SO4, y otra parte vuelve al proceso de producción como ácido reciclado {AC-65}. En el paso a), al aumentar la concentración se produce la saturación y precipita el sulfato de hierro monohidratado.
El ácido al 65 %, una vez filtrado y limpio, se concentra posteriormente en el paso b) hasta un 80 % {AC-80} suficiente para poder utilizarse en la etapa de digestión inicial del mineral como ácido reciclado en la etapa de digestión, como observamos en el esquema de la figura 2. Efluente intermedio. Formado por la solución resultante de las etapas intermedias de lavado del TiO2una vez precipitado y lixiviado. Posee unos 50 g/L de H2SO4y unos 20 g/L de Fe. Se utiliza como ácido reciclado. Se recicla en el paso de precipitación, ver figura 2 {AGQN}, utilizándose como agua ácida que necesita ser añadida para que comience la precipitación del sulfato de titanilo y, por tanto, no necesita de tratamiento. Efluente débil. Está compuesto por la disolución resultante en la etapa final del lavado del TiO2(etapa 3). En el esquema de la figura 2 se puede ver con el código {NEUTR}. Posee unos 10-15 g/L de SO4H2y unos 3 g/L de Fe. Este efluente se envía a la planta de neutralización, donde se le adiciona cal (hidróxido cálcico) y magnesita (hidróxido de magnesio) para su neutralización y posterior decantación. En el precipitado resultante, denominado yeso rojo (YR), el hierro está fundamentalmente en forma de hidróxido y el calcio añadido precipita en forma de sulfato cálcico. Por otro lado, el rebose del decantador {RDEC} se vierte directamente al mar mediante un emisario. Los yesos obtenidos de la base del decantador, se filtran y se almacenan, mientras que el líquido resultante de esta filtración {FFUN} se une al líquido neutralizado previo, para su posterior vertido
DESAFIOS Al igual que cualquier industria minera de metales, la explotación del titanio requiere de inversiones, insumos y servicios. Necesita de energía y agua, dos de los principales recursos que hoy en día se han vuelto muy escasos y costosos en nuestro país. Es por ello que los desafíos que enfrentara la explotación de titanio en los próximos años son similares a lo que enfrenta hoy la del cobre. Sabemos que la industria minera basa su desarrollo en tres elementos básicos: energía, agua y recursos humanos. De estos hay dos en los cuales la energía solar puede jugar un rol importante; energía y agua. En lo que se refiere al agua, es de conocimiento público que se ha llegado al límite de lo explotable de napas subterráneas. La demanda total nacional del sector minería del recurso hídrico durante el año 2011 (consumo medio) fue de 12.6 m3/seg. De este consumo, el 41.8% (5,25 m3/seg) corresponden a la región de Antofagasta, mientras que un 10.3% (1.29 m3/seg) a la región de Tarapacá. Por otra parte se tiene que del consumo total, la producción de concentrados de cobre (súlfuros) demanda el 71%, mientras que la operación de beneficio de minerales oxidados y mixtos por lixiviación para producir cátodos SX-EW (hidrometalurgia) representa el 14% de las extracciones totales. El resto, 15%, corresponde a agua mina, servicios varios y agua potable. En lo que respecta a las autorizaciones de extracción de agua de los acuíferos en la región de Arica y Parinacota, principalmente las extracciones de agua se concentran en la agricultura y el consumo poblacional, llegando a autorizaciones de 1,8 m 3/s. En la región de Tarapacá existen derechos de usos de aguas por 6,4 m 3/s, los cuales se distribuyen entre agricultura, consumo poblacional y minería. En la región de Antofagasta las extracciones de agua autorizadas ascienden a 9,4 m3/s y están concentradas principalmente en las compañías mineras de la región.
En resumen se puede determinar que las autorizaciones de agua de las I, II y XV regiones ascienden 15,8 m3/s. Por otra parte, el consumo de agua para la minería de las regiones I , II y XV fue el año 2011 de 6,8 m3/s, si a esto se le suman los consumos de las 5 ciudades y otras industrias el consumo se empina por los 12 m3/s, valor cercano a los recursos autorizados. De esta manera se tiene que el agua fresca es un recurso escaso. Esta es la razón de porqué los nuevos proyectos mineros contemplan el uso de agua de mar y su desalinización cuando sea requerida para sus procesos. Procesos En la actualidad ya existen empresas que están utilizando agua de mar en sus procesos, entre las que destaca el holding Antofagasta Minerals. Esta empresa ha estado impulsado el uso de agua de mar en procesos mineros de súlfuros (concentrado), evitando la desalación de esta. Cabe mencionar, que técnicamente se abordan los procesos de sulfuros, con la alternativa directa de emplear agua salada. En los procesos de óxidos (hidrometalurgia) aún no se baraja como una solución, necesitándose agua desmineralizada para su proceso. Proyecciones preliminares indican que la demanda de agua fresca pasará de 12.6 m3/s a inicios del año 2011 a 20.08 m3/s al año 2020, es decir, la demanda crecerá en un 60%. Se considera entonces, independientemente de que el agua sea marina o no, que será preciso bombear caudales entre 0.5 m 3/s y 1 m3/s (para una minera tipo). Nace así una oportunidad para la energía solar la cual puede alimentar con energía FV las estaciones de bombeo intermedias. En estos casos la energía FV puede resultar competitiva toda vez que el acceso a la red eléctrica es difícil y se debe recurrir a usos de diesel para producir energía eléctrica. El potencial de la energía solar en este segmento puede suponerse igual que a la provisión de la energía necesaria para las estaciones de bombeo de 5 mineras, es decir: 2.5 m3/s a 3000 m.s.n.m. En términos de energía eléctrica, esto significaría instalar plantas FV por una capacidad del orden de 150 MWp. Debido al elevado consumo de agua en la región de Antofagasta se han impulsado proyectos de desalinización, ya sea para uso industrial y/o residencial. En la actualidad, existen cuatro plantas desalinizadoras, tres son para procesos mineros, y la cuarta que suministra el 60% del agua de la ciudad de Antofagasta. Uno de los procesos de desalación para consumo industrial minero corresponde a la minera Michilla, donde se extrae agua salada para uso en las operaciones de aglomeración y lixiviación acida de minerales de cobre, además del uso de agua
desalinizada, a través de agua de mar, en los procesos de extracción por solventes y electro-obtención. La compañía minera Esperanza, también posee un acueducto en la misma zona costera, el cual extrae 720 l/s de agua salada para las operaciones, donde el consumo de la compañía es de 635 l/s, teniendo una disponibilidad del 95%. La compañía posee una planta de osmosis para desalar 53 l/s distribuidos en 30 l/s en área de mina (óxidos) y 23 l/s en puerto. Con lo cual cerca del 5% se desaliniza para consumo humano y procesos de extracción por solventes y electro-obtención. Minera Escondida también emplea agua desalinizada para consumo industrial, extraída desde la caleta Coloso y elevada a 3.100 m.s.n.m para uso en sus procesos. Un porcentaje de esta extracción es purificada para consumo humano. En el 2008 la empresa presentó un requerimiento de expansión de la planta desalinizadora por 2,500 l/s adicionales a los ya instalados. Si bien las compañías mineras evalúan desalar agua para sus procesos, sólo dos proyectos están previstos en el corto plazo. El primero es de Aguas Antofagasta, que suministrará un flujo de 1 m 3/s, lo que permitirá abastece al 100% de la ciudad de Antofagasta. Los procesos involucrados son por osmosis inversa, requiriendo de una potencia del orden de 5 kWh/m3 lo que implica una demanda de potencia del orden de 20 MW. El otro proyecto lo está llevando a cabo Minera Escondida Ltda, como complemento para sus nuevos proyectos. Éste comprende la instalación de una planta desalinizadora de un flujo de 2.5 m3/s, lo que implica una demanda de potencia del orden de 60 MW. Conocido el porcentaje de agua desalada empleada en los procesos mineros, del orden de 70%, puede suponerse el potencial de la desalinización como la provisión mediante energías solares de las necesidades de agua desalada de 5 mineras. Asociando el potencial de la desalación a la del bombeo representaría una generación de agua desalinizada solar del orden de 1,8 m3/s. Esto equivale a una potencia del orden de 160 MW. En resumen, se aprecia que existe un fecundo campo de aplicación de energía solar en la minería. Este puede venir por el uso de energía FV para bombeo y desalación, mientras que aplicaciones de energía termosolar (CSP) estarían en los procesos en óxidos y desalación de agua. Más Oportunidades Otra oportunidad para el uso de la energía solar en procesos productivos está en el calentamiento de soluciones de procesos de lixiviación. La minería del cobre emplea
principalmente dos procesos: el proceso de sulfuros y el de óxidos. En el proceso de sulfuros resaltan dos aplicaciones para el calor de proceso de origen termosolar: el secado y la fundición del concentrado. En esta última sería posible aplicar la termosolar de concentración, permitiendo separar el cobre de los otros materiales. En el proceso de óxidos destacan otras tres aplicaciones del calor de origen termosolar: el calentamiento de soluciones tanto en las pilas de lixiviación como en el proceso de electro-obtención y finalmente el lavado de ánodos. La demanda de calor para procesos de óxidos, asociada a la actividad minera fue aproximadamente 1,670 GWh/año para el 2011. Se considera por lo tanto que es éste el potencial actual de uso de la energía termosolar en este segmento. Los procesos de secado y fundición aún no se encuentran evaluados. Habrá de considerarse sin embargo, la aplicación para el calor de proceso (calor de alta, media o baja temperatura) para conocer la tecnología de energía termosolar potencialmente requerida. Asimismo, se ha realizado una proyección de demanda de calor para el proceso de óxidos, el cual ascendería a 1,515 GWh/año al 2020. Por lo tanto, la oportunidad de uso de energía termosolar para los próximos 8 años estará en torno a los 1,600 GWh/año. Apoyo Considerando que la energía solar llegará a ser un vector de desarrollo para el país, el gobierno de Chile está impulsando también su desarrollo a través de concursos de investigación. Uno de ellos es el proyecto CONICYT/FONADAP/15110019, mediante el cual se crea el SERC, Centro de Investigación en Energía Solar, con un presupuesto de 4,000 MM$ para 5 años. La segunda iniciativa corresponde a los fondos basales del Ministerio de Educación para mejoramiento institucional, PMI ANT 1201. En ambos concursos la Universidad de Antofagasta participa activamente. En el SERC lidera la línea de investigación “Almacenamiento Energético”, mientras que en el segundo
se adjudicó fondos por 1.500 MM$ por 3 años, con el compromiso de convertirse en referente regional y nacional en energías renovables no convencionales, en particular en energía solar.
En este estudio se determina en forma detallada, cuales son los aspectos claves que debe enfrentar la minería nacional en sus operaciones actuales como futuras, con el fin de focalizar los esfuerzos de la industria y orientarlos hacia aquellos puntos que implican mayor retorno para el país. Este mapa de desafíos de la minería está constituido por siete núcleos: Eficiencia Operacional, Agua, Energía, Capital Humano; Sustentabilidad, Innovación y Proveedores. Adicionalmente este mapa propone 50 soluciones tecnológicas requeridas para abordar los desafíos mencionados y definidas en base a la expertiz de la minería nacional, la tecnología actualmente disponible y las tendencias mundiales que aportó nuestro partner finlandés en este proyecto, VTT.
CONCLUSIONES Del análisis realizado anteriormente, se puede concluir que Chile tiene un alto potencial para atraer inversiones en la exploración minera debido a su gran potencial geológico y su buen clima de inversión. El desarrollo de grandes proyectos mineros en el país, ha servido de plataforma para mostrarse al mundo y generar un ambiente de confianza para los indecisos y reacios inversionistas extranjeros, aún así existen algunos obstáculos que están dificultando la llegada de estos fondos al país. Mientras en algunos aspectos ya se están desarrollando líneas de acción y políticas públicas, en otros todavía queda pendiente una clara línea de operación. Entre los puntos más destacables se concluyen a continuación. Gran inversión por hectárea, pero poca exploración básica. En 2011 el gasto en exploración por minerales no ferrosos en Chile aumentó en un 53% respecto del año anterior y llegó a su histórico máximo de 830,8 millones de dólares, según el Metals Economics Group (2011). Con esta cifra el país se ubicó en el quinto lugar del ranking mundial y en el segundo en América Latina. Sin embargo, la mayor parte de este monto es invertido por las empresas de la gran minería que buscan aumentar sus reservas para sustentar su producción. El problema que surge de esta situación es que la presencia de las compañías junior exclusivamente dedicadas a la exploración de nuevos yacimientos es baja, y se integran pocos actores nuevos. Asimismo, la exploración básica tiene menor participación que la exploración avanzada y alrededor de las minas. Ello tiene como efecto que la primera parte de la cadena de la actividad minera, es decir, la búsqueda de nuevos yacimientos, se debilita y posiblemente no se sustente el suministro de nuevos recursos minerales. Además de que el desarrollo de un estudio geológico detallado, disminuye el factor de incertidumbre del proyecto, tomando en cuenta que el desarrollo de un proyecto constituye la inversión de un gran capital, y posee un alto nivel de riesgo. Por otra parte y no menos importante, el descubrimiento de nuevos yacimientos, puede constituir un gran impulso económico nacional en término de generación de nuevos empleos. Ya que en Chile debido a la creación de un empleo directo, se generan más de 6 empleos indirectos, y por cada peso de valor que crea la minería se genera casi un peso adicional en otras actividades. Cabe destacar que Chile no es un país maduro en términos de reservas, ya que cuenta con un alto potencial geológico que se traduce en grandes reservas de nivel mundial de diversos minerales metálicos e industriales, no se ha aprovechado aún todo el potencial de los yacimientos en profundidad y que aún no se han descubierto. Como se ha demostrado en esta investigación, el titanio como mineral estratégico, ya sea en aleaciones, en pigmentos se ha ido involucrando en distintos ámbitos (militar, medico, tecnológico, construcción, etc.) Y tanto en la producción de concentrado mineral, esponja de titanio, en lingotes, como en forma de oxido, se proyecta en un aumento en la
tendencia de la demanda de este mineral, que en términos de la inminente urbanización global impulsa el crecimiento del consumo per cápita de pigmentos, entre otros factores. Esto quiere decir en resumen que se deben diversificar los minerales con potencial de desarrollo, adquirir nuevas tecnologías y mejorar procesos de extracción, disminuyendo los costos, y maximizando las utilidades. Ya que el escenario actual de la minería esta caracterizado por los problemas de baja productividad y altos costos energéticos, y estos constituyen los desafíos contra los cuales se deben enfrentar los desarrollos de los futuros proyectos en nuestro país.
BIBLIOGRAFIA
Descripción y características, http://www.mineralseducatincoalition.org/minerals/titaniumhttp://library.thinkq uest.org/05aug/00461/titanium.htm http://www.ecured.cu/index.php/Yacimiento_mineral_de_Titanio
http://www.lenntech.es/periodica/elementos/ti.htm http://www.pdv.com/lexico/museo/minerales/titanio.htm
Citas: Holmbeck, David. Titanium.jpg. "Pregunta Ebay por artículo N º 6597260069 [Titanium].""Titanium". World Book Encyclopedia. 2000 ed. "Titanium". < http://www.mii.org/Minerals/phototitan.html >. Zim, Herbert S. Rocas y minerales: una guía para los minerales conocidos, gemas, minerales y rocas. New York: Golden Press, 1957. Usos, http://www.abc.com.py/nacionales/el-titanio-es-un-mineral-con-unainfinidad-de-usos-180644.html, http://www.chemguide.co.uk http://www.cordes.com.ar
Tecnología, http://es.prmob.net Proceso industrial, http://rabida.uhu.es/dspace/bitstream/handle/10272/4641/b15801652.pdf Proyecciones chilenas, http://www.redimin.cl, www.mch.cl, http://www.materiales-sam.org.ar/sitio/biblioteca/laserena/130.pdf http://quepasamineria.cl/index.php/core-business/item/371-los-pasos-tras-laprimera-mina-de-titanio
Proyecto Cerro Blanco,
http://seia.sea.gob.cl/expediente/ficha/fichaPrincipal.php?modo=ficha&id_expedi ente=7895426 Cartera de proyectos, http://www.wmtcorp.com Desafíos, http://desarrolloproveedores.cl/2012/09/mapa-desafios-de-mineria/ http://prensaua.wordpress.com/2013/05/22/energia-solar-y-su-desafio-para-lamineria/ Anexos, http://www.geologiadelparaguay.com/titanio.htm
ANEXOS
DESCUBRIMIENTO DE TITANIO EN PARAGUAY En 2011 el geólogo de clase mundial David Lowell, uno de los geólogos más exitosos en materia de exploración, con un historial de más de 14 descubrimientos mineros de gran escala, incluyendo los depósitos de cobre de “La Escondida” (el mayor del mundo en Chile) y “Toro Mocho” en Perú, denunció que al norte del Alto Paraná había sido
descubierto un gran yacimiento de titanio, posiblemente el más grande del mundo. UBICACIÓN
